В системах этого класса форсунка устанавливается в головке блока или в блоке цилиндров так, что топливо подается непосредственно в камеру сгорания. Это единственный класс систем, по отношению к которым закономерно употребление термина "непосредственный впрыск" (англ. — direct injection, нем.— direkte Einspritzung), часто недифференцированно применяемого в литературе к любым системам впрыска вообще.

Системы непосредственного впрыска

Рис.1 Камеры сгорания и размещения форсунок: а - двигатель М-196; б - двигатель 300 SL; в - двигатель 230 SL; г - двигатель 600 SL: 1-форсунка; 2-свеча зажигания

При непосредственном впрыске распыливаемое форсункой топливо поступает в камеру сгорания, где образуется горючая смесь. Специфика процесса смесеобразования зависит от формы камеры сгорания, расположения форсунки, закона подачи топлива и от движения находящегося в камере воздушного заряда.

Выбор формы камеры сгорания и размещения свечи зажигания осуществляется с учетом требований, вытекающих из необходимости обеспечить бездетонационную работу двигателя на заданном сорте топлива. Одновременно не менее вескими являются и компоновочные соображения, так как в контур камеры должны быть вписаны седла впускного и выпускного клапанов, площадь сечения которых выбирается достаточной для газообмена при типичной для двигателей с впрыском высокой частоте вращения. При размещении форсунки принимается во внимание, что впрыск производится во время такта всасывания, поэтому впрыскиваемое топливо не должно выбрасываться во впускной канал.

Мерседес Бенц, модель 230 SL, системы непосредственного впрыска

"Мерседес Бенц", модель 230 SL
[Foto: Wikipedia.org]

С другой стороны, направление факела топлива в сторону выпускного клапана дает возможность несколько улучшить напряженный тепловой режим его тарелки. Вместе с тем и сам распылитель форсунки нуждается в защите oт тепловых перегрузок и сажеобразования, для чего иногда используется перекрытие выходного канала верхней кромкой поршня. Все эти особенности хорошо видны на рис. 1,а, где изображена камера сгорания двигателя М-196 с непосредственным впрыском. Двигатель построен фирмой "Мерседес Бенц" для гоночного автомобиля; при рабочем объеме 2,976 л и степени сжатия 9 он развивал мощность 220 кВт при частоте вращения 7400 мин-1, т. е. имел литровую мощность 74 кВт/л. Описанная форма камеры типична для используемых на гоночных автомобилях двигателей с непосредственным впрыском.

Системы непосредственного впрыска

Рис.2 Сравнительное протекание характеристик двигателей: --- при непосредственном впрыске — - при впрыске во впускной тракт

На единственной транспортной модели, имевшей двигатель с непосредственным впрыском, фирма "Мерседес Бенц" применила более простое решение (рис. 1,б). Здесь изображена камера сгорания двигателя 300 SL. Для упрощения привода клапаны расположены в один ряд, а камера имеет опрокинутую клиновую форму, которая образована плоскостью головки и выемками в блоке и головке поршня. На рисунке ясно видно расположение свечи 2. Двигатель этого типа при рабочем объеме 2,996 л развивал мощность 145 кВт, так что его литровая мощность составляла 48,5 кВт/л. На двигателях фирмы "Мерседес Бенц" применялись закрытые клапанные форсунки 1 с давлением начала открытия 4400 кПа. Впрыск производился на такте всасывания; регулирование впрыскиваемого топлива осуществлялось изменением начала подачи.

В процессе эксплуатации двигателей этого типа выяснилось, что ввиду очень тяжелых условий работы надежность форсунок недостаточна, поэтому фирмой был проделан опыт с переносом форсунок из камеры сгорания во впускной тракт. Полученные при этом результаты представлены на рис. 2. Из сравнения характеристик двигателя при непосредственном впрыске и впрыске во впускной тракт видно, что мощность двигателя Ne и крутящий момент Мкр изменились незначительно и что в зоне высоких оборотов разница не превышает 5—6%. Вместе с тем условия работы форсунок значительно улучшены и надежность обеспечивается без затруднений.