Технології безпосереднього впорскування (БВ)

Фірма Mitsubishi першою створила серійний зразок 4-тактного двигуна з БВ – ДВЗ з

абревіатурою GDI (Gasoline Direct Injection). Конструктивні особливості:

- механічний паливний насос високого тиску розвиває тиск у 50 бар;

- форсунки з вихровими розпилювачами створюють різну форму паливного факела: на

режимі максимальної потужності – конічний, у режимі згоряння бідної суміші – вузький факел,

що за допомогою поршня направляється до свічі запалювання. Напрямок факела обраний так,

щоб рідка фаза бензину не попадала на стінки циліндра або головку поршня;

- у днищі поршня особливої форми зроблено виїмку, за допомогою якої паливоповітряна

суміш направляється у район свічі запалювання;

- застосовано вертикальні впускні канали, які забезпечують формування в циліндрі

"зворотного вихру", направляючи паливоповітряну суміш до свічі й поліпшуючи наповнення

циліндрів повітрям (у звичайного двигуна вихор у циліндрі закручений у протилежну сторону);

- дросельна заслінка з електронним керуванням.

Концерн PSA (Peugeot – Citroen) не є піонером впровадження БВ у Європі, але

впорскування у циліндри вперше з'явилося саме на його автомобілях.

Безпосереднє впорскування (HPi – Injection a Haute Pression або High Pressure Injection) в

PSA з'явилося навесні 2000 року на двигуні EW10 HPi 16 (2.0). Завдяки цьому, за заявами

виробника, вдалося домогтися зниження витрати палива на 19% у порівнянні з попереднім

поколінням двигунів (XU) і на 10% − у порівнянні з раннім звичайним EW. Трохи зріс крутний

момент на низьких обертах, покращилася динаміка, а екологічні показники в цілому ввійшли у

відповідність стандартам Euro IV.

Збільшення показників потужності пояснюється власне безпосереднім впорскуванням

(оптимізацією процесу сумішоутворення й згоряння), наявністю системи VVT (зміни фаз

газорозподілу) і ступенем стиску, що збільшено до 11,4.

Найактивнішими апологетами безпосереднього впорскування в Європі є підрозділи VAG,

у першу чергу – Volkswagen й Audi. Двигуни із БВ (FSI – Fuel Stratified Injection) запущені у

серію влітку 2001 року, і вже значною мірою витиснули традиційні бензинові мотори.

Перелічимо конструктивні особливості двигунів FSI:

- одноплунжерний паливний насос високого тиску, тиск впорскування до 110 бар;

- форсунка розташована практично горизонтально, і факел палива досягає свічі

запалювання майже без торкання поршня;

- головка блоку циліндрів з 4 клапанами на циліндр;

- система зміни геометрії впускного тракту (з довгим і коротким каналами);

- система EGR, що повертає на впуск до 30% відпрацьованих газів;

- звичайний трикомпонентний каталітичний нейтралізатор на виході з випускного

колектора і накопичувальний NO -нейтралізатор (на барієвій основі) під днищем, датчик вмісту

NOx у випускному тракті;

- система VVT (зміни фаз газорозподілу) безперервного типу;

- ступінь стиску збільшений до 12,1 проти 11,5 у стандартного двигуна;

- двигун оптимізовано під окремий вид низькосірчистого бензину (у цьому випадку –

Shell Optimax gasoline);

- заявлене зниження витрати палива - до 15%.

Європейське відділення Ford-Werke AG також представило у 2002 році свою систему БВ

– DISI (з орієнтацією на перспективний «Fusion»), декларуючи зниження витрати палива до 14%.

Наприкінці 2003 року безпосереднє впорскування SCi (Smart Charge injection) з'явилося на

моделі «Mondeo» (двигун 1.8 16V Duratec). Реалізований за стандартною схемою, що описана

вище. Насос одноплунжерний, тиск впорскування 120 бар. Заявлене зниження витрати палива –

15ч20%.

DaimlerChrysler розробив CGI (Stratified Charged Gasoline Injection). Конструктивні

особливості:

- двигун із примусовим наддувом (Roots) і охолодником повітря;

- балансирний механізм при робочому об’ємі менш 2 літрів;

- система VVT;

- форсунка встановлена в циліндрі під досить великим кутом (42°);

- тиск впорскування 50ч120 бар;

- потужність 163 к.с., крутний момент – 250 Н·м (при 3000ч4500 хв^-1), при цьому 75%

моменту досягаються вже при 1500 хв^-1;

- заявлено зниження витрати палива на 19% (до 7,9 л/100 км).

Компанія Renault стала першим європейським виробником двигунів із БВ, на початку

1999 року представивши 2-літровий F7R. При цьому схема відрізняється від тих, що описано

раніше.

Для рішення проблеми підвищеного вмісту NO_x у газах активно використається система

EGR (з перепуском до 25% газів). За рахунок відпрацьованих газів знижується розрідження у

впускному колекторі й зменшуються насосні втрати при низькому навантаженні. Схема

дозволила використати стандартні нейтралізатори. Конструктивні особливості:

- застосовуються три режими подачі палива: пошарове сумішоутворення, бідна суміш і

збагачена суміш,

- паливна апаратура «Siemens AG», тиск впорскування до 100 бар;

- форсунка розташована у верхній частині камери згоряння й направляє паливний факел

безпосередньо до свічі запалювання;

- ступінь стиску 11,5;

- потужність 140 к.с, крутний момент 201 Н·м (потужність стандартного двигуна F5R –

близько 150 к.с.)

SAAB використовує досить екзотичну схему SCC, що розроблена австралійською фірмою

Orbital. У циліндри наприкінці такту впуску впорскується бензоповітряна суміш під відносно

низьким тиском (6ч7 бар) через свічу-форсунку. Додаткова подача повітря через форсунку

здійснюється також і на такті стиску.

Оригінально влаштоване й запалювання: при низькому навантаженні і частоті обертання

збіднена суміш підпалюється іскрою, що виникає між центральним і бічним електродами у

великому проміжку (3,5 мм), а при високій частоті обертання й звичайній суміші – іскрою між

свічею й виступом поршня через зазор у 1 мм. Економія здійснюється за рахунок зниження

насосних втрат у результаті перепуску відпрацьованих газів. Декларується зниження витрати

палива до 10%, викиди NOx – на 75%.

Система безпосереднього впорскування Toyota (D-4) була анонсована на початку 1996

року. У серію такий двигун (3S-FSE) був запущений з 1997 року на моделі Corona (Premio T210),

з 1998 – Vista та Vista Ardeo. Конструктивні особливості:

-ступінь стиску – 10;

-паливна апаратура Denso;

-тиск упорскування - 120 бар;

-впуск повітря - через горизонтальні "вихрові" канали;

-система зміни фаз газорозподілу VVT-i;

-система EGR забезпечує подачу на впуск до 40% газів у режимі пошарового

сумішоутворення;

-каталітичний нейтралізатор накопичувального типу;

-заявлені поліпшення: приріст крутного моменту на низьких і середніх обертах – до 10%,

економія палива до 30%.