Що таке система вприскування GDI?

158

Щоб пояснити принцип роботи двигуна GDI з безпосереднім уприскуванням розглянемо теорію двигунів.

Теорія роботи двигуна

Щоб паливо згоріло, потрібне повітря. Але треба змішати з паливом стільки повітря, скільки потрібно для повного згорання. Таку кількість повітря називається стехіометричним. Наприклад, для бензину оптимальний склад паливної суміші виражається співвідношенням 14,7:1, тобто на 1 грам бензину потрібно 14,7 грама повітря. Суміш, в якій повітря більше, ніж потрібно – називається бідною, а та, в якій повітря менше, ніж потрібно (тобто більше палива) – називається багатою.

Занадто бідну суміш не завжди вдається підпалити, при роботі на багатій суміші незгоріле паливо марно «вилітає в трубу».

Повітря потрібне не тільки для згоряння. Чим вище тиск у циліндрі перед запалюванням суміші, тим більше віддача двигуна. І нам дуже вигідно, щоб більше повітря потрапило в циліндр на такті впуску: тим більше потім буде тиск. А ось тепер пора розбиратися, чому дизель економічніше.

Згадаємо, як працює ДВС. У бензинового двигуна на такті впуску суміш повітря і палива надходить у циліндр, потім вона стискається і підпалюється іскрою. У дизеля на такті впуску в циліндр надходить тільки повітря, що стискається поршнем під великим тиском і від цього ще і нагрівається. До кінця стиснення в циліндр впорскується паливо, яке при високих тиску і температурі самозаймається. Тиск в циліндрі дизеля набагато вище, ніж в циліндрі бензинового двигуна: для дизеля нормальна ступінь стиснення – 18, а у бензинових – ледь досягає 12. А вище тиск у циліндрі вище і ефективність.

А якщо підняти ступінь стиснення в бензиновому двигуні? Пробували. Але вище 12 не виходить. Тому що є такі явища, як детонація і краплинне запалювання.

Детонація — це дуже швидке згоряння палива в точках, віддалених від свічки, супроводжується різким місцевим перегрівом і перевантаженням деталей двигуна. Зовнішній ознака детонації — стук. Краплинне запалювання — передчасне (до появи іскри) займання суміші від перегрітих деталей камери згоряння.

Тривала робота з детонацією і калильним запалюванням неприпустима: мотор швидко вийде з ладу. Детонацію і краплинне запалювання провокують висока температура і високий тиск. Щоб уникнути детонації двигуни з високим ступенем стиснення «годують» високооктановим бензином АІ-98), але вище ступеня стиснення 12 його «не вистачає».

Якщо хочемо зробити бензиновий двигун економічним, «еластичним» і при цьому більш потужним, то повинні позбавити його від детонації і навчити «харчуватися» бідною сумішшю. От якби паливо впрыскивалось безпосередньо в циліндр…

Як працює двигун GDI?

Двигун GDI нагадує за конструкцією і звичайний бензиновий, і дизель. У кожному циліндрі присутній і свіча запалювання, і форсунка, а паливо подається насосом високого тиску під тиском 5 МПа. Форсунка забезпечує два різних режиму впорскування палива.


В роботі GDI розрізняють три можливих режими в залежності від режиму руху. Робота на понад бідних сумішах. Цей режим використовується при малих навантаженнях: при спокійній міській їзді і заміському русі на швидкостях до 120 км/ч. В цьому випадку паливо подається в циліндр практично як в дизелі — в кінці такту стиснення.

В результаті найбільш збагачене паливом хмара виявляється безпосередньо біля свічки запалювання і благополучно запалюється, підпалюючи потім бідну суміш. В результаті двигун стійко працює навіть при загальному співвідношенні повітря і палива в циліндрі 40:1.

Робота на стехиометрической суміші. Цей режим використовується при інтенсивній міській їзді, високошвидкісному заміському русі і обгонах. При стехіометричному складі суміші з запалюванням ніяких проблем не виникає. Впорскування палива здійснюється в процесі такту впуску. Паливо впорскується конічним факелом, розпорошується по всьому циліндру і, випаровуючись, охолоджує при цьому повітря в циліндрі. Завдяки охолодженню знижується ймовірність детонації і гартівного запалення.

Ще один режим реалізує система управління GDI. Він дозволяє підвищити момент двигуна в тому випадку, коли рухаючись на малих обертах, різко натискається педаль акселератора. Якщо двигун працює на малих обертах, а в нього раптом подається збагачена суміш, ймовірність детонації зростає. Тому впорскування здійснюється в два етапи.

Невелику кількість палива, що впорскується в циліндр на такті впускання і охолоджує повітря в циліндрі. При цьому циліндр заповнюється понад бідною сумішшю (приблизно 60:1), в якій детонаційні процеси не відбуваються. Потім, в кінці такту стиснення, подається струмінь палива, яка доводить співвідношення повітря та палива в циліндрі до «багатого» 12:1. А на детонацію часу не залишається.

Що в підсумку? Ступінь стиснення вдалося підняти до 12-12,5, двигун стійко працює на бідній суміші. Порівняно з бензиновим двигуном GDI витрачає на 10% менше палива, видає на 10% більше потужності і екологічніше на 20%.