Что такое бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива

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.

Читать еще:  Электрокотел для двигателя своими руками

Под 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.

Что такое двигатель с непосредственным впрыском

Благодаря уникальным техническим характеристиками, двигатели с непосредственным впрыском становится все более популярными. Яркий тому пример — немецкий агрегат концерна AG Volkswagen – бензиновый двигатель FSI (Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива).

Что за двигатель FSI

Прежде всего, это атмосферный двигатель с топливными форсунками, установленным в головку блока цилиндров. Данная разработка берет свое начало в 1998 году, а серийный выпуск начат в 2000 году. По сей день двигатель устанавливается на всю линейку автомобилей VAG группы, проходя через модернизацию.

Из-за того, что форсунки впускают топливо прямо в цилиндр, факел распыла должен происходит под высоким давлением. Для этого установлен топливный насос высокого давления. Чаще всего, на бензиновом моторе, привод ТНВД приводится от распределительного вала.

Конструкция форсунок полагает наличие шести калиброванных отверстий, обеспечивающих благоприятную геометрию распыла, для максимально эффективного горения топливно-воздушной смеси.

Способствует максимальному КПД, также, впускной коллектор с изменяемой геометрий, что в тандеме образует однородную рабочую смесь. Технология позволила с 2-х литрового мотора снять 150 лошадиных сил и 200 Ньютон крутящего момента.

Конструкция двигателя с непосредственным впрыском

В конструкции топливной системе FSI заложено два контура:

Контур малого давления

Он включает в себя:

  • бензобак с погружным бензонасосом низкого давления;
  • топливный фильтр тонкой очистки;
  • клапан сброса давления (обратка);
  • регулятор давления топлива.

Контур высокого давления

  • топливный насос высокого давления (ТНВД);
  • топливная магистраль;
  • датчик давления топлива (предохранитель);
  • форсунки.

Преимущества FSI

Наличие двухконтурной системы подачи топлива, позволяющей экономить бензин, а также выбрасывать меньше угарных газов в атмосферу.

Максимально точный момент подачи топлива, благодаря наличию электромагнитного клапана.

Отличные мощностные и тяговые характеристики, обеспечивающие плавный рост крутящего момента пропорционального оборотам двигателя.

Недостатки

Главным недостатком непосредственного впрыска является частота ремонта двигателя. Конструктивно форсунка установлена в головке блока цилиндров, а не в коллекторе, как в распределенном впрыске.

Распределенный впрыск дает явное преимущество – омывает впускные клапана, не давая им обрастать нагаром, либо прогореть.

Здесь такой возможности нет, из-за чего к 100 000 км двигатель начинает троить без явных на то причин. После вскрытия ГБЦ фиксируется факт обрастания клапанов толстым слоем нагара, не позволяющим своевременно открывать из закрывать клапану.

Приводит вышеуказанный недостаток к тому, что каждые 100 000 километров требуется снятие ГБЦ с дальнейшей мойкой, шлифовкой и заменой прокладки ГБЦ.

Второй момент: форсунки и ТНВД. Перелив форсунки — серьезная неисправность. Приводит перелив к тому, что свеча зажигания не способна воспламенить такое количество топлива, из-за чего возникает гидроудар.

Обратный момент – недостаточное количество топлива приводит к тому, что поршни работают «на сухую», что приводит к немедленному перегреву и разрушению поршня.

Стоимость обслуживания подобного двигателя невысока, однако ремонт с заменой деталей топливной системы крайне дорог. Минимальная стоимость каждой форсунки — 100$, а восстановленный ТНВД – от 300$.

Резюме

Непосредственный впрыск топлива постепенно вытесняет распределенный впрыск, так как имеет ряд преимуществ перед вторым. Послойный впрыск, также, хорошо показал себя в работе с турбиной, образуя высококачественную смесь в цилиндре.

КПД такого двигателя высок, а расход топлива становится ниже. Серьезным недостатком является стоимость ремонта топливной аппаратуры, рассчитанной на короткий срок беспроблемной эксплуатации.

Непосредственный впрыск: проблемы новых авто в Беларуси

TSI, FSI, DISI, EcoBoost, TFSI – все это обозначения новых моторов с непосредственным впрыском топлива. Их преимущества давно известны: экологичность и экономичность. Но в Беларуси высокие технологии становятся головной болью для владельцев. Вот типичные отзывы: “…плохо заводится зимой… периодически загорается Check Engine”. Своим видением “проблемы непосредственного впрыска” делятся специалисты.

Дмитрий Перлин, консультант МАХ “Атлант-М”:

— Плохой запуск новых двигателей с непосредственным впрыском в условиях Беларуси? На самом деле та же самая проблема существует в Финляндии и Швеции. И рецепт во всех случаях один и тот же: стараться полностью прогревать мотор. И примерно раз в неделю “нагружать” его высокими оборотами. Проехав, например, километров 15 по кольцевой в быстром ритме. Этот рецепт мы рекомендуем, например, владельцам новых Mazda CX-7 с двигателем 2.3 Turbo DiSi. Форсированный мотор, около 100 л.с. с литра рабочего объема. Поэтому минимальные отклонения – и двигатель “капризничает”. В особо запущенных случаях дело может закончиться заменой катализатора. Двигатель зимой работает на переобогащенной смеси, смесь догорает в катализаторе. Он в буквальном смысле раскаляется: вплоть до малинового цвета.

Поэтому наш рецепт один: раз в неделю “выгуливать” машину по кольцевой

Артем Гонцов, редактор сайта domkrat.by:

Читать еще:  Двигатель f50 не заводится

— «Проблема TSi”? Когда в Беларуси появились рестайлинговые Volkswagen Touran с мотором 1.4 TSI мощностью 140 л.с. (турбонаддув и механический компрессор), с зимним запуском были проблемы. Сервисмены чистили свечи, пытаясь оживить моторы. “Лечили” двигатели перепрошивкой, советовали заливать “98-й” бензин. По двигателю 1.8 TSI (160 л.с.) нареканий не слышал. По моей информации, проблему “вылечили” перепрошивкой блока управления двигателя. Но все зависит от качества бензина: зимой проблема холодного запуска периодически “всплывает”.

Константин Фомичев, начальник СТО дилера Opel СОО «Автоцентр РМ-Маркет» :

— На самом деле все упирается в качество нашего бензина. Даже обычные моторы на нашем бензине “не едут”. Падает мощность, растет расход топлива. Покрываются нагаром свечи, клапаны. Особенно это касается “95-го”: очень часто его “получают” путем добавления присадок в “92-й”. Поэтому наши клиенты с “прямовпрысковыми” моторами зачастую используют “92-й”. Как ни странно, на нем автомобиль работает лучше. Хотя мы всем рекомендуем использовать “98-й”: на нем авто будет работать гарантированно хорошо.

Чтобы двигатель гарантированно запускался зимой, его нужно полностью прогревать. И раз в неделю “прохватывать” по кольцевой

Еще очень важна своевременная замена свечей: мы рекомендуем в обязательном порядке менять их каждые 40 000 км. И обязательный совет для всех желающих уверенно запускать мотор в любую погоду: больше ездить, сокращать пробеги между холодными стартами. Мотор нужно полностью прогреть и желательно “прохватить” с высокими оборотами. Тогда нагар выгорит, успешный запуск гарантирован. Я бы не стал говорить, что с “прямовпрысковыми” двигателями проблем больше. Точно так же на плохом бензине с трудом заводятся обычные моторы, соответствующие нормам “Евро-4” и “Евро-5”.

В большинстве случаев проблемы “прямопрысковых” моторов решаются перепрошивкой блока управления. Новые программы появляются на фирменных СТО едва ли не каждый месяц

Если заглядывать дальше, в будущее больших пробегов – конечно, “прямовпрыск” доставит больше неприятностей. Ремонт двигателей с непосредственным впрыском будет стоить дороже.

На плохом бензине одинаково “капризничают” все моторы, и непосредственным, и с распределенным впрыском. Итог один: ехать на СТО

Сергей Борисик, тренер учебного центра импортера Volkswagen ИП «Атлант-М Фарцойгхандель»:

— Плохое топливо одинаково влияет на запуск всех моторов, что MPI, что FSI. “Баловаться” с октановым числом бензина особого смысла нет, гораздо важнее его качество. Проблемы с “холодным” запуском “непосредственных” двигателей были. 2,0-литровые плохо запускались в сырую погоду с температурой около 0 градусов. Эти вопросы решились перепрошивкой блока управления. А вся эта история о плохом запуске “прямых” моторов не имеет смысла: проблема не в них, а в качестве бензина. От плохого топлива у всех моторов заливает свечи, двигатели «троят» и загораются лампочки Check Engine. Не вижу в этом ничего особенного.

Проблема качества белорусского бензина, в основном, — проблема его транспортировки и хранения. Топливные компании иногда перевозят все виды топлива одной цистерной. “95-й” после дизтоплива – такое бывало

Борис Саенко, технический эксперт официального импортера Citroen ООО «Вуатюр де Франс»:

— На самом деле на моторах с непосредственным впрыском “обожглись” все производители. Первые двигатели получились капризными у всех. Особенно это касается подержанных машин с большими пробегами. Двигатели буквально обвешаны дополнительными датчиками, катализатор сложной конструкции: в нем стоит так называемая ловушка окислов азота. Плюс возможные проблемы с ТНВД – поэтому опасаться непосредственного впрыска нужно владельцам “укатанных” “бэушек”. В ремонте эти моторы, конечно, дороже обычных.

Бояться непосредственного впрыска нужно покупателям подержанных машин: в ремонте эти двигатели дороже

С жалобами на плохое топливо к нам приезжают все: не могу сказать, что “прямые” моторы намного капризнее. Все вопросы с запуском обычно решаются путем перепрошивки блока управления двигателем. Эти обновления постоянно появляются на сервере во Франции, мы можем скачивать и устанавливать новый “софт” буквально на каждом ТО.

Владимир Гурьянов, автомобильный журналист:

— Проблема “непосредственного впрыска”? Эти моторы очень боятся воды в топливе. Как говорится в поговорке, одна капля убивает топливный насос. Проблемы с плохим запуском “лечатся” перепрошивкой, а последствия воды в топливе обойдутся дороже. Средний порядок цен такой: 800 долларов топливный насос, 150 долларов форсунка. Но в гарантийный период это не забота владельца, поэтому “прямого впрыска” я бы не боялся.

Турбомашины будут править миром

Впервые технология турбонаддува для двигателей внутреннего сгорания была запатентована еще в конце XIX века. Уже тогда ведущие инженеры поняли, что чем больше воздуха, а соответственно, и кислорода удастся закачать в ограниченный объем цилиндра, тем лучше будет гореть рабочая порция топлива. Мощность двигателя повышается. Но технологии не спешили развиваться. Хотя на протяжении всего прошлого столетия многие автомобильные компании пытались внедрять турбированные двигатели в серийное производство, удачных примеров не так много. Все они связаны в первую очередь с дорогими и быстрыми автомобилями, где на первом месте стоит мощность. Вместе с этим была совершенно забыта вторая выгодная особенность двигателей с турбонагнетателями – экономичность.

Читать еще:  Характеристики двигателей opel vectra

Задумываться о снижении потребления топлива начали далеко не вчера. Если в Америке всегда были популярны многолитровые монстры, то скрупулезные европейцы предпочитали оставлять на заправочных станциях не так много денег, тем более что и бензин в Европе традиционно дороже, чем в США. До недавнего времени все ограничивалось несколькими избитыми приемами: оптимально настроить впрыск топлива и фазы газораспределения, изменить степень сжатия, улучшить качество топлива. Однако в последние несколько лет многие производители заговорили о внедрении турбокомпрессоров на бензиновых двигателях малого объема. Некоторые модели уже устанавливаются на серийные автомобили.

Настоящим новатором в области турбированных двигателей малого объема является концерн Volkswagen. Двигатели TSI уже успели получить распространение на многих моделях марки, от нового Polo до Passat CC. Аббревиатура TSI расшифровывается как Twincharger Stratified Injection – двигатель с двойным наддувом и непосредственным (прямым) впрыском. Почему немцы использовали двойной наддув? Многим обладателям автомобилей с турбокомпрессором известно очень печальное понятие “турбояма”. Ввиду функциональных особенностей обычные турбокомпрессоры могут создавать оптимальное давление воздуха только на высоких оборотах двигателя. Это значит, что если вы не любите держать стрелку тахометра выше отметки 3 тысячи оборотов в минуту, то заявленной производителем максимальной мощности вы никогда не получите. Более того, в подобном режиме эксплуатации двигатель с турбиной будет мало чем отличаться от атмосферного аналога схожего объема. Чтобы справиться с этим бичом турбированных силовых агрегатов, Volkswagen добавил второй вид компрессора – механический. Он позволяет создавать требуемое давление в цилиндрах еще до того, как сможет раскрутиться турбонагнетатель. В результате пропадает отчетливо заметная турбояма, двигатель может “выдавать” хорошие показатели с самых низких оборотов.

Использование непосредственного впрыска топлива позволяет еще немного улучшить динамические показатели и снизить расход. Таким образом, в двигателе TSI собраны все передовые технологии в области двигателей внутреннего сгорания. Не зря 1,4 TSI стал обладателем титула “Двигатель года” – 2009 International Engine of the Year Awards.

Остальные производители тоже не сидят без дела. Например, Opel недавно представил новое поколение хэтчбека Astra, на который уже устанавливаются двигатели с турбокомпрессором 1,4 Turbo и 1,6 Turbo. Вдобавок оба агрегата оснащены системами непосредственного впрыска топлива. Однако если 1,4 TSI у Volkswagen может развивать до 180 лошадиных сил, то опелевцы с такого же объема “снимают” только 140. Заветную цифру в 180 л.с. обеспечивает только 1,6 Turbo. Несмотря на наличие только одного типа наддува, “турбочетверки” от Opel могут обеспечивать оптимальный крутящий момент уже с 1800 оборотов в минуту.

А как же знаменитые мотористы BMW? Они тоже отметились в International Engine of the Year Awards, взяв золотую медаль в категории бензиновых двигателей объемом от 1,4 до 1,8 литра. На самом деле это совместная разработка с концерном PSA Peugeot Citroen. Тут все довольно стандартно: турбокомпрессор и непосредственный впрыск топлива. Технические характеристики также не поражают воображение: 175 л.с. и 240 Нм. Но явный плюс этого двигателя – экономичность. Например, заявленный расход MINI Cooper S Clubman с подобным мотором составляет 7 литров бензина на 100 км в смешанном режиме. Мотор также ставится на Peugeot 207 и 308.

Итальянцы не желают уступать немцам и французам. Уже несколько лет автомобили FIAT Bravo и Grande Punto поставляются с двигателем T-Jet. Этот 1,4-литровый мотор доступен в двух ипостасях: мощностью 120 и 150 лошадиных сил. При этом оснащенный более сильным вариантом хэтчбек FIAT Bravo тратит на разгон до 100 км/ч чуть больше 8 секунд – отличный показатель.

Французско-японский альянс Renault-Nissan год назад представил еще один экономный двигатель – Tce 130. Цифра в названии означает количество лошадиных сил. В этом двигателе производитель постарался совместить крутящий момент от двухлитрового движка, мощность от мотора объемом 1,8 литра, а расход и количество вредных выбросов – от скромного 1,6 л. Что ж, если верить заявленным цифрам, то это вполне удалось. Приобрести Tce 130 можно только на автомобилях Renault Grand Scenic и новом Megane. Кстати, более слабая версия Tce 100 была доступна еще раньше.

На успешное повсеместное внедрение турбокомпрессоров не мог не отреагировать Ford. Сначала фирменная технология EcoBoost появилась на моделях для североамериканского рынка. Это был V6 для полноразмерного седана Taurus. Как и в случае с европейскими двигателями, V6 EcoBoost использует технологию прямого впрыска топлива. В сентябре текущего года на международном автосалоне во Франкфурте делегацией европейского отделения Ford было объявлено о намерениях пополнить семейство EcoBoost небольшими моторами объемом от 1,6 и 2 литров. Это позволит полностью покрыть нишу моторов мощностью от 150 до 200 лошадиных сил. Уже известно, что первым пристанищем моторов EcoBoost станет новый C-MAX. Позже турбированные двигатели смогут добраться и до остальных европейских моделей компании, а наиболее мощные модификации и вовсе имеют шанс попасть на рынок США.

Как можно легко заметить, многие ведущие мировые автопроизводители уже выпускают автомобили с турбированными двигателями малого объема либо планируют начать производство подобных моделей в ближайшем будущем. На стороне таких силовых агрегатов много положительных качеств: хорошие динамические показатели, скромный расход, малое количество выбросов CO2. Но стоит учитывать, что турбокомпрессор – сложный элемент, который требует надлежащего ухода. К тому же оснащенные системой непосредственного впрыска двигатели очень требовательны к качеству топлива.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector