Непосредственный впрыск топлива бензиновый двигатель

Непосредственный впрыск топлива бензиновых ДВС.

Система непосредственного впрыска топлива является самой современной и совершенной, с точки зрения экономия топлива и экологии, системой впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi. В настоящее время система непосредственного впрыска используется в двигателях многих автопроизводителей.

Toyota — D4
Mercedes-benz — CGI
Mitsubishi — GDI
Nissan — NEO DI
Renault — IDE
Alfa Romeo — JTS
PSA Peugeot Citroën — HPi
Mazda — DISI; SkyActive
General Motors — Ecotec
Ford — TwinForce, SCTi, EcoBoost
Volkswagen, Audi, Skoda — FSI, TSI, TFSI
Opel — SIDI (Spark Ignition Direct Injection)

Применение системы непосредственного впрыска позволяет достичь до 5-15% экономии топлива в режиме холостого хода и частичных нагрузок, а также сокращения выброса вредных веществ с отработавшими газами.

Устройство системы непосредственного впрыска топлива.

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива. Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

1. топливный бак
2. топливный насос
3. топливный фильтр
4. перепускной клапан
5. регулятор давления топлива
6. топливный насос высокого давления
7. трубопровод высокого давления
8. распределительный трубопровод
9. датчик высокого давления
10. предохранительный клапан
11. форсунки впрыска
12. адсорбер
13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПа) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

Принцип действия системы непосредственного впрыска
Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

Послойное
Стехиометрическое гомогенное
Гомогенное

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов, мгновенный отклик на педаль акселератора) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя — режим макисмальной мощности или больших нагрузках — режим максимального момента. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах и на холостом ходу, когда нужно обеспичить максимальную экономию топлива. При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия, для этого поршень имеет специальную форму днища. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания. Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%, что снижает количество кислорода в камере сгорания.

На практике непосредственный впрыск приносит много головной боли своим владельцам, вся экономия топлива рассыпается в труху о стоимость ремонта и обслуживания.

1. Необходимо следить за чистотой бензина от механических примесей. Что попало (самый дешевый) в эти двигатели не пойдет. Только самый дорогой из доступных, причем АИ-98-100.

2. Приходится часто менять топливные фильтры (обычно 30-60т.км.), причем только оригинальные. Использование неоригингальных топливных фильтров чревато быстрым износом ТНВД и забитыми форсунками, со всеми прелестями их замены или ремонта. Можно конечно рисковать, но в случае чего — выйдет раком очень дорого.

3. При температурах ниже -25-30С ТНВД из-за ухода тепловых зазоров не может развить номинальное давление, с прогревом он конечно довольно быстро приходит в норму. Но с увеличением пробега все становится хуже. Двигатель трясется, пытается — и не заводится нормально. Кроме того, запуск при таких температурах быстро изнашивает ТНВД и форсунки.

4. Каждые 30-60т.км. необходимо обслуживать всю топливную систему — промывать форсунки, менять уплотнительные колечки, проверять все насосы и при необходимости менять (насос низкого давления) либо ремонтировать (насос высокого давления). Иначе можно "встать" колом.

5. Нужно подбирать масло так, чтобы оно не сильно загаживало камеру сгорания и впускные клапана (а значит зола не больше 1,15%, а в некоторых случаях и все 0,8-1% что явно не способствует стойкости масла и сроку жизни ДВС до износа), но так чтобы предотвратить износ распредвалов, цепей, шестерен и прочего. Подобрать такое масло — не так то просто, даже сами автопроизводители в своих допусках уже запутались…и даже придумали новую страшилку — проблема LSPI. Несите ваши денежки за новые масла…только это вам не поможет. Выбирайте — повышенный износ всего двигателя, но чистые от нагара клапана и каналы, либо — низкий износ и все заросшее нагаром, с опасностью клина. Хороший выбор, не правда ли? Что в лоб, что по лбу…особенно печально в свете того, что многие двигатели с непосредственным впрыском имеют пластинчатую цепь Морзе, либо кулачки распредвалов непосредственно скользят по толкателям клапанов без роликовых механизмов, имеющую крайне высокие требования к противозадирным и противоизносным компонентам ZDDP и ZP, содержание которых приходится постоянно снижать, с все ужесточающимися экологическими нормами. Сюда нужны исключительно полнозольники…иначе износ к 150т.км. будет критическим. Раз в пару-тройку лет — обязательная чистка.

6. Самое веселое — каждые 50-100т.км. необходимо очищать одним из способов (чаще всего — механически, с разборкой) впускные клапана и впускные окна головки блока, из-за того что они не омываются бензином — зарастают нагарами, отложениями, сажей. "Спасибо" системам EGR и принудительной вентиляции картера. Все это дерьмо прилетает именно оттуда и налипает повсюду. В противном случае двигатель сначала теряет мощность (обычно чуть больше 100т.км.), в некоторых случаях смесь обогащается (воздуха мало) и двигатель начинает под нагрузкой коптить, в особо тяжелых случаях (когда владелец — у меня 150-180тыщ ниче не делал по движку — машина огонь!) возможно повреждение клапанов (клинит и гнет…) либо даже отрыв тарелок, с крайне тяжелыми последствиями…а эти двигатели нихрена не простые в сборке-разборке. И еще более тяжелые в капремонте. Если делать самостоятельно — довольно сложно и трудоемко, если ехать в автосервис — неприлично дорого и велик риск что ничего путем не очистят, а протрут тряпочкой впускные каналы и ОК — ждем на капиталочку, лох подготовлен, счетчик запущен…

7. Очень распространенная проблема двигателей с непосредственным впрыском — низкое тепловыделение на холостых и медленном движении по пробкам, в режиме бедной смеси. Экономия она конечно хорошо, но когда за окном -25-35С двигатель натурально остывает, из печки начинает идти холодный воздух. Все двигатели объемом менее 2л с непосредственным впрыском в той или иной степени подвержены этой проблеме. Постепенно решают извращениями с контурами охлаждения (подогрев антифриза от выхлопа, 2 термостата один в головку, второй в блок), интеграция выхлопного коллектора в головку блока…и…даже подачей обогащенной смеси, если температура ДВС начинает снижаться, превращая весь смысл непосредственного впрыска в ничто.

8. При езде на высоких скоростях, под нагрузкой, по трассе, когда нужен большой момент и мощность, для сопротивления нагрузке и воздушному потоку — экономия топлива от непосредственного впрыска едва ли укладывается в диапазон 1-5%. В таком режиме двигатель готовит исключительно стехиометрическую смесь, а то и богатит, когда нужна максимальная мощность. В таких режимах езды выгоды от непосредственного впрыска нет и быть не может.

9. Почти полная неликвидность авто с такими двигателями с реальным пробегом свыше 100-150т.км., даже если авто обслуживалось во время и проблем не доставляло. Сильное падение цены на вторичке. Владельцам приходится сматывать пробег в разы, чтобы вообще куда-то продать…и по этой причине невозможно понять, сколько же реально ходят эти двигатели?

К сожалению, непосредственный впрыск топлива бензиновых ДВС можно отнести еще к одной системе снижения ресурса до вмешательства, и вновь срок службы до первого ремонта не превышает 100-150т.км. городского пробега. Если хотите реально экономить топливо — покупайте дизель. Там тоже прелестей хватает ("зимнее" летнее диз.топливо, свечи накала, топливные фильтры, прокладки форсунок, ТНВД, сажевые фильтры…), но рассчитаны они обычно для комтранса, имеют огромный запас прочности (сравните поршни, толщину колец, шатунов, коленвала, конструкцию головы, блока) и раньше 250-350т.км. вы туда вряд ли вообще полезите.

Теория и практика впрыска: прямой против распределенного. Какой выбрать двигатель, чтобы не разориться

Если спросить, что происходит, когда водитель нажимает или отпускает педаль «газа», скорее всего, услышите от владельцев бензиновых автомобилей, что при этом увеличивается или уменьшается подача топлива в мотор. Однако назвать правильным такой ответ можно только с большой натяжкой.

В действительности же, воздействуя на педаль «газа», водитель уменьшает или увеличивает подачу воздуха в цилиндры. Топлива же будет подано ровно столько, сколько требуется для приготовления смеси воздуха и бензина, заданной программой управления для конкретного режима работы двигателя и его фактического температурного состояния.

У карбюраторных моторов, давно ставших экспонатами политехнических музеев, количество подаваемого бензина и вовсе определялось разряжением воздуха в пространстве за дроссельной заслонкой, положение которой задавалось нажатием на педаль «газа». Точность такого способа дозирования топлива была невысока, что сказывалось на экономичности карбюраторных двигателей, количестве вредных выбросов в окружающую среду и в конечном итоге сделало карбюраторы достоянием истории.

На смену пришел впрыск, где подача бензина самотеком из жиклеров под действием разряжения воздуха была заменена распылением с помощью форсунок, к которым топливо поступает под давлением, развиваемым топливным насосом.

Существует три разновидности систем впрыска — центральный, распределенный и прямой. До настоящего времени дожили лишь две последние. Что касается центрального впрыска, нередко называемого также моновпрыском, то он оказался неспособным равномерно распределять горючую смесь по отдельным цилиндрам, а также создавал высокое сопротивление на впуске. Поэтому и центральный впрыск отправился в отставку, как только перестал соответствовать ужесточившимся экологическим требованиям и удовлетворять потребительским запросам к величине расхода топлива.

Однако и с распределенным впрыском, иногда именуемым многоточечным согласно англоязычному обозначению Multi Point Injection (MPI), не все ладно. Правда, его сопернику — системе питания с прямым впрыском бензина, о серийном производстве которой первой отрапортовала компания Mitsubishi еще в 1997 году, за 18 лет так и не удалось окончательно уложить MPI на лопатки. Но о том, что рано или поздно распределенный впрыск повторит судьбу карбюратора и моновпрыска, предрекают все специалисты без исключения.

На самом ли деле прямой впрыск настолько хорош, что делает поражение MPI неизбежным? Чтобы разобраться в этом вопросе, сравним обе системы питания.

И там и там в отличие от моновпрыска каждый цилиндр двигателя обслуживается отдельной форсункой, но при распределенном впрыске форсунки распыляют бензин во впускной коллектор.

При прямом впрыске бензин подается непосредственно в камеру сгорания цилиндра. Это главное, что отличает моторы, в зависимости от производителя помечаемые индексами GDI (Mitsubishi), FSI (Volkswagen), HPi (Peugeot), CGI (Mercedes-Benz) и так далее, от двигателей MPI.

Что же хорошего сулит подача бензина прямо внутрь цилиндра? Как ни странно, ничего, если подойти к этому вопросу с точки зрения конструкции двигателя. Проблема состоит в том, что при прямом впрыске на испарение бензина и перемешивание его паров с воздухом отводится примерно в 10 раз меньше времени, чем когда бензин распыляется во впускной коллектор, а в цилиндры поступает уже в смеси с воздухом после того, как открылись впускные клапана.

Как в условиях столь короткого промежутка времени, отводимого при прямом впрыске на смесеобразование, добиться, чтобы смесь получилась качественной, ведь именно от этого зависит, каким будет результат последующего сгорания?

Отсюда другие отличия GDI, FSI, HPi, CGI и иже с ними от MPI. Во-первых, давление, с которым форсунка при прямом впрыске распыляет бензин, в десятки раз превышает давление, действующее в системах питания с распределенным впрыском (порядка 50-120 бар против 3-4). Это предполагает наличие у двигателей с прямым впрыском топливного насоса высокого давления, в котором нет необходимости при распределенном впрыске.

Во-вторых, распылители форсунок прямого впрыска придают капелькам топлива вращение, что ускоряет их испарение. От форсунки распределенного впрыска требуется гораздо меньше — лишь сформировать факел топлива и направить его в зону впускного клапана. Другими словами, система питания MPI конструктивно проще, а значит, дешевле как при изготовлении, так и при ремонте для устранения неисправностей, что никак не может считаться ее недостатком.

Но и это еще не все. Важнейшую роль в организации рабочего процесса в моторах с прямым впрыском играет движение воздуха и порции впрыснутого бензина внутри цилиндра. Именно ради этого днище поршней в двигателях с прямым впрыском приобрело сложную профилированную форму, которая также принципиально отличает их от поршней MPI-моторов.

Той же цели служат и впускные каналы в коллекторах двигателей с прямым впрыском. В GDI, FSI и подобных им моторах поток воздуха из впускных каналов либо способствует так называемому послойному смесеобразованию, когда пригодным для нормального сгорания становится только небольшое облако смеси, расположенное возле свечи зажигания, либо разрушает расслоение, когда нужно, чтобы смесь стала стехиометрической. В двигателях MPI впускные каналы предназначены лишь для впуска бензовоздушной смеси в цилиндры, поэтому здесь нет необходимости придавать каналам винтовую форму, оснащать их заслонками, закрытыми или открытыми в зависимости от режима работы двигателя, как это делается при прямом впрыске.

Этими ухищрениями перечень отличий прямого впрыска от распределенного не исчерпывается, но основные, видимые, как говорится, невооруженным глазом, уже названы. Итак, бензонасос высокого давления, более сложные форсунки, поршни, впускной коллектор — как ни крути, это не достоинства, а недостатки, которые не предвещают, что MPI-моторам, ничего подобного не имеющим, придется сойти со сцены. По крайней мере, в ближайшем будущем.

Тем не менее это должно случиться. Причина та же, что в свое время поставила крест на карбюраторе и моновпрыске, — неспособность распределенного впрыска удовлетворять все более строгим требованиям к содержанию вредных веществ в выхлопных газах и необходимость улучшения экономических характеристик без ухудшения динамических параметров. Сравнительные испытания с MPI показывают, что при одинаковом рабочем объеме двигатели с прямым впрыском демонстрируют не только уменьшенный на 20-25% расход топлива, но и обеспечивают 10-процентный прирост мощности. Какой производитель добровольно откажется от таких удовольствий?

Впрочем, есть у прямого впрыска один подвох. По части экологии он хорош во всем, за исключением выброса сажи в атмосферу. Тут прямой впрыск — достойный конкурент дизелю. Это дает шанс MPI ужиться с FSI. Оно бы и неплохо, но может статься, что совместно проживать им предстоит в одном моторе! Во всяком случае именно такая мысль пришла в голову инженерам концерна Volkswagen, разработавшим бензиновые силовые агрегаты 1.8 TFSI (заводские коды CJEB, CJSA, CJSB) и 2.0 TFSI (CNCB, CNCD, CJXC), составляющие семейство ЕА888 третьего поколения, где в одном двигателе используются сразу и FSI, и MPI!

Наш вердикт

Производители себе на уме, но если спросить у белорусских владельцев бензиновых автомобилей, какой мотор лучше, MPI или FSI, скорее всего, услышим в ответ дифирамбы в адрес первого и ничего хорошего о втором. И вот вам правда жизни: оценка системы питания, которой теоретики и аналитики прочат безоговорочную победу, может измениться на противоположную, если учесть, чем в наших условиях эксплуатации оборачивается ее сложность.

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора
ABW.BY

Благодарим за консультации и помощь в организации фотосъемки «Ресурсный центр» на базе автомеханического колледжа имени академика М.С.Высоцкого

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?

Двигатели с непосредственным впрыском (также используется термин «прямой впрыск», или GDI) начали появляться на автомобилях не так давно. Однако технология набирает популярность и все чаще встречается на моторах новых автомобилей. Сегодня мы в общих чертах постараемся ответить, что такое технология непосредственного впрыска и стоит ли ее опасаться?

Для начала стоит отметить, что главной отличительной особенностью технологии является расположение форсунок, которые размещены непосредственно в головке блока цилиндров, соответственно, и впрыск под огромным давлением происходит напрямую в цилиндры, в отличие от давно зарекомендовавшей себя с лучшей стороны системы впрыска горючего во впускной коллектор.

Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi. Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность – от 10% до 20%, мощность – плюс 5% и экологичность. Основной минус – форсунки крайне требовательны к качеству топлива.

Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на дизельные двигатели. Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.

В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы. Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также моторы, которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.

Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский). Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:

Итак, экологичность и экономичность – благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:

Минусы

1. Очень сложная конструкция.

2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.

3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.

Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.

4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.

5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.

6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.

Помимо этого, в видео также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.

Плюсы

1. Экологичность.

2. Экономичность (правда, здесь нужно сделать оговорку: реальная экономия бензина доступна в условиях, близких к идеальным) – экономия 5-10%.

3. Немного более высокая мощность.

4. GDI при непосредственном попадании топлива в цилиндр охлаждает головку поршня.

5. Происходит лучшее смешение топливовоздушной смеси в цилиндрах.

6. Меньше детонация.

7. Требуется гораздо меньше топлива, смесь при определенных условиях работы мотора может обедняться до 30:1

8. Процесс работы двигателя точнее контролируется при помощи компьютера.

Таким образом, если выполнять определенные правила, предписанные автопроизводителем, а именно заправляться на проверенных заправках качественным топливом и регулярно проводить техническое обслуживание топливной системы автомобиля, то ухудшения качеств мотора, а тем более поломок оборудования можно избежать. Специалисты также советуют проводить прочистку форсунок после каждых 50-60 тыс. км.

Чем опасен прямой впрыск: 4 главные проблемы (они не излечимы)

Почти все автопроизводители применяют такой впрыск хоть на некоторых моделях. Смысл простой: бензин подается не во впускной трубопровод, а прямо в цилиндры, под давлением до 250 бар. Основной посыл, как обычно, известен – экология и экономия. Но есть и врожденные проблемы.

1 Отложения на клапанах

Если у двигателей с распределенным впрыском поступающее в них топливо постоянно моет отложения и нагар на впускных клапанах, то при непосредственном впрыске бензин к ним не поступает. А потому любая частица грязи, каким-то образом осевшая на тарелке клапана, может прописаться там надолго, не давая тому герметично закрываться. В таких ситуациях иногда приходится демонтировать головку блока цилиндров: иначе до грязного клапана не добраться.

2 Топливная магистраль

Клапаны – это всего лишь одна составляющая особой изнеженности моторов с прямым впрыском: они физически не переносят грязи. В частности, они очень боятся плохого бензина с кучей различных примесей – от серы до фосфора. Топливный насос высокого давления для таких моторов изготовлен с микронными зазорами: твердые частицы для него смерти подобны. Поэтому топливный фильтр и сеточка на входе в насос низкого давления должны заменяться регулярно. Совсем уж тяжело приходится распылителям форсунок: они выступают в камеру сгорания и могут закоксовываться. Их необходимо периодически снимать для промывки – примерно раз в 50 – 60 тыс. км. Причем во дворе этого не сделать – надо посетить сервис.

3 Моторное масло

С моторным маслом – совсем беда: никаких «шаг вправо – шаг влево». С одной стороны, нужно подбирать масло так, чтобы оно не сильно загаживало камеру сгорания и впускные клапаны – для этого зольность масла не должна быть выше 1,0-1,1 %. С другой стороны – надо думать о трущихся парах: кулачки распредвалов и толкатели клапанов, пластинчатая цепь Морзе и т.п. Хорошую износостойкость обеспечит только высокозольное масло. В итоге надо выбирать между повышенным износом чистого двигателя и малым износом грязного, готового заклинить… А еще есть такая нехорошая вещь как LSPI (Low-speed pre-ignition) – нежелательное раннее зажигание. Топливо, подаваемое форсункой под высоким давлением, долетает до стенки цилиндра, не успевая испариться. На этой стенке всегда присутствует масляная пленка, фактически состоящая из свежего масла и частиц нагара. Часть несгоревшего топлива оказывается между кромкой поршня и стенкой цилиндра, активно смешиваясь как с моторным маслом, так и с частицами нагара, представляющими смесь сажи и химически активных веществ. Инициаторами последующего возгорания могут быть как раскаленные частицы нагара, так и отдельные присадки в моторных маслах. Результатом взрывообразного воспламенения являются ударная волна, механические разрушения деталей двигателя и т.п.

Специально для борьбы с таким явлением была введена новая спецификация масел – API SN Plus. На фоне подобных страшилок становится очевидным, что турбомоторы с прямым впрыском требуют более частой замены масла, чем прочие двигатели. Например, Hyundai/Kia на своих моторах T-GDI предлагает менять масло через 6 месяцев или через 7000-8000 километров.

4 Расход топлива

Обидный недостаток моторов с непосредственным впрыском – расход топлива. Дело в том, что классную экономичность они выдают только в городах и на дорогах местного значения, где скорости сравнительно невысоки. А вот при въезде на автомагистраль мотор переходит на стехиометрическую смесь, после чего перестает что-либо экономить по сравнению с «обычными» движками. Другое обидное обстоятельство – нелюбовь подобных двигателей к холодам. После холодного пуска они, при небольших нагрузках, очень медленно прогреваются. Непрогретый двигатель, конечно же, не особенно экономичен, а в салоне при этом довольно прохладно.

Само собой, что прямой впрыск – это однозначный шаг вперед в двигателестроении. Но и о возможных проблемах все-таки желательно помнить.

Как работает система непосредственного впрыска топлива GDI

Система непосредственного впрыска топлива применяется на бензиновых двигателях последних поколений с целью повышения их экономичности и увеличения мощности. Она предполагает впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров, где и происходит его смешение с воздухом и образование топливовоздушной смеси. Первыми двигателями, которые были оснащены такой системой впрыска, стали моторы GDI (Mitsubishi). Аббревиатура GDI – расшифровывается как “Gasoline Direct Injection”, что дословно переводится как “непосредственный впрыск бензина”.

Устройство и принцип действия системы GDI

В наши дни системы, аналогичные Gasoline Direct Injection, используют и другие производители автомобилей, обозначая данную технологию TFSI (Audi), FSI или TSI (Volkswagen), JIS (Toyota), CGI (Mercedes), HPI (BMW). Принципиальными отличиями этих систем являются рабочее давление, конструкция и расположение топливных форсунок.

Конструктивные особенности двигателей GDI

Классическая система непосредственного впрыска топлива конструктивно состоит из следующих элементов:

• Топливный насос высокого давления (ТНВД). Для корректной работы системы (создания тонкого распыливания) бензин в камеру сгорания должен подаваться под высоким давлением (аналогично дизельным моторам) в пределах 5…12 МПа. низкого давления. Подает топливо из бензобака к ТНВД под давлением 0,3…0,5 МПа.
• Датчик низкого давления. Фиксирует уровень давления, созданного электрическим насосом. . Осуществляют впрыск топлива в цилиндр. Оснащены вихревыми распылителями, позволяющими создавать требуемую форму топливного факела.
• Поршень. Имеет особую форму с выемкой, которая предназначена для перенаправления горючей смеси к свече зажигания двигателя.
• Впускные каналы. Имеют вертикальную конструкцию, благодаря чему возникает обратный вихрь (закручен в противоположную сторону по сравнению с другими типами двигателей), выполняющий функцию направления смеси к свече зажигания и обеспечивающий лучшее наполнение камеры сгорания воздухом.
• Датчик высокого давления. Располагается в топливной рампе и предназначен для передачи информации в электронный блок управления, который изменяет уровень давления в зависимости от актуальных режимов работы двигателя.

Режимы работы системы прямого впрыска

Как правило, двигатели с непосредственным впрыском имеют три основных режима работы:

• Впрыск в цилиндр на такте сжатия (послойное смесеобразование). Принцип работы в этом режиме заключается в образовании сверхбедной смеси, что позволяет максимально экономить топливо. В начале в камеру цилиндра подается воздух, который закручивается и сжимается. Далее под высоким давлением осуществляется впрыскивание топлива и перенаправление полученной смеси к свече зажигания. Факел получается компактным, поскольку формируется на этапе максимального сжатия. При этом топливо как бы окутано прослойкой воздуха, что уменьшает тепловые потери и предотвращает предварительный износ цилиндров. Режим используется при работе мотора на малых оборотах.
• Впрыск на такте впуска (гомогенное смесеобразование). Состав топлива в этом режиме близок к стехиометрическому. Подача воздуха и бензина в цилиндр происходит одновременно. Факел смеси при таком впрыске имеет коническую форму. Применяется при мощных нагрузках (скоростной езде).
• Двухстадийный впрыск на такте сжатия и впуска. Применяется при резком ускорении машины, движущейся на малой скорости. Двойной впрыск в цилиндр позволяет снизить вероятность детонации, которая может возникнуть в моторе при резкой подаче обогащенной смеси. Вначале (на такте впуска воздуха) подается небольшое количество бензина, что приводит к образованию обедненной смеси и снижению температуры в камере сгорания цилиндра. На такте максимального сжатия подается оставшаяся часть топлива, что делает смесь богатой.

Особенности эксплуатации системы

Главным требованием для корректной работы двигателя с прямым впрыском топлива является использование качественного бензина. Оптимальная марка топлива, как правило, указывается в инструкции к автомобилю.

Обычно рекомендуется заливать бензин с октановым числом не менее 95. Однако важно учитывать, что этот уровень не должен быть обеспечен за счет различных присадок. Исключение составляют присадки, рекомендованные производителем двигателя и автомобиля.

Низкое качество топлива, особенно при высоком проценте содержания серы, бензола и углеводородов в отечественном бензине способствует преждевременному износу форсунок, что может вывести двигатель GDI из строя.

Не менее требователен бензиновый мотор с непосредственным впрыском к тому, какое масло применяется в системе. Здесь лучше всего следовать инструкциям производителя.

Плюсы и минусы использования

Главной особенностью двигателя gdi является подача топлива напрямую в цилиндр, что сокращает время цикла и существенно повышает мощность автомобиля (до 15%). Помимо этого уменьшается расход топлива (до 25%) и повышается экологичность выхлопа. Это обеспечивает более эффективную эксплуатацию автомобиля в городских условиях.

Для автомобилей, на которых установлен GDI двигатель, проблемы эксплуатации связаны прежде всего со следующим перечнем недостатков:

• Необходимость нейтрализации отработавших газов при работе мотора на малых оборотах. При образовании обедненной топливно-воздушной смеси в выхлопных газах образуется много вредных компонентов, для устранения которых требуется установка системы рециркуляции отработавших газов.
• Повышенные требования к топливу и маслу. Наилучшим бензином для GDI считается топливо с октановым числом 101, который практически недоступен на отечественном рынке.
• Высокая стоимость производства двигателей и ремонта. Весомую долю проблем доставляют форсунки, подающие бензин в цилиндры. Они должны выдерживать высокое давление. Если они забиваются по причине некачественного топлива, их невозможно разобрать и почистить – форсунки подлежат только замене. Их стоимость в несколько раз выше, чем у обычных.
• Повышенное внимание к системе фильтрации. Чистка и замена воздушного фильтра в такой системе должна производиться чаще, поскольку качество поступающего воздуха напрямую связано с состоянием форсунок.

Отечественные автомобилисты весьма скептически относятся к системе непосредственного впрыска, что обусловлено высокой стоимостью обслуживания автомобиля. С другой стороны, такие двигатели считаются передовой технологией, которая развивается и активно внедряется в автомобилестроение по всему миру.