Что такое прямой впрыск топлива
Перейти к содержимому

Что такое прямой впрыск топлива

  • автор:

Прямой впрыск топлива

Еще на заре двигателестроения, сто лет назад, пути бензиновых и дизельных моторов разошлись. И тому были весомые причины в виде различия теории двух типов, а также совершенно разной организации горения смесей в цилиндре. Точнее, способа поджигания того, что должно было сгореть и выдать тепло для работы. Пройдя долгие пути совершенствования, моторы с зажиганием от свечи и двигатели, в которых смесь вспыхивает от сжатия, перепробовали в качестве топлив буквально все, что только может гореть, от керосина и тяжелых фракций нефти до природного газа, спирта и растительного масла. Системы питания этих моторов тоже были весьма разнообразны – от распылителей наподобие садовой лейки до впрыскивания топлива и в коллектор, и прямо в камеру сгорания. В итоге последние и победили всех остальных.

КОМПОНЕНТЫ.
Три главные части систем непосредственного впрыска – насос высокого давления, общая рампа с форсунками и электронный блок управления впрыском. За кажущейся простотой многочисленные технические ноу-хау, но рядовому сервисмену и common rail, и бензиновые аналоги обслуживать легко

СЖЕЧЬ БЕЗ ОСТАТКА
Но просто доставить заряд топлива в цилиндр оказалось недостаточно. Для того чтобы сделать моторы более экономичными и снизить выбросы вредных веществ в выхлопных газах, инженерам пришлось научиться управлять еще и скоростью горения смеси, а также точно позиционировать зону начала горения, направление продвижения пламени при рабочем ходе и его температуру. Помимо оптимизации формы самой камеры сгорания, единственным способом столь точной «стрельбы» топливом по рабочему объему стало повышение давления впрыска, вследствие чего появились системы типа сommon rail. Это название мы привыкли употреблять для дизельных систем. Бензиновые аналоги именуются «прямой впрыск», и у каждого производителя называются по-своему (GD-I – у Mitsubishi, FSI – у группы Volkswagen-Audi и т. д.).

ОБЩАЯ РАМПА
Отличие аппаратуры common rail от обычных систем впрыска прежде всего в очень большом (от 200 до 2000 бар) рабочем давлении. Топливо под большим давлением аккумулируется в довольно толстой общей емкости вблизи форсунок – топливной рампе. Потому такой впрыск еще называют аккумуляторным. Большой объем рампы снижает пульсацию давления от работы форсунок, что особенно актуально для дизелей. Форсунки открываются электроимпульсом и могут быть как обычными электромагнитными, так и пьезоэлектрическими. Высокое давление нагнетает механический топливный насос.

Для чего оно нужно? Исключительно для того, чтобы за очень короткий промежуток (миллисекунды) можно было впрыснуть заряд смеси, а за весь рабочий ход одного цилиндра успеть сделать несколько таких «инъекций».

ХОЛОДНЫЙ ПУСК.
Чтобы дизель пускался в любой мороз, прямо в камере сгорания торчит раскаленный носик электрической свечи накаливания. После запуска свеча отключается

В дизельных моторах подобный цикл работы, помимо более полного сгорания, позволяет избавиться от характерного «металлического» стука. Именно поэтому современные директ-дизели так тихи и почти не дают вибраций. Кроме того, точное позиционирование огненного факела позволяет даже устроить вспышку в центре камеры, оставив воздушную прослойку у стенок. Это снижает теплонагруженность дизеля и повышает его КПД (больше тепла используется на работу, меньше без дела отдается в атмосферу). И, наконец, управляемое сгорание смеси снижает вредные выбросы.

В бензиновых моторах прямой впрыск тоже позволяет точно регулировать процессы работы и, кроме того, дает возможность получить послойное горение (именно так переводится «фольксвагеновское» Fuel Stratified Injection). Зачем это нужно? Для той же экономии топлива. Дело в том, что, как известно, для бензинового двигателя есть оптимальное соотношение бензина к воздуху, называемое стехиометрическим (примерно 1:17). Но на некоторых режимах мотор может отлично работать и при соотношении 1:40. Только такую бедную смесь уже не поджечь свечой. Послойный впрыск позволяет получить в камере сгорания слои смеси с разным соотношением в разных местах – богатым в небольшом объеме возле свечи и сверхбедным во всем остальном объеме. За счет этого помимо экономии топлива и выдающейся экологичности наблюдается снижение шумности и тепловых потерь.

СОВЕРШЕНСТВО.
Вот она, мечта двигателиста, – огненный вихрь в камере сгорания, равномерно охватывающий весь объем, не касающийся стенок и не оставляющий недогоревшей смеси. На сегодняшний день это лучший способ превратить химическую энергию топлива в механическую работу внутри теплового мотора


КОШМАРЫ ПРЯМОГО ВПРЫСКА

Как ни странно, компоненты common rail оказались даже дешевле, чем аналогичная дизельная аппаратура. Ничего удивительного в этом нет – вместо громоздкого и технически крайне сложного ТНВД обычного дизеля здесь лишь один насос. А все функции управления мотором, ранее возложенные на ТНВД, теперь отданы электронике, которая заведомо дешевеет с каждой минутой. К тому же, перепрограммировав, эти системы гораздо легче приспособить к изменению характеристик,. Бензиновые аналоги тоже не далеко ушли по хлопотности изготовления от обычного впрыска, хотя и имеют более точные детали.

Но нам с вами, разумеется, всегда хочется узнать и об обратной стороне любого новаторства. Неужели все так безоблачно у систем аккумуляторного впрыска? Чем common rail и его бензиновые аналоги могут расстроить владельца?

Если мы будем говорить о дизельных моторах, то одно обстоятельство, безусловно, есть. И связано оно напрямую с организацией процесса горения, вернее, со снижением теплопотерь. Помните про более высокий КПД? Та энергия, что раньше шла на разогрев мотора (и через систему охлаждения-отопления к нам с вами), теперь совершает полезную работу. В северных странах этот факт означает, что водителю и пассажирам достанется меньше тепла, особенно на холостых, когда любой дизель и так почти не «греет». Правда, тут хороший рецепт – автономный подогреватель, коими и оснащают многие автомобили с common rail прямо на заводе. Для дизелей с большим объемом и автомобилей класса выше среднего этот «довесок» почти незаметен ни в цене, ни по расходу топлива. Обладателям же авто поменьше здесь придется смириться с тем, что технологичность их двигателя явно превышает таковую у остальных систем автомобиля.

Для бензиновых моторов подобной проблемы нет, и все остальные тревоги владельцев прямого впрыска нужно рассматривать через призму аккуратного отношения к таким моментам, как качественное топливо, регулярное ТО и разумная эксплуатация.

В НОГУ СО ВРЕМЕНЕМ
Да, бензин плохого качества современные системы высокого давления переваривают с трудом. Правда, скорее всего больше пострадают не они сами, а топливные фильтры и катализаторы. Хватанув один раз паленого топлива на плохой заправке и увидев желтую лампочку «Джеки Чан», просто игнорируйте эту колонку в дальнейшем и при случае нанесите визит сервисменам. Фатальный исход при таком одноразовом событии очень маловероятен.

Хуже обстоит дело с директ-дизелями, чья топливная аппаратура совершенно не переваривает ни серу в дизтопливе, ни парафины в холодное время. Но от этого же топливного «мусора» аналогично страдают и обычные дизели, вернее, их чувствительные ТНВД. Да и топлива некачественного с каждым днем у нас все меньше. Во всяком случае, на шоссе, по которому передвигаются фуры, риск заправиться плохим дизтопливом минимален. Ведь на большинстве современных тягачей тоже дизели с common rail. Речь скорее о том, на какой из сетей солярка чуть чище и где зимой сильнее разбавляют зимний дизель летним.

Да, гонять современный мотор «в хвост и в гриву», кормя его чем попало, увы, не получится. И это мне представляется вполне адекватной платой за его показатели и за хотя бы умозрительную заботу о чистоте окружающего воздуха.

ТЕСНО. Четыре клапана, форсунка впрыска и свеча зажигания помещаются над поршнем с трудом. Миниатюрные свечи – следствие технической эволюции

Из моего почти десятилетнего опыта дальних путешествий на различных автомобилях, большая часть которых была оборудована системами впрыска высокого давления, ни разу не возникло фатальных проблем с мотором из-за топлива. Да, Check Engine вспыхивал пару-тройку раз. Однажды даже дизельный BMW 530 дал черного «медведя» после заправки под Смоленском, но не более того. Особо беспокоящимся дизелистам просто посоветую приобрести антигелевые и цетаноповышающие присадки и не пользоваться подозрительными бензоколонками, которые объезжают стороной дальнобойщики.

ТАМОЖНЯ ДАЕТ ДОБРО

Иностранные производители, хотя и отчаянно сопротивлялись первое время поставкам в Россию машин с прямым впрыском и сommon rail, тем не менее мало-помалу дали зеленый свет самым современным моторам. Как же иначе, если других двигателей с каждым днем все меньше?

Моторы с прямым впрыском высокого давления сегодня уже не редкость. Для инженеров-мотористов это даже не сегодняшний, а почти вчерашний этап двигателестроения. И хотим мы этого или нет, директ-моторы постепенно вытеснят все остальные типы. Примерно так, как когда-то на смену керосиновым, паровым, газогенераторным автомобилям и конным повозкам пришел бензиново-дизельный транспорт. Но и эти продвинутые моторы не панацея. На смену им уже спешат еще более требовательные к вниманию гибриды, электромобили, даже водородные машины дня завтрашнего. Но это уже тема другой статьи.

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска топлива существует намного дольше, чем принято считать. Технология прошла долгий путь доработок, а сейчас такой системой оснащается практически каждый современный автомобиль. Рассмотрим подробнее, как она развивалась и в чем ее особенности.

Основные этапы развития

Принцип прямого впрыска топлива первоначально разрабатывался в отношении дизельных моторов. Любопытно, что первым изобретателем стал русский специалист Вадим Аршаулов – он еще в начале XX века создал технологию, которая в несколько измененном виде используется и в наши дни. В дальнейшем велись разработки по ее применению в машинах с бензиновыми моторами.

Прямой впрыск топлива начал активно использоваться далеко не в XXI веке, как думают многие. Его начали применять еще во время Второй мировой войны: в частности, этот принцип использовался в двигателях немецких истребителей «Мессершмидтов» для повышения эффективности работы мотора. В отношении автомобилей технологию внедрили немного позже: первой серийной моделью с двигателем на бензине и прямым впрыском топлива стал Mercedes-Benz 300 SL Gullwing – машина начала выпускаться в 1954 году.

Однако технология не сразу прижилась на бензиновых моторах, так как управлять прямым впрыском до изобретения электроники приходилось вручную. Когда в автомобили начали активно внедряться электронные компоненты, было решено вернуться к ней – это произошло уже в конце двадцатого столетия. Первая автомобильная марка, в которой был реализован прямой впрыск топлива с электронным управлением, – Митсубиси. Технология получила название Gasoline Direct Injection (сокращенно GDI). Впоследствии она начала внедряться и другими автопроизводителями, хотя каждый из них давал ей свое название. Например, в автомобилях БМВ она называлась HPI, а у Мерседес-Бенц – CGI.

Как работает прямой впрыск топлива

Принцип этой технологии состоит в подаче горючего топлива непосредственно в цилиндры. В привычной системе распределенного впрыска топливо подается до клапанов во впускной коллектор. Процесс полностью контролируется бортовым компьютером: форсунки по сигналу в нужный момент подают топливо непосредственно в цилиндры.

У такого принципа впрыска есть несколько преимуществ:

  • увеличение мощности двигателя благодаря более эффективной подаче горючего;
  • уменьшение расхода топлива;
  • сокращение вредных выбросов в атмосферу, что положительно сказывается на экологии. Автомобили становятся более безопасными для окружающей среды.

Однако у технологии есть не только преимущества, но и недостатки. Прямой впрыск топлива требует максимально качественного горючего. Если система установлена на автомобиль, его нужно будет заправлять только бензином марки АИ-98. Если использовать низкокачественное горючее, это быстро приведет к загрязнению форсунок и клапанов. Постепенно на них начнет накапливаться налет, который невозможно будет смыть. Кроме того, со временем могут начаться неполадки в работе ТНВД.

Проблема особенно актуальна для покупателей подержанных автомобилей, оснащенных системой непосредственного впрыска. Новый хозяин авто не сможет проверить, какое топливо использовал предыдущий владелец, соблюдал ли он требования к эксплуатации и обслуживанию. Из-за этого велик риск приобрести проблемный автомобиль, у которого в ближайшее время возникнут поломки топливной системы. Их устранение потребует сложного и дорогостоящего ремонта двигателя.

Можно ли предотвратить неполадки?

Даже если купить новую машину с завода и соблюдать все рекомендации по качеству топлива, все равно потребуется проводить регулярное обслуживание топливной системы, чтобы избежать загрязнения форсунок и клапанов. Профилактика обязательно проводится с интервалом не больше 50 тыс. км пробега.

Отказаться от системы прямого впрыска топлива уже невозможно: она доказала свою результативность, используется в большинстве современных авто. Однако при покупке такой машины владелец должен помнить, что ему придется вкладываться в профилактическое обслуживание, чтобы поддерживать топливную систему в исправном состоянии. В противном случае она очень быстро выйдет из строя и потребует долгого восстановления.

Прямой впрыск топлива: плюсы и минусы технологии

Прямой впрыск топлива: плюсы и минусы технологии

Прямой впрыск является наиболее используемым способом подачи на двигатель транспортного средства топлива. По сравнению с простым впрыском, когда топливо следует по пути во впускной коллектор, технология отличается точностью и эффективностью. Суть впрыска представлена направленным впрыскиванием топлива прямо в камеру сгорания цилиндра мотора. Именно поэтому смесеобразование значительно улучшается, а уровень эффективности сгорания топлива – увеличивается.

О сути технологии впрыска бензина и дизеля

Принцип технологии впрыска напрямую позволяет топливу попадать непосредственно в цилиндр двигателя. Стоит отметить, что более старые технологии заключались в поступлении топлива во впускной коллектор и его смешивании с воздухом. Сегодня прямой впрыск служит залогом повышения мощности двигателя, в целом.

Согласно традиционной системе, бензин смешивается с воздухом в непосредственной близости к цилиндру – во впускном коллекторе. Впрыск топлива напрямую не предполагает предварительного смешивания бензина и воздуха. Впускной коллектор является зоной поступления воздуха в камеру сгорания, а бензин впрыскивается в цилиндр, двигаясь по отдельному пути.

IMG_6046 EB316E0D-AF09-47F3-B2C8-B216B1BF86EC IMG_6058

Положительный результат обусловлен тем, что топливо впрыскивается в цилиндр вовремя и в строго оптимальном количестве. Помимо того, прямой впрыск служит залогом снижения степени выброса пагубных веществ в окружающую среду. За последнее десятилетие прямому впрыску было отдано первенство среди технологий автомобильной промышленности. Данная технология актуальна, как для двигателей на бензине, так и на дизеле.

  • Плюсы технологии прямого впрыска
    Высокоточное компьютерное управление в сочетании с прямым впрыском способно обеспечить высокую точность управления объемами топлива, а именно, количества воздуха и впрыскиваемого бензина или дизеля. Место расположения инжектора связано с оптимальностью распыления для разрушения струй жидкого бензина на множество мельчайших частиц и превращением его в пылевое облако.
    Как результат, будет обеспечено полное сгорание топлива, что особенно важно для езды на высоких оборотах, когда на сгорание имеется минимум времени. Прямой и быстрый впрыск топлива – это сжигание значительного количества бензина для максимальной мощности работы двигателя и снижение загрязнения от каждой отдельной капли бензина.
  • Минусы технологии впрыска напрямую
    Главные недостатки двигателя, работающего по технологии прямого впрыска, заключаются в сложности устройства системы и ее высокой конечной стоимости. На создание системы прямого впрыска уходит больше денежных средств. Все потому, что необходимо обеспечить прочность и точность каждого компонента, который должен работать с топливом при высоком уровне давления. В сравнении с косвенными системами впрыска, форсунки должны быть стойкими против разрушительного уровня давления в цилиндре и критической температуры сгорания.

О преимуществах технологии прямого впрыска над аналогами

На примере автомобилей Cadilac CTS специалисты компании "General Motors" занимаются выпуском двух аналогичных двигателей, имеющих прямое и косвенное впрыскивание. Производительность двигателя V6 на 3,6 литров бензина с непрямым впрыском составляет 263 лошадиных сил, а той же версии с устаревшей технологией впрыска – до 304 лошадиных сил.

Несмотря на повышенную мощность, двигатель на обновленной технологии впрыска показывает большую экономичность расхода. В городских условиях 18 миль против 17 миль на один галлон топлива, а в условиях трассы расход будет равным. Дополнительное преимущество инновационного решения состоит в меньшей требовательности такого двигателя к октановому числу бензина.

Плюс ко всему, большинство дизельных двигателей оборудованы системой быстрого прямого впрыска топлива. Однако принцип процесса сжигания топлива в дизелях немного другой. Если бензиновые моторы сжимают смесь воздуха с бензином, поджигая его искрой, то дизельные – после сжатия воздуха распыляют топливо непосредственно в камеру сгорания для воспламенения под действием давления и температуры сжатого воздуха.

Вам может быть интересно:

  • Двигатели с прямым впрыском
  • Дизельные двигатели

Прямой впрыск бензина — краткая история с трудным началом

В конце 1990-х производители двигателей пробовали этот метод включения двигателя, и почти все потерпели неудачу. По иронии судьбы, единственными удачными решениями были решения Mitsubishi (GDI) и Toyota (D4), которые отказались от них, когда конкуренты были на пути к успеху. Однако со временем все-таки вернулись в игру.

Так получилось, что Mitsubishi была первым производителем автомобилей, массово применившим непосредственный впрыск в бензиновых двигателях. Их агрегаты отмечены аббревиатурой GDI, то есть от Gasoline Direct Injection, что буквально означает прямой впрыск бензина. Поэтому вначале участникам приходилось придумывать другие имена, потому что наиболее очевидное из них уже было зарезервировано.

САМОЕ НАЧАЛО
Прямой впрыск бензина применялся в авиации еще в 1930-х годах, но в автомобильной промышленности он появился в 1955 году в серийном автомобиле Mercedes-Benz 300 SL. Из-за высоких производственных затрат от этого решения отказались, и в течение многих лет бензиновые двигатели приводились в действие карбюраторами, а затем косвенным впрыском, осуществляемым механически и электронно.

Дальнейшие попытки внедрения прямого впрыска были предприняты американскими производителями, такими как AMC и Ford. Каждый раз высокий уровень сложности становился препятствием, что приводило к затратам и проблемам с надлежащим контролем. Дело в том, что подача бензина непосредственно в камеру сгорания требует очень точного определения дозы топлива и времени впрыска. Mitsubishi была первой компанией, решившей эту проблему.

Это японцы приручили прямой впрыск. Он использовался в 1,8-литровом двигателе 4G93. В Японии он находился под капотом Mitsubishi Galanta, в Европе он дебютировал в Carisma в 1996 году. Два года спустя двигатель также был установлен под капотом технически аналогичного Volvo S40. Однако уже в 1997 году GDI был представлен и для агрегата V6 объемом 3,5 л, в том числе. в модели Паджеро.

ОТВЕТ НА GDI
Mitsubishi не заставила себя долго ждать ответа от конкурентов. В 1997 году Nissan применил непосредственный впрыск топлива в модели Leopard на 3-литровом бензиновом агрегате. В 1998 году Toyota подготовила свой первый двигатель D4, но только в 2001 году это решение было представлено в Европе в модели Avensis. Этим французы предупредили японцев на нашем континенте.

Как первый европейский производитель, компания Mitsubishi приняла на себя вызов Renault, создав двигатель под названием IDE. 2-х литровый агрегат ездит с 1999 года. компактная модель Megane. Концерн PSA пошёл по пути и купил патент Mitsubishi на создание 2,0-литрового двигателя HPI для двигателей Citron C5 и Peugeot 406 с 2000 года. Однако приоритет должен быть отдан бренду Volvo, который был первым европейцем, использовавшим серию серийный двигатель с непосредственным впрыском бензина.

ЕВРОПА ОТВЕЧАЕТ
В 2000 году в дело вступил и концерн Volkswagen, а именно Audi, внесший большой вклад в развитие технологий прямого впрыска, в том числе он первым использовал турбонаддув и первым добился ожидаемых удовлетворительных результатов. Это также единственный производитель, который ни на мгновение не отказался от этого решения с момента раннего дебюта системы впрыска GDI (двигатели FSI, TSI и TFSI). Французы и даже японцы отказались (а затем вернулись), за исключением Mazda, которая представила двигатели DISI с 2005 года, а затем разработала совершенно новую концепцию движка с высокой степенью сжатия Skyactiv-G.

Стоит упомянуть еще две компании, которые мы знаем из Европы. Компания Alfa Romeo представила двигатель JTS в 2002 году и по сей день использует систему прямого впрыска с турбонаддувом (TBi). Ford, в свою очередь, в 2003 году дебютировал с двигателем SCi, который оказался такой же заслонкой, как французские IDE и HPI, но в 2006 году он изменил свою концепцию на EcoBoosta, двигатель с турбонаддувом.

В 2003 году BMW также присоединилась к конкурентам, представив систему прямого впрыска низкого давления для двигателей V12. В 2006 году концепция была изменена на турбоагрегат, и совместно с концерном PSA были разработаны двигатели серии Prince, известные как THP. Однако безнаддувные агрегаты BMW также были оставлены на несколько лет, добавив к ним прямой впрыск, а затем также наддув в системе TwinPowerTurbo, которая используется до сих пор.

Начиная с середины 2000-х годов развитие двигателей с непосредственным впрыском было настолько динамичным, что его невозможно было остановить. Интересно, что японцы на этот раз спали — в т.ч. Toyota и Mitsubishi, которые вернулись к такому решению только после 2010 года. Сегодня непрямой впрыск — это экзотика, хотя в т.ч. Hyundai работает над его улучшением, несмотря на то, что годами использует двигатели с прямым впрыском. Называется GDI.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *