Многоточечный впрыск топлива что это
Как работает система распределенного впрыска топлива MPI
Система распределенного (многоточечного) впрыска топлива MPI используется только на бензиновых двигателях и является наиболее популярной в мире. В данной системе каждый цилиндр оснащается индивидуальной форсункой, которая впрыскивает топливо непосредственно перед впускным клапаном. Многоточечный впрыск идеально соответствует высоким экологическим стандартам, а также требованиям, предъявляемым к смесеобразованию в современных двигателях.
Основной принцип работы системы MPI
Обозначение MPI расшифровывается как Multi-point injection, что означает “многоточечный впрыск”. Наиболее часто такая маркировка встречается на европейских автомобилях.
Конструкция системы многоточечного впрыска
Она состоит из следующих элементов:
В такой системе питания воздух из атмосферы проходит через воздушный фильтр, датчик массового расхода воздуха и затем через дроссельную заслонку попадает во впускной коллектор. Далее он распределяется по каналам цилиндров.
В свою очередь, топливо подается при помощи насоса через топливный фильтр и рампу к форсункам. Последние расположены вблизи впускных клапанов цилиндров, что снижает потери топлива и вероятность его оседания во впускном коллекторе. Работу форсунок контролирует ЭБУ двигателя. Количество топлива, которое должно поступить через форсунки, блок управления рассчитывает на основе информации о режимах, нагрузке и оборотах двигателя, а также на основе информации о количестве поступившего в систему воздуха, полученной от целого комплекса датчиков (температуры, давления). В соответствии с расчетами, ЭБУ подает импульсные сигналы на электромагнитные форсунки, приводя их в работу.
Помимо управления режимами работы инжекторов, блок управления проводит регулярную диагностику состояния системы впрыска и при обнаружении неисправностей выдает соответствующий сигнал об ошибке на приборной панели (“Check Engine”).
Режимы работы MPI
В зависимости от режима работы форсунок различают несколько видов системы:
Отличия системы MPI
Многие путают MPI с распределенным впрыском в целом, куда также входит система непосредственного впрыска GDI (FSI, DISI, TSI), при которой подача топлива осуществляется напрямую в каждый цилиндр. Это важное различие, поскольку Multi-point injection предполагает образование топливовоздушной смеси в каналах впускного коллектора перед впускными клапанами.
Помимо этого, двигатели с многоточечным распределенным впрыском являются атмосферными, без использования наддува. А это означает, что такие двигатели имеют менее жесткие требования к качеству топлива.
Преимущества и недостатки многоточечного впрыска
Главными достоинствами системы распределенного (многоточечного) впрыска является более экономичный расход топлива и соответствие требованиям экологических стандартов в сравнении с моновпрыском или карбюратором. С другой стороны, двигатель MPI менее мощный, нежели моторы с непосредственной подачей топлива в цилиндры двигателя. При этом, в сравнении с системами с непосредственным впрыском, отличается менее затратным обслуживанием.
К недостаткам распределенного впрыска можно отнести сложность изготовления, и, как следствие, высокую стоимость. Это также относится к ремонту электронной системы и инжекторов. Для обслуживания и диагностики необходимо специализированное оборудование и высококвалифицированные специалисты.
Для отечественных условий системы многоточечного распределенного впрыска считаются наиболее оптимальными по соотношению стоимости и удобства обслуживания, а также по уровню получаемой мощности и комфорту эксплуатации.
Распределенный многоточечный впрыск
Система впрыска – основной составляющий элемент системы топлива в транспортном средстве, форсунка выступает в качестве основного рабочего «органа». На сегодняшний день не составит труда найти большое количество разнообразных устройств, их задача сводится к обеспечению впрыска. В статье будет рассмотрен многоточечный впрыск – его особенности, достоинства, а также основные отличия от некоторых других систем.
Особенности действия
Особенности деятельности и существования данной системы базируются на том, что необходимо обеспечивать бесперебойную подачу топлива в цилиндры с помощью форсунок, число которых равно количеству цилиндров.
Если рассматривать классификационные моменты по принципу работы, то можно выделить две основные группы систем – непрерывный впрыск и импульсную подачу. Есть электронный и механический варианты контроля их работы.
Разновидности
Рассматривая конструкции, которые предполагают распределенный впрыск топлива, можно выделить наиболее распространенные моменты:
Надо отметить, что все эти варианты уже устарели и являются очень капризными конструкциями.
Таким образом, система может иметь несколько разновидностей, зависящих от определенного набора факторов и характеристик работы.
Другой вариант классификации
Система может быть нескольких видов и вариантов.
Независимо от варианта классификации все механизмы имеют различия по ряду параметров, учитываемых в ходе эксплуатации.
Устройство
Система в целом имеет в составе основные узлы.
Таким образом, рассматриваемый механизм является простым и прогрессивным, позволяет добиваться нужных результатов при его использовании и ездить с комфортом.
Особенности многоточечного механизма
Система впрыска используется почти всеми изготовителями авто.
Управление каждой форсункой производится в «личном» порядке. Время, когда это происходит, заложено программой управленческого блока. Если их активировать, происходит замена параллельным пуском.
Система по мере прогревания двигателя может демонстрировать должные качества работы на повышенных оборотах. Поломка датчика способствует иногда переходу устройства в полностью аварийный режим, его показания учитывает блок управления в процессе определения дозировки жидкости. Управление таким механизмом сегодня производится посредством специального компьютера, который называется электронным управленческим блоком. Для вычисления нужного момента открытия форсунок важно получать информационные данные от датчиков. Важный показатель – объем потоков, которые поступают в двигатель и измеряются датчиком.
В процессе вычисления подачи определенного количества топлива, которое необходимо для бесперебойной работы агрегата, компьютер анализирует другую информацию – это температурные и влажностные режимы, набор прочих параметров.
Резюме
Таким образом, рассматриваемая система впрыска топлива является достаточно простой и оригинальной в своей работе, позволяя пользователям достигать комфортного результата и чувствовать себя за рулем безопасно.
Теория и практика впрыска: прямой против распределенного. Какой выбрать двигатель, чтобы не разориться
Если спросить, что происходит, когда водитель нажимает или отпускает педаль «газа», скорее всего, услышите от владельцев бензиновых автомобилей, что при этом увеличивается или уменьшается подача топлива в мотор. Однако назвать правильным такой ответ можно только с большой натяжкой.
В действительности же, воздействуя на педаль «газа», водитель уменьшает или увеличивает подачу воздуха в цилиндры. Топлива же будет подано ровно столько, сколько требуется для приготовления смеси воздуха и бензина, заданной программой управления для конкретного режима работы двигателя и его фактического температурного состояния.
У карбюраторных моторов, давно ставших экспонатами политехнических музеев, количество подаваемого бензина и вовсе определялось разряжением воздуха в пространстве за дроссельной заслонкой, положение которой задавалось нажатием на педаль «газа». Точность такого способа дозирования топлива была невысока, что сказывалось на экономичности карбюраторных двигателей, количестве вредных выбросов в окружающую среду и в конечном итоге сделало карбюраторы достоянием истории.
На смену пришел впрыск, где подача бензина самотеком из жиклеров под действием разряжения воздуха была заменена распылением с помощью форсунок, к которым топливо поступает под давлением, развиваемым топливным насосом.
На самом ли деле прямой впрыск настолько хорош, что делает поражение MPI неизбежным? Чтобы разобраться в этом вопросе, сравним обе системы питания.
И там и там в отличие от моновпрыска каждый цилиндр двигателя обслуживается отдельной форсункой, но при распределенном впрыске форсунки распыляют бензин во впускной коллектор.
При прямом впрыске бензин подается непосредственно в камеру сгорания цилиндра. Это главное, что отличает моторы, в зависимости от производителя помечаемые индексами GDI (Mitsubishi), FSI (Volkswagen), HPi (Peugeot), CGI (Mercedes-Benz) и так далее, от двигателей MPI.
Что же хорошего сулит подача бензина прямо внутрь цилиндра? Как ни странно, ничего, если подойти к этому вопросу с точки зрения конструкции двигателя. Проблема состоит в том, что при прямом впрыске на испарение бензина и перемешивание его паров с воздухом отводится примерно в 10 раз меньше времени, чем когда бензин распыляется во впускной коллектор, а в цилиндры поступает уже в смеси с воздухом после того, как открылись впускные клапана.
Как в условиях столь короткого промежутка времени, отводимого при прямом впрыске на смесеобразование, добиться, чтобы смесь получилась качественной, ведь именно от этого зависит, каким будет результат последующего сгорания?
Отсюда другие отличия GDI, FSI, HPi, CGI и иже с ними от MPI. Во-первых, давление, с которым форсунка при прямом впрыске распыляет бензин, в десятки раз превышает давление, действующее в системах питания с распределенным впрыском (порядка 50-120 бар против 3-4). Это предполагает наличие у двигателей с прямым впрыском топливного насоса высокого давления, в котором нет необходимости при распределенном впрыске.
Но и это еще не все. Важнейшую роль в организации рабочего процесса в моторах с прямым впрыском играет движение воздуха и порции впрыснутого бензина внутри цилиндра. Именно ради этого днище поршней в двигателях с прямым впрыском приобрело сложную профилированную форму, которая также принципиально отличает их от поршней MPI-моторов.
Той же цели служат и впускные каналы в коллекторах двигателей с прямым впрыском. В GDI, FSI и подобных им моторах поток воздуха из впускных каналов либо способствует так называемому послойному смесеобразованию, когда пригодным для нормального сгорания становится только небольшое облако смеси, расположенное возле свечи зажигания, либо разрушает расслоение, когда нужно, чтобы смесь стала стехиометрической. В двигателях MPI впускные каналы предназначены лишь для впуска бензовоздушной смеси в цилиндры, поэтому здесь нет необходимости придавать каналам винтовую форму, оснащать их заслонками, закрытыми или открытыми в зависимости от режима работы двигателя, как это делается при прямом впрыске.
Наш вердикт
Производители себе на уме, но если спросить у белорусских владельцев бензиновых автомобилей, какой мотор лучше, MPI или FSI, скорее всего, услышим в ответ дифирамбы в адрес первого и ничего хорошего о втором. И вот вам правда жизни: оценка системы питания, которой теоретики и аналитики прочат безоговорочную победу, может измениться на противоположную, если учесть, чем в наших условиях эксплуатации оборачивается ее сложность.
Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора
ABW.BY
Благодарим за консультации и помощь в организации фотосъемки «Ресурсный центр» на базе автомеханического колледжа имени академика М.С.Высоцкого
Устройство автомобиля –
«Каким бывает впрыск топлива»
Одноточечный..
ВПРЫСК, который также иногда называют центральным, стал широко применяться на легковых автомобилях в 80-х годах прошлого века. Подобная система питания получила свое название из-за того, что топливо подавалось во впускной коллектор лишь в одной точке.
Многие системы того времени были чисто механическими, электронного управления у них не было. Частенько основой для такой системы питания был обычный карбюратор, из которого просто удаляли все “лишние” элементы и устанавливали в районе его диффузора одну или две форсунки (поэтому центральный впрыск стоил относительно недорого). К примеру, так была устроена система TBI (“Throttle Body Injection”) компании “General Motors”.
Но, несмотря на свою кажущуюся простоту, центральный впрыск обладает очень важным преимуществом по сравнению с карбюратором – он точнее дозирует горючую смесь на всех режимах работы двигателя. Это позволяет избежать провалов в работе мотора, а также увеличивает его мощность и экономичность.
Со временем появление электронных блоков управления позволило сделать центральный впрыск компактнее и надежнее. Его стало легче адаптировать к работе на различных двигателях.
Однако от карбюраторов одноточечный впрыск унаследовал и целый ряд недостатков. К примеру, высокое сопротивление поступающему во впускной коллектор воздуху и плохое распределение топливной смеси по отдельным цилиндрам. Как результат – двигатель с такой системой питания обладает не очень высокими показателями. Поэтому сегодня центральный впрыск практически не встречается.
Кстати, концерн “General Motors” также разработал интересную разновидность центрального впрыска – CPI (“Central Port Injection”). В такой системе одна форсунка распыляла топливо в специальные трубки, которые были выведены во впускной коллектор каждого цилиндра. Это был своего рода прообраз распределенного впрыска. Однако из-за невысокой надежности от использования CPI быстро отказались.
Распределенный
ИЛИ МНОГОТОЧЕЧНЫЙ впрыск топлива – сегодня самая распро¬страненная система питания двигателей на современных автомобилях. От предыдуще¬го типа она отличается прежде всего тем, что во впускном коллекторе каждого цилиндра стоит индивидуальная форсунка. В определенные моменты времени она впрыскивает необходимую порцию бензина прямо на впускные клапаны “своего” цилиндра.
Многоточечный впрыск бывает параллельным и последовательным. В первом случае в определенный момент времени срабатывают все форсунки, топливо перемешивается с воздухом, и получившаяся смесь ждет открытия впускных клапанов, чтобы попасть в цилиндр. Во втором случае период работы каждого инжектора рассчитывается индивидуально, чтобы бензин подавался за строго определенное время перед открытием клапана. Эффективность такого впрыска выше, поэтому большее распространение получили именно последовательные системы, несмотря на более сложную и дорогую электронную “начинку”. Хотя иногда встречаются и более дешевые комбинированные схемы (форсунки в этом случае срабатывают попарно).
Поначалу системы распределенного впрыска тоже управлялись механически. Но со временем электроника и здесь одержала верх. Ведь, получая и обрабатывая сигналы от множества датчиков, блок управления не только командует исполнительными механизмами, но и может сигнализировать водителю о неисправности. Причем даже в случае поломки электроника переходит на аварийный режим работы, позволяя автомобилю самостоятельно добраться до сервисной станции.
Распределенный впрыск обладает целым рядом достоинств. Помимо приготовления горючей смеси правильного состава для каждого режима работы двигателя такая система вдобавок точнее распределяет ее по цилиндрам и создает минимальное сопротивление проходящему по впускному коллектору воздуху. Это позволяет улучшить многие показатели мотора: мощность, экономичность, экологичность и т.д. Из недостатков многоточечного впрыска можно назвать, пожалуй, лишь только довольно высокую стоимость.
Непосредственный..
“Goliath GP700” стал первым серийным автомобилем, двигатель которого получил впрыск топлива.
ВПРЫСК (его еще иногда называют прямым) отличается от предыдущих типов систем питания тем, что в данном случае форсунки подают топливо прямо в цилиндры (минуя впус¬кной коллектор), как у дизельного двигателя.
В принципе такая схема системы питания не нова. Еще в первой половине прошлого века ее использовали на авиационных двигателях (например на советском истребителе “Ла-7”). На легковых машинах прямой впрыск появился чуть позже – в 50-х годах ХХ века сначала на автомобиле “Goliath GP700”, а затем на знаменитом “Mercedes-Benz 300SL”. Однако через некоторое время автопроизводители практически отказались от применения непосредственного впрыска, он остался лишь на гоночных автомобилях.
Дело в том, что головка блока цилиндров у двигателя с прямым впрыском получалась очень сложной и дорогой в производстве. Кроме того, конструкторам долгое время не удавалось добиться стабильной работы системы. Ведь для эффективного смесеобразования при прямом впрыске необходимо, чтобы топливо хорошо распылялось. То есть подавалось в цилиндры под большим давлением. А для этого требовались специальные насосы, способные его обеспечить.. В итоге на первых порах двигатели с такой системой питания получались дорогими и неэкономичными.
Однако с развитием технологий все эти проблемы удалось решить, и многие автопроизводители вернулись к давно забытой схеме. Первой была компания “Mitsubishi”, в 1996 году установившая двигатель с непосредственным впрыском топлива (фирменное обозначение – GDI) на модель “Galant”, затем подобные решения стали использовать и другие компании. В частности, “Volkswagen” и “Audi” (система FSI), “Peugeot-Citroёn” (HPA), “Alfa Romeo” (JTS) и другие.
Почему же такая система питания вдруг заинтересовала ведущих автопроизводителей? Все очень просто – моторы с прямым впрыском способны работать на очень бедной рабочей смеси (с малым количеством топлива и большим – воздуха), поэтому они отличаются хорошей экономичностью. Вдобавок подача бензина непосредственно в цилиндры позволяет поднять степень сжатия двигателя, а следовательно и его мощность.
Система питания с прямым впрыском может работать в разных режимах. Например, при равномерном движении автомобиля со скоростью 90-120 км/ч электроника подает в цилиндры очень мало топлива. В принципе такую сверхбедную рабочую смесь очень трудно поджечь. Поэтому в моторах с прямым впрыском используются поршни со специальной выемкой. Она направляет основную часть топлива ближе к свече зажигания, где условия для воспламенения смеси лучше.
При движении с высокой скоростью или при резких ускорениях в цилиндры подается значительно больше топлива. Соответственно из-за сильного нагрева частей двигателя возрастает риск возникновения детонации. Чтобы избежать этого, форсунка впрыскивает в цилиндр топливо широким факелом, ко¬торый заполняет весь объем камеры сгорания и охлаждает ее.
Если же водителю требуется резкое ускорение, то форсунка срабатывает два раза. Сначала в начале такта впуска распыляется небольшое количество топлива для охлаждения цилиндра, а затем в конце такта сжатия впрыскивается основной заряд бензина.
Но, несмотря на все свои преимущества, двигатели с непосредственным впрыском пока еще недостаточно распространены. Причина – высокая стоимость и требовательность к качеству топлива. Кроме того, мотор с такой системой питания работает громче обычного и сильнее вибрирует, поэтому конструкторам приходится дополнительно усиливать некоторые детали двигателя и улучшать шумоизоляцию моторного отсека.
Впрыск топлива: прямой vs распределенный.
На самом деле, при помощи газовой педали осуществляется управление воздухоподачей внутрь цилиндров. А в зависимости от температуры мотора и его реальной производительности, будет подано и необходимое количество топлива для приготовления оптимального состава горючей смеси.
Например, у давно устаревших двигателей с карбюратором дозировка бензина осуществлялась по принципу разрежения воздуха, находящегося за заслонкой дросселя, управление которой осуществлялось педалью «газ». Сразу стоит сказать, что дозировка бензина в таком типе силового агрегата не отличалась точностью, вследствие чего карбюраторный мотор нельзя было назвать экономичным и экологически безопасным. В итоге это и послужило толчком к полному списанию карбюраторных моторов с производства.
Карбюраторные системы впрыска топлива с успехом заменили системы форсунок, подача и впрыск топливной смеси в которых осуществляется под давлением, его обеспечивает бензонасос.
Выделяют три основных типа систем впрыска:
Однако сегодня на автомобилях применяются только последние две. Если говорить о центральной системе распределения впрыска (моновпрыске), то ее работа оказалась неэффективной, поскольку топливная смесь неравномерно распределялась по цилиндрам, а на впуске возникало значительное сопротивление, в результате чего не удалось достичь требуемого уровня экономичности. По этой причине и в связи с ужесточением норм экологической безопасности, моноврпрыск, как и карбюратор, также канул в Лету.
Действительно ли использование системы прямой топливоподачи настолько эффективно и оправдано, что скорое вытеснение с рынка MPI неизбежно? Дабы правильно ответить на этот вопрос, стоит провести сравнение этих систем топливоподачи.
В отличие от центрального типа топливовпрыска в этих обеих системах бензин впрыскивается через форсунку в цилиндр силового агрегата, но в распределенной системе предусмотрен впускной коллектор, через который вначале проходит топливо.
Во время прямой подачи топлива его впрыск осуществляется непосредственно в цилиндр, а точнее, в его камеру сгорания. Пожалуй, это и является главным отличием двигателей, которые у разных производителей имеют свои буквенные обозначения: CGI (Mercedes), FSI (Volkswagen), GDI (Mitsubishi), HPi (Peugeot) от модельного ряда моторов MPI.
Интересно, а чем же так хорош прямой впрыск топлива в цилиндр? Реально – ничем, если учитывать конструкционные особенности моторов. А все потому что в этом случае на создание горючей смеси и испарение паров бензина выделено слишком мало времени, чем при его прохождении через впускной коллектор, когда на выходе в цилиндр поступает уже полностью готовая смесь.
Рассмотрим и другие отличия агрегатов HPi, GDI, CGI и FSI от модельного ряда MPI-моторов:
Как видно, система топливоподачи MPI гораздо проще во всех отношениях. Но, это далеко не все. В двигателях с прямой подачей топлива на их производительность влияет распределение воздуха внутри них и количество впрыснутого топлива в цилиндры. По этой причине поршневая часть в агрегатах с системой прямого впрыска имеет сложную профилированную конструкцию.
Подобную функцию выполняют и клапаны впуска в конструкции коллектора системы прямой подачи топлива. В конструкции HPi, GDI, CGI и FSI агрегатов предусмотрено послойное образование горючей смеси. Это говорит о том, что полностью сгорает лишь небольшое количество топлива, находящееся вблизи свечи зажигания либо происходит процесс разрушения этого облака из горючего для того, чтобы сделать всю рабочую смесь более обогащенной. В силовых бензиновых агрегатах конструкции MPI каналы для впуска топлива необходимы исключительно для впрыска смеси бензина с воздухом в цилиндры, поэтому они не имеют заслонок и винтовой формы, как моторы с прямой топливоподачей.
Такими «наворотами» перечисление отличий системы прямой подачи топлива от распределенной не заканчивается. Однако, большинство заметных моментов уже описаны выше. Если копнуть поглубже, то стоит отметить, что топливный насос высокого давления, наличие специального впускного коллектора, поршневой части особой конструкции и сложной системы форсунок отчасти можно отнести к недостаткам, наличие которых вовсе не говорит, что лишенным этого двигателям MPI придется сойти с дистанции. Во всяком случае, в ближайшее время.
Но, рано или поздно, это все же произойдет. И опять-таки по той же причине, которая относительно недавно сделала карбюратор и систему центральной подачи топлива достоянием политехнических музеев – отсутствие у системы распределенной подачи бензина высоких показателей экономии топлива без потери мощности силового агрегата, и большое количество вредных соединений в выхлопных газах автомобиля. Проведенные тестирования систем топливоподачи выявили, что силовые агрегаты с системой прямого впрыска топлива в отличие от других моторов, имеющих одинаковый объем, позволяют экономить порядка 20-25% топлива, при этом их мощность возрастает на 10%. Естественно, что ни один из существующих автопроизводителей не станет пренебрегать заявленными удовольствиями!
Но, наличие большого количества преимуществ вовсе не говорит об отсутствии недостатков. У системы прямой подачи топлива есть свой «скелет в шкафу». Если рассматривать экологическую составляющую использования прямого впрыска, то она практически идеальна, за исключением одного «но» – повышенного содержания сажи в выхлопных газах. Это и делает систему прямой топливоподачи единственным конкурентом дизельным силовым агрегатам. А это уже реальная возможность FSI поладить с MPI. Это было бы классно, но, во всяком случае, этим системам придется ладить друг с другом в одном двигателе.
Именно эту идею и воплотили в жизнь конструкторы компании Volkswagen, объединив в одном моторе обе системы MPI и FSI. Двигатели 1,8 и 2,0 TFSI относятся к третьему поколению агрегатов EA888.