Awaria silnika

Silnik benzynowy z bezpośrednim wtryskiem: jak to działa?

Petrol engine with direct fuel injection
Petrol engine with direct fuel injection

Silnik o zapłonie iskrowym z bezpośrednim wtryskiem paliwa to rodzaj tłokowego silnika spalinowego, który w przeciwieństwie do silnika o zapłonie iskrowym z jednopunktowym lub wielopunktowym wtryskiem paliwa lub gaźnikowym sposobem przygotowania mieszanki nie pali się tylko jednorodna mieszanina.

Paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio do cylindra podczas suwu ssania lub sprężania za pomocą zaworów wtryskowych, rozpylając je i odparowując, zanim świeca zapłonowa zapali mieszankę iskrą.

Treść

Funkcja silnika benzynowego z bezpośrednim wtryskiem

Silnik o zapłonie iskrowym z bezpośrednim wtryskiem paliwa tworzy roboczą mieszankę paliwowo-powietrzną tylko w komorze spalania, co oznacza, że ​​jest wewnętrznym wytworem mieszanki.

Przy takim sposobie przygotowania mieszanki nie występują straty kondensacyjne spowodowane kondensacją paliwa na ściankach rury dolotowej. Również moment wtrysku paliwa, a także ilość wtryskiwanego paliwa jest bardzo precyzyjna, dzięki czemu zmniejsza się zużycie paliwa.

W zależności od obciążenia, obrotów, temperatury silnika i innych parametrów silnik o zapłonie iskrowym z wtryskiem bezpośrednim pracuje w różnych trybach z różnym składem mieszanki:

  1. Tryb z jednorodną mieszanką
  2. Tryb z jednorodną pracą i ubogą mieszanką
  3. Tryb z jednorodną pracą i warstwowym wypełnieniem
  4. Tryb z jednorodną pracą i ochroną przed stukaniem silnika
  5. Tryb z mieszanką warstwową
  6. Tryb z mieszanką warstwową i ogrzewaniem katalizatora

1. Tryb z jednorodną mieszanką

W tym trybie paliwo jest wtryskiwane już podczas suwu ssania, dzięki czemu uzyskuje się czas wystarczający do stworzenia jednorodnie skomponowanej mieszanki. W tym przypadku jest to mieszanka stechiometryczna λ = 1, w której paliwo spala się całkowicie, w całej swojej objętości.

W tym trybie silnika benzynowego z wtryskiem bezpośrednim przebieg spalania, zużycie paliwa, emisja i inne parametry nie różnią się zbytnio od silnika benzynowego z wtryskiem wielopunktowym.

Ten tryb jest uniwersalny, niezależnie od prędkości obrotowej silnika, temperatury lub obciążenia. Pozbawiłoby to jednak silnika zalet warstwowego napełniania, dlatego ten tryb jest używany głównie przy dużych prędkościach obrotowych i obciążeniach silnika.

2. Tryb z jednorodną pracą i ubogą mieszanką

W tym trybie silnik benzynowy z wtryskiem bezpośrednim osiąga mniejsze zużycie paliwa niż w trybie z mieszanką jednorodną ze względu na wyższą wydajność napełniania, ponieważ przepustnica jest otwierana bardziej niż w trybie z mieszanką jednorodną.

Skład mieszaniny w tym reżimie wynosi 1 < λ < 2.

3. Tryb z jednorodnym działaniem i warstwowym wypełnieniem

W tym trybie stosunek powietrze-paliwo osiąga wartość λ > 2, a paliwo jest wtryskiwane dwukrotnie. Podczas pierwszego wtrysku, który ma miejsce podczas suwu ssania, około jedna czwarta ładunku paliwa na cykl jest dostarczana do komory spalania, co tworzy jednorodną mieszankę.

Reszta paliwa jest wtryskiwana dopiero w fazie sprężania, natomiast jej zadaniem jest stworzenie dobrze zapalającej się bogatszej mieszanki w okolicy świecy zapłonowej.

4. Tryb z równomierną pracą i ochroną przed stukaniem silnika

Tryb ten przeznaczony jest przede wszystkim do dużych obciążeń przy niskich obrotach silnika, kiedy może wystąpić stukanie silnika. W tym trybie ponownie stosowany jest podwójny wtrysk paliwa, tak jak w poprzednim trybie.

Druga porcja paliwa jest wtryskiwana podczas fazy sprężania, obniżając temperaturę i ciśnienie w komorze spalania, zapobiegając w ten sposób spalaniu detonacyjnemu.

5. Warstwowy tryb mieszania

W tym trybie paliwo jest wtryskiwane do komory spalania podczas suwu sprężania, tuż przed zapaleniem mieszanki przez świecę zapłonową.

Paliwo nie ma czasu na dobre wymieszanie się z powietrzem, a silnik pracuje na ubogiej mieszance, gdzie stosunek powietrza do paliwa wynosi λ > 1, ale w okolicy świeca zapłonowa, która zapala się od iskry.

W tym trybie intensywnie wykorzystywana jest również recyrkulacja spalin z poprzednich obiegów, którą zapewnia zawór EGR.

Mówiąc najprościej, w okolicy świecy zapłonowej znajduje się dobrze zapalna mieszanka, aw innych częściach komory spalania uboga mieszanka spalin z poprzednich cykli. Tryb mieszanki warstwowej jest bardziej odpowiedni dla niskich i średnich prędkości obrotowych silnika.

6. Tryb z mieszanką warstwową i ogrzewaniem katalizatora

Tryb ten służy jedynie do nagrzania katalizatora do temperatury roboczej. Zasada działania silnika w tym trybie jest taka sama jak w trybie poprzednim z jedną różnicą.

Podczas rozprężania do komory spalania wtryskiwane jest jeszcze jedno paliwo, przez co wzrasta temperatura w rurze wydechowej, a co za tym idzie również temperatura katalizatora.

Spalanie uwarstwionej mieszanki

Dla zapewnienia jakości procesu spalania przy mieszance uwarstwionej konieczne jest zharmonizowanie kształtu komory spalania, dna tłoka, wzajemnego usytuowania świecy zapłonowej i wtryskiwacza, ale także prędkości obrotowej wtryskiwacza. przepływ powietrza, kierunek, kształt i właściwy moment wtrysku wiązki paliwa.

Spalanie mieszanki warstwowej można więc podzielić na:

  • Spalanie kierowane wiązką paliwa - paliwo musi być wtryskiwane w pobliżu świecy zapłonowej
  • Spalanie kierowane przez ścianki komory spalania - paliwo jest wtryskiwane w strumień powietrza , który dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu ścianek cylindrów oraz dna tłoka, w odpowiednim momencie doprowadzi mieszankę paliwowo-powietrzną do świecy zapłonowej.

Rozwiązanie konstrukcyjne przygotowania mieszanki warstwowej:

  1. Wtrysk bezpośredni ze świecami zapłonowymi i wtryskiwaczami blisko siebie
  2. Wtrysk bezpośredni ze świecami zapłonowymi i wtryskiwaczami daleko od siebie

1. Wtrysk bezpośredni ze świecami zapłonowymi i wtryskiwaczami blisko siebie

W przedstawionym rozwiązaniu konstrukcyjnym przygotowania mieszanki warstwowej zastosowano spalanie kierowane wiązką. Wtryskiwacz wtryskuje więc paliwo do komory spalania, podczas gdy wiązka paliwa trafia bezpośrednio w okolice elektrod świecy.

Zalety:

  • Duże uwarstwienie mieszanki dzięki opryskiwaniu wokół świec, dzięki czemu mieszanka wokół nich jest zawsze odpowiednio bogata, ale w pozostałej części komory spalania występuje skrajnie uboga mieszanka.

Niedogodności:

2. Wtrysk bezpośredni ze świecami zapłonowymi i wtryskiwaczami oddalonymi od siebie

W tym rozwiązaniu konstrukcyjnym warstwowego przygotowania mieszanki zastosowano spalanie kierowane przez ścianki komory spalania.

Zalety:

  • Dłuższy czas przygotowania mieszanki, co podnosi jej jakość
  • Lepsze wymieszanie paliwa z powietrzem (mniejsze rozwarstwienie)

Niedogodności:

  • Rozwarstwieniu mieszanki sprzyja kształt komory spalania
  • W przypadku dużych turbulencji w komorze spalania nie jest osiągane wymagane rozwarstwienie mieszanki

Zalety silnika benzynowego z wtryskiem bezpośrednim

  • Wyższe osiągi silnika
  • Niższe zużycie paliwa (od 15 do 30%)
  • Precyzyjne dawkowanie paliwa

Wady silnika benzynowego z wtryskiem bezpośrednim

  • Mniejsza niezawodność
  • Bardziej wymagająca konstrukcja
  • Podczas spalania niejednorodnej mieszanki powstaje więcej tlenków azotu i cząstek stałych.
Tagi wtrysk bezpośredni silnik benzynowy silnik benzynowy z wtryskiem bezpośrednim