Auton Moottorivika

Suoraruiskutusbensiinimoottori: miten se toimii?

Petrol engine with direct fuel injection
Petrol engine with direct fuel injection
Julkaistu klo
Käännetty alkuperäisestä (lähde: autoride.co)

Kipinäsytytysmoottori, jossa on suoraruiskutus, on eräänlainen mäntäpolttomoottori, joka, toisin kuin kipinämoottori, jossa on yksipiste- tai monipisteruiskutus tai kaasutinmenetelmä, ei polta vain homogeenista seosta.

Polttoaine ruiskutetaan suoraan sylinteriin imu- tai puristustahdin aikana ruiskutusventtiileillä, sumutetaan ja höyrystetään ennen kuin sytytystulppa sytyttää seoksen kipinällä.

Sisältö

Bensiinimoottorin suoraruiskutustoiminto

Kipinäsytytysmoottori, jossa on suora ruiskutus, muodostaa toimivan polttoaineen ja ilman seoksen vain polttokammioon, mikä tarkoittaa, että se on seoksen sisäinen luominen.

Tällä seoksen valmistusmenetelmällä ei synny kondensaatiohäviöitä, jotka aiheutuvat polttoaineen kondensoitumisesta imuputken seinämille. Myös polttoaineen ruiskutuksen ajoitus sekä ruiskutettavan polttoaineen määrä ovat erittäin tarkkoja, minkä ansiosta polttoaineen kulutus pienenee.

Kuormasta, kierroksista, moottorin lämpötilasta ja muista parametreista riippuen suoraruiskutuksella varustettu kipinäsytytysmoottori toimii eri tiloissa erilaisilla seoskoostumuksilla:

  1. Homogeeninen sekoitustila
  2. Homogeeninen toimintatila ja laiha seos
  3. Homogeeninen toiminta ja kerroksellinen täyttötila
  4. Homogeeninen toiminta ja suoja moottorin nakutusta vastaan ​​
  5. Kerrossekoitustila
  6. Tila kerrostetun seoksen ja katalysaattorilämmityksen kanssa

1. Tila homogeenisella seoksella

Tässä tilassa polttoaine ruiskutetaan jo imuiskun aikana, minkä ansiosta saavutetaan riittävästi aikaa tasaisen koostumuksen muodostamiseen. Tässä tapauksessa kyseessä on stoikiometrinen seos λ = 1, jossa polttoaine palaa kokonaan, koko tilavuudessaan.

Tässä suoraruiskutuksella varustetussa bensiinimoottoritilassa palamiskulku, polttoaineenkulutus, päästöt ja muut parametrit eivät eroa kovinkaan paljon monipisteruiskutuksella varustetusta bensiinimoottorista.

Tämä tila on universaali moottorin kierrosluvusta, lämpötilasta tai kuormituksesta riippumatta. Tämä kuitenkin menettäisi moottorin kerrostaytteen edut, minkä vuoksi tätä tilaa käytetään pääasiassa suurilla moottorin kierrosnopeuksilla ja kuormituksilla.

2. Homogeeninen toimintatila ja laiha seos

Tässä tilassa suoraruiskutuksella varustettu bensiinimoottori saavuttaa pienemmän polttoaineenkulutuksen kuin homogeenisella seoksella varustetussa tilassa paremman täyttötehokkuuden vuoksi, koska kuristusventtiiliä avataan enemmän kuin homogeenisen seoksen tilassa.

Seoksen koostumus tässä järjestelmässä on 1 < λ < 2.

3. Homogeeninen toiminta ja kerroksellinen täyttötila

Tässä tilassa ilma-polttoainesuhde saavuttaa arvon λ > 2 ja polttoainetta ruiskutetaan kahdesti. Ensimmäisen ruiskutuksen aikana, joka tapahtuu imuiskun aikana, noin neljännes syklin polttoainepanoksesta syötetään polttokammioon, jolloin muodostuu homogeeninen seos.

Loput polttoaineesta ruiskutetaan vain puristusvaiheessa, kun taas sen tehtävänä on luoda hyvin syttyvä rikkaampi seos sytytystulpan alueelle.

4. Homogeeninen toimintatila ja suoja moottorin nakutusta vastaan

Tämä tila on ensisijaisesti tarkoitettu suurille kuormituksille alhaisilla moottorin kierrosnopeuksilla, kun moottori saattaa nakuttaa. Tässä tilassa käytetään jälleen kaksoispolttoaineen ruiskutusta, kuten edellisessä tilassa.

Toinen erä polttoainetta ruiskutetaan siten puristusvaiheen aikana, mikä alentaa lämpötilaa ja painetta polttokammiossa, mikä estää räjähdyksen palamisen.

5. Kerroksellinen sekoitustila

Tässä tilassa polttoainetta ruiskutetaan polttokammioon puristustahdin aikana juuri ennen kuin sytytystulppa sytyttää seoksen kipinällä.

Polttoaine ei ehdi sekoittua hyvin ilman kanssa ja moottori toimii laihalla seoksella, jossa ilma-polttoainesuhde on λ > 1, mutta sytytystulpan alueella on hyvin syttyvää seosta , joka syttyy kipinästä.

Tässä tilassa käytetään myös intensiivisesti aiempien syklien pakokaasujen kierrätystä EGR-venttiilin avulla.

Yksinkertaisesti sanottuna sytytystulpan alueella on hyvin syttyvä seos, ja muissa palotilan osissa on laihaa seosta edellisten jaksojen pakokaasuista. Kerrossekoitustila sopii paremmin alhaisille ja keskisuurille moottorinopeuksille.

6. Tila kerrostetulla seoksella ja katalysaattorin lämmityksellä

Tätä tilaa käytetään vain katalysaattorin lämmittämiseen käyttölämpötilaansa. Moottorin toimintaperiaate tässä tilassa on sama kuin edellisessä tilassa yhtä eroa lukuun ottamatta.

Laajentumisen aikana palotilaan ruiskutetaan yksi polttoaine lisää, minkä seurauksena pakoputken lämpötila nousee ja siten myös katalysaattorin lämpötila.

Kerrostuneen seoksen poltto

Palamisprosessin laadun varmistamiseksi kerrostetulla seoksella on tarpeen harmonisoida palotilan muoto, männän pohja, sytytystulpan ja suuttimen keskinäinen sijainti, mutta myös ilmavirran nopeus, polttoainesäteen ruiskutussuunta, muoto ja oikea hetki.

Kerrostetun seoksen poltto voidaan siksi jakaa:

  • Polttoainesuihkun ohjaama palaminen – polttoaine on ruiskutettava lähelle sytytystulppaa
  • Palokammion seinämien ohjaama palaminen – polttoaine ruiskutetaan ilmavirtaan , joka seinäsylinterien sopivan muodon ja männän pohjan ansiosta tuo polttoaineen ja ilman seoksen sytytystulppaan oikeaan aikaan.

Rakennusratkaisu kerrostetun seoksen valmistukseen:

  1. Suoraruiskutus sytytystulpat ja suuttimet lähellä toisiaan
  2. Suoraruiskutus, sytytystulpat ja suuttimet kaukana toisistaan ​​

1. Suoraruiskutus sytytystulpilla ja suuttimilla lähellä toisiaan

Tässä kerroksellisen seoksen valmistuksen suunnitteluratkaisussa käytetään sädeohjattua polttoa. Injektori ruiskuttaa siksi polttoainetta polttokammioon, kun taas polttoainesäde osuu suoraan sytytystulpan elektrodien alueelle.

Edut:

  • Seoksen suuri kerrostuminen kynttilöiden ympärillä tapahtuvasta ruiskutuksesta, jonka ansiosta niiden ympärillä oleva seos on aina riittävän rikasta, mutta muussa palotilassa on erittäin laihaa seosta.

Haitat:

  • Seoksen valmistaminen vie lyhyen ajan, mikä heikentää sen laatua
  • Palkin muodon riippuvuus puristuspaineesta
  • Ongelmia kylmäkäynnistyksen kanssa
  • Korkeat vaatimukset suuttimille

2. Suoraruiskutus sytytystulpat{{REF_LINK}} ja suuttimet kaukana toisistaan

Tässä seoksen kerrosvalmistuksen rakenneratkaisussa käytetään polttokammion seinämien ohjaamaa palamista.

Edut:

  • Pidempi seoksen valmistusaika, mikä parantaa sen laatua
  • Parempi polttoaineen ja ilman sekoittuminen (vähemmän kerrostumista)

Haitat:

  • Seoksen kerrostumista auttaa polttokammion muoto
  • Jos polttokammiossa on suuri turbulenssi, seoksen vaadittua kerrostumista ei saavuteta

Suoraruiskutuksella varustetun bensiinimoottorin edut

  • Parempi moottorin suorituskyky
  • Pienempi polttoaineenkulutus (15–30 %)
  • Tarkka polttoaineen annostelu

Suoraruiskutuksella varustetun bensiinimoottorin haitat

  • Alempi luotettavuus
  • Vaativampi rakenne
  • Epähomogeenista seosta poltettaessa syntyy enemmän typen oksideja ja kiinteitä hiukkasia.
Tunnisteet: suoraruiskutus bensiinimoottori bensiinimoottori suoraruiskutuksella homogeeninen seos kerrostettu seos