Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?

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.

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.

Неисправности топливных систем с впрыском бензина во впускной трубопровод

Приведем перечень наиболее часто встречающихся неисправностей систем впрыска и основных причин их возникновения.

Холодный двигатель не запускается или запускается с трудом. Основные причины: недостаточное давление топлива, отсутствие давления; неисправность пусковой форсунки или ее цепи (для автомобилей с пусковой форсункой); неисправность в цепи датчика охлаждающей жидкости; отсутствие или слабый сигнал от датчика частоты вращения коленчатого вала; неисправность потенциометра дроссельной заслонки; загрязнение форсунок; повышенное сопротивление со стороны выпускной системы; подсос воздуха во впускной коллектор.

Горячий двигатель запускается с трудом или не запускается. Основные причины: быстрое падение давления топлива после выключения двигателя; несанкционированная работа пусковой форсунки (при ее наличии); неисправность в цепи датчика охлаждающей жидкости; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления.

Двигатель запускается и глохнет или неустойчиво работает в режиме холостого хода. Основные причины: подсос воздуха во впускной коллектор; неисправность системы холостого хода; неисправность в цепи датчика температуры охлаждающей жидкости; несоответствие давления топлива заданному; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления.

Чрезмерно высокая частота вращения коленчатого вала в режиме холостого хода. Основные причины: подсос воздуха во впускной коллектор (системы с датчиком абсолютного давления и системы с расходомером воздуха и λ-регулированием); неправильная работа системы холостого хода; неисправность в цепи датчика положения дроссельной заслонки.

«Провалы» при ускорении. Основные причины: недостаточное давление или производительность топливного насоса; неисправность расходомера воздуха; неисправность в цепи датчика положения дроссельной заслонки; загрязнение форсунок.

Подергивание автомобиля и пропуски воспламенения под нагрузкой. Основные причины: недостаточное давление или производительность топливного насоса; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления; неисправность в цепи датчика дроссельной заслонки; загрязнение форсунок.

Двигатель не развивает полной мощности. Основные причины: недостаточное давление или производительность топливного насоса; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления; неисправность в цепи датчика дроссельной заслонки; повышенное сопротивление выпускной системы; загрязнение форсунок.

Повышенное содержание оксида углерода и (или) повышенный расход топлива. Основные причины: повышенное давление топлива; неисправность в цепи кислородного датчика; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления; неисправность в цепи датчика температуры охлаждающей жидкости; разрыв диафрагмы регулятора давления топлива (системы многоточечного впрыска); повышенное сопротивление выпускной системы.

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

• угол поворота дроссельной заслонки
• степень разрежения во впускном коллекторе
• частота вращения коленчатого вала
• температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
• концентрация кислорода в отработавших газах
• атмосферное давление
• напряжение аккумуляторной батареи
• и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

• топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
• появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
• достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
• обеспечивается лучшая приемистость двигателя
• в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.

Линия возврата топлива (“обратка”)

Топливные системы

Как правило, имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.

Этим занимается , который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую “обратку”. В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).

1. Система подачи топлива с линией возврата. Топливо, которое не было впрыснуто форсункой, является избыточным и оно возвращается обратно в бак через регулятор, который расположен на топливной рампе, и линию возврата. Таким образом в топливном коллекторе поддерживается постоянное давление.
2. Топливная система без линии возврата. Регулятор давления топлива в таких системах обычно устанавливается в модуле погружного топливного насоса. Избыточное топливо, подаваемое насосом, возвращается обратно в бак через короткую линию возврата. При этом в топливную рампу подается только то количество топлива, которое впрыскивается форсунками. Данная система имеет следующие преимущества – меньшая стоимость и меньший подогрев топлива в баке.

Принцип работы

Агрегаты инжекторного двигателя с единственной форсункой функционируют по схеме:

1. запускается мотор;
2. датчики считывают и передают информацию на блок управления;
3. реальные данные сравниваются с эталонными, рассчитывается момент открытия форсунки;
4. передается сигнал электромагнитной катушке;
5. в коллектор подается бензин для смешивания с воздухом;
6. в цилиндры подается топливная смесь.

Функционирование узла с распределенным впрыском:

1. мотору подается воздух;
2. датчики определяют объем, температуру, показатели коленвала, положение заслонки;
3. объем топлива для поданного воздуха рассчитывает блок управления;
4. форсункам подается сигнал;
5. они открываются в запрограммированное время.
6. смешивание бензина с воздухом происходит в коллекторе, смесь подается в цилиндры.

Учебное видео принципа работы распределенного впрыска

Принцип работы непосредственной инжекции зависит от способа смешивания бензина с воздухом:

1. послойно;
2. стехиометрически;
3. гомогенно.

Послойное смешивание используется на средних оборотах, скорость подачи воздуха высокая, бензин подается в цилиндр через форсунку, загорается после смешивания с воздухом.

При смешивании стехиометрического типа, процесс запускается в момент нажатия на газ. Открывается дроссельная заслонка, бензин и воздух подаются в одно время, сгорают полностью.

При смешивании гомогенного типа, сначала создается движение воздуха в цилиндрах, затем впрыскивается бензин.

Видео-пояснение по принципу работы инжектора с непосредственным впрыском

https://www.youtube.com/watch?v=62F4rCSCkgE

Работа комбинированной системы полностью зависит от нагрузки на мотор:

1. непосредственная инжекция запускается во время запуска, прогрева, максимальной нагрузки, количество впрысков зависит от режима;
2. распределенная инжекция запускается во время движения на средней скорости с частыми остановками.

При распределенной инжекции периодически открываются форсунки непосредственной. Это предотвращает их засорения.

Системами впрыска комплектуются не только бензиновые, но и дизельные двигатели. Первые можно назвать искровыми двигателями, так как смесь бензина и воздуха воспламеняется от искры.

Распределенный или многоточечный впрыск топлива

Начнем именно с него, все потому что он появился первым (перед своим оппонентом). Прототипы существовали еще на заре 20века, правда они были далеко от идеала и зачастую использовали механическое управление.

Сейчас с развитием электроники карбюратор и прочие системы питания, которые были на заре, уходят в прошлое. Распределенный впрыск это электронная система питания, которая основана на инжекторах (от слова injection — впрыск), топливной рампе (куда они устанавливаются), электронном насосе (который крепится в баке). Все просто ЭБУ дает приказания насосу качать топливо, оно по магистрали идет до топливной рампы, далее в инжектора и после распыляется на уровне впускного коллектора.

Но эта система также шлифовалась годами. Существуют три типа впрыска:

• Одновременный. Раньше в 70 – 80 годы никого не заботила цена на бензин (стоял он дешево), также никто не думал об экологии. Поэтому впрыск топлива происходил сразу во все цилиндры, при одном обороте коленчатого вала. Это было крайне не практично, потому как обычно (в 4 цилиндровом двигателе) — два поршня работают над сжатием, а другие два отводят отработанные газы. И если подавать бензин сразу во все «горшки» то другие два просто выкинут его в глушитель. Крайне затратно по бензину и очень вредно по экологии.
• Попарно-параллельный. Этот вид в распределительном впрыске как вы наверное уже догадались, происходил в два цилиндра по очереди. То есть топливо поступало именно туда, где сейчас происходит сжатие.
• Фазированный тип. Это самый совершенный на данный момент метод, здесь каждая форсунка живет «своей жизнью» и управляется отдельно. Она подает бензин именно перед тактом впуска. Здесь происходит максимальная экономия смеси, а также высокая экологическая составлявшая

Я думаю с этим понятно, именно третий тип сейчас устанавливается на все современные модели автомобилей.

ГДЕ РАСПОЛАГАЕТСЯ ИНЖЕКТОР. Здесь кроется основное отличие распределительного впрыска от непосредственного. Форсунка находится на уровне впускного коллектора, рядом с блоком двигателя.

Смешение воздуха и бензина происходит именно в коллекторе. От дроссельной заслонки поступает дозированный воздух (который вы регулируете педалью газа), при достижении им форсунки впрыскивается топливо, получается смесь, которая уже затягивается через впускные клапана в цилиндры мотора (дальше сжатие, воспламенение и отвод отработанных газов).

ПЛЮСАМИ такого метода можно назвать относительную простоту конструкции, дешевизну, также сами инжектора не должны быть сложными и устойчивыми к высоким температурам (потому как не имею контакта с горючей смесью), работают дольше без очистки, не так требовательны к качеству топлива.

МИНУСЫ больший расход топлива (по сравнению с оппонентом), меньшая мощность

НО из-за простоты, дешевизны и неприхотливости устанавливаются на большое количество моторов не только бюджетного сегмента, но и D-класса.

Устройство

В инжекторной системе подачи впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками — инжекторами.

Классификация

По точке установки и количеству форсунок:

• Моновпрыск, центральный впрыск, или одноточечный впрыск — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). В настоящее время непопулярна ввиду возросших экологических требований: начиная с Евро-3 экологический стандарт требует индивидуальной дозировки топлива для каждого из цилиндров. Моновпрыски отличались простотой и очень высокой надёжностью, прежде всего из-за того, что форсунка находится в относительно комфортном месте, в потоке холодного воздуха.
• Распределённый впрыск, или многоточечный впрыск — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

• Одновременный — все форсунки открываются одновременно.
• Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (так называемой фазы).
• Фазированный впрыск — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.
• Непосредственный впрыск — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

Управление системой подачи топлива

В настоящее время системами подачи топлива управляют специальные микроконтроллеры, этот вид управления называется электронным. Принцип работы такой системы основан на том, что решение о моменте и длительности открытия форсунок принимает микроконтроллер, основываясь на данных, поступающих от датчиков. На ранних моделях системы подачи топлива, в роли контроллера выступали специальные механические устройства.

Принцип работы

Анимация работы инжектора

В контроллер при работе системы поступает со специальных датчиков информация о следующих параметрах:

• положении и частоте вращения коленчатого вала;
• массовом расходе воздуха двигателем;
• температуре охлаждающей жидкости;
• положении дроссельной заслонки;
• содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);
• наличии детонации в двигателе;
• напряжении в бортовой сети автомобиля;
• скорости автомобиля;
• положении распределительного вала (в системе с последовательным распределённым впрыском топлива);
• запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле);
• неровной дороге (датчик неровной дороги);
• температуре входящего воздуха.

На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:

• топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),
• системой зажигания,
• регулятором холостого хода,
• адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),
• вентилятором системы охлаждения двигателя,
• муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле),
• системой диагностики.

Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также, современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и многие другие характеристики и спецификации. Ранее использовалась механическая система управления впрыском.

Для оперативного выявления неисправностей инжектора используется компьютерная диагностика инжекторной системы подачи топлива.

Что же лучше — таблица?

Предлагаю подумать, составил таблицу по плюсам того и другого типов

Как видите и тот и другой тип имеют весомые преимущества перед другим, видимо пока существуют оба.

Сейчас видео версия смотрим.

А теперь голосование, как ВЫ считаете что лучше – MPI (распределенный) или GDI (непосредственный)?

НА этом заканчиваю, думаю, моя статья и видео были вам полезны. Читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на обновления.

(11 голосов, средний: 4,55 из 5)

Похожие новости

Можно ли заливать дизельное масло в бензиновый двигатель. Какие .

Расточка блока цилиндров. Зачем нужно двигателю и можно ли сдела.

Двигатели, оснащенные системой распределенной подачей топлива, имеют более высокие показатели экономичного расхода ТС и низкий уровень токсичности отработанных газов.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

Не нашли интересующую Вас информацию? на нашем форуме.