У сучасних автомобілях високі вимоги пред'являються до комфорту руху та складу відпрацьованих газів, а звідси – до складу робочої суміші. Поряд з точним дозуванням упорскуваної маси палива відповідно до кількості повітря, що всмоктується двигуном, значення має також точність моменту впорскування палива.

Ці вимоги зростають все більше і більше, відповідно до посилення норм граничної токсичності відпрацьованих газів. З цього йшло подальше вдосконалення систем упорскування.

Сучасним рівнем розвитку системи упорскування у впускний трубопровід можна назвати систему розподіленого упорскування з електронним управлінням, в якій паливо періодично впорскується для кожного циліндра окремо (тобто зі зміщенням часу) прямо на впускні клапани.

Принцип дії

Системи упорскування палива у впускний трубопровід характеризуються тим, що робоча суміш утворюється поза камерою згоряння, тобто у впускному трубопроводі. Форсунка впорскує паливо безпосередньо на впускні клапани, де воно разом із повітрям утворює робочу суміш, яка проходить через відкриті впускні клапани в циліндр. Один циліндр може мати один, два або три впускні клапани.

Впускні клапани мають таку конструкцію, що потреба двигуна в паливі покривається за будь-яких обставин, включаючи режим повного навантаження та високу частоту обертання колінчастого валу.

Впорскування палива у впускний трубопровід 

1. Поршень; 2. Випускні клапани; 3. Свічка запалювання; 4. Впускні клапани; 5. Форсунка; 6. Впускний трубопровід

Утворення робочої суміші

Впорскування палива

Паливний насос з електроприводом подає паливо до форсунок, де воно готове для впорскування. Там паливо перебуває під тиском у системі. У системах з розподіленим упорскуванням на кожен циліндр припадає одна форсунка, через яку дискретно впорскується паливо у впускний трубопровід безпосередньо на впускний клапан. Там тонко розпорошене паливо здебільшого випаровується і утворює з повітрям, що надходить через дросельну заслінку, робочу суміш. Для того щоб на утворення робочої суміші було достатньо часу, паливо впорскується на закритий клапан впуску і накопичується перед ним.

Частина палива осідає у вигляді плівки на стінках поблизу впускних клапанів. Товщина плівки на стінках залежить від тиску у впускному трубопроводі і, отже, від навантаження двигуна. Для хорошої динамічної реакції двигуна маса палива, що зберігається у вигляді плівки на стінках, має бути якнайменшою. Це досягається за рахунок відповідної форми впускного трубопроводу та геометрії струменя розпилу палива. Так як форсунка розташовується прямо перед впускним клапаном, то ефект від цієї плівки на стінках в системах розподіленого упорскування набагато менше, ніж у карбюраторних двигунах і системах з центральним упорскуванням.

Трикомпонентний каталітичний нейтралізатор за наявності стехіометричного співвідношення палива та повітря в робочій суміші (λ = 1) забезпечує хімічну нейтралізацію значної частини токсичних речовин, що утворюються при згорянні. Тому двигуни з упорскуванням у впускний трубопровід у більшості своїх робочих режимів експлуатуються з таким складом суміші.

Вимірювання маси повітря

Щоб робоча суміш могла точно регулюватися, величезне значення надається вимірюванню маси повітря, що бере участь у процесі згоряння.

Вимірювач маси повітря, розташований перед дросельною заслінкою, вимірює потік маси повітря, який входить у впускний трубопровід, і посилає електричний сигнал блок управління двигуном. В якості альтернативи існують також системи, які за допомогою датчика тиску вимірюють тиск у впускному трубопроводі і на його основі, у поєднанні з даними про положення дросельної заслінки і частоту обертання колінчастого валу, розраховують масу повітря, що надійшло. Блок управління, виходячи з маси цього повітря та навантаження на двигун в даний момент, обчислює необхідну масу палива.

Тривалість упорскування палива

Для впорскування розрахункової маси палива необхідний заданий час, званий тривалістю впорскування, який є функцією площі поперечного перерізу відкриття форсунки та різниці тисків у впускному трубопроводі та системі подачі палива.

Види впорскування палива

Поряд із тривалістю впорскування палива, іншим параметром, який важливий для оптимізації витрати палива та складу ОГ, є момент упорскування палива по куту повороту колінчастого валу. У цьому випадку можливості варіацій залежать від виду впорскування палива, що використовується.

Нові системи упорскування забезпечують можливість як послідовного, так і індивідуального для кожного циліндра впорскування палива.

Синхронне впорскування палива

При синхронному впорскуванні палива всі форсунки приводяться в дію в один і той самий момент. Тому час, який є для випаровування палива, у кожному циліндрі різний. Для того, щоб, незважаючи на це, домогтися хорошого утворення робочої суміші, кількість палива, необхідного для згоряння, ділиться на дві частини, і кожна з цих частин впорскується при кожному оберті колінчастого валу. При такому способі впорскування палива в деяких циліндрах паливо накопичується не перед впускним клапаном, а впорскується через відкрите впускне вікно. Момент впорскування палива при такому способі змінити не можливо.

Групове впорскування палива

При груповому впорскуванні палива форсунки об'єднані у дві групи. За один оберт колінчастого валу форсунки однієї групи впорскують повну кількість палива, необхідну для їх циліндрів, а за наступний оберт колінчастого валу - форсунки іншої групи.

Така робота форсунок вже дозволяє забезпечити вибір моменту впорскування палива у функції робочого режиму двигуна та уникнути небажаного впорскування у відкриті впускні вікна. Крім того, тут також час, наявний для випаровування палива, в різних циліндрах різний.

Послідовне впорскування палива

Паливо впорскується в кожен циліндр окремо. Форсунки приводяться в дію послідовно одна за одною відповідно до порядку запалення. Тривалість і момент впорскування відносно ВМТ у кожному циліндрі для всіх циліндрів однакові. В цьому випадку паливо накопичується до входу в кожен циліндр. Початок упорскування вільно програмується і може коригуватися залежно від режиму роботи двигуна.

Індивідуальне впорскування палива у кожен циліндр

Цей вид упорскування палива пропонує найбільший ступінь свободи. Він, у порівнянні з послідовним упорскуванням, має ту перевагу, що тут можна індивідуально впливати на момент впорскування в кожному циліндрі. Завдяки цьому можна компенсувати нерівномірність процесів, наприклад при наповненні циліндрів зарядом робочої суміші.