Direkte indsprøjtning, en konfiguration, der har vundet indpas i Otto Cycle-motorer, på trods af de højere omkostninger, bruger injektorer monteret direkte i forbrændingskamrene. Dette system sprøjter brændstoffet uden mellemled af indsugningsmanifolden, hvilket skaber turbulens inde i forbrændingskammeret, hvilket tillader motoren at køre med højere kompressionsforhold, hvilket forbedrer dens ydeevne, samt større effektivitet i forbrænding og reduktion i emissioner af forurenende stoffer under motorens opvarmningsfase.
Ved direkte indsprøjtning (figur 1, 2 og 3) fordamper det indsprøjtede brændstof inde i cylinderen, hvilket reducerer dens temperatur og reducerer dermed sandsynligheden for detonation. Injektorer designet til at modstå højere niveauer af varme og tryk har flere udløbshuller for bedre indsprøjtningskontrol.
Dette system er et engangsbrændstofsystem, som dæmper temperaturændringer inde i brændstoftanken, hvilket resulterer i reducerede fordampningsemissioner.
Systemdrift
Systemet består af to linjer; et lavt tryk, der ligner dem, der bruges i indirekte indsprøjtningssystemer og et højt tryk, der arbejder med trykværdier omkring 2 til 15 Mpa (20 til 150 BAR/ 290 til 2176 PSI), afhængigt af motorens driftsregime. Disse værdier varierer afhængigt af det system, der bruges af hver producent.
Pumpen sender brændstof fra tanken gennem tilførselsrøret til højtrykspumpen. Brændstoffet, der passerer gennem højtrykspumpen, går til fordelerrøret. Brændstof sprøjtes under højt tryk ind i forbrændingskamrene gennem injektorerne. Injektorernes puls styres af et dedikeret kontrolmodul, der i nogle systemer kaldes brændstofpumpens kontrolmodul.
Systemdriftstilstande
Direct Injection-systemer med mager forbrænding fungerer grundlæggende i tre tilstande:
1. STRATIFIED: Forbrænding med mager blanding (Lambda mellem 1, 8 og 3) og indsprøjtning ved slutningen af kompressionscyklustiden (fig. 4).
Denne tilstand forekommer norm alt, når motoren kører ved lav belastning, med maksimal rotation omkring 3000 RPM. Brændstoffet indsprøjtes ved slutningen af kompressionscyklussen mellem 60 og 45° APMS. Blandingen er let fyldig omkring tændrøret, idet den er mager i resten af forbrændingskammeret.
Kriterier for aktivering af den lagdelte tilstand - I nogle systemer, for at brændstofindsprøjtningen kan fungere i lagdelt driftstilstand, skal alle følgende specifikationer være i overensstemmelse:
• Motoren skal arbejde i området for lav hastighed og belastning;
• Der må ikke være fejl i systemet vedrørende udstødningsgassen;
• Kølevæsketemperaturen skal være over 50 °C;
• NOx-sensoren skal være klar til at arbejde;
• Temperaturen på NOx-akkumulatorkatalysatoren skal være mellem 250 °C og 500 °C.
2. HOMOGEN: Forbrænding med blanding omkring det støkiometriske (Lambda=1) og injektion under indsugningscyklussen (fig. 5).
BEMÆRK: DET ANVENDES I SITUATIONER MED ACCELERATION, BELASTNING OG MAKSIMAL EFFEKT
BEMÆRK: I motorer, der har en variabel indsugningsmanifold, forbliver ventilerne eller lugerne inde i manifolden åbne i den homogene tilstand, dette sker i situationer med høj belastning og rotation. Injektion starter under indlæggelsen ved omkring 300ºAPMS
3. HOMOGEN/LEAN: Mager forbrænding (Lambda omkring 1,6) og indsprøjtning under indsugningscyklussen. Tilstand brugt i overgangsfasen mellem de foregående tilstande (figur 6 og 7).
BEMÆRK: DET ANVENDES UNDER OVERGANG MELLEM STRATIFICEREDE OG HOMOGENE MODUS
Fordele ved direkte indsprøjtningssystem:
• Ved præcis styring af forbrændingsprocessen giver den motoren mulighed for at køre med magre blandinger (lambda mellem 1,6 og 3,0) svarende til dem, der bruges i dieselmotorer, hvilket muliggør en betydelig reduktion i brændstofforbruget (op til 15 % iht. til producenten Bosch) og emission af forurenende stoffer og stigning i drejningsmoment (op til 5 % ifølge samme producent).
• Da indsprøjtningstrykket er ret højt (50 til 100 bar), er der en mere homogen luft/brændstofblanding (optimering af forbrændingsprocessen).
• Den varme, der er nødvendig for fuldstændig fordampning af det pulveriserede brændsel, udvindes fra den opvarmede luft, som er i forbrændingskammeret.
• Da der ved mager drift sker forbrænding hovedsageligt omkring tændrøret, dannes et isolerende lag inde i forbrændingskammeret, dannet af luft og recirkulerede udstødningsgasser (EGR-ventil), hvilket reducerer varmetabet gennem cylindervæggene og øger motorens termiske effektivitet
Brændstofindsprøjtningssystemkomponenter
Brændstofpumpekontrolmodul (foto 8) - Forbundet til datakommunikationsnetværket, højhastigheds CAN-netværk, dette modul er placeret i bunden, sidevognen og modtager fra motorkontrolmodulet (ECM), den ønskede brændstoftrykinformation og styrer brændstofpumpen placeret inde i tanken.
Dette modul sender et PWM-signal (Pulse Width Modulation) til brændstofpumpen og varierer pumpehastigheden i henhold til det modtagne signal. Den maksimale strøm, der leveres til brændstofpumpen, er 15 ampere, og systemet bruger et relæ.
Flex brændstofsensor (fig. 9) - Måler ethanol-benzinindholdet i brændstoffet for at justere tændingstidspunktet og mængden af brændstof, der skal indsprøjtes. Sensoren har et 3-benet stik: jord, positiv og signal til motorkontrolmodulet (ECM), bruger en processor inde i sensoren til at måle procentdelen af Ethanol og varierer udgangssignalet. Motorkontrolmodulet (ECM) giver en spænding på 5V. Det normale frekvensområde for signalet varierer mellem 50 og 150 Hz, hvor 50 Hz repræsenterer 0 % ethanol, og 150 Hz repræsenterer 100 % af det samme brændstof.
Brændstoftryksensor (fig. 10) - Placeret på brændstofforsyningsrøret fra tanken til højtrykspumpen, den har 3 (tre) stifter, der viser følgende funktioner: positiv 5V forsyning, kommer fra motorkontrolmodulet (ECM); et svarsignal til ECM'en; og en jordforbindelse, også styret via motorstyringsmodulet, gennem den elektriske sele.
Brændstoftankpumpesamling - Brændstoftankpumpesamlingen er placeret inde i tanken og indeholder en tilbagestrømningskontraventil, som holder brændstoftrykket i forsyningsledningen for at undgå vanskeligheder under start.
Sættet er dannet af følgende komponenter (fig. 11):
• Niveausensor;
• Stabilisatorreservoirbrændstofpumpe;
• Brændstoffilter.
Højtryksbrændstofpumpe - Højt brændstoftryk er påkrævet til direkte indsprøjtning. Pumpen er norm alt monteret bagerst på topstykket og drives, afhængigt af systemet, af knaster (4 tappe) på indsugningsknastakslen (fig. 12). Denne pumpe regulerer også brændstoftrykket gennem en koblet magnetventil. Motorkontrolmodulet (ECM) styrer trykvariationen fra 2 til 15 Mpa (20 til 150 bar/ 290 til 2176 psi), varierende i henhold til motorens driftsregime.
Motorkontrolmodulets (ECM) udgangssignal sender en spænding på 12 volt til pumpens styrekredsløb via et PWM-signal (Pulse Width Modulation), som regulerer brændstoftrykket, lukker og åbner styreventilen ved specifik gange under pumpeslag.
Når styremagneten ikke er tændt, kører pumpen med fuld flow. I tilfælde af pumpestyringsfejl er højtrykssystemet beskyttet af en aflastningsventil (fig. 13 til 15).
Højtryksbrændstoffordelingsrør (fig. 16) - Fastgjort til topstykket, fordeler det højtryksbrændstoffet jævnt til injektorerne. Følgende komponenter er fastgjort til dette rør:
• Brændstofinjektorer;
• Brændstoftryksensor.
Brændstofinjektorer (fig. 17) - Det direkte brændstofindsprøjtningssystem fungerer under højt tryk. Injektorerne er fastgjort til motorhovedet med direkte indgang i forbrændingskammeret, og brændstoftrykket skal være højere end motorens kompressionstryk.
Injektorerne styres af ECM (motorkontrolmodul), som leverer en højspændingsforsyning (65 volt ved indsprøjtningsstart) til hver injektor. En kondensator opbygges og aflader denne spænding, hvilket tillader injektoren at åbne indledningsvis, som holdes åben i 12 volt.
Disse injektorer har en udvidet fin spids for at tillade effektiv afkøling i forbrændingskammeret, og deres åbninger genererer et konisk sprøjtemønster.
For at fjerne injektoren, brug specialværktøj som vist i figur 18.
Når du geninstallerer injektoren, skal du udskifte tætningsringene, til det skal du bruge et specialværktøj som vist i figur 19:
Figur 20 viser brugen af multimeteret, der måler injektorens drivspænding i denne type system.
Højtryks brændstofmanifold tryksensor - Fortæller ECM (motorkontrolmodul) brændstoftrykket inde i brændstofmanifolden for højt tryk. Styremodulet leverer en referencespænding på 5V og jorden, modtager fra sensoren et retursignal med variabel spænding, overvåger det, så når trykket i fordelerrøret øges, vil responsspændingen være høj, hvis manifoldtrykket er lavt, sensorens responsspænding vil også være lav.
I de fleste køretøjer, der drives af elektronisk brændstofindsprøjtning, er manifoldtryksensoren (navn givet til brændstoftryksensoren) ikke afgørende for systemet, dvs. i tilfælde af tab af information eller kommunikation mellem sensoren og kontrolenhed, fortsætter køretøjet med at køre og starte norm alt. Styreenheden vedtager nødparametre med begrænset hastighed og effekt, så køretøjet ikke svigter føreren. I de fleste direkte indsprøjtningssystemer begynder højtrykssystemet at arbejde med det samme tryk som lavtryksledningen, det vil sige fra 3 til 6 BAR (figur 21 og 22).
Brændstoftrykreguleringsventil (fig. 23) - Det er en elektromagnetisk ventil, der styrer strømmen af brændstof, der går til returløbet og som følge heraf styrer trykket i linje af højtryksbrændstof. Den styres elektronisk af motorstyringsmodulet, som er baseret på tryksensorsignalet fra højtryksbrændstofmanifolden. I de fleste af de nuværende direkte indsprøjtningssystemer forbliver denne ventil som en sikkerhedsforanst altning åben, når der ikke er strømforsyning, hvilket betyder, at hvis den ikke modtager energi, vil højtrykspumpen ikke være i stand til at generere tryk til systemet, og brændstoffet vender tilbage til lavtryksledningen.
NOX Storage Catalyst - NOX Storage Catalyst (Fig. 24) er placeret samme sted og har samme funktion som den almindelige tre-vejs hovedkatalysator. Når systemet arbejder i homogen tilstand med lambda=1, er det kendetegn, at det kan omdanne (reducere) nitrogenoxider til frit nitrogen og derved beskytte miljøet mod virkningen af skadelige gasser.
I de homogene magre og stratificerede driftstilstande, med lambda større end 1, kan den ikke længere udføre denne transformation (reduktion); dermed gemmer den dem indtil mætningspunktet for katalysatoren; når denne tilstand detekteres af NOX-sensoren, informerer NOX-sensorstyreenheden motorstyringsmodulet, og dette beriger blandingen i nogle få sekunder, hvilket fremmer den kemiske reaktion, der resulterer i dannelsen af frit nitrogen fra nitrogenoxiderne.
Udstødningstemperatursensor - En anden sensor, der er værd at nævne, er udstødningsgastemperatursensoren, som er afgørende for den korrekte funktion af det direkte indsprøjtningssystem. Dette er en af de sensorer, der er ansvarlige for at tillade injektionssystemet at variere fra homogene til dårlige og lagdelte homogene tilstande.
Injektionssystemet skifter kun fra homogen til mager og lagdelt homogen tilstand, hvis udstødningstemperaturen er mellem 250°C og 500°C.
På denne måde observerer vi, at det direkte brændstofindsprøjtningssystem fremmer brændstoføkonomi, øget termisk effektivitet og reducerede forurenende emissioner. Dette blev opnået takket være følgende innovationer:
• Øget systemarbejdstryk, hvilket resulterer i bedre blandingsdannelse.
• Præcis kontrol af mængden og det passende tidspunkt for brændstofindsprøjtningen, på grund af brugen af specifikke injektorer, installeret direkte i forbrændingskammeret og styret direkte af ECM, som bruger et højspændingssignal til hurtigt at åbne dem
• Brug af mager blandingsforbrændingsteknologi, som blandt andet sørger for, at forbrændingen hovedsageligt foregår omkring tændrøret. Og resten af forbrændingskammeret er fyldt med luft og recirkulerede gasser, hvilket reducerer varmetabet gennem cylindervæggene.
Derudover præsenterer vi dens vigtigste konstruktive karakteristika; arbejdsprincip; driftstilstande for systemet og dets hovedkomponenter, der fremhæver deres placering, drift og vejledende værdier, der kan variere afhængigt af applikationen.
