Как добиться, чтобы бензиновые двигатели были чище

Частицы — главная проблема двигателей с непосредственным впрыском топлива, но повышение давления и другие новшества могут решить эту проблему. Важно отметить, что новые системы впрыска под высоким давлением делают бензиновые двигатели ещё чище и позволяют им соответствовать нормам выбросов, таким как WLTP.

Непосредственный впрыск бензина (также известный как непосредственный впрыск бензина или GDI) быстро становится лучшим другом автопроизводителей. Он обеспечивает лучшую экономичность топлива и меньшие выбросы CO2, а также улучшает крутящий момент на низких оборотах, но, как и большинство вещей, это не идеальная система.

Двигатели GDI создают больше частиц по количеству и массе, чем обычный двигатель с распределённым впрыском. Один из способов решить эту проблему — системы впрыска топлива под высоким давлением. Современные системы GDI работают при давлении 200 бар, однако одно из первых нововведений Delphi Technologies предусматривает систему на 350 бар.

Delphi, Magneti Marelli и Bosch также работают над будущими системами на 500 бар. Но сначала: что в двигателях GDI заставляет их выделять больше частиц, чем у двигателей с впрыском во впускной коллектор?

https://www.youtube.com/watch?v=uxZAcYx1AV4

Топливо одинаковое, в чём же разница?

Традиционный метод впрыскивает дозированный туман топлива в каждый впускной канал по мере того, как поршни всасывают воздух на такте впуска. Топливо устремляется по впускным трактам коллектора, испаряясь в потоке воздуха по мере движения, и попадает в цилиндр как прекрасно перемешанная (гомогенная) смесь, готовая к воспламенению.

Двигатели GDI, напротив, всасывают только свежий воздух и впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания, когда воздух сжимается в цилиндре, незадолго до сгорания. Впускные каналы спроектированы так, чтобы закручивать воздух в цилиндре, и топливо попадает в небольшой вихрь, который перемешивает воздух и топливо. Но у капель топлива гораздо меньше времени на испарение, чем в том долгом пути, который проходят капли в двигателе с впрыском во впускной коллектор, а неполное испарение капель означает больше частиц.

Повышение давления впрыска для уменьшения размера капель топлива обеспечивает лучшее испарение за отведённое в двигателе GDI короткое время. Delphi утверждает, что её первая в отрасли система на 350 бар сокращает размер и количество частиц до 70%, а её следующая система на 500 бар превосходит первую ещё на 50%. Но сделать это не так просто, как кажется: дело не только в том, чтобы открутить кран.

Во-первых, чем выше давление, тем больше энергии требуется для его создания; это отбирает небольшую долю мощности двигателя и немного влияет на экономию топлива. Кроме того, это может увеличить шум и значительно повышает нагрузку на все компоненты системы впрыска. Новые, более мощные форсунки должны дозировать топливо с большей точностью, а также справляться с дополнительным давлением и конструктивными изменениями топливной рейки, питающей форсунки.

Решение для снижения выбросов CO2 у бензиновых двигателей?

Новая конструкция насоса форсунок Delphi обеспечивает дополнительное давление без увеличения шума и с минимальным потреблением энергии. Она также не увеличивает нагрузку на привод и не требует дорогостоящих последующих изменений самого двигателя. Система Delphi на 350 бар — это первый шаг, и в ближайшие годы системы как на 350, так и на 500 бар должны появиться у других крупных поставщиков.

Сажевые фильтры, подобные тому, что показан на главном изображении Porsche, уже устанавливаются на новые автомобили, чтобы сократить выбросы частиц из двигателя на 90%. Фильтры соединяются и монтируются очень близко к двигателю, чтобы быстро выходить на рабочую температуру (нагреваться и начинать работать). Они также выполняют функцию трёхкомпонентных каталитических нейтрализаторов, уже установленных на автомобилях с бензиновым двигателем, для очистки от оксидов азота (NOx), монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC).