Непосредственный впрыск топлива
Непосредственный впрыск — разновидность распределенного впрыска топлива, при котором топливо впрыскивается напрямую в цилиндры
Двигатель
В поисках способа усовершенствовать систему распределенного впрыска инженеры пришли к выводу, что для оптимизации сгорания топлива его лучше впрыскивать прямо в цилиндры, а не во впускной коллектор. Эта идея привела к появлению систем впрыска нового поколения.
История создания непосредственного впрыска топлива
Изобретателем системы непосредственного впрыска принято считать французского инженера и автопромышленника Леона Левассора. Он установил первую систему подобного рода на авиационный двигатель V8 в качестве экспериментальной, с целью решить основную проблему самолетных двигателей внутреннего сгорания — нарушения работы впрыска в момент переворота аэроплана. В 1907 году этим двигателем был оснащен моноплан Antoinette VII.
Первую автомобильную систему непосредственного впрыска разработала компания Bosch, а установлена она была впервые на автомобили ныне несуществующих немецких марок Goliath и Gutbrod в 1952 году.
В семидесятые годы, побуждаемая топливным кризисом, американская компания AMC занялась разработкой собственной системы непосредственного впрыска, которой впоследствии оснащали двигатели одноименных автомобилей. Система называлась SCFI. Примерно в те же годы концерн Ford выпустил на рынок собственную разработку под названием ProCo.
В современном автопроме первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году
Системы обладали рядом недостатков, и после окончания кризиса интерес к непосредсвенному впрыску снизился. Следующая волна разработок пришлась на середину девяностых.
Первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году, установив систему GDI на четырехцилиндровый двигатель 4G93 автомобиля Galant.
В 2000 году появилась, вероятно, наиболее известная в наши дни система непосредственного впрыска FSI концерна Volkswagen-Audi group
Toyota выпустила собственную систему D4 на внутренний рынок Японии в 1998 году.
В 1999 была представлена система IDE компании Renault.
В 2000 году появилась система FSI (и TFSI в случае установки на двигатель турбины) концерна Volkswagen-Audi group.
В дальнейшем в том или ином виде свои системы представили все крупнейшие мировые производители. Непосредственный впрыск остается крайне актуальной темой в связи с интересом к экономии и жестким экологическим нормам в современном автомобилестроении.
Принцип работы непосредственного впрыска топлива
Непосредственный впрыск топлива — разновидность распределенного впрыска, применяемая в наиболее современных двухтактных и четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.
Наиболее широкое распространение система получила в современных дизельных двигателях, так как дизельное топливо тяжелее бензина, и проблема оптимизации сгорания для них более актуальна
В системах непосредственного впрыска топливо сначала аккумулируется в магистрали под высоким давлением (более высоким, чем в обыкновенных инжекторных системах), а затем при помощи форсунок впрыскивается непосредственно в цилиндры, то есть в камеру сгорания, куда заранее уже закачан воздух.
При непосредственном впрыске топливо-воздушная смесь преднамеренно обеднена, что способствует повышению экономичности двигателя. При этом проблема снижения мощности решается за счет более эффективного распрыскивания топлива. Одно и то же количество топлива в зависимости от размера капель при распрыскивании сгорает по разному. Мелкие капли, смешавшись с воздухом, образуют в камере сгорания туман, в котором пламя распространяется равномерно. Топливо при таком распрыскивании сгорает практически без остатка, и продуктов сгорания почти не остается. При таком сгорании меньшая доза топлива отдает столько же тепла, сколько отдает большая доза при распрыскивании относительно крупными каплями. В последнее время исследования по оптимизации сгорания продолжаются. Наиболее перспективным направлением считается развитие послойного впрыска. Топливо при послойном впрыске попадает в камеру сгорания несколькими частями с очень малым интервалом. Этот алгоритм позволил добиться дополнительной оптимизации сгорании топлива.
Единственный недостаток непосредственного впрыска — усложнение конструкции и увеличение себестоимости компонентов. Производителям приходится проводить отладку системы уже после начала продаж
Дополнительная экономия достигается за счет точной дозировки топлива и открытия форсунок в строго определенное время. Благодаря компьютерному управлению момент и период открытия форсунок могут оперативно изменяться в зависимости от текущей нагрузки на двигатель.
В системах непосредственного впрыска основной упор сделан на дозировку топлива, поэтому роль дроссельной заслонки в регулировке состава смеси постепенно сходит на нет. По сути, в системах, подобных Valvetronic компании BMW, VVEL фирмы Nissan, Valvematic фирмы Toyota или MultiAir производства Fiat, дроссельная заслонка перестала быть главным инструментом, регулирующим поток воздуха, попадающего в камеру сгорания. Помимо системы дозировки топлива, функцию дроссельной заслонки отчасти взяла на себя система интеллектуального контроля фаз газораспределения.
Непосредственный впрыск конструктивно сближает систему впуска бензинового и дизельного двигателей
Благодаря применению непосредственного впрыска топлива появилась возможность заложить в блок управления разные программы управления впрыском и зажиганием, регулирующие работу режима в основных режимах, как правило, в трех — холостые обороты (и близкие к ним), движение под большой нагрузкой, движение при малой нагрузке. В каждом из этих режимов количество топлива в смеси разное. В режиме преднамеренно обедненной смеси достигается наибольшая экономичность, в стехиометрическом (то есть близком к оптимальному) сохраняется уверенная тяга при средней нагрузке, в форсированном — двигатель развивает максимальную мощность. Во время движения автомобиля блок управления двигателем постоянно меняет эти режимы, в зависимости от ситуации.
Режимы работы непосредственного впрыска
Режим обедненной смеси используется, когда нагрузка на двигатель минимальна: при движении на постоянной или снижающейся скорости.
Обычное, так называемое стехиометрическое (оптимальное) соотношение масс воздуха и бензина в камере сгорания, необходимое для успешного зажигания и сгорания топливо-воздушной смеси — 14.7:1. Однако в вышеописанных ситуациях, то есть когда обороты двигателя быстро или постепенно замедляются, его можно без вреда для двигателя менять в пользу меньшего количества топлива. Таким образом, в режиме обедненной смеси количество долей воздуха может достигать 65 (а иногда и более) к одной доле топлива.
В сложной системе непосредственного впрыска повышается вероятность сбоя. Известны случаи отзыва автомобилей, оснащенных системами впрыска этого типа
Стехиометрический режим используется при равномерном движении с постоянной нагрузкой на двигатель. В этом режиме воздух и топливо смешиваются в идеальной пропорции, что способствует полному сгоранию.
В форсированном режиме содержание топлива в смеси слегка превышено. Это способствует развитию максимальной мощности, что целесообразно, к примеру, для нагруженного автомобиля, движущегося в гору.
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.
Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi. Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность – от 10% до 20%, мощность – плюс 5% и экологичность.
Основной минус – форсунки крайне требовательны к качеству топлива.
Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на дизельные двигатели. Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.
В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы. Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также моторы, которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.
Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский).
Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:
Итак, экологичность и экономичность – благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:
Минусы
1. Очень сложная конструкция.
2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.
3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.
Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.
4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.
5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.
6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.
Помимо этого, в видео также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.
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.
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.
Что означает прямой впрыск топлива?
Прямой впрыск топлива — это не что иное, как форсунка, подающая топливо непосредственно в цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Это относительно новая концепция , впервые появившаяся в середине 90-х годов в дизельных двигателях, но совсем недавно получившая широкое распространение в бензиновых двигателях. Возможность подачи топлива непосредственно в цилиндр обеспечивает более низкие выбросы, более низкую температуру головки цилиндров, большую мощность и лучшую экономию топлива. Скорее всего, если вашему автомобилю всего несколько лет, он оснащен двигателем с непосредственным впрыском топлива.
Желтым компонентом на этих изображениях являются топливные форсунки
Традиционным методом подачи топлива был впрыск топлива во впускные отверстия, при котором топливные форсунки размещались во впускных отверстиях, а топливо распылялось сзади. клапанов перед попаданием в цилиндр. Это стало стандартом с момента введения впрыска топлива, заменившего карбюраторы в начале 90-х годов. Так зачем же производителям переходить от впрыска через порт к прямому впрыску? Прямой впрыск позволяет лучше контролировать процесс подачи топлива за счет распыления топлива в цилиндре, обеспечивая лучшее распределение топлива по камере сгорания и позволяя реализовать усовершенствованные протоколы управления двигателем, такие как регулировка фаз газораспределения.
Прямой впрыск на бумаге звучит великолепно, но у него есть некоторые недостатки. Наиболее распространенная проблема, связанная с непосредственным впрыском, — это агрессивное количество нагара, которое накапливается во впускных отверстиях и на задней части клапанов.
Учитывая все вышесказанное, транспортная отрасль представляет собой игру чисел, которая вращается вокруг выбросов и эффективности использования топлива, поэтому есть несколько автомобильных компаний, которые начали производить двигатели как с портом, так и с впрыском топлива. Эти двигатели сочетают в себе оба метода подачи топлива и обеспечивают еще большую настройку двигателя, охлаждение, эффективность и выбросы. Впрыск через порт помогает свести накопление углерода к минимуму. Впрыск через порт также поможет при холодном пуске и последующих периодах прогрева. Эти двигатели обеспечат лучшее из обоих миров для преимуществ каждого метода доставки; единственный предполагаемый недостаток — это добавление потенциальных точек отказа в топливную систему.
Несмотря на то, что идеальной конструкции двигателя не существует, плюсы двигателя с непосредственным впрыском намного перевешивают минусы, поэтому не бегите за дверь, чтобы обменять свой автомобиль на автомобиль с портовым или двойным впрыском.
Есть еще вещи, которые вы можете сделать в краткосрочной перспективе, чтобы избежать некоторых долгосрочных головных болей, связанных с двигателем с непосредственным впрыском. Первый заключается в использовании полностью синтетического (не обычного или полусинтетического) моторного масла в двигателе. Полностью синтетические масла устойчивы к разрушению и с меньшей вероятностью испарятся в картере двигателя — это испарение приведет к тому, что больше масла пройдет через систему выпуска и попадет во впускные каналы в виде углерода. Другой мерой может быть использование специального комплекта для обслуживания индукционного впрыска через ваш двигатель каждые 16 месяцев или 20 000 миль. Наша услуга индукции прямого впрыска (это много), которую выбирают в Auto Stop, — это многогранный комплект BG. Первая часть набора состоит из распыления их раствора для очистки портов в виде тонкого тумана и пропускания его через верхнюю часть воздухозаборника автомобиля в течение 45 минут. Следующая часть включает в себя очистку от мусора или загрязнений дроссельной заслонки на корпусе дроссельной заслонки.
Многие из этих инноваций в области выбросов кажутся великолепными в теории и на бумаге, но после тысяч и тысяч миль эти высокотехнологичные двигатели могут быть менее щадящими, когда дело доходит до обслуживания. При неправильном обслуживании эти механизмы могут по иронии судьбы препятствовать тому, для чего они были созданы — топливной экономичности, мощности и снижению выбросов. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно технического обслуживания вашего двигателя с прямым впрыском, не стесняйтесь обращаться к одному из наших знающих консультантов по обслуживанию в Арлингтоне или Фолс-Черч. Мы обслуживаем все марки и модели автомобилей с непосредственным впрыском топлива и соблюдаем рекомендованный производителем интервал обслуживания.
Что такое прямой очиститель топливных форсунок
Вы знаете, что ваш двигатель работает на бензине или дизельном топливе, чтобы двигаться вперед, но куда попадают побочные продукты этого процесса? Если вы не будете усердно удалять их, они могут помешать вашему автомобилю работать должным образом.
Хотя когда-то они использовались только в специализированных двигателях, двигатели GDI (бензиновые двигатели с непосредственным впрыском), также известные как DFI (двигатели с непосредственным впрыском топлива), становятся почти универсальными. Однако, как и у многих других инноваций, у них есть свои уникальные проблемы. К счастью, средства очистки GDI могут содержать ответы на некоторые из наиболее насущных проблем. Вот как работают очистители GDI и почему вы можете начать их использовать.
Что такое впрыск топлива GDI?
Двигатели работают не только на газе — они сжигают тщательно смешанную смесь воздуха и топлива. Это похоже на горение спички: если вы заблокируете доступ воздуха к пламени, у него кончится кислород, и оно погаснет.
Примерно с 1980-х годов автопроизводители перешли от карбюраторов, которые смешивали воздух и топливо перед подачей в двигатель, к системам впрыска топлива через порт. Эти установки распыляли крошечные капли топлива в воздухозаборные камеры газовых двигателей, также известные как коллекторы, или в объемы предварительного сгорания дизельных двигателей через форсунки высокого давления.
Технология прямого впрыска бензина родилась, когда производители осознали, что можно пропустить шаг и просто распылить топливо прямо в камеру сгорания двигателя. В дополнение к снижению шума двигателя, сокращению времени прогрева и устранению вибраций системы GDI обеспечивают большую мощность и эффективность. В недизельных системах эти механизмы могут называться по-разному. Некоторые распространенные названия включают прямой впрыск бензина или GDI, прямой впрыск с искровым зажиганием или SIDI и послойный впрыск топлива или FSI.
Недостатки прямого впрыска топлива…Накопление углерода
Преимущества GDI привели к тому, что он используется большинством современных производителей автомобилей. К сожалению, у него есть один существенный недостаток: накопление углерода.
Старые форсунки портового типа распыляли топливо во впускной коллектор. Эта струя топлива исходила из-за клапана и фактически служила для того, чтобы смыть часть нагара или сажи, которые образовались на поверхности клапана.
Этого не происходит с системами впрыска топлива GDI.
Откуда берется этот углерод? Обычно детергенты в топливе очищают впускные клапаны. Однако, когда топливо распыляется только в камеры сгорания, молекулы окисленного топлива полимеризуются до тех пор, пока они больше не растворяются в газе и не выпадают в осадок в виде углеродистых отложений. Система вентиляции картера, которая позволяет газам выходить из картера в качестве средства сброса давления, также может вносить дополнительный углерод во впускной тракт в виде паров масла и топлива или других веществ, которые проходят через воздушные фильтры.
Потенциальные результаты
Отложения углерода не только загрязняют компоненты двигателя, но и могут нарушить точную синхронизацию двигателей GDI. Это может привести к резкому поведению на холостом ходу, когда вибрации, которые вы обычно ощущаете на холостом ходу на стоп-сигналах, становятся сильной тряской. Плохое сгорание и более низкая эффективность двигателя также могут привести к непредсказуемым отказам зажигания.
Ваш двигатель GDI также может подвергаться преждевременному износу. Углеродные отложения загрязняют поверхности впускных коллекторов, так что вместо того, чтобы плавно поступать в камеру сгорания, воздух поступает непостоянно и турбулентно. Это способствует несбалансированному сгоранию, что в конечном итоге приводит к тому, что в вашем двигателе появляются аномальные высокотемпературные зоны, которые могут быстрее разрушаться.
Помните горящую спичку? Отложения могут даже привести к несгоранию топлива, если они препятствуют попаданию кислорода в бензин или капли дизельного топлива внутри двигателя.
Удаление нагара
После накопления достаточного количества нагара обычно единственным вариантом является ручное удаление. Эта задача по техническому обслуживанию включает в себя снятие коллектора, а клапаны необходимо очистить с помощью химической пропитки и ручных инструментов или пескоструйной обработки. Хотя это не самая сложная работа по ремонту автомобиля, ее грязный характер и временные затраты определенно требуют вложений.
Другими словами, профилактика, как правило, гораздо лучший вариант.
С какими проблемами могут помочь очистители топливных форсунок DFI? Чистящие химикаты DFI
предназначены для предотвращения образования отложений и засоров. Эти добавки могут устранить ряд проблем, связанных с системами GDI и SIDI, например:
1. Нагарообразование: Химические добавки могут разрушить существующие отложения.
2. Колебания двигателя: удаление нагара предотвращает спотыкание и пропуски зажигания.
3. Грубый холостой ход: устранение отложений создает более плавный и равномерный поток воздуха.
4. Медленное ускорение: Более чистый воздухозаборник обеспечивает более оптимальную топливно-воздушную смесь.
Все ли исправят очистители инжекторов DFI?
Как и все присадки к топливу, очистители DFI не являются панацеей. Определенные продукты могут работать лучше для определенных двигателей, и вам также необходимо правильно следовать их инструкциям.
Многие водители обнаруживают, что достигают наилучших результатов, комбинируя системы DFI с другими исправлениями. Например, хотя вы можете установить ловушку для улавливания мусора из системы вентиляции картера, это не удалит другие источники загрязнения из всасываемого воздуха. Использование очистителя DFI все еще может быть необходимо.
Вы также можете обновить программное обеспечение управления двигателем, но это не устранит отложений полностью. Хотя регулировка синхронизации может просто свести к минимуму степень воздействия углерода на клапаны, лучшее, что может сделать этот вариант, — это уменьшить накопление мусора в будущем. Даже если ваше программное обеспечение обновлено, поддержание чистоты впускных клапанов по-прежнему является важной формой дополнительного обслуживания.
Должен ли я использовать очистители топливных форсунок DFI в своем автомобиле?
Очистители DFI могут помочь любому владельцу автомобиля GDI с непосредственным впрыском топлива.