Phun nhiên liệu trong động cơ xăng. Ưu điểm, nhược điểm và các vấn đề có thể xảy ra

Loại hệ thống phun quyết định các thông số động cơ và chi phí vận hành. Nó ảnh hưởng đến động lực học, mức tiêu thụ nhiên liệu, khí thải và chi phí bảo dưỡng của xe.

Lịch sử ứng dụng thực tế của phun xăng trong động cơ đốt trong trong vận tải bắt đầu từ thời kỳ trước Chiến tranh thế giới thứ nhất. Ngay cả khi đó, ngành hàng không vẫn khẩn trương tìm kiếm các giải pháp mới có thể cải thiện hiệu suất của động cơ và khắc phục các sự cố về nguồn điện ở các vị trí khác nhau của máy bay. Phun nhiên liệu, lần đầu tiên xuất hiện trong động cơ máy bay V8 của Pháp năm 1903, đã tỏ ra hữu ích. Mãi đến năm 1930, Mercedes 1951 SL phun nhiên liệu mới ra mắt, được nhiều người coi là tiền thân trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, ở phiên bản thể thao, nó là chiếc xe đầu tiên có hệ thống phun xăng trực tiếp.

Phun xăng điện tử lần đầu tiên được sử dụng trên động cơ Chrysler 300 vào năm 1958. Phun xăng đa điểm bắt đầu xuất hiện trên ô tô vào những năm 1981, nhưng nó chủ yếu được sử dụng trên các mẫu xe sang. Máy bơm điện áp suất cao đã được sử dụng để đảm bảo áp suất thích hợp, nhưng việc điều khiển vẫn là trách nhiệm của những người thợ cơ khí, những người chỉ chìm vào quên lãng vào năm 600 khi Mercedes kết thúc sản xuất. Hệ thống phun vẫn còn đắt và không thay đổi đối với những chiếc xe bình dân và rẻ tiền. Nhưng khi các XNUMX trở nên cần thiết phải lắp đặt bộ chuyển đổi xúc tác trên tất cả các xe ô tô, bất kể loại xe nào, thì một loại phun rẻ hơn đã phải được phát triển.

Sự có mặt của chất xúc tác đòi hỏi sự kiểm soát chính xác hơn về thành phần của hỗn hợp so với những gì bộ chế hòa khí có thể cung cấp. Như vậy đã tạo ra phun xăng đơn điểm, một phiên bản ít ỏi của "đa điểm", nhưng đủ cho nhu cầu của những chiếc xe giá rẻ. Từ cuối những năm 1996, nó bắt đầu biến mất khỏi thị trường, được thay thế bằng kim phun đa điểm, hiện là hệ thống nhiên liệu phổ biến nhất trong động cơ ô tô. Năm XNUMX, hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp xuất hiện lần đầu trên Mitsubishi Carisma. Công nghệ mới cần được cải tiến nghiêm túc và lúc đầu đã tìm thấy rất ít người theo dõi.

Tuy nhiên, trước các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt, ngay từ đầu đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự tiến bộ trong hệ thống nhiên liệu ô tô, các nhà thiết kế cuối cùng đã phải chuyển sang sử dụng xăng phun trực tiếp. Trong các giải pháp mới nhất, số lượng ít ỏi cho đến nay, chúng kết hợp hai kiểu phun xăng - đa điểm gián tiếp và trực tiếp.    

Phun một điểm gián tiếp

Trong hệ thống phun một điểm, động cơ được cung cấp bởi một kim phun duy nhất. Nó được lắp ở đầu vào của đường ống nạp. Nhiên liệu được cung cấp dưới áp suất khoảng 1 bar. Nhiên liệu được phun ra trộn lẫn với không khí ở phía trước cửa nạp của các kênh dẫn đến các xi lanh riêng lẻ.

Hỗn hợp nhiên liệu-không khí được hút vào các kênh mà không cần định lượng chính xác hỗn hợp cho mỗi xi lanh. Do sự khác biệt về độ dài của các kênh và chất lượng hoàn thiện của chúng, nguồn điện cung cấp cho các xi lanh không đồng đều. Nhưng cũng có những lợi ích. Vì đường đi của hỗn hợp nhiên liệu-không khí từ kim phun đến buồng đốt dài nên nhiên liệu có thể bay hơi tốt khi động cơ làm ấm thích hợp. Trong điều kiện thời tiết lạnh, nhiên liệu không bay hơi, các sợi lông ngưng tụ trên thành ống góp và một phần đi vào buồng đốt dưới dạng giọt. Ở dạng này, nó không thể cháy hết trong chu trình làm việc, dẫn đến hiệu suất động cơ thấp trong giai đoạn khởi động.

Hệ quả của việc này là tiêu hao nhiên liệu tăng và khí thải có độc tính cao. Phun một điểm đơn giản và rẻ tiền, không yêu cầu nhiều bộ phận, đầu phun phức tạp và hệ thống điều khiển tiên tiến. Chi phí sản xuất thấp dẫn đến giá xe thấp hơn và việc sửa chữa chỉ với một điểm phun rất dễ dàng. Loại phun này không được sử dụng trong động cơ xe du lịch hiện đại. Nó chỉ có thể được tìm thấy ở những mẫu xe có thiết kế lạc hậu, mặc dù được sản xuất bên ngoài châu Âu. Một ví dụ là Samand của Iran.

đặc quyền

- Thiết kế đơn giản

– Chi phí sản xuất và bảo trì thấp

– Ít độc tính của khí thải khi động cơ nóng

khuyết tật

– Độ chính xác định lượng nhiên liệu thấp

– Mức tiêu hao nhiên liệu tương đối cao

– Độc tính cao của khí thải trong giai đoạn làm nóng động cơ

– Hiệu suất kém về động lực học của động cơ

Chèn đa điểm gián tiếp

Một phần mở rộng của phun gián tiếp một điểm là phun gián tiếp đa điểm với một kim phun ở mỗi cửa nạp. Nhiên liệu được phân phối sau bướm ga, ngay trước van nạp. Các kim phun gần xi lanh hơn, nhưng đường dẫn hỗn hợp không khí / nhiên liệu vẫn đủ dài để nhiên liệu hóa hơi trên động cơ nóng. Mặt khác, pha gia nhiệt ít có xu hướng ngưng tụ trên thành của cổng vào do khoảng cách giữa kim phun và xi lanh ngắn hơn. Trong hệ thống đa điểm, nhiên liệu được cung cấp ở áp suất từ ​​2 đến 4 bar.

Một kim phun riêng biệt cho mỗi xi-lanh mang đến cho các nhà thiết kế những khả năng hoàn toàn mới trong việc tăng tính năng động của động cơ, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Ban đầu, không có hệ thống điều khiển tiên tiến nào được sử dụng và tất cả các vòi phun đều đo nhiên liệu cùng một lúc. Giải pháp này không phải là tối ưu, vì thời điểm phun không xảy ra trong mọi xi lanh vào thời điểm thuận lợi nhất (khi nó chạm vào van nạp đóng). Chỉ có sự phát triển của điện tử mới có khả năng chế tạo các hệ thống điều khiển tiên tiến hơn, nhờ đó việc tiêm thuốc bắt đầu hoạt động chính xác hơn.

Ban đầu, các vòi phun được mở theo cặp, sau đó một hệ thống phun nhiên liệu tuần tự được phát triển, trong đó mỗi vòi phun mở riêng biệt, tại thời điểm tối ưu cho một xi lanh nhất định. Giải pháp này cho phép bạn chọn chính xác liều lượng nhiên liệu cho mỗi hành trình. Hệ thống đa điểm nối tiếp phức tạp hơn nhiều so với hệ thống đơn điểm, sản xuất đắt tiền hơn và bảo trì đắt hơn. Tuy nhiên, nó cho phép bạn tăng đáng kể hiệu suất của động cơ với mức tiêu hao nhiên liệu ít hơn và ít độc hại hơn của khí thải.

đặc quyền

– Độ chính xác định lượng nhiên liệu cao

– Tiêu hao nhiên liệu thấp

– Nhiều khả năng về động lực học của động cơ

– Độ độc của khí thải thấp

khuyết tật

- Độ phức tạp thiết kế đáng kể

– Chi phí sản xuất và bảo trì tương đối cao

Phun trực tiếp

Trong giải pháp này, kim phun được lắp vào xi lanh và phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt. Một mặt, điều này rất có lợi, vì nó cho phép bạn thay thế rất nhanh chóng lượng nhiên liệu-không khí phía trên pít-tông. Ngoài ra, nhiên liệu tương đối lạnh làm mát tốt núm pít-tông và thành xi-lanh, do đó có thể tăng tỷ số nén và đạt được hiệu suất động cơ cao hơn mà không sợ phản ứng đốt cháy bất lợi.

Động cơ phun trực tiếp được thiết kế để đốt cháy hỗn hợp không khí / nhiên liệu rất nạc ở mức tải động cơ thấp để đạt được mức tiêu thụ nhiên liệu cực kỳ thấp. Tuy nhiên, hóa ra điều này lại gây ra các vấn đề về lượng nitơ oxit dư thừa trong khí thải, để loại bỏ điều này cần phải lắp đặt các hệ thống làm sạch thích hợp. Các nhà thiết kế chống lại oxit nitơ theo hai cách: bằng cách thêm tăng và giảm kích thước, hoặc bằng cách lắp đặt một hệ thống phức tạp gồm các vòi phun hai pha. Thực tiễn cũng cho thấy rằng với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, hiện tượng đóng cặn cacbon trong ống nạp của xylanh và trên thân van nạp sẽ xảy ra bất lợi (giảm động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu).

Điều này là do cả cửa nạp và van nạp không được xả bằng hỗn hợp không khí-nhiên liệu như khi phun gián tiếp. Do đó, chúng không bị rửa trôi bởi các hạt dầu mịn đi vào hệ thống hút từ hệ thống thông gió cacte. Các tạp chất dầu cứng lại dưới tác động của nhiệt độ, tạo ra một lớp cặn ngày càng dày không mong muốn.

đặc quyền

– Độ chính xác định lượng nhiên liệu rất cao

– Khả năng đốt hỗn hợp nạc

– Động cơ rất tốt với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp

khuyết tật

- Thiết kế cực kỳ phức tạp

– Chi phí sản xuất và bảo trì rất cao

– Vấn đề dư thừa oxit nitơ trong khí thải

- Cặn carbon trong hệ thống nạp

Tiêm kép - trực tiếp và gián tiếp

Thiết kế hệ thống phun hỗn hợp tận dụng lợi thế của cả phun gián tiếp và trực tiếp. Phun trực tiếp hoạt động khi động cơ nguội. Hỗn hợp nhiên liệu-không khí chảy trực tiếp qua piston và sự ngưng tụ được loại trừ. Khi động cơ nóng và chạy dưới tải nhẹ (lái xe tốc độ không đổi, tăng tốc êm ái), phun trực tiếp ngừng hoạt động và phun gián tiếp đa điểm tiếp nhận vai trò của nó. Nhiên liệu bay hơi tốt hơn, các kim phun của hệ thống phun xăng trực tiếp rất đắt tiền không hoạt động và không bị mòn, van nạp được rửa sạch bởi hỗn hợp nhiên liệu-không khí nên cặn bẩn không hình thành trên chúng. Ở mức tải động cơ cao (tăng tốc mạnh, lái xe nhanh), hệ thống phun trực tiếp được bật trở lại, đảm bảo làm đầy xi lanh rất nhanh.

đặc quyền

– Liều lượng nhiên liệu rất chính xác

– Cung cấp động cơ tối ưu trong mọi điều kiện

– Động cơ rất tốt với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp

– Không có cặn carbon trong hệ thống nạp

khuyết tật

- Độ phức tạp thiết kế lớn

– Chi phí sản xuất và bảo trì cực cao