Непосредственный впрыск топлива бензиновый двигатель: Непосредственный впрыск — Энциклопедия журнала «За рулем»

Содержание

Непосредственный впрыск — Энциклопедия журнала «За рулем»

Схема двигателя Volkswagen FSI с непосредственным впрыском бензина

Первые системы впрыска бензина непосредственно в цилиндры двигателя появились еще в первой половине ХХ в. и использовались на авиационных двигателях. Попытки применения непосредственного впрыска в бензиновых двигателях автомобилей были прекращены в 40-е годы ХХ в., потому что такие двигатели получались дорогостоящими, неэкономичными и сильно дымили на режимах большой мощности. Впрыскивание бензина непосредственно в цилиндры связано с определенными трудностями. Форсунки для непосредственного впрыска бензина работают в более сложных условиях, чем те, что установлены во впускном трубопроводе. Головка блока, в которую должны устанавливаться такие форсунки, получается более сложной и дорогой. Время, отводимое на процесс смесеобразования при непосредственном впрыске, существенно уменьшается, а значит, для хорошего смесеобразования необходимо подавать бензин под большим давлением.
Со всеми этими трудностями удалось справиться специалистам компании Mitsubishi, которая впервые применила систему непосредственного впрыска бензина на автомобильных двигателях. Первый серийный автомобиль Mitsubishi Galant с двигателем 1,8 GDI (Gasoline Direct Injection — непосредственный впрыск бензина) появился в 1996 г.
Преимущества системы непосредственного впрыска заключаются в основном в улучшении топливной экономичности, а также и некоторого повышения мощности. Первое объясняется способностью двигателя с системой непосредственного впрыска работать
на очень бедных смесях. Повышение мощности обусловлено в основном тем, что организация процесса подачи топлива в цилиндры двигателя позволяет повысить степень сжатия до 12,5 (в обычных двигателях, работающих на бензине, редко удается установить степень сжатия свыше 10 из-за наступления детонации).

Форсунка двигателя GDI может работать в двух режимах, обеспечивая мощный (а) или компактный (б) факел распыленного бензина

В двигателе GDI топливный насос обеспечивает давление 5 МПа. Электромагнитная форсунка, установленная в головке блока цилиндров, впрыскивает бензин непосредственно в цилиндр двигателя и может работать в двух режимах. В зависимости от подаваемого электрического сигнала она может впрыскивать топливо или мощным коническим факелом, или компактной струей.

Поршень двигателя с непосредственным впрыском бензина имеет специальную форму (процесс сгорания над поршнем)

Днище поршня имеет специальную форму в виде сферической выемки. Такая форма позволяет закрутить поступающий воздух, направить впрыскиваемое топливо к свече зажигания, установленной по центру камеры сгорания. Впускной трубопровод расположен не сбоку, а вертикально сверху. Он не имеет резких изгибов, и поэтому воздух поступает с высокой скоростью.

В работе двигателя с системой непосредственного впрыска можно выделить три различных режима:
1) режим работы на сверхбедных смесях;
2) режим работы на стехиометрической смеси;
3) режим резких ускорений с малых оборотов;
Первый режим используется в том случае, когда автомобиль движется без резких ускорений со скоростью порядка 100–120 км/ч. На этом режиме используется очень бедная горючая смесь с коэффициентом избытка воздуха более 2,7. В обычных условиях такая смесь не может воспламениться от искры, поэтому форсунка впрыскивает топливо компактным факелом в конце такта сжатия (как в дизеле). Сферическая выемка в поршне направляет струю топлива к электродам свечи зажигания, где высокая концентрация паров бензина обеспечивает возможность воспламенения смеси.
Второй режим используется при движении автомобиля с высокой скоростью и при резких ускорениях, когда необходимо получить высокую мощность. Такой режим движения требует стехиометрического состава смеси. Смесь такого состава легко воспламеняется, но у двигателя GDI повышена степень сжатия, и для того чтобы не наступала детонация, форсунка впрыскивает топливо мощным факелом. Мелко распыленное топливо заполняет цилиндр и, испаряясь, охлаждает поверхности цилиндра, снижая вероятность появления детонации.
Третий режим необходим для получения большого крутящего момента при резком нажатии педали «газа», когда двигатель работает на малых оборотах. Этот режим работы двигателя отличается тем, что в течение одного цикла форсунка срабатывает два раза. Во время такта впуска в цилиндр для его охлаждения мощным факелом впрыскивается сверхбедная смесь (α=4,1). В конце такта сжатия форсунка еще раз впрыскивает топливо, но компактным факелом. При этом смесь в цилиндре обогащается и детонация не наступает.
По сравнению с обычным двигателем с системой питания с распределенным впрыском бензина, двигатель с системой GDI примерно на 10 % экономичнее и выбрасывает в атмосферу на 20 % меньше углекислого газа. Повышение мощности двигателя доходит до 10 %. Однако, как показала эксплуатация автомобилей с двигателями такого типа, они очень чувствительны к содержанию серы в бензине. Оригинальный процесс непосредственного впрыска бензина разработала компания Orbital. В этом процессе в цилиндры двигателя впрыскивается бензин, заранее смешанный с воздухом с помощью специальной форсунки. Форсунка компании Orbital состоит из двух жиклеров, топливного и воздушного.

Работа форсунки Orbital

Воздух к воздушным жиклерам поступает в сжатом виде от специального компрессора при давлении 0,65 МПа. Давление топлива
составляет 0,8 МПа. Сначала срабатывает топливный жиклер, а затем в нужный момент и воздушный, поэтому в цилиндр, мощным факелом впрыскивается топливно-воздушная смесь в виде аэрозоля.
Форсунка, установленная в головке цилиндра рядом со свечой зажигания, впрыскивает топливно-воздушную струю непосредственно на электроды свечи зажигания, что обеспечивает ее хорошее воспламенение.

Конструктивные особенности двигателя с непосредственным впрыском бензина Audi 2.0 FSI

Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:
— система подачи и очистки топлива;
— система подачи и очистки воздуха;
— система улавливания и сжигания паров бензина;
— электронная часть с набором датчиков;
— система выпуска и дожигания отработавших газов.

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

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.

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

 

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.

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

 

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.

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

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.

 

Смотрите также: Подробное объяснение принципа работы двигателя с переменным сжатием Infiniti

 

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.

 

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

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.

Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива: устройство и особенности

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное  решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Содержание статьи

Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска

Как уже было сказано выше, горючее в подобных системах питания подается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Это значит, что форсунки распыляют бензин не во впускном коллекторе, после чего топливно-воздушная смесь поступает через впускной клапан в цилиндр, а впрыскивают топливо в камеру сгорания напрямую.

Первыми бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском стали моторы GDI на моделях японской компании Mitsubishi. В дальнейшем схема получила широкое распространение, в результате чего сегодня ДВС с такой системой подачи топлива можно встретить в линейке многих известных автопроизводителей.

Например, концерн VAG представил ряд моделей Audi и Volkswagen с атмосферными и турбированными бензиновыми двигателям TFSI, FSI и TSI, которые получили непосредственный впрыск топлива. Также двигатели с прямым впрыском производит компания BMW, Ford, GM, Mercedes и многие другие.

Такое широкое распространение непосредственный впрыск топлива получил благодаря высокой экономичности системы (около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более полноценному сгоранию рабочей смеси в цилиндрах и снижению уровня токсичности отработавших газов.

Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности

Итак, давайте в качестве примера возьмем двигатель FSI с его так называемым «послойным» впрыском. Система включает в себя следующие элементы:

  • контур высокого давления;
  • бензиновый ТНВД;
  • регулятор давления;
  • топливную рампу;
  • датчик высокого давления;
  • инжекторные форсунки;

Начнем с топливного насоса. Указанный насос создает высокое давление, под которым топливо подается к топливной рампе, а также на форсунки. Насос имеет плунжеры (плунжеров может быть как несколько, так и один в насосах роторного типа) и приводится в действие от распредвала впускных клапанов.

РДТ (регулятор давления топлива) интегрирован в насос и отвечает за дозированную подачу топлива, что соответствует впрыску форсунки. Топливная рейка (топливная рампа) нужна для того, чтобы распределить горючее на форсунки. Также наличие данного элемента позволяет избежать скачков давления (пульсации) горючего в контуре.

Кстати, в схеме используется специальный клапан-предохранитель, который стоит в рейке. Указанный клапан нужен для того, чтобы избежать слишком высокого давления топлива и тем самым защитить отдельные элементы системы. Рост давления может возникать по причине того, что горючее имеет свойство расширяться при нагреве.

Датчик высокого давления является устройством, которое измеряет давление в топливной рейке. Сигналы от датчика передаются на ЭБУ (электронный блок управления двигателем), который, в свою очередь, способен изменять давление в топливной рейке.

Что касается инжекторной форсунки, элемент обеспечивает своевременную подачу  и  распыл топлива в камере сгорания, чтобы создать необходимую топливно-воздушную смесь. Отметим, что описанные процессы протекают под управлением ЭСУД (электронная система управления двигателем). Система имеет группу различных датчиков, электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Если же говорить о системе прямого впрыска, вместе с датчиком высокого давления топлива для ее работы задействованы: датчик коленчатого вала, ДПРВ, датчик положения дроссельной заслонки, воздухорасходомер, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры ОЖ и т.д.

Благодаря работе этих датчиков на ЭБУ поступает нужная информация, после чего блок посылает сигналы на исполнительные устройства. Это позволяет добиться слаженной и точной работы электромагнитных клапанов, форсунок, предохранительного клапана и ряда других элементов.

 Как работает система непосредственного впрыска топлива

Главным плюсом непосредственного впрыска является возможность добиться различных типов смесеобразования. Другим словами, такая система питания способна гибко изменять состав рабочей топливно-воздушной смеси с учетом режима работы двигателя, его температуры, нагрузки на ДВС и т.д.

Следует выделить послойное смесеобразование, стехиометрическое, а также гомогенное. Именно такое смесеобразование позволяет в конечном итоге максимально эффективно расходовать топливо. Смесь всегда получается качественной независимо от режима работы ДВС, бензин сгорает полноценно, двигатель становится более мощным, при этом одновременно снижается токсичность выхлопа.

  • Послойное смесеобразование задействуется тогда, когда нагрузки на двигатель низкие или средние, а обороты коленвала небольшие. Если просто, в таких режимах смесь несколько обедняется в целях экономии.  Стехиометрическое смесеобразование предполагает приготовление такой смеси, которая легко воспламеняется, при этом не является слишком обогащенной.
  • Гомогенное смесеобразование позволяет получить так называемую «мощностную» смесь, которая нужна при больших нагрузках на двигатель. На обедненной гомогенной смеси в целях дополнительной экономии силовой агрегат работает на переходных режимах.
  • Когда задействован режим послойного смесеобразования, дроссельная заслонка широко открыта, при этом впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. В камеру сгорания воздух подается с высокой скоростью, возникают завихрения воздушных потоков. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия, впрыск производится в область расположения свечи зажигания.

За короткое время до того, как на свече появится искра, образуется топливно-воздушная смесь, в которой коэффициент избыточного воздуха составляет 1.5-3. Далее смесь воспламеняется от искры, при этом вокруг зоны воспламенения сохраняется достаточно количество воздуха. Указанный воздух выполняет функцию температурного «изолятора».

Если же рассматривать гомогенное стехиометрическое смесеобразование, такой процесс происходит тогда, когда впускные заслонки открыты, при этом дроссельная заслонка также открыта на тот или иной угол (зависит от степени нажатия на педаль акселератора).

В этом случае горючее впрыскивается еще на такте впуска, в результате чего удается получить однородную смесь. Избыток воздуха имеет коэффициент, близкий к единице. Такая смесь легко воспламеняется и полноценно сгорает по всему объему камеры сгорания.

Обедненная гомогенная смесь создается тогда, когда дроссельная заслонка полностью открыта,  а впускные заслонки закрыты. В этом случае воздух активно движется в цилиндре, а впрыск горючего приходится на такт впуска. ЭСУД поддерживает избыток воздуха на отметке 1.5.

Дополнительно к чистому воздуху могут быть добавлены отработавшие газы. Это происходит благодаря работе системы рециркуляции отработавших газов EGR. В результате выхлоп повторно «догорает» в цилиндрах без ущерба для мотора. При этом снижается уровень выброса вредных веществ в атмосферу.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность  во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

Читайте также

Несовершенство непосредственности: надежность и проблемы моторов с прямым впрыском

«В новый век – с новой системой питания!». Похоже, с таким девизом европейские производители стали внедрять технологию. А что им оставалось? Требования по снижению расхода топлива заставляли делать моторы сложнее, к тому же непосредственный впрыск (особенно в сочетании с наддувом) позволял увеличить мощность. И при этом оставлял мотор вполне экономичным на малой нагрузке. Начал входить в моду и даунсайз – постепенно для машины С-класса стало вполне нормальным иметь мотор объемом в литр, а мощные авто начинаются с объема в 1,4. Даже седаны D+ и Е классов не брезгуют моторами 1,4 и 1,6 с турбонаддувом.

Снова те же грабли, но в XXI веке

Собственно о минусах подобной системы питания было известно с самого начала. Сложность и высокая стоимость сюрпризом не были – опыт внедрения непосредственного впрыска накопился изрядный. Надежность сложных систем честно постарались увеличить. Правда, цену особенно опустить не пытались.

Как известно, для подачи топлива непосредственно в цилиндры нужен насос высокого давления. Вообще-то и в системах «обычного» распределенного впрыска в системе питания давление немаленькое, но у прямого впрыска оно примерно в 10 раз больше.

На дизельных моторах непосредственный впрыск и ТНВД появился существенно раньше, и ресурс узлов был не таким уж низким. У бензиновых все получилось иначе: насосы оказались весьма недолговечными. Почему? Потому что дизтопливо имеет более высокие смазочные свойства, чем бензин, и без специальных смазывающих присадок ресурс всех узлов трения очень мал.

Современные мембранные ТНВД не так зависят от смазки, как поршневые, но, тем не менее, нуждаются в ней. Да и в целом насос высокого давления – штука довольно хрупкая, любые загрязнения выведут его из строя. Улучшить ситуацию смогли введением стандарта на смазывающие присадки в топливе. Конечно, 15% масла, как в двухтактные моторы, добавлять не стали, но топливо Евро-4 и выше обязательно содержит небольшое количество специальных смазок. Не в последнюю очередь – именно для ТНВД на бензиновых машинах. Учитывая, что официальный запрет на продажу топлива Евро-3 вступил в России в силу лишь 1 января 2015 года, неудивительно, что «непосредственные» машины у нас жили так недолго и несчастливо.

С форсунками ситуация аналогичная, они дороже и менее надежны, чем на системах распределенного впрыска. Требования к их работе тоже намного выше. Небольшое изменение факела распыла, даже без изменения общего расхода подачи, ведет к серьезным нарушением работы мотора. В результате для сохранения работоспособности резко растут требования по чистоте топлива и рабочей температуре.

Пьезофорсунки еще и имеют ограниченное количество циклов срабатывания, чувствительны к перегреву, а также обладают склонностью при выходе из строя «лить» бензин, что может вызвать гидроудар при запуске. Особенно это характерно для очень распространенных «высокоточных» пьезофорсунок Bosch, которые имеют ограниченный ресурс, а компания на протяжении последних десяти лет не может создать действительно хорошо работающий вариант.

Склонность к закоксовке впускных клапанов и худшие условия их работы проявились на моторах Мицубиси довольно быстро. Обычно форсунки подают бензин на впускной клапан и охлаждают его. И заодно смывают с него отложения. У непосредственного мотора такой возможности нет, клапан греется сильнее, больше нагревает воздух, а масло из системы вентиляции картера и из сальника клапана постепенно образует «шубу», которая затрудняет газообмен и приводит к зависанию клапанов и его перегреву. Особенно тяжело приходится моторам с повышенным расходом масла, а в самой критической группе риска – моторы, которые часто работают с малой нагрузкой, то есть в пробках.

Плохие пусковые качества из-за неудовлетворительного испарения топлива при пуске тоже проявились давно. Оказалось, что оптимизация формы факела впрыска на холодном и горячем моторе должна производиться более тщательно. Любое попадание топлива на стенки цилиндра приводит к резкому увеличению количества несгоревшего топлива и попаданию его в масло. А при запуске при отрицательных температурах большое значение приобретает качество распыла бензина: оно должно оказаться намного выше, чем при обычной работе, и давление топлива на пуске должно быть очень высоким. Поначалу этого не учли.

Повышенное количество твердых частиц в выхлопе проявилось позже, когда непосредственный впрыск на европейских машинах уже стал мэйнстримом. Более точные исследования показали, что эта особенность смесеобразования роднит такой бензиновый мотор с дизелем. Действительно, в процессе работы образуются частички сажи, которые необходимо тоже как-то задерживать. Например, вводя сажевый фильтр, как на дизельных моторах. Компания Mercedes уже анонсировала подобную опцию для своих машин.

Попадание топлива в масло из-за неисправностей топливного насоса высокого давления – в общем-то чисто конструктивный недостаток насосов Bosch, но в силу их широкого распространения и общности конструкций насосов свойственен почти всем моторам с непосредственным впрыском. Бензин в масле не так уж и страшен, но в больших количествах ведет к снижению вязкости масла до критической, что приводит к повреждениям моторов. И, к тому же, дает повод многим «экспертам» говорить о том, что топливо является причиной «масляной чумы».

Что же делать?

Почти у всех проблем есть пути решения. Например, двойной впрыск, когда топливо подается и в цилиндры, и во впускной трубопровод – это справляется сразу со сложностью с закоксовкой клапанов, экологичностью и плохим запуском в холода. Такая схема применялась на некоторых двигателях Volkswagen EA888, но продавались они исключительно в США и были заточены под жесткие экологические нормы Калифорнии. Но в конце 2014-го комбинированный впрыск появился и у нас – на моторе 6AR-FE (2 литра, 150 л. с.) Toyota Camry последнего поколения. Пока сложно судить о надежности, ибо пробеги машин пока небольшие в основной массе, однако предпосылки хорошие.

Под капотом 2015–н.в. Toyota Camry XLEПод капотом 2015–н.в. Toyota Camry XLE

С поршневыми кольцами и топливными насосами приходится разбираться чисто конструктивными методами, экспериментируя с формой – часто «дизайн» поршневой группы производители дорабатывают уже после того, как машина вышла на рынок и поразила всех угаром масла. Так, скажем, делала Toyota в 2005 году, доводя до ума моторы серии ZZ (еще без непосредственно впрыска), а позже – Volkswagen с уже упомянутыми выше EA888. Насосы высокого давления тоже стараются сделать надежнее – эта задача технически выполнима.

Но все непросто: система очень сложная и дорогая – накладным для производителей выходит не только себестоимость конечной продукции, но и исследования с экспериментами. А маркетологи не дают возможности по 10 лет заниматься испытаниями, требуют все более новых моторов с еще более привлекательными характеристиками.

Рискнуть в сегодняшнем автобизнесе репутацией производителя ненадежных машин считается делом благородным. Если что, всегда выручит отзывная кампания. Куда хуже – показаться производителем консервативным или, не дай бог, незацикленным на идее спасения планеты от выхлопных газов. Вот это, как мы видимо по примеру Volkswagen и Mitsubishi – действительно страшно. Тут можно и самостоятельность компании потерять, и топ-менеджмента лишиться.

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное  решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска

Содержание статьи:

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Как уже было сказано выше, горючее в подобных системах питания подается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Это значит, что форсунки распыляют бензин не во впускном коллекторе, после чего топливно-воздушная смесь поступает через впускной клапан в цилиндр, а впрыскивают топливо в камеру сгорания напрямую.

Первыми бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском стали моторы GDI на моделях японской компании Mitsubishi. В дальнейшем схема получила широкое распространение, в результате чего сегодня ДВС с такой системой подачи топлива можно встретить в линейке многих известных автопроизводителей.

Например, концерн VAG представил ряд моделей Audi и Volkswagen с атмосферными и турбированными бензиновыми двигателям TFSI, FSI и TSI, которые получили непосредственный впрыск топлива. Также двигатели с прямым впрыском производит компания BMW, Ford, GM, Mercedes и многие другие.

Такое широкое распространение непосредственный впрыск топлива получил благодаря высокой экономичности системы (около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более полноценному сгоранию рабочей смеси в цилиндрах и снижению уровня токсичности отработавших газов.

Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Итак, давайте в качестве примера возьмем двигатель FSI с его так называемым «послойным» впрыском. Система включает в себя следующие элементы:

  • контур высокого давления;
  • бензиновый ТНВД;
  • регулятор давления;
  • топливную рампу;
  • датчик высокого давления;
  • инжекторные форсунки;

Начнем с топливного насоса. Указанный насос создает высокое давление, под которым топливо подается к топливной рампе, а также на форсунки. Насос имеет плунжеры (плунжеров может быть как несколько, так и один в насосах роторного типа) и приводится в действие от распредвала впускных клапанов.

РДТ (регулятор давления топлива) интегрирован в насос и отвечает за дозированную подачу топлива, что соответствует впрыску форсунки. Топливная рейка (топливная рампа) нужна для того, чтобы распределить горючее на форсунки. Также наличие данного элемента позволяет избежать скачков давления (пульсации) горючего в контуре.

Кстати, в схеме используется специальный клапан-предохранитель, который стоит в рейке. Указанный клапан нужен для того, чтобы избежать слишком высокого давления топлива и тем самым защитить отдельные элементы системы. Рост давления может возникать по причине того, что горючее имеет свойство расширяться при нагреве.

Датчик высокого давления является устройством, которое измеряет давление в топливной рейке. Сигналы от датчика передаются на ЭБУ (электронный блок управления двигателем), который, в свою очередь, способен изменять давление в топливной рейке.

Что касается инжекторной форсунки, элемент обеспечивает своевременную подачу  и  распыл топлива в камере сгорания, чтобы создать необходимую топливно-воздушную смесь. Отметим, что описанные процессы протекают под управлением ЭСУД (электронная система управления двигателем). Система имеет группу различных датчиков, электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Если же говорить о системе прямого впрыска, вместе с датчиком высокого давления топлива для ее работы задействованы: датчик коленчатого вала, ДПРВ, датчик положения дроссельной заслонки, воздухорасходомер, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры ОЖ и т.д.

Благодаря работе этих датчиков на ЭБУ поступает нужная информация, после чего блок посылает сигналы на исполнительные устройства. Это позволяет добиться слаженной и точной работы электромагнитных клапанов, форсунок, предохранительного клапана и ряда других элементов.

Сейчас читают

 Как работает система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Главным плюсом непосредственного впрыска является возможность добиться различных типов смесеобразования. Другим словами, такая система питания способна гибко изменять состав рабочей топливно-воздушной смеси с учетом режима работы двигателя, его температуры, нагрузки на ДВС и т.д.

Следует выделить послойное смесеобразование, стехиометрическое, а также гомогенное. Именно такое смесеобразование позволяет в конечном итоге максимально эффективно расходовать топливо. Смесь всегда получается качественной независимо от режима работы ДВС, бензин сгорает полноценно, двигатель становится более мощным, при этом одновременно снижается токсичность выхлопа.

  • Послойное смесеобразование задействуется тогда, когда нагрузки на двигатель низкие или средние, а обороты коленвала небольшие. Если просто, в таких режимах смесь несколько обедняется в целях экономии.  Стехиометрическое смесеобразование предполагает приготовление такой смеси, которая легко воспламеняется, при этом не является слишком обогащенной.
  • Гомогенное смесеобразование позволяет получить так называемую «мощностную» смесь, которая нужна при больших нагрузках на двигатель. На обедненной гомогенной смеси в целях дополнительной экономии силовой агрегат работает на переходных режимах.
  • Когда задействован режим послойного смесеобразования, дроссельная заслонка широко открыта, при этом впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. В камеру сгорания воздух подается с высокой скоростью, возникают завихрения воздушных потоков. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия, впрыск производится в область расположения свечи зажигания.

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Рекомендуем также прочитать статью о том, как можно сделать тюнинг топливной системы двигателя. Из этой статьи вы узнаете о различных методах тюнинга системы питания двигателя, а также на что можно рассчитывать после такой процедуры.

За короткое время до того, как на свече появится искра, образуется топливно-воздушная смесь, в которой коэффициент избыточного воздуха составляет 1.5-3. Далее смесь воспламеняется от искры, при этом вокруг зоны воспламенения сохраняется достаточно количество воздуха. Указанный воздух выполняет функцию температурного «изолятора».

Если же рассматривать гомогенное стехиометрическое смесеобразование, такой процесс происходит тогда, когда впускные заслонки открыты, при этом дроссельная заслонка также открыта на тот или иной угол (зависит от степени нажатия на педаль акселератора).

В этом случае горючее впрыскивается еще на такте впуска, в результате чего удается получить однородную смесь. Избыток воздуха имеет коэффициент, близкий к единице. Такая смесь легко воспламеняется и полноценно сгорает по всему объему камеры сгорания.

Обедненная гомогенная смесь создается тогда, когда дроссельная заслонка полностью открыта,  а впускные заслонки закрыты. В этом случае воздух активно движется в цилиндре, а впрыск горючего приходится на такт впуска. ЭСУД поддерживает избыток воздуха на отметке 1.5.

Дополнительно к чистому воздуху могут быть добавлены отработавшие газы. Это происходит благодаря работе системы рециркуляции отработавших газов EGR. В результате выхлоп повторно «догорает» в цилиндрах без ущерба для мотора. При этом снижается уровень выброса вредных веществ в атмосферу.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Рекомендуем также прочитать статью о том, чем инжекторный впрыск отличается от карбюратора. Из этой статьи вы узнаете об основных отличиях данных решений, а также какие плюсы и минусы имеет карбюратор и инжектор.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность  во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Что такое инжектор: особенности и отличия от карбюратора

    Устройство и схема работы инжектора. Плюсы и минусы инжектора по сравнению с карбюратором. Часты неисправности инжекторных систем питания. Полезные советы. Читать далее

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Тюнинг топливной системы двигателя

    Тюнинг топливной системы атмосферного и турбо двигателя. Производительность и энергопотребление бензонасоса, выбор топливных форсунок, регуляторы давления. Читать далее

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Как переделать инжекторный двигатель на карбюраторный

    Установка карбюратора вместо инжектора, особенности процесса замены системы впрыска. Замена карбюратора на инжекторный электронный впрыск. Рекомендации. Читать далее

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Настройка моновпрыска своими руками

    Что такое моноинжектор: главные отличия и особенности одноточечной системы впрыска топлива. Как проверить и самостоятельно настроить моновпрыск . Читать далее

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система питания дизельного двигателя

    Устройство и схема работы системы питания дизельного двигателя. Особенности топлива и его подачи , основные компоненты системы питания, турбодизельный ДВС. Читать далее

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

    Насос VP-44 и система непосредственного впрыска…

    Конструкция дизельного топливного насоса высокого давления, потенциальные неисправности, схема и принцип работы на примере устройства системы топливоподачи. Читать далее

Источник

Непосредственный впрыск топлива

Специально для тех, кто не знаком или плохо понимает, что же такое система непосредственного впрыска топлива на бензиновом моторе. Рассмотрим в этой статье устройство двигателей, принцип работы такой системы и ее отличия от обычного  инжектора. Подробнее читайте далее.

Принцип действия

Суть системы  заложена в ее названии, топливо (в нашем случае бензин) впрыскивается форсунками непосредственно в камеру сгорания.

Вы скажете: «а в «обычном» моторе оно куда впрыскивается, в выхлопную трубу?»  

  • В двигателях с обычным распределенным впрыском бензин попадает сначала во впускной коллектор, перед впускными клапанами, незадолго до их открытия.

Во впускном коллекторе он смешивается с воздухом и уже в таком состоянии поступает в цилиндры через впускные клапана.

  • А вот в системе непосредственного впрыска бензин из форсунки распыляется прямо в цилиндр, а впускные клапана запускают в цилиндры только воздух.

 Первый походу автомобиль с такой системой был мерседес 54 года выпуска, но в наше время более широкую известность получили первые моторы фирмы Mitsubishi.

У японцев они получили аббревиатуру GDI, что в России незатейливо окрестили «ДжеДАй», ну и моторы с таким типом впрыска в сервисах называют Джедаевскими .

[box type=»bio»] Итак, топливо у двигателей GDI впрыскивается прямо в цилиндр. Но это не единственное отличие от распределенного впрыска.[/box]

Джедаевские движки имеют обычно 2 топливных насоса, один насос находится в топливном баке (это обычный электронасос), а другой в большинстве случаев устанавливают на двигателе (это ТНВД, топливный насос высокого давления).

Ведь чтобы впрыснуть топливо во впускной коллектор то много силы не надо, а вот для впрыска бензина в цилиндр, да еще и на такте сжатия, нужна сила богатырская. Эту силу нам и дает насос высокого давления.

Давление на его выходе может достигать 30-110 бар, в зависимости от конкретного мотора. ТНВД в бензиновых моторах аналогичен по принципу действия насосам в дизелях.

Конечно же форсунки при непосредственном впрыске тоже имеют некоторые особенности, помогающие им функционировать при высоком давлении. В частности на той части, что вставляется в цилиндр есть специальное тефлоновое уплотнительное кольцо.

Что мы выяснили о системе непосредственного впрыска на данный момент?

[box type=»bio»] Топливо впрыскивается прямо в цилиндры и уже там смешивается с воздухом Давление впрыска высокое — 30-110 бар Два бензонасоса, электрический в баке и ТНВД Специальные форсунки, работающие при высоком давлении и температуре[/box]

Если в моторах распределенного впрыска в цилиндры поступает топливно — воздушная смесь (то есть смесь воздуха с топливом), то в системе прямого впрыска топливо и воздух поступают в цилиндры раздельно и смешиваются уже там.

Причем прямой впрыск топлива применяет несколько способов образования смеси. Смесь может быть однородной (гомогенной) и неоднородной (послойной).

В отличие от «обычных» впрысковых движков в двигателях GDI разное смесеобразование может применяться в одном двигателе. В зависимости от нагрузки двигателя и режима его работы блок управления переходит на то или иное смесеобразование.

Послойное смесеобразование

  • Тут все просто: слои — это как лук . Общий смысл такой: Впускной коллектор разделен на две части, в нем имеются специальные дополнительные заслонки, которые могут перекрывать нижнюю часть коллектора.
  • В результате перекрытия нижней части воздух поступает только через верхнюю часть и закручивается внутри цилиндра.
  • Причем воздух в цилиндры поступает, как и положено, на такте впуска. То есть впускной клапан открыт и поршень идет вниз.
  • А вот бензин впрыскивается уже на такте сжатия (поэтому и нужно высокое давление чтобы впрыск вообще произошел).
  • На такте впуска поршень идет вниз, а поднимаясь вверх (это уже такт сжатия), он создает дополнительное завихрение воздуха.

Незадолго до момента искрообразования происходит впрыск бензина, воздушными завихрениями топливо сносит к свече зажигания.

На тот момент когда происходит искра, облако бензина находится как бы в воздушной оболочке. И в этой оболочке оно и сгорает. То есть сгорание происходит в окружении чистого воздуха.

Благодаря этому вокруг места горения образуется воздушная прослойка, которая снижает тепловые потери, создавая защитный слой между сгорающей смесью и стенками цилиндра.

В результате повышается КПД двигателя и соответственно уменьшается расход топлива.

Гомогенное смесеобразование

Здесь все немного проще, впрыск топлива происходит практически одновременно с впуском воздуха. Все это делается на такте впуска, то есть когда впускной клапан открыт и поршень идет вниз. Пока поршень сделает путь вниз и обратно вверх, смесь воздуха и бензина успеет перемешаться.

Так как топливо все-таки впрыскивается под высоким давлением, то улучшается смесеобразование, а это позволяет использовать бОльшее количество воздуха. Поэтому для таких моторов доступно применение турбокомпрессоров и нагнетателей. Тут прочитайте про основные неисправности инжектора.

Компоненты систем непосредственного впрыска

Здесь уже применяются некоторые дополнительные датчики. Топливо в систему подает электробензонасос в баке автомобиля, этот насос управляется своим собственным блоком управления и создает различное давление в зависимости от потребностей двигателя.

Давление электронасоса регулируется по показаниям датчика низкого давления. Он располоагается на трубопроводе, подводящем топливо к ТНВД.

  • Давление топлива после ТНВД регулируется исходя из показаний датчика высокого давления, который устанавливается обычно в топливную рампу. Показания всех датчиков поступают в блок управления двигателем.

На насосе высокого давления расположен регулятор давления топлива, именно он и изменяет давление в зависимости от режима двигателя.

  • Сам насос ТНВД приводится в движение при помощи кулачка на распредвалу.

В целом можно сказать что система прямого впрыска более продвинутая чем распределенный впрыск. Она позволяет получить гораздо лучшие характеристики при меньших затратах топлива. Но в нашей стране многие боятся двигателей GDI и им подобных как огня. Обосновывая свои страхи якобы дорогим ремонтом и высокими требованиями к качеству бензина.

Похожие статьи

 






Совершенство непосредственности: 80 лет эволюции моторов с прямым впрыском

Битва в воздухе

Так уж получилось, что первые двигатели внутреннего сгорания были рассчитаны на работу на газовоздушной смеси, а вовсе не на жидкости. И именно возможность создания простейшего устройства испарения топлива позволила бензиновым моторам завоевать себе главенствующее место в мире, потеснив и паровые машины, и дизели. Бензиновые моторы и сейчас порой ошибочно называют «карбюраторными», отдавая дань той схеме питания, с которой они родились и развивались почти столетие.

В противоположность карбюраторным моторам дизели не называли «моторами с непосредственным впрыском» – ограничивались классификацией по типу топлива. И очень правильно сделали, ведь перед Второй мировой непосредственный впрыск массово появился на бензиновых авиационных моторах. Внедряли такие системы питания для повышения надежности работы компрессорных двигателей при больших ускорениях и при сильном изменении как атмосферного давления, так и давления наддува. Об экономичности, заметим, тогда задумывались мало.

Первым «непосредственным» мотором считается немецкий Daimler-Benz DB601, который испытали еще в 1935 году, а в серию он пошел после 1937-го. Кстати, производили его в Италии – как Alfa Romeo, а в Японии – как Kawasaki. Его наследник DB605 оснащался непосредственным впрыском, а заодно и турбонаддувом, прямо как современные моторы TSI. И имел очень высокую для тех лет степень сжатия – 7,3/7,5.

Эти V-образные 12-цилиндровые двигатели применялись на самых массовых немецких истребителях второй мировой – Me109 в различных вариантах, и обеспечивали им очень высокую мощность и высотность. Не в последнюю очередь благодаря удачному сочетанию системы питания и наддува. Лицензию на DB601 дали и другим производителям авиамоторов «стран Оси», и к немецкому опыту приобщились моторостроители Италии и Японии.

По другим данным, первенцем все же является Jumo 210G, но сейчас это не столь принципиально. В итоге СССР, США и Англия от немцев немного отстали, но свои моторы с такой системой впрыска сделали и войну выиграли. А «непосредственный» мотор конструкции Швецова, АШ-82ФН, послужил основой для двигателей пассажирских Ил-12/Ил-14. Кстати, на этой модификации впрыск был комбинированным – для улучшения пусковых качеств.

АШ-82ФННа фото двигатель АШ-82ФН

Что роднит все авиационные моторы с непосредственным впрыском этого поколения? Высокая сложность обслуживания и эксплуатации. Но для военных нет такого слова, как «дорого», да и слово «сложно» тоже их не волнует, если итоговая надежность работы и характеристики их устраивают. Победа нужна любой ценой – даже в технике.

Бензин с примесью масла для смазки ТНВД (топливного насоса высокого давления), тонкая настройка топливной аппаратуры и ресурс всего мотора в пределах 200-400 часов – это не страшно. Главное – устойчивая работа при высочайших перегрузках, когда пилот уже теряет зрение, а конструкция трещит по швам, работа в перевернутом положении, работа при температуре воздуха -50 °C и при жаре +40 °C… Да к тому же карбюраторы очень плохо сочетались с системной наддува, которая обязательно применялась на высотных истребителях и бомбардировщиках, так что непосредственный впрыск был очень удачной заменой.

Попытка номер раз, ТНВД и насос-форсунки

После войны непосредственный впрыск «на гражданке» не прижился – очень известный Mercedes 300SL считать «обычной машиной» как минимум странно. Borgward недолго выпускал свой 700 Sport с двухтактным (!) мотором непосредственного впрыска. Зато гоночные автомобили оценили новые возможности: и Ferrari, и Mercedes успешно опробовали новшества.

Знаменитый гонщик Хуан Мануэль Фанхио на Mercedes Typ W196 с непосредственным впрыском выиграл чемпионат мира Формулы-1 1954 и 1955 годов. Правда, подавляющее преимущество над соперниками дал вовсе не впрыск, а возможности команды и десмодромный ГРМ рядного восьмицилиндрового мотора с рабочими оборотами 8 500 в минуту. А после разрешения в регламенте Формулы наддува непосредственный впрыск применили и в Ferrari. И на протяжении нескольких лет успели опробовать какое-то количество конструктивных схем системы питания. Надо сказать, весьма успешно.

Суть конструкции мало изменилась с сороковых годов: все тот же практически «дизельный» ТНВД и простые форсунки. Варьировалось только конструктивное исполнение: форсунки могли быть боковыми с верхним, нижним или центральным расположением, а топливный насос различался по способу регулирования и количеству настроенных режимов.

Попробовали почти все варианты исполнения системы, доступные на тот момент. Вскоре выяснилось, что надежность топливной аппаратуры оставляет желать лучшего, настройка крайне сложна, а при отказе системы растет риск выхода из строя мотора целиком. Это уже не говоря об очень высокой цене такой системы питания. Плюс, для атмосферных моторов прирост мощности оказался откровенно невелик, а экономичность все еще не имела особого значения при проектировании автомобилей. По сути, основной причиной экспериментов с впрыском было широкое внедрение наддува на гоночных машинах того периода.

Главная претензия была к возможностям настройки ТНВД – их не хватало даже для гоночных машин. Регулирование по давлению во впускном коллекторе и степени открытия дроссельной заслонки показало себя не очень точным. Попытки приспособить электронику для управления еще больше снижали надежность, хотя идея была не нова – впервые электроуправляемый впрыск появился еще на мотоциклах Guzzi в 1939 году.

Форсунки тоже оказались очень уязвимы – не зря на тот момент многие производители предпочли вариант с их боковым расположением на стенке блока ниже ВМТ (верхней мертвой точки), где поршень закрывал форсунку в момент воспламенения. Это немного уменьшало закоксовывание и шансы на перегрев форсунки, но всех проблем не решало, к тому же создавало новые – с поршневыми кольцами, например.

В общем, карбюратор и набирающий популярность обычный распределенный впрыск на тот момент оказались лучше за счет более простой и надежной конструкции. Причем как на гражданских машинах, так и на гоночных. В конце 60-х о прямом впрыске забыли, и надолго, а заодно запретили наддув в большинстве гоночных классов. Прогресс в этом направлении остановился.

Попытка номер два, уже с электроникой

Снова вспомнили о технологии уже в девяностые годы, когда обычный распределенный впрыск с электронным управлением прочно завоевал свое место под солнцем. Компания Mitsubishi вложила немало сил в развитие и рекламу моторов GDI, а Toyota – двигателей D4. У обоих был непосредственный впрыск.

В первую очередь акцент делался уже на экономичность такого решения – на малой нагрузке такой мотор в теории мог работать на сверхобедненной смеси, с соотношением бензин-воздух порядка 40 к 1 вместо «идеального» 14,7 к 1.

Что обещало до 20% экономии топлива.

А вот на практике получилось не так уж здорово.

Сниженного расхода топлива добиться было нереально. Моторы Mitsubishi на целом ряде модификаций, особенно европейских, вообще не работали на переобедненной смеси, прошивка этого не позволяла. И даже если мотор имел подобные режимы, то в реальной эксплуатации работал на них очень редко. Система управления старалась их не допускать для предотвращения излишних выбросов окислов NO – с ними не могли справиться даже очень дорогие специальные катализаторы.

А вот топливная аппаратура оказалась отменно капризной – в частности, пусковые качества в холодную погоду пострадали. Хорошо хоть с настройкой режимов работы мотора проблем не возникло благодаря широкому внедрению электроники.

Зато уже на примере первых моторов GDI накопился богатый опыт, который говорил о плохих условиях работы впускных клапанов и повышенной склонности к залеганию поршневых колец. Компания даже специально разработала жидкость для раскоксовки – Mitsubishi Shumma, которая до сих пор остается единственным специализированным «заводским» средством для подобного применения. Других сопутствующих проблем тоже хватало – например, форсунки пропускали топливо в масло, причем в больших количествах. Особых проблем это не доставляло, пока объем бензина не превосходил объем масла.

«Тойотовцы», в отличие от своих соотечественников, благоразумно решили не выводить свои «непосредственные» моторы за пределы домашнего рынка, а вот Mitsubishi, что называется, получили «по полной». Удар по репутации получился значительный, и последствия аукаются до сих пор.

Возможности на новом уровне

После устранения первых «детских болезней» плюсы стали более очевидными. Такие моторы позволяли почти избежать риска детонации до момента зажигания, а значит – безбоязненно повышать степень сжатия бензиновых моторов до практического максимума в 12:1 – 13:1 и не снижать ее для двигателей с компрессорами и турбонаддувом. Некоторое уменьшение надежности работы почти окупалось снижением расхода топлива и повышенной мощностью.

Особенно удачно все сложилось для «даунсайзинговых» моторов, ведь малый объем, высокий КПД и хорошие возможности для форсирования – это как раз то сочетание, которое было просто необходимо европейским автопроизводителям, зажатым в тиски правил ЕС по ежегодному снижению расхода топлива.

При малой нагрузке и большом коэффициенте остаточных газов в цилиндре, в результате работы системы EGR или фазовращателей, можно было побаловаться и работой на сверхобедненной смеси, и послойным смесеобразованием. Выбросы NO при этом удается удержать в пределах нормы, меньше, чем у дизельных моторов. Особенно хорошо себя проявили при этом быстродействующие форсунки высокого давления, например, с пьезокерамикой. Впрочем, по сравнению с даунсайзингом все это большого эффекта уже не дает.

Новые моторы с непосредственным впрыском не пришлось долго ждать. FSI моторы от VW, а вслед за ними и TFSI – уже с турбонаддувом и компрессорами. CGI версии двигателей от Mercedes были в основном компрессорными, реже – атмосферными, и лишь в последние годы – с турбонаддувом. Следом – непосредственный впрыск на моторах BMW, Opel, Ford и всех остальных…

4Под капотом Volkswagen Golf 1.6 FSI 3-door (Typ 1J)

Сейчас найти в Европе двигатель с обычным распределенным впрыском и без турбонаддува – целая проблема. Для машин до D-класса включительно такие можно пересчитать по пальцам. Автопроизводители Японии и США направление развития поддержали, но широкий выпуск таких моторов начали гораздо позже, когда европейские производители уже набили шишек на вопросах надежности и экологичности.

Кстати, оба первопроходца в лице Mitsubishi и Toyota все эти годы держали в производственной гамме совсем мало моделей с непосредственным впрыском: эксперименты показали, что атмосферным моторам он не очень нужен, а турбированного даунсайза у них в производственной гамме попросту не было.

***

В следующей части материала о непосредственном впрыске мы поговорим о тонкостях его конструкции, проблемах в эксплуатации, плюсах и минусах… А еще попытаемся понять, может ли он хотя бы теоретически стать столь же надежным, как заслуженный распределенный впрыск, к которому мы все так привыкли.

Непосредственный впрыск — скорее зло или скорее добро?

КАК РАБОТАЕТ ЭЛЕКТРОННЫЙ ВПРЫСК ТОПЛИВА

Электронный впрыск топлива (EFI) пришел на смену карбюраторам еще в середине 1980-х годов как предпочтительный метод подачи воздуха и топлива в двигатели. Основное отличие состоит в том, что карбюратор использует вакуум на впуске и перепад давления в трубке Вентури (узкая часть горловины карбюратора) для перекачивания топлива из топливного бака карбюратора в двигатель, тогда как впрыск топлива использует давление для распыления топлива непосредственно в двигатель.

В карбюраторе воздух и топливо смешиваются вместе, так как воздух вытягивается двигателем через карбюратор.Затем воздушно-топливная смесь проходит через впускной коллектор к цилиндрам. Одним из недостатков этого подхода является то, что впускной коллектор влажный (содержит капли жидкого топлива), поэтому топливо может образовывать лужу в зоне нагнетания коллектора при первом запуске холодного двигателя. Изгибы и повороты впускных направляющих также могут вызвать разделение смеси воздуха и топлива, как если бы она поступала в цилиндры, что приводит к неравномерному распределению топливной смеси между цилиндрами. Центральные цилиндры обычно работают немного богаче, чем концевые цилиндры, что затрудняет настройку для максимальной экономии топлива, производительности и выбросов с карбюратором.

ВПРЫСК ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКИ

При системе впрыска в корпус дроссельной заслонки (TBI) одна или две форсунки, установленные в корпусе дроссельной заслонки, распыляют топливо во впускной коллектор. Давление топлива создается электрическим топливным насосом (обычно установленным в топливном баке или рядом с ним), а давление регулируется регулятором, установленным на корпусе дроссельной заслонки. Топливо впрыскивается в двигатель, когда компьютер двигателя подает питание на форсунку (форсунки), что происходит скорее в виде быстрой серии коротких всплесков, чем непрерывного потока.Это вызывает жужжание форсунок при работающем двигателе.

Из-за этой настройки те же проблемы с распределением топлива, которые влияют на карбюраторы, также влияют на системы TBI. Однако системы TBI имеют лучшие характеристики холодного запуска, чем карбюратор, поскольку они обеспечивают лучшее распыление и не имеют проблемного механизма дросселирования. Система TBI также упрощает регулирование топливной смеси электронной системе управления двигателем, чем карбюратор с электронной обратной связью.Системы впрыска дроссельной заслонки использовались недолго в течение 1980-х годов, когда производители автомобилей в США перешли с карбюраторов на впрыск топлива, чтобы соответствовать требованиям по выбросам. К концу 1980-х годов большинство систем TBI были заменены системами впрыска топлива с многоточечным впрыском (MPI).

МНОГОПОРТНЫЙ ВПРЫСК ТОПЛИВА

В системах многопортового впрыска для каждого цилиндра предусмотрена отдельная топливная форсунка. Преимущество этого подхода заключается в том, что топливо впрыскивается непосредственно во впускной канал головки блока цилиндров.Поскольку через впускной коллектор проходит только воздух, впускной коллектор остается сухим, и не возникает проблем с лужами топлива при холодном двигателе или разделением топлива, вызывающим неравномерное распределение топлива в центральном и крайнем цилиндрах. Это позволяет топливной смеси быть более равномерной во всех цилиндрах для лучшей экономии топлива, выбросов и производительности.

Некоторые ранние производственные системы многоточечного впрыска топлива были чисто механическими и датировались 1950-ми годами (например, Corvette 1957 года с системой впрыска топлива Rochester, и системы Bosch D-Jetronic и K-Jetronic с их механическими распределителями топлива и инжекторами).Более поздние системы впрыска топлива, такие как системы Bosch L-Jetronic конца 1970-х годов, заменили механические форсунки электронными. Сегодня все производственные системы EFI полностью электронные с компьютерным управлением и электронными инжекторами.

Большинство систем EFI, которые предлагались в конце 1980-х и начале 1990-х годов, запускают все форсунки одновременно, обычно один раз за каждый оборот коленчатого вала. Более сложные системы последовательного впрыска топлива (SFI), появившиеся позже, запускают каждую форсунку отдельно, как правило, при открытии впускного клапана.Это позволяет гораздо более точно контролировать расход топлива для лучшей экономии топлива, производительности и выбросов.

ВПРЫСК ПРЯМОГО ТОПЛИВА БЕНЗИНА

В 2000-х годах некоторые производители автомобилей начали предлагать новый тип системы впрыска топлива под названием Gasoline Direct Injection (GDI). При такой настройке для каждого цилиндра по-прежнему используется отдельный инжектор, но инжекторы перемещаются на двигателе для впрыскивания топлива непосредственно в камеру сгорания, а не во впускной канал. Это похоже на дизельный двигатель, который распыляет топливо прямо в цилиндр.Преимущество такого подхода — значительное улучшение (на 15–25 процентов!) Экономии топлива и мощности. Однако для этого требуются специальные топливные форсунки высокого давления и гораздо более высокое рабочее давление. Некоторые современные примеры прямого впрыска топлива включают двигатели VW TDI, двигатели Mazda с прямым впрыском, двигатели General Motors EcoTech и двигатели Ford EcoBoost.

ТОПЛИВНЫЙ ИНЖЕКТОР ИМПУЛЬС

Относительное богатство или обедненность топливной смеси в двигателе с впрыском топлива определяется путем изменения длительности импульсов форсунки (называемой шириной импульса).Чем длиннее ширина импульса, тем больше объем подаваемого топлива и тем богаче смесь.

Время и продолжительность работы форсунки контролируются компьютером двигателя. Компьютер использует данные различных датчиков двигателя, чтобы регулировать дозирование топлива и изменять соотношение воздух / топливо в ответ на изменение условий эксплуатации.
Первичным датчиком для контроля топливной смеси является кислородный датчик. Датчик O2 генерирует сигнал RICH или LEAN, который компьютер двигателя использует для регулировки топливной смеси.Для получения дополнительной информации о регулировке подачи топлива с обратной связью и корректировки корректировки расхода топлива см. Что такое корректировка расхода топлива?

Компьютер откалиброван с помощью программы подачи топлива, которую лучше всего описать как трехмерную карту. Программа указывает компьютеру, как долго форсунка будет пульсировать при изменении частоты вращения двигателя и нагрузки. Во время запуска, прогрева, разгона и увеличения нагрузки на двигатель карта обычно требует более богатой топливной смеси. Когда двигатель движется при небольшой нагрузке, карта позволяет использовать более бедную топливную смесь для повышения экономии топлива.А когда автомобиль замедляется и двигатель не нагружен, карта может позволить компьютеру на мгновение полностью выключить форсунки.

Программирование, управляющее системой EFI, содержится в микросхеме PROM (Program Read Only Memory) внутри компьютера двигателя. Замена микросхемы PROM может изменить калибровку системы EFI. Иногда это необходимо для обновления заводского программирования или для устранения проблемы с управляемостью или выбросами. Микросхему PROM на некоторых автомобилях также можно заменить на послепродажные микросхемы для повышения производительности двигателя.

На многих автомобилях 1996 года и новее программирование осуществляется в микросхеме EEPROM (электронно удаляемая программа только для чтения) в компьютере. Это позволяет обновлять или изменять программу путем перепрошивки компьютера. Новое программирование загружается в компьютер через диагностический разъем OBD II с помощью диагностического прибора или инструмента перепрограммирования J2534.

ВХОДЫ ДАТЧИКА ТОПЛИВНОГО ВПРЫСКА

Электронный впрыск топлива требует ввода данных от различных датчиков двигателя, чтобы компьютер мог определять частоту вращения двигателя, нагрузку и рабочие условия.Это позволяет компьютеру регулировать топливную смесь по мере необходимости для оптимальной работы двигателя.

Существует два основных типа систем EFI: системы скорости-плотности и системы массового расхода воздуха. Системы плотности скорости, такие как те, что используются во многих двигателях Chrysler и некоторых двигателях GM, на самом деле не измеряют поток воздуха в двигатель, а оценивают поток воздуха на основе входных сигналов от датчика положения дроссельной заслонки (TPS), датчика абсолютного давления в коллекторе (MAP) и оборотов двигателя. Преимущество этого подхода заключается в том, что для двигателя не требуется дорогостоящий датчик расхода воздуха, и на топливно-воздушную смесь меньше влияют небольшие утечки воздуха во впускном коллекторе, вакуумном трубопроводе или корпусе дроссельной заслонки.

Датчик массового расхода воздуха Ford также включает датчик температуры воздуха на впуске (IAT) внутри.

В системах массового расхода воздуха некоторые типы датчиков воздушного потока используются для прямого измерения расхода воздуха, поступающего в двигатель. Это может быть датчик воздушного потока с механической заслонкой, датчик воздушного потока с горячей проволокой или вихревой датчик воздушного потока. Компьютер также использует входные данные от всех своих других датчиков, но полагается в первую очередь на датчик воздушного потока для управления топливными форсунками.

Система EFI обычно работает без сигнала от датчика MAP, но она будет работать плохо, потому что компьютер должен полагаться на входы других датчиков для оценки воздушного потока.Распространенная проблема с датчиками массового расхода воздуха
скопление грязи или лака на нагретом проводе внутри датчика. Очистка провода массового расхода воздуха внутри датчика с помощью очистителя для электроники часто восстанавливает нормальную работу и устраняет обедненную смесь, вызванную загрязнением датчика воздушного потока.

В системах обоих типов (скорость-плотность и массовый расход воздуха) входные данные от подогреваемого кислородного датчика (HO2) также являются ключевыми для поддержания оптимального соотношения воздух / топливо. Датчик кислорода (или датчик воздуха / топлива на многих более новых автомобилях) установлен в выпускном коллекторе и контролирует уровень несгоревшего кислорода в выхлопных газах как индикатор относительного богатства или бедности топливной смеси.На двигателях V6 и V8 будет отдельный датчик кислорода для каждого ряда цилиндров, а на некоторых рядных шестицилиндровых двигателях (например, BMW) могут быть отдельные датчики кислорода для первых трех цилиндров и последних трех цилиндров. Сигнал обратной связи от кислородного датчика или датчика воздуха / топлива используется компьютером двигателя для постоянной точной настройки топливной смеси для достижения оптимальной экономии топлива и выбросов.

Когда датчик кислорода сообщает компьютеру, что двигатель работает на обедненной смеси (повышенный уровень несгоревшего кислорода в выхлопных газах), компьютер компенсирует это за счет обогащения топливной смеси (увеличения ширины импульса форсунок).Если двигатель работает на богатой смеси (меньше кислорода в выхлопе), компьютер сокращает ширину импульса форсунок для обеднения топливной смеси.

Ввод положения дроссельной заслонки обеспечивается датчиком положения дроссельной заслонки (TPS). Он расположен сбоку на корпусе дроссельной заслонки и использует переменный резистор, который изменяет сопротивление при открытии и закрытии дроссельной заслонки.

Нагрузка на двигатель измеряется датчиком абсолютного давления в коллекторе (МАР). Он может быть установлен на впускном коллекторе или прикреплен к впускному коллектору с помощью вакуумного шланга.

Также необходимо контролировать температуру воздуха, поступающего в двигатель, чтобы компенсировать происходящие изменения плотности воздуха (более холодный воздух более плотный, чем горячий). Это контролируется датчиком температуры впускного воздуха (IAT) или температуры воздуха в коллекторе (MAT), который может быть встроен в датчик воздушного потока или установлен отдельно на впускном коллекторе.

Температура охлаждающей жидкости контролируется датчиком температуры охлаждающей жидкости (CTS). Это сообщает компьютеру, когда двигатель холодный и когда он имеет нормальную рабочую температуру.Компьютер должен знать температуру, потому что холодный двигатель требует более богатой топливной смеси при первом запуске. Когда охлаждающая жидкость достигает определенной температуры, двигатель переходит в режим замкнутого цикла, что означает, что он начинает использовать входные сигналы от кислородных датчиков для точной настройки топливной смеси. Когда он работает в разомкнутом контуре (в холодном состоянии или при отсутствии сигнала от датчика охлаждающей жидкости), топливная смесь фиксирована и не изменяется.

Неправильные входные сигналы от любого из датчиков двигателя могут вызвать проблемы с управляемостью, выбросами или производительностью.Многие проблемы с датчиками приводят к установке диагностического кода неисправности (DTC) и включению контрольной лампы двигателя. Считывание кода (ов) с помощью диагностического прибора поможет вам диагностировать проблему.

Корпус дроссельной заслонки EFI.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ХОЛОСТОГО ХОДА ТОПЛИВНОГО ВПРЫСКА

Обороты холостого хода двигателей с впрыском топлива контролируются компьютером через перепускной контур холостого хода на корпусе дроссельной заслонки. Небольшой электродвигатель или соленоид используется для открытия и закрытия байпасного отверстия. Чем больше отверстие, тем больший объем воздуха может пройти в обход дроссельных заслонок и тем выше скорость холостого хода.

На новых автомобилях с электронным управлением дроссельной заслонкой компьютер также управляет открытием дроссельной заслонки, когда водитель нажимает на педаль газа. Датчики положения в педали газа сигнализируют компьютеру, насколько далеко открыть дроссельную заслонку.

Проблемы холостого хода в системах EFI могут быть вызваны отложениями лака и грязи в цепи управления холостым ходом корпуса дроссельной заслонки. Очистка корпуса дроссельной заслонки с помощью
Очиститель корпуса дроссельной заслонки часто может решить проблемы на холостом ходу (следуйте инструкциям на изделии).Проблемы на холостом ходу также могут быть вызваны утечками воздуха между
датчик потока воздуха и дроссельная заслонка, корпус дроссельной заслонки и впускной коллектор, а также впускной коллектор и головка (и) цилиндров, или в системах PCV или EGR, или в вакуумных шлангах.

В большинстве систем EFI напряжение подается непосредственно на форсунки, и PCM подает питание на форсунку, заземляя цепь.

ИНЖЕКТОРЫ

Топливная форсунка — это не что иное, как подпружиненный электромагнитный игольчатый клапан.При подаче питания от компьютера соленоид открывает клапан. Это позволяет топливу брызгать из форсунки в двигатель. Когда компьютер отключает цепь питания форсунки, клапан внутри форсунки закрывается и подача топлива прекращается.

Общее количество поданного топлива регулируется путем очень быстрого включения и выключения напряжения форсунки. Чем больше длительность импульса, тем больше объем подаваемого топлива и тем богаче топливная смесь. Уменьшение длительности импульса сигнала форсунки приводит к уменьшению количества подаваемого топлива и вымыванию смеси.

Грязные топливные форсунки — частая проблема. Накопление отложений топливного лака внутри наконечника форсунки может ограничить подачу топлива и помешать созданию хорошей формы распыления. Это может привести к обеднению топлива и пропускам зажигания. Очистка форсунок с помощью очистителя для впрыска топлива или снятие форсунок и их очистка на машине для очистки топливных форсунок обычно может восстановить нормальную работу. Использование бензина высшего уровня, содержащего достаточное количество очистителя форсунок, также может предотвратить образование отложений лака.

Регулятор давления топлива обычно устанавливается на топливной рампе, которая питает форсунки.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА

Еще один важный фактор, который помогает определить, сколько топлива подается через форсунку в импульсном режиме, и это давление топлива за ней. Чем выше давление за форсункой, тем больший объем топлива вылетит из форсунки при ее открытии.

Давление топлива создается электрическим топливным насосом высокого давления, обычно устанавливаемым внутри или рядом с топливным баком.Давление на выходе насоса может находиться в диапазоне от 8 до 80 фунтов. в зависимости от приложения. Насос обычно имеет напорный клапан для сброса избыточного давления и обратный клапан для поддержания давления в системе при выключенном зажигании.

В многопортовой системе EFI перепад давления между топливом за форсунками и разрежением или давлением во впускном коллекторе является постоянно изменяющейся переменной. При небольшой нагрузке или на холостом ходу во впускном коллекторе существует относительно высокий вакуум.Это означает, что для распыления определенного объема топлива через форсунку требуется меньшее давление топлива. При большой нагрузке вакуум в двигателе падает почти до нуля. В этих условиях требуется большее давление для подачи того же количества топлива через форсунку. А в двигателях с турбонаддувом разрежение в коллекторе может составлять от 8 до 14 фунтов. положительного давления, когда в игру вступает турбо наддув. Требуется еще большее давление топлива, чтобы пропустить такое же количество топлива через форсунку.

В многопортовой системе EFI должны быть предусмотрены средства регулирования давления топлива в соответствии с вакуумом двигателя, чтобы поддерживать одинаковый относительный перепад давления между топливной системой и впускным коллектором.Это делает регулятор давления топлива. Регулятор установлен на топливной рампе, питающей форсунки. В безвозвратных системах EFI регулятор является частью топливного насоса в топливном баке.

Регулятор давления топлива имеет простую подпружиненную вакуумную диафрагму с вакуумным подключением к впускному коллектору. Регулятор снижает давление топлива при небольшой нагрузке и увеличивает его при большой нагрузке или в условиях наддува. Избыточное давление топлива отводится через перепускной канал обратно в топливный бак для поддержания требуемого перепада давления.Большинство систем откалиброваны для поддержания перепада давления от 40 до 55 фунтов на квадратный дюйм.

В более старых системах TBI регулятор выполняет более простую работу, поскольку форсунки устанавливаются над дроссельными заслонками. Поскольку вакуум / наддув двигателя не влияет на подачу топлива из форсунки в системе TBI, регулятор должен только поддерживать равномерное давление. В системах TBI General Motors регулятор давления откалиброван для поддержания в топливной системе примерно 10 фунтов на квадратный дюйм, но в большинстве других случаев давление составляет около 40 фунтов на квадратный дюйм.

Низкое давление топлива приведет к ухудшению работы двигателя, возможным пропускам зажигания и может помешать запуску двигателя. Низкое давление топлива может быть вызвано слабым топливным насосом (изношенный насос или низкое напряжение на насосе, из-за которого он работал медленно), ограничениями в топливопроводе, засоренным топливным фильтром или негерметичным регулятором давления топлива. Давление топлива ДОЛЖНО быть в пределах технических характеристик для нормальной работы двигателя. Давление топлива можно проверить с помощью манометра, подключенного к рабочему клапану на топливной рампе или в топливопроводе.

Щелкните здесь, чтобы загрузить или распечатать эту статью.



fuel injection Другие статьи о впрыске топлива:

Викторина самопроверки системы впрыска топлива (Загрузите или распечатайте файл PDF)

Соотношение воздух / топливо

Диагностика впрыска топлива

Проблемы с впрыском топлива

Как впрыск топлива влияет на выбросы

Впрыск топлива: диагностика системы EFI без возврата топлива

Что такое корректировка топливоподачи?

Что такое прямой впрыск бензина (GDI)?

Отложения на впускных клапанах в двигателях с прямым впрыском бензина

Топливные форсунки (очистка)

Топливные форсунки (поиск неисправностей)

Диагностика топливного насоса

Советы по диагностике топливного насоса от Carter

Топливный насос (как заменить насос в баке)

Топливный насос (электрический)

Топливные фильтры

Toyota Fuel Injection

Системы впуска холодного воздуха

Датчик EFI Статьи по теме:
Анализ датчиков двигателя

Датчики температуры воздуха

Датчики охлаждающей жидкости

Кривошипа Датчики CKP

Датчики кислорода (O2)

Расположение датчиков кислорода

Датчики топливного воздуха с широким соотношением сторон

Датчики

MAP

Датчики массового расхода воздуха

Датчики массового расхода воздуха

Датчики воздушного потока лопастей

Датчики положения

Дроссельная заслонка

Системы управления

,

Новый рядный 4-цилиндровый бензиновый двигатель объемом 2,5 литра с прямым впрыском

6 декабря 2016 г.

Новый рядный 4-цилиндровый бензиновый двигатель 2,5 л с прямым впрыском

Характерная черта

Toyota назвала свою новую линейку силовых установок внутреннего сгорания «Dynamic Force Engines». Чтобы в полной мере раскрыть потенциал новых двигателей, их базовая конструкция была полностью переосмыслена с использованием TNGA, а их общая структура и конфигурация были полностью обновлены для достижения высокого уровня вождения и экологических характеристик.Работа над новыми двигателями будет продолжена.

Достигает одного из лучших в мире уровней мощности и теплового КПД *

В новых двигателях используется технология высокоскоростного сгорания и регулируемая система управления. Они также достигают более высокого теплового КПД, что приводит к высокой производительности за счет снижения потерь энергии, связанных, в частности, с системами выпуска и охлаждения и перемещением механических частей.Их модельный ряд включает 2,5-литровый двигатель, который имеет один из лучших в мире тепловых КПД * ± 40 процентов при использовании в автомобилях с бензиновым двигателем и 41 процент при использовании в гибридных автомобилях (HV). Этот новый, тщательно пересмотренный и значительно усовершенствованный двигатель оснащен множеством новых технологий, таких как технологии для точного управления, которые делают его очень отзывчивым и позволяют генерировать достаточный крутящий момент на всех скоростях.

По состоянию на ноябрь 2016 г., согласно опросу Toyota

Максимальный тепловой КПД

40% (обычный двигатель)
41% (двигатель HV)

Удельная мощность

60 кВт / л

Achieves one of the world

Ключевые технологии / производительность

Key technologies / performance

Key technologies / performance

Низкий расход топлива (высокая тепловая эффективность)

Low fuel consumption (High thermal efficiency)

Высокая производительность

High performance

Высокий отклик

High response

Технические характеристики двигателя

.

Новый двигатель Новый двигатель для HV
Рабочий объем (куб. См) 2,487 2,487
Диаметр цилиндра x ход (мм) Φ87.5×103,4 Φ87,5×103,4
Степень сжатия 13 14
Система впрыска Д-4С Д-4С
Макс. Мощность (кВт / об / мин) 151/6600 130/5700
Макс.Крутящий момент (Нм / об / мин) 250/4800 220 / 3600-5200
Контроль выбросов LEV (SULEV30) LEV (SULEV30)

Детали новых технологий

Технология высокоскоростного сгорания Впервые в мире

Как усиленный поток в барабане, так и увеличенный объем всасываемого воздуха достигаются за счет изменения конструкции более длинного хода (ход / диаметр 1.2), увеличивая угол наклона клапана и высокоэффективное впускное отверстие с седлом клапана, покрытым лазером. Благодаря этим технологиям достигается высокая скорость горения.

High speed combustion technology

Прямой инжектор с несколькими отверстиями

Улучшенный поток и высокая производительность форсунки улучшили топливно-воздушную смесь, благодаря чему достигается высокая скорость сгорания.

Multi-hole direct injector

Масляный насос непрерывного действия с переменной производительностью — первый в мире тип Trochoid

Регулируя расход масла при любых условиях работы двигателя, уменьшается дополнительная работа, которая затем способствует снижению потерь на трение в двигателе.

Continuous variable capacity oil pump -Trochoid type-

Сначала изменяют давление масла в камере управления, перемещая кольцо регулировки давления масла и внешний ротор относительно внутреннего ротора, а затем заставляя расход масла непрерывно изменяться.

Oil pressure control map (Image)

,

Плюсы и минусы покупки машины с прямым впрыском

На главную »Плюсы и минусы покупки машины с прямым впрыском

18 августа 2019

Обычный электронный впрыск топлива используется в серийных автомобилях с конца 1950-х годов. До недавнего времени почти все бензиновые автомобили имели многоточечный (многоточечный) впрыск топлива, или MPI, и он был очень надежным.

Форсунка высокого давления

Когда дело доходит до технического обслуживания или ремонта, это последнее, о чем вам нужно беспокоиться.

В условиях ужесточения правил экономии топлива и более строгих законов о выбросах производители автомобилей внедряют новые технологии. Прямой впрыск бензина (DI или GDI) является одним из них.

Технология прямого впрыска улучшает экономию топлива на 10-20 процентов, но насколько она надежна? Автомобиль с прямым впрыском стоит дороже в обслуживании? Каковы плюсы и минусы? Во-первых, давайте посмотрим, как это работает по сравнению с обычным многоточечным впрыском топлива:

Как работает многопортовый и прямой впрыск

Обычный впрыск топлива (MPI)

В бензиновом двигателе с обычным многоточечным (многоточечным) впрыском топлива электрический топливный насос, встроенный в бензобак, подает топливо в топливную рампу двигателя.Давление топлива относительно низкое: 35-60 фунтов на квадратный дюйм. Топливная рампа распределяет топливо по форсункам.
В каждом цилиндре есть одна топливная форсунка (зеленая на изображении). По команде компьютера двигателя топливная форсунка распыляет топливо во впускной канал, где оно смешивается с воздухом. Оттуда воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр через открытый впускной клапан во время такта впуска.

Прямой впрыск топлива (GDI)

При прямом впрыске топливный насос низкого давления сначала подает топливо к добавленному топливному насосу высокого давления.Топливный насос высокого давления — это механический насос, приводимый в действие одним из распределительных валов двигателя. Он подает топливо под очень высоким давлением (более 2000 фунтов на квадратный дюйм) в топливную рампу. Топливная рампа распределяет топливо к топливным форсункам высокого давления; по одному на каждый цилиндр. Топливная форсунка высокого давления испаряет топливо непосредственно в камеру сгорания во время такта сжатия, когда поршень находится близко к верху, см. Изображение.

Реклама — Продолжить чтение ниже

Требует ли двигатель с прямым впрыском дополнительного технического обслуживания?

Если вы посмотрите график технического обслуживания автомобиля с прямым впрыском, вы вряд ли найдете какие-либо дополнительные услуги для прямого впрыска.Однако есть несколько отличий. Во-первых, двигатель с прямым впрыском более чувствителен к качеству бензина, учитывая конструкцию.

Топливный насос высокого давления приводится в действие распределительным валом, и эта точка трения смазывается моторным маслом.

Топливный насос высокого давления Ford EcoBoost

Это означает, что низкий уровень масла или его отсутствие могут вызвать проблемы, но это верно для любого двигателя.

Одна проблема, характерная для прямого впрыска, — это скопление углерода на задней стороне впускных клапанов и на форсунках. Почему так происходит? В любом двигателе пары масла из системы вентиляции картера проходят через впускные клапаны. Однако при обычном впрыске топлива MPI форсунки распыляют непосредственно на впускные клапаны, «смывая» их. В двигателе с прямым впрыском топливо распыляется «под» клапанами, см. Изображения выше. Это означает, что со временем пары масла из системы вентиляции, проходящие через впускные клапаны, образуют нагар на задней стороне клапанов и на форсунках.

Эта проблема более заметна в двигателях с большим пробегом, особенно если автомобиль используется для частых коротких поездок. Турбокомпрессор также может усугубить ситуацию, потому что при большем пробеге утечка масла из уплотнений турбокомпрессора также попадает во впускное отверстие.

Это означает, что в некоторых автомобилях с прямым впрыском впускные клапаны могут нуждаться в очистке при большем пробеге.

Топливный насос высокого давления Audi. Audi называет прямой впрыск топлива с расслоенным впрыском топлива или FSI / TFSI

Если вы возьмете свой автомобиль с прямым впрыском для настройки, дилер или независимая ремонтная мастерская могут предложить вам услугу впуска топлива или очистку впускного клапана.Многие владельцы BMW, например, знают о «очистке грецкого ореха» — способе очистки впускных клапанов средством из скорлупы черного ореха (450-700 долларов).
Иногда может потребоваться очистка впускных клапанов вручную, и это может стоить немного дороже.

Мы поговорили с владельцем автомастерской, специализирующейся на немецких автомобилях. Он рекомендует чистить впускные клапаны каждые 75 000 миль. По его словам, отложения на впускных клапанах — одна из частых проблем его магазина.

Тем не менее, у многих автомобилей с прямым впрыском нет никаких проблем.Мы также нашли несколько сервисных бюллетеней, в которых различные автопроизводители рекомендуют использовать бензин с моющим средством TOP TIER, чтобы избежать проблем с прямым впрыском: Перейдите на сайт www.toptiergas.com для получения списка поставщиков топлива, которые предлагают бензин с моющими средствами TOP TIER.

Есть некоторый прогресс и в технологии DI. Toyota, например, использует систему впрыска топлива D-4S в ряде последних автомобилей Toyota и Lexus. В двигателе D-4S каждый цилиндр имеет как инжектор прямого, так и портовый. Ford также внедрил систему двойной подачи топлива с двумя топливными форсунками на цилиндр в некоторых из последних моделей.Это называется PFDI-Port Fuel (PFI) и Direct-Injection (DI). Эта технология с двумя форсунками должна устранить проблемы, связанные с накоплением углерода на впускных клапанах.

Надежны ли двигатели с прямым впрыском?

Двигатель Mazda Skyactiv с непосредственным впрыском

В целом, чем сложнее автомобиль, тем больше может пойти не так, хотя у некоторых автомобилей было больше проблем, связанных с прямым впрыском, чем у других.Например, у BMW были некоторые проблемы с насосами высокого давления и форсунками, и даже на некоторых моделях был отозван топливный насос высокого давления. У Volkswagen / Audi были проблемы с их бензиновым двигателем 2.0L-turbo FSI (термин Volkswagen для прямого впрыска) из-за износа толкателя топливного насоса высокого давления / кулачка. Однако, например, бензиновые двигатели Mazda Skyactiv с прямым впрыском топлива обычно хорошо выдерживают регулярную замену масла.
А это значит, проверяйте надежность каждой машины индивидуально.

Где можно посмотреть рейтинги надежности? Во-первых, это Consumer Reports. Мы считаем их рейтинги точными. Чтобы получить доступ к их рейтингам в Интернете, вам потребуется платная подписка, но вы можете найти копию их печатного журнала в местной библиотеке. J.D. Power также предлагает рейтинги надежности. Посетите CarComplaints.com, чтобы узнать, у каких автомобилей больше проблем.

Плюсы и минусы

Подводя итог: к недостаткам прямого впрыска можно отнести более сложную конструкцию с дорогими компонентами, более жесткие требования к качеству бензина и потенциально более высокие затраты на ремонт при большем пробеге из-за проблем, упомянутых выше.Часто некоторые из этих проблем трудно диагностировать, увеличивая счет за ремонт.
Основными преимуществами являются лучшая экономия топлива, меньшие выбросы и возможность увеличения мощности.

На что обращать внимание при покупке подержанного автомобиля с двигателем с прямым впрыском?

При проверке автомобиля с прямым впрыском следите за тем, чтобы после запуска двигателя загорелся индикатор Check Engine.

Не садитесь в машину, если под капотом чувствуется запах бензина.Низкий уровень моторного масла может указывать на чрезмерный расход масла. Слишком высокий уровень масла и запах бензина могут указывать на присутствие бензина в моторном масле, что также не является хорошим признаком. При тестовой езде следите за ненормальным шумом двигателя, а также отсутствием мощности, пропусками зажигания, резким холостым ходом или колебаниями. Заглох — еще один признак неисправности двигателя. Синий или белый дым из выхлопной трубы должен сказать вам, что нужно проехать мимо машины. Подробнее: Как осмотреть подержанный автомобиль.
Мы рекомендуем, чтобы автомобиль проверил проверенный механик перед подписанием контракта.Если это немецкий автомобиль, отнесите его механику, специализирующемуся на немецких автомобилях. Избегайте автомобиля, если на нем есть признаки отсутствия обслуживания.


,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *