Как заметно продлить жизнь двигателя машины с прямым впрыском топлива

Как заметно продлить жизнь двигателя машины с прямым впрыском топлива

Ставка на снижение веса автомобильных силовых агрегатов, их металлоемкости и себестоимости, а также ужесточение норм содержания вредных веществ в выхлопных газах и требований к топливной экономичности бензиновых двигателей — таковы современные тенденции мировой автоиндустрии. И сегодня эта задача решается довольно успешно: достаточно оценить масштабы массового внедрение систем непосредственного впрыска бензина. Наиболее известные обозначения таких систем — GDI (а также TSI, D4, DISI, CGI, HPi).

Напомним, что применение систем GDI позволило реализовать такой уникальный режим работы двигателя, как устойчивая работа на сверхбедных топливных смесях. На горизонте бензинового моторостроения замаячила идиллическая картина — легкий компактный силовой агрегат, развивающий высокую мощность, обеспечивающий отличные экологические показатели и способный соперничать с дизелями по топливной экономичности. Но как говорится, во всем есть свои нюансы.

И здесь важно более детально остановиться на особенностях современных двигателей с непосредственным впрыском топлива. Одной из главных является возможность работы силового агрегата на нескольких видах смесеобразования. Это обстоятельство является неоспоримым плюсом систем GDI, так как разнообразие этих процессов позволяет получить максимальную эффективность сгорания смеси. Например, как уже отмечалось выше, в системах непосредственного впрыска удается получить экономию топлива за счет режима работы на сверхобедненной смеси, причем без потери мощности.

Кроме того, в двигателях GDI заметно увеличена степень сжатия топливовоздушной смеси, а это помогает избежать калильного зажигания и детонации, а таким образом увеличивается ресурс. Так же к положительным моментам моторов с непосредственным впрыском нужно отнести существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных веществ, а это достигается за счет многослойного смесеобразования, в свою очередь дающего еще более полное сгорание смеси, что дополнительно повышает мощность двигателя.

5 способов продлить жизнь тканевой обивке салона автомобиля

Три простых и быстрых способа продлить жизнь «дворникам» стеклоочистителя

Перечисление положительных свойств двигателей GDI, конечно же, было бы неуместным без упоминания ряда отрицательных моментов его эксплуатации. Главный минус таких силовых агрегатов связан со сложностью технического исполнения узлов системы впуска и ее элементов подачи топлива. Поэтому, как любая сложная электронно-механическая конструкция, работающая на жидком топливе, моторы с системами GDI оказываются крайне чувствительным к качеству используемого горючего.

Совершенно очевидно, что игнорирование этого факта неизменно будет провоцировать появление разного рода дефектов топливного тракта. Что, собственно, можно часто наблюдать в ситуациях, когда многие водители, пренебрегая правилами и требованиями эксплуатации, заливают в бак машины бензин сомнительного качества. Итог таких действий — быстрое закоксовывание форсунок, ведущее к резкой потере мощности двигателя и, безусловно, увеличению расхода топлива. А за устранение подобных дефектов в сервис-центре придется выложить кругленькую сумму.

Впрочем, подобного развития событий вполне можно избежать, если заблаговременно принять меры «противодействия» в случаях, когда есть сомнения в качестве используемого горючего, например, при заправке на незнакомой АЗС во время дальнего автопутешествия. Как раз для таких ситуаций специалистами немецкой фирмы Liqui Moly была разработана и успешно применяется уникальная топливная присадка Direkt Injection Reiniger, которая значительно снижает риск возникновения поломок связанных с некондиционным бензином в системах непосредственного впрыска топлива.

В частности, данный продукт специально создан для лечения и профилактики загрязнений форсунок GDI. Его эффективность такова, что он вполне может заменить даже стендовую очистку форсунок. При этом препарат гарантированно удаляет нагар, смолистые отложения, а попутно чистит и камеру сгорания. Еще одним достоинством присадки Direkt Injection Reiniger является ее направленное действие — она начинает работать только в горячих узлах аппаратуры (форсунках, камере сгорания), тогда как в баке, где происходит лишь смешивание с горючим, она остается инертной.

Что такое прямой впрыск топлива на бензиновом двигателе

Бедные, бедные смесители- Как капля русского бензина убивает лошадь японского прогресса

Что делать? С новыми автомобилями все понятно. Если фирма официально решается поставлять новые технологии в Россию (или конкретно в Сибирь), значит, знает, на что идет, и будет отвечать за свое «поведение». А как быть с японским second hand.

Mitsubishi Chariot GDI

Красив умен, но не предсказуем

«Паровоз ни-ка-кой пылинки не любит: машина, брат, это — барышня. Женщина уже не годится — с лишним отверстием машина не пойдет. » Это фраза из романа Андрея Платонова. Такой самобытной мудростью наставлял старый машинист паровоза своего ученика. То было начало 20 века, когда технический прогресс семимильными шагами шел мимо России. Сейчас начало 21 века, последние паровозы догнивают на запасных путях, а люди ездят на автомобилях, которые посложнее паровоза будут. И вот ведь какая закономерность — чем дальше мы от творения Стефенсона, тем актуальней слова того старого машиниста. Во всяком случае, современные Hightec-автомобили из Японии настолько претенциозны в своем строении, что могут напрочь отказаться ехать буквально из-за одной пылинки в бензине. И в первую очередь это касается автомобилей с двигателями с прямым впрыском, работающими на сверхобедненной смеси. А уж бензин у нас бывает такой, что впору не на автомобилях ездить, а возвращаться к паровой тяге.

Что и говорить, сбываются худшие прогнозы иркутских сервисменов — японские ноу-хау, проникающие в последнее время с дальневосточных рынков праворульного second hand, оказываются в крайне враждебной для себя среде и не способны показывать ту замечательную неприхотливость, за которую мы любим «японцев» уже добрых десять лет. Иногда достаточно одной заправки жидкостью, называемой у нас бензином, а на самом деле представляющую собой какую-нибудь смесь из газового конденсата с добавлением чистого тетраэтилсвинца. И конец всем высоким технологиям. Такие жидкости появляются на рынке, когда случаются перебои с поставками кондиционного бензина, что недавно и наблюдалось в регионе. Вот тут-то и началось. Даже традиционные двигатели с карбюратором или впрыском зачастили в сервисы по причине отказов систем зажигания и впрыска, а уж двигатели с прямым впрыском — GDI у Mitsubishi и D4 у Toyota, так и вовсе начали вставать, даже не успев доехать до сервиса. Им не то что суррогат принимать смертельно, даже нормальный заводской бензин противопоказан. Как уже показала практика.

Сейчас нет смысла очень подробно вдаваться в мир теории и всех нюансов моторов GDI (Gasoline Direct Injection — бензиновый прямой впрыск). Он придуман не вчера и не японцами, а в заслугу фирмы Mitsubishi или Toyota можно поставить собственные доработки и внедрение в массовое производство. Чем всегда и отличались японцы. Но то, что прямой впрыск бензина — это не только торчащая непосредственно в цилиндре форсунка, надо представлять очень хорошо. В целом процесс получения и использования энергии выполнен на ином качественном уровне, нежели в обычном двигателе с распределенным впрыском. Конечно, это не ядерный реактор в сравнении с той же паровой машиной, но тем не менее.

Непосредственный впрыск как очередное и эффективное средство в деле оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового двигателя реализует простые принципы. А именно, более тщательно распыляет топливо, лучше перемешивает с воздухом и грамотней распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. Цель одна — добиться большей экономичности при сохранении или даже увеличении мощности, а заодно снизить вредные выбросы. Главная сущность прямого впрыска — работа двигателя в ненагрузочных режимах на сверхобедненной смеси, когда соотношение воздух/бензин может доходить до 40:1. И для этого потребовалось внедрять много решений: вихревую форсунку высокого давления вверху камеры сгорания, сложную форму поршня, особенной формы впускные каналы, повышенную до 12 степень сжатия, разные моменты впрыска бензина, более сложный катализатор — иридиевый и платиновый. Первый нужен для работы в экономичных режимах на сверхобедненной смеси, когда резко возрастает выделение окислов азота, а второй для мощностных режимов, когда двигатель работает на смеси в обычной пропорции. Ведь даже двигатель GDI не способен обеспечить силовые нагрузки на обедненной смеси, хотя и здесь расходует топливо более рационально за счет лучшего распыла и прямого впрыска. Стало быть, и электронное управление впрыском здесь куда более сложное и точное, с кучей датчиков. Например, на экономичных режимах маленькую порцию бензина нужно быстро впрыснуть только в конце такта сжатия, а на силовых (разгон, высокие скорости) в начале и «по полной программе», как в обычных двигателях. А ведь могут дополнительно использоваться и «обычные» причиндалы: турбонаддув, система рециркуляции отработавших газов, система изменения фаз газораспределения и т. д. И все же определяющим «наворотом» двигателя GDI является его топливная система, где рабочее давление в случае Mitsubishi почти в двадцать раз выше, чем давление в обычных двигателях с распределенным впрыском, а в случае Toyota и того больше. Иначе не добиться необходимого распыла и т. д. Как следствие, необходимо использовать мощные форсунки, мощные соленоиды, да и другие детали из-за более жесткого режима работы должны быть крепче и, стало быть, более дорогими. А главное, для достижения таких давлений используются прецизионные топливные насосы по типу дизельных.

И что характерно, требования двигателя GDI к октановому числу как раз обычные. Несмотря на высокую степень сжатия, хорошее охлаждение смеси при непосредственном впрыске предполагает использование бензинов с обычными числами (в пределах 92-95). Но система питания и система нейтрализации отработавших газов крайне требовательны к степени очистки и составу бензина, содержанию грязи, свинца и серы. Последней, в принципе, вообще не должно быть, поскольку от серы сразу же «загнется» иридиевый катализатор, но главное — обилие серы вызовет скорый абразивный и коррозийный износ топливной аппаратуры, а также отказ электроники. В Японии двигатели GDI пошли в серийное производство еще в 1996 году, но там к тому времени бензин уже отвечал должным требованиям. В Европе до сих пор выпускается бензин с содержанием серы в 5 раз выше, чем в японском. И только в 2002 году предполагается начать выпуск чистых от серы бензинов. Чтобы успешно продвигать в Европе свои двигатели GDI, фирма Mitsubishi пошла на ряд ухищрений — адаптировала систему нейтрализации и внесла изменения в алгоритм моментов впрыска, чтобы наиболее полно отвечать особенностям езды в Европе. Ведь европейские противники GDI прямо обвиняли японцев в некорректном навязывании своих технологий. Мысль такая: двигатели GDI хороши только для Японии, которой присущи невысокие скорости движения и постоянные пробки — условия, в которых GDI показывает наилучшие результаты по топливной экономии. А для Европы, с ее протяженными автобанами и высокими скоростями (а следовательно, высокими нагрузками на двигатель) преимущества прямого впрыска уже не столь ощутимы. Вот инженеры из Mitsubishi и «подшаманили» двигатели под более жесткие условия работы. Но это касается только тех моторов, что идут на европейский рынок. Таковы общие и схематичные сведения по двигателям GDI, которые у разных фирм по исполнению и принципам работы, конечно, отличаются. А ведь кроме японцев и ряд европейских фирм уже подготовили свои GDI.

А теперь зададимся вопросом, во сколько раз больше серы в нашем бензине? Черт ее знает. Да и всего остального «мусора» не меньше. При этом к нам на рынок second hand поступают Mitsubishi c двигателями GDI с японского рынка, где двигатели не проходили адаптацию даже для Европы и «ждут» чистого, как слеза, бензина. Наплыв таких автомобилей небольшой и начался не так давно, но уже сервисмены отметили ряд характерных проблем, связанных с их эксплуатацией. Как тех, что уже случились, так и тех, которые могут возникнуть впереди.

В первую очередь, надо ясно понимать, что праворульный «японец» даже свежего года уже поездил в Японии и в случае с GDI «съел» определенный ресурс его прецизионной топливной системы. И если даже речь не идет о скорой кончине насоса, то работа электроники из-за плохого бензина начинает давать сбои, и с весьма скоротечными осложнениями.

Обычный двигатель с впрыском топлива

Конкретно по автомобилям Mitsubishi с двигателями GDI уже были и повторялись такие случаи. Машина вдруг начинает глохнуть при добавлении газа, хотя заводится и работает на холостых прекрасно, и даже едет, если нога едва-едва касается педали. Но чуть газанул, и двигатель заглох. В чем дело? А дело как раз в особенностях работы GDI на разных нагрузочных режимах, т. е. в данном случае в особенностях неработы. Как удалось выяснить в ходе «коленочного» обследования и ремонта, дело вот в чем.

Напорная топливная магистраль у Mitsubishi как бы двухступенчатая. Первый насос, что стоит в баке, закачивает бензин и под регулируемым электроникой давлением подает его к основному насосу, который последовательно доводит давление уже до необходимого. Без нагрузки давление маленькое, потому как цилиндры сжигают сверхобедненные смеси и топлива требуется мало. При увеличении давление растет. То есть первый насос работает циклично — «давит» под нагрузкой и «отдыхает» при спокойном режиме. В главном же насосе стоит датчик, который строго следит за давлением. Но к его рабочей части подходит очень узенький каналец, который нетрудно перекрыть бензиновым «мусором». Что и произошло. В таком случае истинное давление в магистрали датчик не «видит». Судя по всему, на легких режимах поступающие от него сигналы не нужны блоку управления, поскольку регулирования впрыска не происходит. Двигатель работает. Но при силовых нагрузках «недостаток» давления становится ложной командой к блокировке впрыска. Двигатель глохнет. Прочисткой забившегося канала, казалось бы, можно решить проблему, но «слепой» датчик успел еще и кончить погружной насос. Судя по всему, он из-за сигналов о ложном топливном голодании перешел на постоянный напорный режим, на что он не рассчитан. Так что пришлось менять и насос.

В другом случае в сервис привезли машину, у которой погружной насос сдох из-за обилия грязи в баке. Грязь забила приемную сетку, давление упало и насос в конце-концов устал бороться с топливным голоданием, постоянно работая на полную катушку. При этом он смог «продавить» часть грязи и погонять ее по топливной системе. Нетрудно предположить, к чему приведет абразивный и коррозийный износ главного насоса, из-за чего давление в магистрали тоже упадет со всеми вытекающими для всего двигателя последствиями. Но пока о случаях капитального ремонта систем впрыска GDI фирмы Mitsubishi сведений не поступало.

А вот тойотовский D4 (устанавливается на некоторые модели Corona, Camry и другие) уже успел ужаснуть собственным «смертельным» номером, которого никто на нашем рынке просто не мог предположить. В двигателе D4 высоконапорный насос представляет единый блок и приводится распредвалом. Установлен непосредственно на головке блока. В этом насосе как раз используется плунжер (в отличие от насоса Mitsubishi, это уже удалось установить достоверно), который на нашем бензине способен очень быстро увеличить зазор между корпусом. Плунжерные пары дизельных ТНВД хоть немного, но смазываются самой соляркой, а здесь этого нет. Наверняка современные зарубежные бензины тоже обладают смазывающими присадками, но в нашем нет ни смазки, ни подобающей очистки. В общем, плунжерная пара изнашивается и давление в системе падает, что тоже ведет к перебоям работы двигателя. Но самое страшное в другом. Проникающий через плунжер лишний бензин должен уходить по специальному отводному каналу. Но это при допустимых порциях. А при сильном износе бензин начинает стекать ручьем мимо канала. прямо в поддон картера! Хорошо разбавляя масло. При сильном износе всего за день-два езды уровень масла может увеличиться вдвое. Таким образом, сначала бензин «разъедает» топливный насос высокого давления, а потом способствует катастрофическому износу кулачков распредвала, вкладышей, поршневой и т. д.

Новый высоконапорный блок для D4 стоит около $900, но не придется ли менять и весь двигатель? Кстати, примеры из жизни показывают, что между привозом машины с двигателем D4 из Японии и началом кончины топливного насоса может пройти всего несколько дней эксплуатации. С одной стороны, это говорит об особенностях заправляемой в бак жидкости, а с другой подтверждает некоторые истины. По идее, при определенном пробеге прецизионные детали должны были поменяться на новые еще в Японии, но японец не стал тянуть до дорогостоящего ТО и сдал машину. Потом она попала в Россию. Кстати, фирма Toyota официально так и не решилась поставлять автомобили с D4 в нашу страну, именно из-за качества топлива. Фирма Mitsubishi отважилась, хотя известно, что уже были проблемы с топливной системой совсем новой Carisma GDI, и все из-за грязного бензина. Похоже, не лучше себя будут чувствовать и европейские автомобили с подобными двигателями, если их начнут завозить в Россию с началом серийного производства.

Очевидно одно — импортные автомобили новаторской волны сегодня мало пригодны для нашего рынка. По двум основным причинам: качество топлива и совсем иные требования к регламенту техобслуживания, к которому наш потребительский рынок еще не готов. Многие прецизионные детали суперсистем уже явно не готовы отхаживать два или даже три срока, как это спокойно могли их более простые «предки». Они требуют своевременной замены и только. Что делать? С новыми автомобилями все понятно. Если фирма официально решается поставлять новые технологии в Россию (или конкретно в Сибирь), значит, знает, на что идет, и будет отвечать за свое «поведение». А как быть с японским second hand? Уже состоявшимся владельцам таких автомобилей можно посоветовать только тщательный выбор топлива с использованием хороших присадок и более внимательное «наблюдение» за работой двигателей. Как ни печально признать, сейчас многие сервисы стараются не связываться с подобными автомобилями, поскольку мало что знают сами и боятся сделать еще хуже. К тому же, и без того в последнее время проблем, вызванных рядом «стихийных бедствий», было достаточно даже с обычными автомобилями. Суррогатный бензин при дефиците заводского испортил не одну систему зажигания в лучшем случае, и топливную — в худшем. К этому еще добавились замаскированные «утопленники» с востока. Как правило, у многих вся электрика уже на стадии разложения и процессор давно включил лампочку Check engine, но ради продажи щиток на каком-то этапе был вскрыт и лампочку просто убрали.

Так что сегодня доверяться супертехнологиям не стоит. Конечно, приятно, когда твоя машина расходует топлива на 10-30% меньше, чем обычный одноклассник, но, похоже, это самообман. Лучше уж довериться традиционным японским конструкциям, старым добрым распределенным системам впрыска, которые пока еще доминируют на рынке second hand и в рекомендациях не нуждаются.

Электронные системы непосредственного впрыска бензиновых двигателей

Система непосредственного впрыска бензина в цилиндры двигателя до настоящего времени не находила широкого распространения. Это обуславливалось тремя основными причинами:

• во-первых, потому, что общепринятый в настоящее время впрыск топлива во впускной трубопровод упрощает конструкцию самой форсунки
• во-вторых, потому, что больше времени отводится на приготов­ление топливно-воздушной смеси
• в-третьих, потому, что при этом упрощается конструкция головки блока

Обычная форсунка располагается вне камеры сгорания, защищенная от всего того, что происходит во время воспла­менения и после закрытия впускного клапана. Форсунка, входящая в камеру сгорания, должна выдержать все те изменения температур и давления, которые там происходят, а это усложняет ее. Она также должна впрыскивать топливо быстрее и лучше распылять его. Когда двига­тель работает на максимальных нагрузках, другими словами, когда он требует больше топлива, время, от­веденное на впрыскивание, уменьшается.

Если необходимо, обычная форсунка может подавать топливо в течение большинства циклов, в то время как форсунка непосредственного впрыска не может подавать топливо, когда открыт выпускной клапан, потому что топливо будет удаляться вместе с отработавшими газами. При непосредственном впрыске время, отводимое на процесс впрыскивания, гораздо меньше, поэтому форсунка должна подавать топливо быстрее, а это требует достаточно высокого давления топлива.

Смешивание – потенциальная проблема непосредствен­ного впрыска. В обычной системе топливо начинает смеши­ваться с воздухом, когда они проходят через впускной клапан, и продолжают перемешиваться, при тактах впуска и сжатия. Форсунка непосредственного впрыска заполняет топ­ливом центральную часть камеры сгорания за короткое время и должна лучше распылить топливо, чтобы гарантировать одно­родный состав смеси.

Сложность представляет и расположение форсунки непосредственного впрыска в го­ловке цилиндров. Форсунки обычного типа являются со­ставной частью впускного трубопровода, а форсунка непос­редственного впрыска должна располагаться вверху камеры сгорания, где уже размещаются клапаны и, особенно, свеча зажигания. Кроме того, остается мало места для прохода охлаждающей жидкости вокруг жизненно важ­ных зон головки цилиндров.

Несмотря на вышеуказанные проблемы, ряд автомобилестроительных фирм Европы и Японии начали разработку и производство бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива, в целях снижения расхода топлива.

Впервые автомобильный двигатель GDI «Gasoline Direkt Injektion» с непосредственным впрыском бензина был продемонстрирован японской фирмой «Mitsubishi» на проходившей в 1997 году Международной автомобильной выставке, затем последова­ли другие производители, включая Toyota, Renault и Pegeot-Citrojen.

Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска показана на рисунке. Топливо от топливоподкачивающего насоса 6 подается к топливному насосу высокого давления 1, оснащенному датчиком давления топлива для его точного дозирования. ТНВД заключен в герметичный кожух и вал насоса приводится во вращения с помощью электромагнитной муфты. Подача топлива к форсункам цилиндров осуществляется насосом высокого давления 1 развивающим давление 40…100 кгс/см2. При этом давление топлива, впрыскиваемое в цилиндры двигателя может быть постоянным (системы впрыска CDI – Мицубиси, FSI – Фольксваген) или изменяться: на холостом ходу 70 кгс/см2, при полной нагрузке 100 кгс/см2, на переходных режимах 30 кгс/см2 (система впрыска HPI французский концерн Пежо-Ситроен). Топливо накапливается в аккумуляторе давления 3 и из него по трубопроводам передается к форсункам. Форсунки 5, в отличие от традиционных систем впрыска, установлены не во впускном трубопроводе, а непосредственно в камере сгорания двигателя. Необходимое давление в системе поддерживается предохранительным клапаном 4. При подаче напряжения из блока управления открываются соленоидные клапана и топливо впрыскивается в камеру сгорания.

Рис. Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска

Расширенная схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска на примере двигателя Фольксваген показана на рисунке.

Блок управления двигателем 23 рассчитывает оптимальное соотношение топлива и воздуха для следующих способов смесеобразования

• послойное распределение смеси
• образования бедной гомогенной смеси
• образование гомогенной смеси стехиометрического состава
• двойной впрыск топлива для разогрева нейтрализатора
• двойной впрыск топлива при работе двигателя на полной нагрузке

Расход воздуха в системах непосредственного впрыска может определяться как с помощью расходомеров, так и без них. В приведенной системе он рассчитывается блоком управления двигателем с использованием сигналов датчика температуры воздуха на впуске в двигатель 24, датчика давления во впускном трубопроводе 18, датчика частоты вращения коленчатого вала 14, датчика положения дроссельной заслонки, датчика фаз 5 и датчика атмосферного давления, расположенного в корпусе блока управления.

Рис. Расширенная схема топливоподачи системы непосредственного впрыска:
1 – адсорбер с активированным углем; 2 – клапан продувки адсорбера; 3 – устройство изменения фаз газораспределения; 4 – катушка и свеча зажигания; 5 – датчик фаз; 6,8 – кислородный датчик (лямда-зонд); 7 – предварительный нейтрализатор; 9 – датчик оксидов азота; 10 – нейтрализатор оксидов азота; 11 – датчик температуры отработавших газов; 12 – датчик температуры; 13 – датчик детонации; 14 – датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 15 – топливный бак; 16 – форсунка с датчиком давления; 17 – датчик давления топлива; 18 – датчик давления воздуха на впуске; 19 – клапан перепуска отработавших газов; 20 – клапан продувки адсорбера; 21 – электропривод дроссельной заслонки; 22 – модуль педали акселератора; 23 – блок управления двигателем; 24 – датчик температуры поступающего воздуха

Для снижения выбросов оксидов азота, в двигателях с непосредственным впрыском применяется рециркуляция отработавших газов. Чтобы обеспечить перепуск отработавших газов на границе бесперебойной работы двигателя рассчитывается их количество. Для расчета количества перепускаемых газов используются:

• сигнал датчика давления во впускном трубопроводе 18
• сигнал датчика температуры воздуха во впускном трубопроводе 24
• сигнал датчика атмосферного давления в блоке управления двигателем (для определения противодавления в выпускной системе)
• сигнал датчика температуры выпускных газов
• рассчитанная нагрузка двигателя

При перепуске отработавших газов происходит повышение давления воздуха во впускном трубопроводе. Датчик давления воздуха во впускной системе измеряет его величину и направляет сигнал соответствующего напряжения в блок управления двигателем. Этот сигнал используется для определения суммарной массы воздуха и отработавших газов, поступающей в двигатель. Из этой массы вычитывается масса свежего воздуха, соответствующую нагрузке двигателя, для получения массы перепускаемых газов.

Чтобы повысить крутящий момент при низких частотах вращения коленчатого вала, систему выпуска раздваивается в ее передней части. При этом на каждой приемной трубе установлен отдельный предварительный нейтрализатор 7.

Предварительные нейтрализаторы образуют с приемными трубами неразъемные конструкции. Перед нейтрализаторами установлены широкополосные датчики кислорода 6, которые служат для определения состава бензовоздушной смеси. После нейтрализаторов расположены датчики кислорода 8 со скачкообразной характеристикой, которые позволяют определить эффективность очистки отработавших газов. Приемные трубы соединяются перед общим нейтрализатором NОx 10 накопительного типа. В накопительном нейтрализаторе собираются оксиды азота, образуемые в избыточном количестве при работе двигателя на бедной смеси.

Установленный за нейтрализатором датчик NОx 9 служит для определения степени его насыщения. По сигналу этого датчика запускается процесс регенерации накопительного нейтрализатора.

Для подачи топлива к насосу высокого давления внутри топливного бака установлен электрический подкачивающий насос. Он подает к насосу высокого давления только то количество топлива, которое необходимо впрыснуть в цилиндры двигателя в зависимости от его мощности, вследствие чего снижается расход электроэнергии на привод насоса. Блок управления электронасосом в зависимости от нагрузки двигателя изменяет подачу топлива в систему низкого давления в пределах от 30 до 180 л/ч при постоянном давлении 4 кгс/см2. При пуске холодного или горячего двигателя производительность насоса кратковременно повышается, а давление в системе увеличивается с 4 до 5 кгс/см2. Подкачивающий электронасос включается блоком управления бортовой сетью при открывании двери водителя, благодаря этому происходит своевременное повышение давление в топливной системе.

Электрические насосы для системы непосредственного впрыска могут быть как одноступенчатыми, аналогичные описанным выше, так и двухступенчатыми.

Рис. Электрический гидродинамический топливный насос:
1 – сторона впуска главной ступени; 2 – сторона нагнетания предварительной ступени; 3 – колодец; 4 – перелив топлива; 5 – возврат топлива; 6 – сторона нагнетания главной ступени; 7 – сторона впуска главной ступени; 8 – насосное колесо главной ступени; 9 – насосное колесо предварительной ступени; 10 – сторона впуска предварительной ступени; 11 – топливный бак

Насосное колесо первой (предварительной) ступени 9 всасывает топливо из придонной зоны бака и нагнетает его в колодец насоса 3, что позволяет использовать практически все топливо из бака. На насосное колесо второй (главной) 8 ступени топливо поступает непосредственно из колодца 3. Колодец с насосными колесами и погружным датчиком уровня топлива опирается на днище бака, с которым он соединен посредством фиксаторов. Доступ ко всем деталям осуществляется после снятия крышки колодца.

Непосредственный впрыск топлива

Работа бензиновых двигателей основывается на вбрасывании в цилиндр, сжатый поршнем, смеси бензина и воздуха, которая затем поджигается свечой зажигания. После взрыва в камере наблюдается колоссальное увеличение давления, поршень опускается вниз, создается вращательная энергия.

В обычной (непрямой) системе работа осуществляется так: бензин с воздухом смешивается недалеко от цилиндра в камере – коллекторе впуска, через него воздух поступает в камеру сгорания, а бензин попадает в цилиндр с помощью впрыска, то есть происходит непосредственный впрыск топлива. По-другому данная система называется как Gasoline Direct Injection – GDI. Рассмотрим, что это такое, более детально.

Преимущества

Система обладает существенными достоинствами по сравнению с другими технологиями и механизмами:

• Непосредственный впрыск позволяет обеспечивать наиболее точное управление топливным количеством (дозировкой) и воздухом.
• Внизу располагается инжектор, что способствует распылению, превращающему бензин в маленькие капельки.
• В такой системе происходит полноценное сгорание бензина, и это важный показатель, поскольку в условиях высоких оборотов на это выделяется мало времени.

Таким образом, непосредственный впрыск позволяет уменьшить количество загрязнений и увеличивает мощность работы, которую производит двигатель.

Большое число компаний стремится перейти на изготовление машин именно с такими агрегатами, мотивируя это высокой мощностью, возможностью снижения расхода топлива и другими преимуществами.

Недостатки

Несмотря на положительные стороны и достойные отзывы пользователей, такой механизм сопровождается сложностями в области его создания и обслуживания:

• Непосредственный впрыск имеет весьма сложное устройство системы, следовательно, повышенную стоимость по сравнению с традиционной программой.
• К элементам и составным частям такой системы предъявляется большое количество требований по качеству, прочности и точности деталей, что делает себестоимость GDI более высокой.
• Форсунки при GDI (прямой впрыск) должны выдерживать высокие температурные показатели и прочие жесткие условия, а также давление разрушительного характера.

Кроме того, двигатели, работающие в системе GDI, очень привередливы к качеству топлива и его октановому числу.

Таким образом, система имеет «подводные камни», способные изменить отношение к ней крупных мировых производителей. Тем не менее нет удивительного в том, что через несколько лет львиная доля представителей автомобильного рынка перейдет именно на такие двигатели.

Насколько актуален впрыск

Пользователи задаются вопросом актуальности и истинных преимуществ впрыска. Стоит ли заострять на нем внимание, или «игра не стоит свеч». Рассмотрим ситуацию на конкретном примере.

Известная компания General Motors занимается изготовлением двух типов двигателей с разными видами впрыска бензина – это модель объемом в 3.6 литра V6. Первый вариант впрыска – непрямой, двигатель сгорания с ним доходит до 263 л. с., а если рассматривать GDI, то данный показатель достигает значения в 304 л. с. Невзирая на высокую мощность работы, которую имеет двигатель сгорания, расход бензина второго устройства более низкий.

Технология GDI не нова и появилась в 20-м веке, но многие изготовители авто стали широко ее использовать при производстве моделей массового потребления. В связи с дорогим производством и отсутствием компьютерных техник, применялся только механический карбюратор, что продолжалось до 80-х годов. Но резкое повышение цен на топливо и другие факторы привели к ужесточению законодательных норм, направленных на снижение расхода, и к возникновению GDI – систем прямого впрыска бензина в камеру двигателей внутреннего сгорания.

Вывод

Рассматриваемый механизм обладает видимыми преимуществами и позволяет добиться экономии топлива в ходе эксплуатации авто.