Посредственный впрыск? Отличие распределенного от непосредственного впрыска


Посредственный впрыск?: bmwservice

      Любой работник автосалона с гордостью заявит вам, что двигатель предлагаемого вам автомобиля "оборудован новейшим непосредственным впрыском". Чаще всего, при этом, смысл и принцип работы нововведения объяснить затруднится, но зато посулит немыслимую экономию ("до 30%") и "увеличение мощности".

Между тем, "новейший" непосредственный впрыск, это технология разработанная еще в середине 30-х и серийно применявшаяся в годы Второй мировой, например, на истребителях "Мессершмитт 109".

Вскоре после войны немецкая инженерия несколько раз пыталась применить этот принцип на мелкосерийных автомобилях, в числе которых был и культовый Mercedes 300SL c механическим непосредственным впрыском - по сути, настоящий "бензиновый дизель".

Хорошо различим топливный насос высокого давления:

Рассмотрим его поближе:

Количество поломок систем первого поколения оказалось решающим - про принцип в промышленном масштабе забыли на пяток десятилетий, несмотря на заметную экономию на фоне примитивного карбюраторного смесеобразования.

Идея распылять топливо непосредственно в цилиндр стала практически полезной только в начале 90-х. Причина проста - экология и ее нормативы. Значительное количество времени при городском режиме движения автомобиль работает в режиме малых и частичных нагрузок, иногда топливо тратится практически "в пустую" - фактически только на поддержание холостых оборотов. 

Хорошо было бы, подумали инженеры, для режимов малых нагрузок наполнять цилиндры бедной смесью, сильно отступив от пропорций стехиометрии. И если для полноценного горения за идеал принято соотношение 14.7 кг воздуха на 1 кг бензина плюс-минус 10%, то выгодным, с точки зрения экологии, было бы найти возможность поджигать смесь в несколько раз более бедную, экономя бензин. Раза так в 2-3 более бедную, иначе заметного результата не будет. Из практики однако известно, что уже соотношение более 15,7 вызывает проблемы с горением. При соотношениях более 22:1 эффективного воспламенения уже не происходит, что грозило затее провалом.

Вот тут-то про непосредственный впрыск и вспомнили. В отличие от обычного распределенного впрыска, где форсунка льет прямо во впускной канал, поместив форсунку прямо в цилиндр, мы получаем возможность управлять фазой и длительностью впрыска - впускной клапан уже не мешает. Это как видео против киноаппарата с обтюратором - когда источник топлива уже в цилиндре, управляй им как хочешь - ничто не мельтешит перед форсункой и не отвлекает от процесса. :)

Для режима частичных нагрузок впрыскивание организовали в момент начала такта сжатия. Топливо долетает до днища поршня специальной формы, попутно забирая часть тепла в цилиндре и препятствуя тем самым детонации, хорошо перемешивается с воздухом и вспыхивает к моменту конца сжатия совместно с дополнительно поданной порцией в итоговом соотношении всего около 40:1(!). В обычном же режиме, двигатель работает на уже привычном соотношении воздуха и бензина, близком к стехиометрии. Вот вам и зримая экономия.

Это как бы осязаемые плюсы. А теперь сюрприз, поговорим о недостатках.

Система питания обычного двигателя работает при давлении около 3,5 атм. Для этого нам требуется электронасос, не шибко отличающийся по конструкции, надежности и цене от насоса "Малыш" у вас на даче. Также потребуется несколько форсунок, по числу цилиндров - а это тоже не ахти какие большие затраты как при производстве так и при последующей возможной замене. Добавляем сюда только обычные шланги и фильтр. Неисправный насос сразу даст о себе знать и может быть довольно просто продиагностирован и заменен на аналогичный. С форсунками возни и проблем еще меньше - живут десятками лет.

А теперь вот вам, форсунка непосредственного впрыска от BMW, которая по размеру аналогична дизельной - высотой в треть двигателя, массой в полкило:

По сравнению с распределенным впрыском, это недешевые, сложные в производстве и довольно капризные форсунки с давлением от 50 (Mitsubish) до 200 атм (BMW/Mercedes). Сравните с 3,5 атм. Да, это не дизель с 1800-2500 атм, но уже совсем точно не "обычный" распределенный впрыск.

Систему дополнительно усложняет наличие ТНВД - самого насоса, который обеспечивает столь высокое давление. В принципе, любой насос - штука механическая. А если давления высокие, то потенциально проблемная. BMW меняла конструктив уже раз семь за последние пару лет! Стоимость, конечно, не астрономическая, как у дизелей, но по 400+ долларов, да еще и сама работа по замене... 

Так или иначе, но сервисная программа по замене форсунок также известна всем обладателям моторов с непосредственным впрыском от BMW.

Идем далее: осмоление и закоксовка рабочей части форсунки нарушают точность ее работы - чувствительность к качеству  топлива заметно повышается. Надежность - нет. Mitsubishi со своим GDI была первой в мире в 1996(!) году, кто адаптировал немецкие идеи к современным реалиям. Где теперь GDI моторы на экспортных рынках?

Требования экологии подразумевают рециркуляцию картерных газов - избытка давления в масляной системе. Это минимум. А иногда еще и части выхлопных газов... То есть, пока двигатель не прогрет, часть выхлопных газов снова отправляется на впуск, "на переработку". Экология... 

Вспоминаем теперь, что форсунка во впускные каналы уже не прыскает - грязь и отложения не смывает. А вентиляция именно через них и организована, что в итоге?! А вот что:

Закоксовывание приводит к затруднению закрытия клапана, что в скором времени гарантирует снижение компрессии в цилиндрах. Мотор начинает ощутимо потряхивать, а после цилиндры и вовсе отключаются. Применение масел обычного качества, что норма для всех производителей (LowSAPS, с низкой щелочностью и высоким NOACK индексом) отпускает мотору пару-тройку лет сравнительно беспроблемного существования.

Теперь поговорим про прирост мощности и экономичности. Как современный (года так с 1990) автомобиль с условным 3-х литровым двигателем ел по городу 15-16 литров, так и ест. Без улучшений. Что с непосредственным впрыском, что с распределенным. Какие тесты журналисты не проводят - там везде примерно одни и те же цифры фактического расхода. 

Мощность, точнее - момент? Для примера рассмотрим в сравнении два практически идентичных мотора - BMW N52 и BMW N53. Ну едва ли этот эксцесс в 20 Н/м можно назвать достижением, чиптюнингом можно достичь сравнимых результатов. 

Что в итоге?

Непосредственный впрыск для реальных условий эксплуатации это:

1.Использование конструктивно сложных и потенциально ненадежных узлов и агрегатов.2.Исключительно высокие требования к качеству топлива, а особенно - масла.3.Снижение потребления топлива и увеличение мощности на практике малозначительны, или вообще отсутствуют.4.Диагностирование неисправностей и ремонт значительно усложнены.

Покупая автомобили BMW, Audi, Mercedes и прочих марок с непосредственным впрыском топлива, найдите время разобраться с особенностями эксплуатации этих двигателей на основе практического опыта владельцев, а не рекомендаций производителя.

bmwservice.livejournal.com

Эксперты указали на плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Эксперты указали на плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива Все что необходимо знать об этом типе моторов.

Бензиновые моторы с непосредственным впрыском топлива автолюбители и специалисты оценивают по-разному: одни считают их примером технологического совершенства, другие бояться как огня и готовы отказаться от них ещё на стадии выбора автомобиля. Разбираемся в особенностях конструкции и выясняем, за что стоит любить и ненавидеть непосредственный впрыск, передает Хроника.инфо со ссылкой на avtoblog.ua.

В чём отличие схемы с непосредственным впрыском

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания с непосредственным впрыском начали массово поступать на отечественный рынок в начале 2000-х годов и к настоящему моменту стали непременным атрибутом любого более-менее современного автомобиля среднего или высшего ценового сегмента. Иными словами, они давно являются данностью и останутся таковой до момента перехода человечества на принципиально иные средства передвижения, коими сейчас большинству экспертов видятся электрокары.

Основным отличием от традиционной системы распределённого впрыска схемы с непосредственным впрыском является то, что бензин в ней подаётся не во впускной коллектор, а прямиком в цилиндры. Таким образом, в камеры сгорания поступает не готовая топливовоздушная смесь, а «живое» топливо, при этом смесеобразование производится в самом моторе.

Зачем это нужно

Вопросом создания систем непосредственного впрыска инженеры озаботились ещё во второй половине XIX века, однако довести до массового серийного производства смогли относительно недавно. Первыми на рынок поступили моторы семейства Mitsubishi GDI, а следом подтянулись и все другие всемирно известные бренды — Volkswagen, GM, Toyota, Mercedes, BMW, Ford, Peugeot/Citroen, Renault, Mazda и даже корейский Hyundai.

Хитрость в том, что схема с непосредственным распределённым впрыском позволяет чрезвычайно тонко и точно управлять процессом смесеобразования и заставлять бензиновый двигатель работать на невероятно бедной топливовоздушной смеси. Если обычные моторы, как правило, функционируют при соотношении бензина к воздуху в пропорции 1:14, то моторы с непосредственным впрыском в некоторых режимах выходят на 1:20 и даже 1:40. Нетрудно догадаться, что это позволяет им сжигать гораздо меньше топлива. При этом настройка процессов смесеобразования в реальном времени и применение сразу нескольких режимов работы повышает мощностные и динамические показатели и улучшает экологичность силового агрегата.

Производители таких движков приводят весьма красноречивые данные: расход топлива снижается в среднем на 20-25%, а тяга и мощность повышаются на 10-15%. И всё это при небольшом литраже, применении систем рециркуляции и дожигания выхлопа, соответствии самым строгим экологическим нормам и возможности использования на ДВС многоступенчатого наддува. Словом, не моторы — сказка!

Эксперты указали на плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Технические хитрости

И всё бы ничего, да применение схем непосредственного впрыска тянет за собой невероятно высокие требования не только к конструкции силового агрегата, но также к топливному насосу и качеству горючего, а также смазочным материалам, форсункам и электрике, большинству других жизненно важных узлов и агрегатов автомобиля.

Добиться образования правильной смеси при непосредственном впрыске чрезвычайно сложно. Для этого «мозги» машины снабжаются сразу несколькими программами управления с разным циклом работы и ворохом высокоточных датчиков. А за распыл топлива отвечают специальные вихревые форсунки, работающие при сверхвысоком давлении, для создания которого, в свою очередь, автомобиль оснащается высокопроизводительными топливными насосами, аналогичными тем, что используются в дизельных схемах (если обычные насосы развивают порядка 3-4 атм, то эти обеспечивают 50-130). Разумеется, компоненты таких систем должны быть невероятно технологичными и качественными, рассчитанными на длительный срок службы. Именно соблюдение этих условий позволяет более эффективно распылять топливо, лучше перемешивать его с воздухом и грамотнее распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя.

Будучи ненагруженным (к примеру, в режиме холостого хода), двигатель с непосредственным впрыском функционирует в режиме послойного смесеобразования — смесь максимально обедняется, но остаётся достаточно качественной и пригодной для работы. В этом режиме дроссельная заслонка открыта широко, а впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия в область свечи зажигания, где завихряется и легко воспламеняется. Гомогенное смесеобразование позволяет получить мощностную смесь, необходимую при равномерных нагрузках на двигатель и на переходных режимах. При максимальных нагрузках открыты как дроссельная заслонка, так и впускные каналы, а горючее впрыскивается ещё на такте впуска. Одновременно, по возможности, дожигаются и выхлопные газы, что повышает экологические показатели без ущерба для мотора.

Всё это требует доработки геометрии камеры сгорания, повышения степени сжатия до 1:12-14, применения более сложного и дорогого катализатора, высокопроизводительных форсунок с мощными соленоидами, а также высокопроизводительного мультирежимного топливного насоса.

Эксперты указали на плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Плюсы и минусы

Главным минусом систем непосредственного впрыска является общее снижение надёжности: даже при незначительных сбоях и поломках какого-либо компонента такой движок начинает «капризничать» — глохнуть, чихать, не выходить на полную мощность, зажигать пиктограмму на приборной панели и всячески намекать владельцу на проблемы.

Вторым не менее важным недочётом является стоимость такого агрегата — это технически сложное устройство, требующее повышенного внимания и контроля ко всем системам, включая систему питания, зажигания, выпуска и электронику.

Чувствительность к качеству топлива — ещё один жирный минус, с которым готов мириться далеко не каждый автовладелец. Купив машину с системой непосредственного впрыска, вы гарантированно начнёте чрезвычайно тщательно подходить к выбору заправок: заливаться дешёвой горючкой, увы, уже не получится. И дело даже не в том, что таким моторам нужно особое октановое число — некоторые из них давно научились работать даже на 92-м бензине или спирте, — а в содержании в некачественном бензине соединений серы, фосфора, железа и прочих примесей, мешающих нормальной работе ДВС.

Наконец, отпугнуть от покупки машины с таким движком может и высокая стоимость запасных частей и обслуживания. Дешёвыми высокотехнологичные запчасти к ним не бывают, при этом требования к маслам, фильтрам и прочим «расходникам» также повышаются.

Читайте также: ТОП-10 лучших снимков Украины по версии Википедии. Фото

Но всё это меркнет на фоне плюсов:

Именно моторы с непосредственным впрыском являются наиболее технологичными, экономичными, лёгкими и тяговитыми. Они идеально подходят для эксплуатации в загруженных мегаполисах (именно в пробочных режимах ДВС с непосредственным впрыском наиболее экономичны), вдобавок они позволяют увеличивать интервал замены масла и обладают увеличенным сроком службы из-за уменьшения нагара (это достигается программно максимально эффективным сжиганием топливовоздушной смеси). Однако всего этого удаётся добиться только при чрезвычайно внимательном отношении к автомобилю и грамотном его обслуживании.

Если вы нашли ошибку в тексте, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter

hronika.info

В чем разница между непосредственным впрыском и распределенным впрыском, и что из них лучше?

Распределенный впрыск, подает топливную смесь во впускной тракт "перед клапаном". Непосредственный, впрыскивает прямо в камеру сгорания. Последний лучше, но и геморойней. Форсунки, из-за агрессивной среды, имеют меньший ресурс, чем у распределенного. Короче: дорого и не долговечно.

Непосредственным впрыск лучше, но требования к качеству топлива выше.

Система непосредственного впрыска топлива (СНВТ) (Gasoline Direct Injection (GDI)) — Инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с распределённым впрыском топлива, у которой форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор. Такие двигатели более экономичны (до 15% экономии [1]), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако и более требовательны к качеству топлива.

touch.otvet.mail.ru

Особенности непосредственного впрыска (Виды впрыска топлива систем FSI, часть 3 )

Как уже говорилось в предыдущей статье, двигатель системы FSI может работать на таких видах смесей: 1 - работа на бедной послойной смеси с добавкой отработавших газов 2 - работа на бедной гомогенной смеси без добавки отработавших газов 3 - работа на гомогенной стехиометрической смеси с добавкой отработавших газов 4 - работа на гомогенной стехиометричской смеси без добавки отработавших газов

"Гомогенная" - это значит, что смесь "однородная" по своему составу. И должна равномерно распределяться по всему объему камеры сгорания. Задаются такие вопросы: " Если смесь обедненная, то почему она горит? ".

"Обедненная" - это другими словами "послойная", "расслоенная" смесь. Посмотрим на рисунок:

                              рис.1

Цифрами на риснуке обозначено:

1- пространственная зона камеры сгорания, заполненная инертными газами или воздухом 2 - ограниченная пространственная зона камеры сгорания, заполненная гомогенной топливо-воздушной смесью.

В условиях создания послойного заряда, рабочая смесь является гомогенной только в пределах одной ограниченной пространственной зоны в камере сгорания.  Надо сказать, что гомогенной бывает только такая топливная смесь, которая полностью испарилась. На испарение влияют такие факторы: - температура в камере сгорания - размер капель топлива - время "жизни" капель толива (то есть, то время, за которое капля топлива испарится полностью)

Почему топливо впрыснутое форсункой не распределяется по всему объему камеры сгорания? Этому есть несколько причин: - высокая первоначальная скорость струи топлива, изначально заданная давлением - особая конструкция форсунки, которая обеспечивает "полет" струи топлива в заданном направлении при сохранении изначально заданной формы - "сплющенной" (актуально не для всех моделей двигателей с ситемой FSI). - "сплющенная" форма струи топлива позволяет не касаться поршня двигателя и стенок камеры сгорания. - исключительно маленькое расстояние  от сопла форсунки до "точки" искры

За счет точной дозировки по времени впрыска и объема впрыска, полное испарение топлива и создание гомогенного "облака" смеси  происходит как раз в "точке возникновения искры".                      

Как всегда - приостановимся... Хорошо, теория есть теория, а насколько она нужна? И нужна ли вообще? Недавно пришлось побывать у знакомых в сервисе. Во время перерыва и чаепития разговорились. И от одного работающего улышал такую замечательную фразу: - Теория, теория...да зачем она нужна? Зачем мне знать, как вы говорите, что термостат устанавливается отверстием вверх? Я что - проверять буду? Зачем мне это надо? Не работает - заменить. Плохо работает - тоже заменить. И дело с концом. А если начинать разбираться, влазить во все эти тонкости, то тут даже на хлеб не заработаешь...

Вам судить, правильная это позиция человека, который занимается ремонтом автомобилей, или неправильная.  На мой взгляд - не совсем правильная. Потому что "заменить" - да, для ремонтника это легче и быстрее. А для Клиента? Пусть тот же термостат стоит и не так дорого ( хотя для кого как, согласитесь), но деньги будут из кармана Клиента. И нет полной уверенности в том, что тот же злополучный термостат неисправный, а он, может быть, изначально был кем-то установлен неправильно и все беды из-за этого. Для этого и надо знать Теорию. Знать устройство, принципы и алгоритмы работы. Вот например, вспомните, что мы говорили в ранних статьях в разделе GDI о свечах зажигания: " Свечи зажигания в двигателе GDI должны быть черного цвета. Это Нормально. Это Правильно".

Нет, это  -  "не совсем правильно". Скажем так. И почему...

Толчком к этому  рассуждению послужил разговор со специалистом из Японии. Это был "чистый японец" и разговаривали мы с ним через переводчика. В  разговоре коснулись темы GDI и я задал вопрос по свечам зажигания, мол, черный цвет свечей зажигания - это нормально или как? Оказалось, что "анормально". Оказалось, что двигатели GDI, практически все, до своего первого технического обслуживания,  "ходят" со свечами зажигания имеющим цвет практически такой же, как и у "обычных" двигателей. То есть, они не "засажены", не "черно-черные", имеющие светлый ободок на кончике изолятора - что является нормальным явлением у тех автомобилей с двигателем GDI, которые бегают по дорогам России. Почему возникает эффект "засаженности", каковы его причины? Они же должны быть в таком случае, правильно?

Что удалось выяснить, понять и предположить: Во время работы двигателя, при большом крутящем моменте, камера сгорания начинает работать нестабильно - в ней начинают возникать локальные зоны переобогащенной смеси:

                              рис.2

В результате этого, при продолжающейся работе камеры сгорания, образуются частички сажи, которые  начинают оседать на свече зажигания ( в том числе). При больших оборотах, высокой турбулентности, повышенном (нерасчетном) числе Рейнольдса топливная смесь плохо испаряется, образует локальные зоны переобогащенной смеси, неправильно и не всегда переносится турбулентным потоком непосредственно к свече зажигания и, в результате, камера сгорания начинает работать неправильно. И доволнительных причин этому - множество. Например, "засаженные" клапана. Из-за имеющегося на них "нароста" камера сгорания "недополучает" положенное количество воздуха, а попавший в камеру сгорания воздух начинает неправильно перемещаться. Изменяется количественный  и качественный состав рабочей смеси в камере сгорания. Это во время такта впуска. Если же во время такта выпуска через выпускные клапана "выдует" меньшее количество остаточных газов, то они будут принимать участие в следующем такте работы двигателя, то есть, с каждым тактом работы двигателя состав рабочей смеси в камере сгорания будет стремительно изменяться в сторону ухудшения своих рабочих характеристик.

Вышесказанное можно проиллюстировать рисунком :

 

                                            рис.3

Как мы знаем, одной из особенностей работы двигателя системы непосредственного впрыска топлива является особая работа камеры сгорания, где  из-за особой формы поршня двигателя, особого построения впускного коллектора и особой работы системы управления двигателем достигается высокая степень турбулизации с большим числом Рейнольдса (подробнее об этом можно прочитать в статье в разделе GDI - "Поршень GDI"). В турбулизированной смеси скорость распространения пламени в несколько раз выше, чем в "обычной", то есть, не турбулизированной или слабо турбулизированной смеси. На рисунке 3 вверху показано, что слабо турбулизированная смесь не имеет таких очагов "внутреннего" горения, как на том же рисунке ниже, когда смесь сильно турбулизирована. Здесь уже имеет место так называемая "турбулентная диффузия", когда осуществляется перенос термически и химически активных  частиц  сразу некоторыми ограниченными объемами. Коэфициент турбулентной диффузии намного, в десятки, а иногда и в сотни раз  превышает коэффициент молекулярной диффузии (как на "обычном" двигателе, при работе его камеры сгорания). Именно отсюда можно сделать еще и другой вывод, который касается величины компрессии и давления в цилиндрах двигателя. Если они имеют сниженные показатели, то в этом случае так же будет иметь место проявления эффекта "засаженности", потому что при снижении давления  значительно уменьшается  турбулентная скорость распространения пламени в камере сгорания. И в результате - см.рис.2 Сюда можно приплюсовать свойства нашего отечественного бензина и моторного масла, когда нет полной уверенности в том, что и бензин, и масло полностью соответствуют тем стандартам, при которых двигатель непосредственного впрыска будет работать стабильно. Кроме того - "плюсуем" психологию русской Души, когда "ездим до упора", пока что-то станет работать "не так" и только после этого едем искать ремонтную мастерскую и бросаем клич по Форумам: "Памагите!". А надо бы просто сделать: вовремя и регулярно проводить техническое обслуживание своего автомобиля. Но еще никому и никогда  в нашем мире не удавалось переломить русское "авось"...

Что бы иметь на двигателе свечи зажигания "правильного" цвета, для начала надо отстроить всю систему управления двигателем, привести ее к исходным, заданным еще на заводе изготовителе параметрам.

Продолжение следует...

Владимир Петрович Кучер

Книги по ремонту автомобилей

autodata.ru