Впрыск в коллектор - Manifold injection

"MPFI" перенаправляется сюда. Информацию об индийской спортивной федерации см. Федерация современного пятиборья Индии.

Впрыск в коллектор система смесеобразования для двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. Обычно используется в двигателях с Искра зажигания это использование бензин в качестве топлива, например Двигатель Отто, а Двигатель Ванкеля. В двигателе с впрыском в коллектор топливо впрыскивается во впускной коллектор, где оно начинает образовывать с воздухом горючую топливно-воздушную смесь. Как только впускной клапан открывается, поршень начинает всасывать еще образующуюся смесь. Обычно эта смесь относительно однородна и, по крайней мере, в серийных двигателях для легковых автомобилей, примерно стехиометрический; это означает, что топливо и воздух распределяются по камере сгорания равномерно и присутствует достаточно, но не больше воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива. Время впрыска и измерение количества топлива можно контролировать механически (с помощью распределителя топлива) или электронно (с помощью блок управления двигателем ). С 1970-х и 1980-х годов инжекторный впрыск заменяет карбюраторы в легковых автомобилях. Однако с конца 1990-х годов производители автомобилей начали использовать бензин с прямым впрыском, что привело к сокращению использования коллекторного впрыска на вновь выпускаемых автомобилях.

Существует два различных типа впрыска в коллектор:

  • то многоточечный впрыск (MPI) система, также известная как порт впрыска, или же система сухого коллектора
  • и одноточечный впрыск (SPI) система, также известная как впрыск дроссельной заслонки (TBI), центральный впрыск топлива (CFI), электронный впрыск бензина (EGI) и система мокрого коллектора.

В этой статье используются термины многоточечное впрыскивание (MPI) и одноточечное впрыскивание (SPI). В системе MPI есть одна топливная форсунка на цилиндр, установленная очень близко к впускному клапану (ам). В системе SPI есть только одна топливная форсунка, обычно устанавливаемая сразу за дроссельной заслонкой. Современные системы впрыска коллектора обычно являются системами MPI, системы SPI устарели.

Описание

Механическая система MPI с непрерывным впрыском топлива Bosch K-Jetronic (ок. 1980-е гг.)

Часть справа - распределитель топлива, часть слева - поршень с вакуумным приводом, используемый для определения количества воздуха, всасываемого в данный момент в двигатель.

В двигателе с впрыском в коллектор топливо впрыскивается под относительно низким давлением (70… 1470 кПа) во впускной коллектор с образованием мелкодисперсных паров топлива. Затем этот пар может образовывать горючую смесь с воздухом, и смесь всасывается поршнем в цилиндр во время такта впуска. Двигатели Отто используют технику, называемую контроль количества для настройки желаемого двигателя крутящий момент, что означает, что количество всасываемой в двигатель смеси определяет величину создаваемого крутящего момента. Для контроля количества смеси дроссельный клапан используется, поэтому регулирование количества также называют дросселированием всасываемого воздуха. Дросселирование всасываемого воздуха изменяет количество воздуха, всасываемого в двигатель, что означает, что если стехиометрическое () топливовоздушная смесь, количество впрыскиваемого топлива должно быть изменено вместе с дросселированием всасываемого воздуха. Для этого у систем впрыска в коллекторе есть по крайней мере один способ измерения количества воздуха, который в данный момент всасывается в двигатель. В системах с механическим управлением и распределителем топлива используется поршень с вакуумным приводом, напрямую соединенный с рейкой управления, тогда как в системах впрыска в коллекторе с электронным управлением обычно используется датчик воздушного потока, а лямбда-зонд. Только системы с электронным управлением могут формировать стехиометрическую топливно-воздушную смесь с достаточной точностью для трехкомпонентный катализатор чтобы работать в достаточной степени, поэтому системы впрыска с механическим управлением, такие как Bosch K-Jetronic теперь считаются устаревшими.[1]

Основные типы

Одноточечный впрыск

Топливный инжектор с одноточечным впрыском в Bosch Mono-Jetronic (примерно 1990-е годы)

Как следует из названия, двигатель с одноточечным впрыском топлива (SPI) имеет только одну топливную форсунку. Обычно он устанавливается сразу за дроссельной заслонкой в ​​корпусе дроссельной заслонки. Следовательно, двигатели с одноточечным впрыском очень похожи на карбюраторные, часто имея те же впускные коллекторы, что и их карбюраторные аналоги. Одноточечный впрыск был известной технологией с 1960-х годов, но долгое время считался уступающим карбюраторам, поскольку для этого требуется топливный насос, а значит, он более сложен.[2] Только при наличии недорогих цифровых блоков управления двигателем (ЭБУ ) в 1980-х годах одноточечный впрыск стал разумным вариантом для легковых автомобилей. Обычно использовались системы периодического впрыска с низким давлением впрыска (70… 100 кПа), что позволяло использовать недорогие электрические насосы для впрыска топлива.[3] Очень распространенной системой одноточечного впрыска, используемой во многих легковых автомобилях, является Bosch Mono-Jetronic, который немецкий автомобильный журналист Олаф фон Ферзен рассматривает «комбинацию впрыска топлива и карбюратора».[4] Системы одноточечного впрыска помогли производителям автомобилей легко модернизировать свои карбюраторные двигатели с помощью простой и недорогой системы впрыска топлива. Однако одноточечный впрыск не позволяет формировать очень точные смеси, необходимые для современных норм выбросов, и поэтому считается устаревшей технологией в легковых автомобилях.[1]

Многоточечный впрыск

Рядный шестицилиндровый двигатель BMW M88

В этом примере показана базовая компоновка двигателя с многоточечным впрыском - каждый цилиндр снабжен собственной топливной форсункой, и каждая топливная форсунка имеет свою собственную топливную магистраль (белые части), идущую прямо в топливный насос высокого давления (установленный справа. сторона)

В двигателе с многоточечным впрыском топлива каждый цилиндр имеет свою собственную топливную форсунку, и топливные форсунки обычно устанавливаются в непосредственной близости от впускного клапана (ов). Таким образом, форсунки впрыскивают топливо через открытый впускной клапан в цилиндр, что не следует путать с прямым впрыском. Некоторые системы многоточечного впрыска также используют трубки с тарельчатыми клапанами, питаемыми от центрального инжектора, вместо отдельных инжекторов. Однако обычно двигатель с многоточечным впрыском имеет по одной топливной форсунке на цилиндр, электрический топливный насос, распределитель топлива, датчик воздушного потока,[5] а в современных двигателях блок управления двигателем.[6] Температура около впускного клапана (ов) довольно высока, ход впуска вызывает завихрение всасываемого воздуха, и для образования топливовоздушной смеси остается много времени.[7] Таким образом, топливо не требует большого распыления.[2] Качество распыления зависит от давления впрыска, что означает, что относительно низкого давления впрыска (по сравнению с прямым впрыском) достаточно для двигателей с многоточечным впрыском. Низкое давление впрыска приводит к низкой относительной скорости воздуха и топлива, что вызывает большие и медленно испаряющиеся капли топлива.[8] Следовательно, время впрыска должно быть точным, если несгоревшее топливо (и, следовательно, высокие выбросы углеводородов) нежелательны. По этой причине системы непрерывного впрыска, такие как Bosch K-Jetronic, устарели.[1] В современных многоточечных системах впрыска вместо этого используется прерывистый впрыск с электронным управлением.[6]

Механизм контроля впрыска

В двигателях с впрыском во коллектор существует три основных метода измерения количества топлива и управления моментом впрыска.

Механическое управление

Механический ТНВД системы "Кугельфишер"

В этой системе используется трехмерный кулачок.

В ранних двигателях с впрыском во впрыск с использованием полностью механической системы впрыска использовался топливный насос с цепным или ременным приводом с механической «аналоговой» схемой двигателя. Это позволяло впрыскивать топливо с перерывами и относительно точно. Обычно такие ТНВД имеют трехмерный кулачок, который отображает карту двигателя. В зависимости от положения дроссельной заслонки трехмерный кулачок перемещается в осевом направлении на своем валу. Подборщик роликового типа, который напрямую связан с рейкой управления ТНВД, движется на трехмерном кулачке. В зависимости от трехмерного положения кулачка, он толкает внутрь или наружу плунжеры впрыскивающего насоса, приводимые в действие распределительным валом, которые регулируют как количество впрыскиваемого топлива, так и время впрыска. Поршни впрыска создают давление впрыска и действуют как распределители топлива. Обычно имеется дополнительный регулирующий стержень, который подсоединен к барометрической ячейке, и термометр охлаждающей воды, так что массу топлива можно корректировать в соответствии с давлением воздуха и температурой воды.[9] Системы впрыска Kugelfischer также имеют механический центробежный датчик частоты вращения коленчатого вала.[10] Многоточечные системы впрыска с механическим управлением использовались до 1970-х годов.

Нет контроля времени впрыска

В системах без управления синхронизацией впрыска топливо впрыскивается непрерывно, поэтому время впрыска не требуется. Самым большим недостатком таких систем является то, что топливо также впрыскивается при закрытых впускных клапанах, но такие системы намного проще и дешевле, чем системы механического впрыска с картами двигателя на трехмерных кулачках. Необходимо определить только количество впрыскиваемого топлива, что очень легко сделать с помощью довольно простого распределителя топлива, который управляется датчиком воздушного потока с вакуумным приводом во впускном коллекторе. Распределитель топлива не должен создавать давление впрыска, потому что топливный насос уже обеспечивает давление, достаточное для впрыска (до 500 кПа). Поэтому такие системы называются автономными, и их не нужно приводить в движение цепью или ремнем, в отличие от систем с механическими ТНВД. Также не требуется блок управления двигателем.[11] Неприводные многоточечные системы впрыска без контроля времени впрыска, такие как Bosch K-Jetronic, использовались с середины 1970-х до начала 1990-х годов в легковых автомобилях.

Электронный блок управления

Bosch LH-Jetronic

Электронный блок управления двигателем сохраняет карту двигателя в своем ПЗУ и использует его и данные датчика, чтобы определить, сколько топлива нужно впрыснуть и когда нужно впрыснуть топливо.

Двигатели с коллекторным впрыском и электронным блок управления двигателем часто называют двигателями с электронным впрыском топлива (EFI). Как правило, двигатели EFI имеют схему двигателя, встроенную в дискретные электронные компоненты, такие как только для чтения памяти. Это и надежнее, и точнее, чем трехмерный кулачок. Схема управления двигателем использует карту двигателя, а также воздушный поток, дроссельную заслонку, частоту вращения коленчатого вала и данные датчика температуры всасываемого воздуха для определения количества впрыскиваемого топлива и момента впрыска. Обычно такие системы имеют единственную топливную рампу под давлением и клапаны впрыска, которые открываются в соответствии с электрическим сигналом, посылаемым от схемы управления двигателем. Схема может быть полностью аналоговой или цифровой. Аналоговые системы, такие как Электроектор Bendix были нишевыми системами и использовались с конца 1950-х до начала 1970-х годов; цифровые схемы стали доступны в конце 1970-х годов и с тех пор используются в электронных системах управления двигателем. Одним из первых широко распространенных цифровых блоков управления двигателем был Bosch Motronic.[12]

Определение воздушной массы

Чтобы правильно смешать воздух и топливо и сформировать правильную топливно-воздушную смесь, система управления впрыском должна знать, сколько воздуха всасывается в двигатель, чтобы она могла определить, сколько топлива должно быть впрыснуто соответствующим образом. В современных системах расходомер воздуха, встроенный в корпус дроссельной заслонки, измеряет воздушную массу и отправляет сигнал в блок управления двигателем, чтобы он мог рассчитать правильную массу топлива. В качестве альтернативы можно использовать датчик вакуума в коллекторе. Сигнал датчика вакуума в коллекторе, положение дроссельной заслонки и частота вращения коленчатого вала могут затем использоваться блоком управления двигателем для расчета правильного количества топлива. В современных двигателях используется комбинация всех этих систем.[5] Системы управления механическим впрыском, а также системы без двигателя обычно имеют только датчик вакуума во впускном коллекторе (мембрану или пластину датчика), который механически соединен с рейкой ТНВД или распределителем топлива.[13]

Режимы работы впрыска

В двигателях с впрыском в коллекторе можно использовать непрерывный или прерывистый впрыск. В системе с непрерывным впрыском топливо впрыскивается непрерывно, поэтому режимов работы нет. Однако в системах с периодическим впрыском обычно имеется четыре различных режима работы.[14]

Одновременный впрыск

В системе с одновременным прерывистым впрыском имеется единое фиксированное время впрыска для всех цилиндров. Поэтому момент впрыска идеален только для некоторых цилиндров; всегда есть по крайней мере один цилиндр, в который впрыскивается топливо через закрытый впускной клапан (клапаны). Это вызывает разное время испарения топлива для каждого цилиндра.

Групповая инъекция

Системы с прерывистым групповым впрыском работают аналогично упомянутым ранее системам одновременного впрыска, за исключением того, что они имеют две или более групп одновременного впрыска топливных форсунок. Обычно группа состоит из двух топливных форсунок. В двигателе с двумя группами топливных форсунок впрыск происходит на каждой половине оборота коленчатого вала, так что, по крайней мере, в некоторых областях схемы двигателя топливо не впрыскивается при закрытом впускном клапане. Это улучшение по сравнению с системой одновременного введения. Однако время испарения топлива для каждого цилиндра по-прежнему разное.

Последовательный впрыск

В системе последовательного впрыска каждая топливная форсунка имеет фиксированную, правильно установленную синхронизацию впрыска, которая синхронизируется с порядком зажигания свечи зажигания и открытием впускного клапана. Таким образом, впрыск топлива при закрытых впускных клапанах прекращается.

Впрыск для конкретного цилиндра

Впрыск в цилиндр означает отсутствие ограничений по времени впрыска. Система управления впрыском может устанавливать время впрыска для каждого цилиндра индивидуально, и нет фиксированной синхронизации между форсунками каждого цилиндра. Это позволяет блоку управления впрыском впрыскивать топливо не только в соответствии с порядком зажигания и интервалами открытия впускного клапана, но также позволяет корректировать неравномерность заряда цилиндров. Недостатком этой системы является то, что она требует определения массы воздуха для конкретного цилиндра, что делает ее более сложной, чем система последовательного впрыска.

История

Первую систему впрыска с коллектором разработал Йоханнес Шпиль в Hallesche Maschinenfabrik.[15] Deutz начал серийное производство стационарных четырехтактных двигателей с впрыском коллектора в 1898 году. Грейд построил первый двухтактный двигатель с впрыском коллектора в 1906 году; Первые серийные четырехтактные авиационные двигатели с впрыском коллектора были построены Райт и Антуанеттой в том же году (Антуанетта 8В ).[16] В 1912 г. Bosch оборудовали гидроцикл самодельным ТНВД, построенным из масляного насоса, но эта система оказалась ненадежной. В 1920-х годах они попытались использовать ТНВД дизельного двигателя в двигателе Отто, работающем на бензине. Однако им это не удалось. В 1930 году Moto Guzzi построил первый двигатель Otto с впрыском коллектора для мотоциклов, который в конечном итоге стал первым двигателем для наземных транспортных средств с впрыском коллектора.[17] С 1930-х до 1950-х годов системы впрыска коллектора не использовались в легковых автомобилях, несмотря на то, что такие системы существовали. Это произошло потому, что карбюратор оказался более простой и менее дорогой, но при этом достаточной системой смесеобразования, которую еще не требовали замены.[13]

В ок. 1950, Daimler-Benz приступили к разработке системы непосредственного впрыска бензина для своих спортивных автомобилей Mercedes-Benz. Однако для легковых автомобилей более целесообразной была признана система впрыска в коллекторе.[13] В конце концов, Mercedes-Benz W 128, W 113, W 189, и W 112 легковые автомобили оснащались инжекторными двигателями Отто.[18][19]

С 1951 по 1956 год компания FAG Kugelfischer Georg Schäfer & Co. разработала механическую систему впрыска Kugelfischer.[17] Он использовался во многих легковых автомобилях, таких как Peugeot 404 (1962), Lancia Flavia iniezione (1965), BMW E10 (1969), Ford Capri RS 2600 (1970), BMW E12 (1973), BMW E20 (1973), а BMW E26 (1978).[20]

В 1957 г. Bendix Corporation представил Электроектор Bendix, одна из первых систем впрыска в коллекторе с электронным управлением.[21] Bosch построил эту систему по лицензии и с 1967 года продавал ее как Bosch D-Jetronic.[20] В 1973 году компания Bosch представила свою первую систему многоточечного впрыска собственной разработки - электронный Bosch L-Jetronic, и механический, неприводной Bosch K-Jetronic.[22] Их полностью цифровая система Bosch Motronic был представлен в 1979 году. Он нашел широкое распространение в немецких салонах класса люкс. В то же время большинство американских производителей автомобилей придерживались электронных систем одноточечного впрыска.[23] В середине 1980-х годов компания Bosch модернизировала свои системы многоточечного впрыска, отличные от Motronic, с помощью цифровых блоков управления двигателем, создав KE-Jetronic и LH-Jetronic.[22] Volkswagen разработал цифровой Volkswagen Digijet система впрыска, которая превратилась в Volkswagen Digifant система в 1985 году.[24]

Недорогие одноточечные системы впрыска, которые работали с двухкомпонентными или трехкомпонентными катализаторами, такими как Bosch Mono-Jetronic введен в 1987 г.,[22] позволили производителям автомобилей предложить экономичную альтернативу карбюраторам даже в их автомобилях эконом-класса, что способствовало широкому распространению систем впрыска с коллектора во всех сегментах рынка легковых автомобилей в течение 1990-х годов.[25] В 1995 году компания Mitsubishi представила первый бензиновый двигатель Otto с прямым впрыском для легковых автомобилей, и с тех пор система прямого впрыска бензина заменяет впрыск в коллекторе, но не во всех сегментах рынка; в некоторых недавно произведенных двигателях легковых автомобилей по-прежнему используется многоточечный впрыск.[26]

Рекомендации

  1. ^ а б c Конрад Рейф (ред.): Оттомотор-управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 101
  2. ^ а б Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 64
  3. ^ Босх (ред.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 25-е издание, Springer, Висбаден, 2003 г., ISBN  978-3-528-23876-6, п. 642
  4. ^ Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen, VDI-Verlag, Дюссельдорф 1986, ISBN  978-3-642-95773-4. п. 263
  5. ^ а б Конрад Рейф (ред.): Оттомотор-управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 103
  6. ^ а б Босх (ред.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 25-е издание, Springer, Висбаден, 2003 г., ISBN  978-3-528-23876-6, п. 610
  7. ^ Ричард ван Басхуизен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff, 4-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN  978-3-658-12215-7, п. 163
  8. ^ Ричард ван Басхуизен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff, 4-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN  978-3-658-12215-7, п. 45
  9. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 233
  10. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 234
  11. ^ Конрад Рейф (ред.): Оттомотор-управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 302
  12. ^ Альфред Бёге (ред.): Vieweg Handbuch Maschinenbau Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik, 18-е издание, Springer 2007 г., ISBN  978-3-8348-0110-4, п. 1002
  13. ^ а б c Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 229
  14. ^ Конрад Рейф (ред.): Оттомотор-управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 107
  15. ^ Ричард ван Басхуизен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2017 г., ISBN  978-3-658-12215-7, п. 6
  16. ^ Ричард ван Басхуизен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff, 4-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN  978-3-658-12215-7, п. 7
  17. ^ а б Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen, VDI-Verlag, Дюссельдорф 1986, ISBN  978-3-642-95773-4. п. 257
  18. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 230
  19. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 231
  20. ^ а б Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen, VDI-Verlag, Дюссельдорф 1986, ISBN  978-3-642-95773-4. п. 258
  21. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor, в списке Ганса (ред.): Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Вена, 1967, ISBN  978-3-7091-8180-5, п. 243
  22. ^ а б c Конрад Рейф (ред.): Оттомоторное управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 289
  23. ^ Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen, VDI-Verlag, Дюссельдорф 1986, ISBN  978-3-642-95773-4. п. 262
  24. ^ Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen, VDI-Verlag, Дюссельдорф 1986, ISBN  978-3-642-95773-4. п. 263
  25. ^ Конрад Рейф (ред.): Оттомоторное управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 288
  26. ^ Конрад Рейф (ред.): Оттомоторное управление, 4-е издание, Springer, Висбаден, 2014 г., ISBN  978-3-8348-1416-6, п. 3