Mototehnika21.ru

МотоТехника Онлайн
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое система впрыска двигателя GDI и как работает

Все больше производителей автомобилей в погоне за увеличением мощности своих моторов при уменьшении объема двигателя переходят на на системы непосредственного впрыска бензина. Основными отличиями данных систем от традиционного распределенного впрыска являются наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД) и бензиновых форсунок, расположенных не во впускном коллекторе, а непосредственно в камере сгорания блока цилиндров. По сути это аналог дизельного впрыска, только воспламенение происходит не от сжатия, а от электрической искры. КПД таких моторов увеличивается за счет более эффективного распыления жидкого топлива и, как следствие, лучшего смешивания его с воздухом. Таким образом в камеру сгорания такого двигателя возможно подавать большее количество топлива, в результате мощность мотора повышается. К основным недостаткам таких моторов можно отнести большой расход топлива и низкий моторесурс.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод о высокой актуальности установки газобаллонного оборудования на данные моторы по следующим соображениям:

  • мощность двигателя не снизится при работе на газе, так как газовое топливо эффективно смешивается с воздухом независимо от того подается оно во впускной коллектор или непосредственно в камеру сгорания;
  • экономия на топливе будет весьма существенной, так как расход 4-х цилиндрового мотора с непосредственным впрыском сравним с расходом 6-8-ми цилиндрового мотора с традиционным распределенным впрыском топлива.

Особенности ГБО 4 поколения для непосредственного впрыска бензина

Внешне и по составу комплектующих ГБО для непосредственного впрыска идентично традиционным системам 4-го поколения, но имеются существенные отличия в следующем:

  • во всех режимах работы на газовом топливе в камеру сгорания подается небольшая порция бензина для охлаждения бензиновых форсунок, расположенных непосредственно в камере сгорания;
  • программное обеспечение строго индивидуальное для конкретно взятого мотора и привязано к заводскому коду мотора, так как для каждого мотора на специальном стенде подбирается минимальная порция бензина, необходимая для охлаждения бензиновых форсунок во всех режимах работы двигателя;
  • корректировка угла опережения зажигания не производится ни для метана ни для пропана, так как система всегда работает на двойном топливе;
  • подбор компонентов их размещение строго по монтажной схеме производителя системы ГБО;
  • для точной доводки системы на всех режимах работы двигателя требуется высокая квалификация специалиста.

В Сервисном Центре «АвтоПлюс» всегда в наличии комплекты ГБО для непосредственного впрыска самых распространенных в России автомобилей, а также большой опыт и высокая квалификация специалистов.

Основные отличия метана и пропана:

Метан
компримированный природный газ (КПГ)

Пропан
сжатый нефтяной газ (СНГ)

Отличия оборудования для метана и пропана

Распределенный впрыск газа — 4 поколение

Что такое система впрыска GDI?

Бензиновый двигатель — легко пускается, разгоняется быстро, но любит «покушать». Дизель не столь быстроходен, имеет повышенный уровень шума, зато потребляет меньше топлива. Вот бы совместить их. Такими качествами обладают двигатели GDI с непосредственным впрыском топлива.

Чтобы объяснить принцип работы двигателя GDI с непосредственным впрыском рассмотрим теорию двигателей.

Теория работы двигателя

Чтобы топливо сгорело, нужен воздух. Но надо смешать с топливом столько воздуха, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехиометрическим. Например, для бензина оптимальный состав топливной смеси выражается соотношением 14,7:1, то есть на 1 грамм бензина нужно 14,7 грамма воздуха. Смесь, в которой воздуха больше, чем нужно — называется бедной, а та, в которой воздуха меньше, чем нужно (то есть больше топлива) — называется богатой.

Слишком бедную смесь не всегда удается поджечь, при работе на богатой смеси несгоревшее топливо бесполезно «вылетает в трубу».

Воздух нужен не только для сгорания. Чем выше давление в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача двигателя. И нам очень выгодно, чтобы больше воздуха попало в цилиндр на такте впуска: тем больше потом будет давление. А вот теперь пора разбираться, почему дизель экономичнее.

Вспомним, как работает ДВС. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем она сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и от этого еще и нагревается. К концу сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое при высоких давлении и температуре самовоспламеняется. Давление в цилиндре дизеля намного выше, чем в цилиндре бензинового двигателя: для дизеля нормальная степень сжатия — 18, а у бензиновых — едва достигает 12. А выше давление в цилиндре — выше и эффективность.

А если поднять степень сжатия в бензиновом двигателе? Пробовали. Но выше 12 не получается. Потому что есть такие явления, как детонация и калильное зажигание.

Детонация — очень быстрое сгорание топлива в точках, удаленных от свечи, сопровождается резким местным перегревом и перегрузкой деталей двигателя. Внешний признак детонации — стук. Калильное зажигание — преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания.

Длительная работа с детонацией и калильным зажиганием недопустима: мотор быстро выйдет из строя. Детонацию и калильное зажигание провоцируют высокая температура и высокое давление. Во избежание детонации моторы с высокой степенью сжатия «кормят» высокооктановым бензином (АИ-98), но выше степени сжатия 12 его «не хватает».

Если мы хотим сделать бензиновый двигатель экономичным, «эластичным» и при этом более мощным, то мы должны избавить его от детонации и научить «питаться» бедной смесью. Вот если бы топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр.

Как работает двигатель GDI?

Двигатель GDI напоминает по конструкции и обычный бензиновый, и дизель. В каждом цилиндре присутствует и свеча зажигания, и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения. Работа на сверх бедных смесях. Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия.

В результате наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа на стехиометрической смеси. Этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

Еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда двигаясь на малых оборотах, резко нажимается педаль акселератора. Если двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа.

Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверх бедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на детонацию времени не остается.

Что в итоге? Степень сжатия удалось поднять до 12—12,5, двигатель устойчиво работает на очень бедной смеси. По сравнению с «обычным» бензиновым двигателем, GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа.

Принцип действия

Общий принцип работы ДВС заключается в подаче и смешивании топлива с воздушной массой, так как без последней возгорание невозможно. В бензиновых двигателях для оптимальной работы требуется 14,7 г воздушной смеси на 1 г бензина. Если воздуха оказывается больше нормы, такая топливовоздушная смесь носит название обедненной (бедной), если меньше — богатой.

Обедненная воздушная смесь снижает расход топлива, однако с ее возгоранием часто возникают проблемы. Чрезмерно насыщенная бензином смесь возгорается легко, однако излишки топлива не сгорают и выводятся вместе с переработанными газами, что приводит к бесполезной растрате. Не говоря уже о том, что на свечах и клапанах интенсивно образуется слой нагара.

Система GDI отличается от обычной тем, что впрыск горючего производится не во впускной коллектор, а напрямую в камеру сгорания, как у моторов, работающих на дизтопливе.

Принцип действия двигателя GDI:

    Бензин подается в камеру сгорания под высоким давлением и потоком закрученной формы, благодаря специальному строению форсунок.

Поток на высокой скорости сталкивается с поршнем, после чего часть его как бы закрепляется на теле поршня, а другая часть продолжает движение, создавая трение и приобретая соответствующую форму.

После этого поток загибается и уходит от поршня, увеличивая скорость. Некоторые частицы движутся медленно и расходятся в разные стороны, создавая разделение потока.

В результате этого в камере сгорания образуется два участка с бензовоздушной смесью. В центре находится участок стехиометрической (обыкновенной) легковоспламеняемой топливной смеси. Вокруг него образовывается участок обедненной смеси.

  • После этого происходит воспламенение (с помощью искры свеч зажигания) участка с высоким содержанием бензина. Затем процесс горения перекидывается на обедненные участки.
  • Как работает двигатель GDI

    Напоминает по конструкции обычный бензиновый и дизель. В каждом цилиндре присутствует свеча зажигания, форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

    Читать еще:  Блок предохранителей и реле Chevrolet Lacetti – где расположен, схема проверка и замена своими руками

    В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения автомобиля.

    Работа на сверхбедных смесях

    Реализуется при малых нагрузках авто: при спокойной езде и движении по трассе на скоростях до 120 км/ч. Топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия.

    Работа на стехиометрической смеси

    Используется при интенсивной городской езде, движении по высокой скорости и обгонах автомобилей. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

    Третий режим двигателя GDI

    Позволяет повысить момент двигателя авто, когда двигаясь на малых оборотах, резко нажимается педаль акселератора. Если двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа.

    Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается струя топлива, которая доводит соотношение до «богатого» 12:1. А на детонацию времени не остается.

    Особенности и отличия моторов GDI

    Принцип работы двигателя GDI представляет собой своеобразный «симбиоз» привычных бензиновых и дизельных ДВС. Начнем с того, что для нормальной работы любого двигателя внутреннего сгорания в цилиндры необходимо подать так называемую топливно-воздушную смесь. Другими словами, определенная часть горючего смешивается в необходимой пропорции с частью воздуха применительно к разным режимам работы мотора. От состава смеси напрямую зависит мощность двигателя, КПД, экономичность, экологичность и ряд других характеристик.

    Большинство бензиновых и дизельных двигателей сегодня:

    • моторы с внешним смесеобразованием. К таковым относятся устаревшие карбюраторные агрегаты на бензине и современные атмосферные, компрессорные или турбированные инжекторные бензиновые моторы. В таких двигателях процесс приготовления топливно-воздушной смеси происходит отдельно (во впускном коллекторе), после чего готовый заряд поступает в цилиндры и воспламеняется от свечи системы зажигания;
    • двигатели с внутренним смесеобразованием. Данный тип агрегатов представлен дизельными моторами, в которых порция дизтоплива подается напрямую в цилиндры и смешивается с уже имеющимся там воздухом. Воспламенение заряда происходит от контакта подаваемой солярки с разогретым от сжатия объемом воздуха, то есть без участия внешнего источника воспламенения;

    Если сказать иначе, воздух поступает в двигатель отдельно, форсунка GDI осуществляет непосредственный впрыск топлива в цилиндр, затем происходит перемешивание компонентов, после чего поджиг смеси осуществляет электрическая искра свечи зажигания. Следует добавить, что во время такого смесеобразования конструкторами учитывается ряд аэродинамических особенностей для получения оптимально упорядоченного состава смеси. По этой причине конструкция поршня и камеры сгорания существенно отличается от аналогов в двигателях с внешним смесеобразованием, а также форкамерных ДВС. Днище поршня имеет особую форму для направления факела распыла на свечу зажигания, ГБЦ получила вертикальные прямые впускные каналы, что позволяет «закручивать» воздух в цилиндрах двигателя. Благодаря такому устройству топливно-воздушная рабочая смесь в GDI движется по строго заданной траектории.

    Более того, состав смеси отличается в разных участках общего объема цилиндра. В результате подобных решений двигатели линейки GDI способны работать на сильно обедненной смеси, которая была бы непригодна для работы обычного бензинового мотора. Необходимое для воспламенения от искры соотношение топлива и воздуха концентрируется в цилиндре GDI в области расположения свечи зажигания, в то время как по условным «краям» цилиндра смесь остается максимально обедненной.

    Еще одной особенностью двигателя GDI является наличие двух топливных насосов:

    • привычный электробензонасос в топливном баке;
    • топливный насос высокого давления (ТНВД) с механическим приводом от ДВС;

    Данное решение также является аналогом принципа подачи топлива в дизельном двигателе. В моторах GDI давление впрыска составляет около 50 бар, в то время как в обычных бензиновых ДВС около 3 бар.

    Кто портит воздух?

    На холостом ходу (ХХ) мотор GDI работает также на двух режимах. Основным является Compression on Lean (обедненная смесь) — 625 — 650 об/мин. Однако постоянная работа на нем приводит к накапливанию в катализаторе высокотоксичного оксида азота (NO), что заметно по неприятному запаху из выхлопной трубы.

    Чтобы выжечь это соединение, периодически включается режим STICH F/B (продувка). Обороты возрастают примерно до 750, на некоторых моделях — до 900.

    По такому поведению мотора, работающего на ХХ, и можно распознать двигатель GDI. На исправном двигателе продувка кратковременно включается примерно через 4 минуты. Режим STICH F/B функционирует в свою очередь по двум вариантам: регулирование смесеобразования с учетом коррекции датчика кислорода (CLOSED LOOP) и нерегулируемый процесс (OPEN LOOP).

    Положительные стороны

    Как уже говорилось выше, главные плюсы двигатель GDI получает благодаря возможности работы на сильно обеднённой смеси при отсутствии больших нагрузок. Преимуществом уменьшения соотношения с 1:14 до 1:20 является существенное снижение расхода топлива при движении в смешанном или городском цикле. Исследования специалистов показывают, что в городском заторе с длительной работой двигателя на постоянных оборотах холостого хода затраты горючего уменьшаются сразу на 20–25%. Однако говорить о таких же результатах при быстрой езде по трассе не приходится — двигатель GDI будет требовать столько же топлива, сколько и силовой агрегат с распределённым впрыском.

    Двигатель KIA с системой GDI

    Дополнительные плюсы удаётся получить и от смесеобразования, происходящего непосредственно в камере сгорания. Специалисты по двигателям автомобилей могут сказать, что горение в цилиндре происходит неравномерно — больше всего топлива удаётся поджечь в непосредственной близости к свече, тогда как дальние части камеры охватываются неравномерно, что и приводит к выбросу остатков горючего в выхлопную трубу. Компания Volkswagen впервые предложила технологию послойного прямого впрыска топлива, назвав её FSI — впоследствии другие автомобильные фирмы приняли на вооружение такую методику.

    За один обычный такт впуска форсунка может впрыскивать до пяти порций топлива, которые образуют неравномерную смесь, составленную с учётом всех нюансов процесса горения. Благодаря этому двигатели FSI и современные агрегаты GDI имеют меньший расход топлива, меньшую токсичность выхлопа, а также лучшую стабильность работы на невысоких оборотах.

    Двигатель V6 FSI Audi

    Такое изменение смесеобразования позволяет получить и другой положительный эффект, сущность которого заключается в повышении мощности и тяги приблизительно на 10–15%. Кроме того, двигатель GDI позволяет получить плюсы, связанные с уменьшением объёма нагара. Соответственно, увеличивается срок службы многих компонентов, а масло сохраняет большую часть своих свойств вплоть до момента замены. Плюсы заключаются и в снижении вероятности поломки мотора в результате закупорки масляных каналов продуктами сгорания топлива. Однако ни одна сложная конструкция не может обойтись без своих минусов — включая и мотор с непосредственным впрыском.

    Что такое система впрыска двигателя GDI и как работает

    Нагары – проблема, с которой нефтехимики, автомобильные инженеры и технические специалисты, знакомы очень хорошо. Дело в том, что, когда вы соединяете высокие температуры, давление, кислород и бензин, образование отложений неизбежно. Нагары представляют особую проблему для автомобилей, так как со временем они значительно ухудшают производительность и снижают эффективность работы двигателя.

    Популярность двигателей с непосредственным впрыском топлива (GDI) легко объяснима. Их показатели, отвечая всем жестким экологическим требованиям, эти двигатели позволяют обеспечить большую мощность при меньшем расходе топлива по отношению с традиционными двигателями. Иными словами, они отвечают потребностям времени.

    Традиционные методы не оправдывают ожиданий

    Прежде всего, стоит уточнить тот факт, что традиционными методами являются только те методы, которые могут влиять на образования отложений и удалять их только через топливную систему. Но эти решения не всегда эффективны при решении проблем с какими-либо отклонениями в работе двигателя.

    Как формируются отложения?

    В двигателях с непосредственным впрыском (GDI) форсунка располагается внутри камеры сгорания. С каждым рабочим циклом в камеру сгорания, пройдя через весь комплекс впускной системы, должно попасть строго определенное количество воздуха для правильного образования топливно-воздушной смеси (в соотношении «воздух-топливо» до 30:1). По причине того, что форсунки находятся внутри камеры сгорания, отсутствует струя топлива, которая могла бы чистить впускные порты и впускные клапаны от отложений, образующихся во впускном коллекторе при смешивании отводящихся в него газов систем EGR и принудительной вентиляции картерных газов. Таким образом, топливные и масляные отложения от выхлопных газов или PCV могут быстро формироваться во впускной системе.

    Мелкие частицы топлива, остающиеся на наконечниках форсунок после выключения двигателя, подвергаются воздействию остаточного тепла. Это тепло фактически «запекает» каплю топлива, приводя к его полимеризации и реакции с кислородом, что, в конечном итоге, приводит к образованию нагаров.

    Потенциальные проблемы, вызванные нагарами во впускном коллекторе

    Куда более важный вопрос – не то, как образовываются нагары, а то, какие проблемы они могут вызвать.

    1. Повышенный расход топлива. Даже самое минимальное количество отложений во впускном коллекторе может служить причиной повышенного расхода топлива. Отложения, образующиеся во впускном коллекторе и впускных клапанах, меняют проходное сечение каналов. Это приводит к снижению количества проходящего через них воздуха, тем самым создавая условия для не прогнозируемого и неполного сгорания топлива. При попадании в камеру сгорания меньшего количества воздуха нарушается соотношение «топливо — воздушная смесь». Соответствующий поток воздуха в цилиндры двигателя с непосредственным впрыском необходим для поддержания его оптимальной производительности.

    2. Нестабильная работа ДВС. Залегание поршневых колец приводит к разнице давления в цилиндрах двигателя и увеличению давления картерных газов. По мере увеличения газов, прорывающихся через поршневые кольца, попадают в картер, повышая в нем температуру и давление. Это приводит к окислению и испарению моторного масла в ускоренном темпе. Картерные газы с парами масла проходят через клапан PCV (вентиляция картера) и, охлажденные, при смешивании во впускном коллекторе с поступающим воздухом, покрывают компоненты всей впускной системы (впускной коллектор, заслонки изменяемой геометрии, впускные клапаны и т.д.). Теперь мы имеем масляные отложения во впускной системе. Удалить их при помощи традиционных технологий не представляется возможным, так как они нацелены воздействовать на отложения через топливную систему. Но и сама структура этих отложений разная…

    Читать еще:  Что делать, если загорается лампа давления масла перенес запись

    Из-за конструктивных особенностей двигателей с непосредственным впрыском топливо или моющие вещества попадают в камеру сгорания, что исключает их воздействие на элементы впускного тракта.

    3. Снижение мощности. При достижении критической массы отложения, подвергаясь давлению и вибрации, начинают разрушаться. Большие частицы продуктов сгорания отделяются от клапанов и падают в камеру сгорания. Так как отложения твердые, они играют роль абразива. Это приводит к повреждению цилиндро-поршневой группы, снижению компрессии во всех цилиндрах двигателя. Как результат, снижается мощность и экономичность двигателя.

    BG представляет сервис топливной системы BG Platinum®

    Годы исследований, разработка формулы и тесты на реальных автомобилях со стороны BG Products – лидера индустрии в области профилактических методов обслуживания, завершились запуском сервиса BG Platinum®.

    BG соединяет в себе патентованные быстродействующие очищающие решения, инновационное оборудование и простую профилактическую процедуру обслуживания с целью предоставить решение для эффективного расщепления отложений, характерных для двигателей GDI. Новейшая линейка сервисов топливной системы BG Platinum® обладает следующими свойствами:

    • Равномерная очистка по всем цилиндрам
    • Подача активного очистителя для расщепления отложений на впускных клапанах
    • Разрушение отложений на форсунках
    • Отсутствие разбора и простоев
    • Крепление без рисков – возможность падения компонентов в двигатель отсутствует
    • Подача посредством гравитации, не требует сжатого воздуха
    • Прозрачная колба для облегчения контроля за уровнем жидкости
    • Минимальное количество адаптеров для проведения сервиса
    • Непревзойденная очистка по сравнению с другими сервисами

    Очиститель BG Platinum® Air Intake, Valve & Combustion Chamber Cleaner, PN PF04/261
    • Колба BG Platinum® Fuel Service Supply Tool, PN E101-1249
    • Адаптеры BG Platinum® Fuel Service Adaptor Set, PN E101-1379
    • Добавку в топливо BG 44K® Platinum®

    Как это работает?

    При традиционном обслуживании двигателей GDI впускной системе чаще всего уделяется минимум внимания, в отличии от сервиса BG Platinum®! Оборудование BG Platinum® Fuel Service Supply Tool распыляет очиститель BG Platinum® Air Intake, Valve & Combustion Chamber Cleaner во впускной коллектор перед впускными клапанами. Данное оборудование – ключ к эффективности сервиса, так как подача очистителя осуществляется путем мелкодисперсного распыления струи, что обеспечивает его попадание по назначению в выверенном количестве. Аэродинамические силы всасываемого двигателем воздуха, разносят распыленный очиститель по поверхностям впускного коллектора и впускных клапанов, что позволяет эффективнее пропитать и растворить все отложения.

    Адаптеры в наборе BG Platinum® Fuel Service Adaptor Set позволяют распылить и рассеять очиститель в индукционную систему.

    Теоретически, формулы, разработанные специально для GDI, могут воздействовать на отложения, но некорректное распыление может стать причиной гидроудара. BG Platinum® Fuel System Service решает эту проблему! Он уникальным образом сочетает в себе инновационное оборудование и профилактическое обслуживание для обеспечения наиболее эффективного воздействия на характерные для двигателей GDI отложения. Результат – снижение расхода топлива, улучшение характеристик и восстановление мощности Вашего автомобиля.

    В настоящее время BG Platinum® Fuel System Service совместим только с некоторыми платформами:

    • Ford Eco Boost® — двигатели 1.6, 2.0, и 2.3 (за исключением Mustang)
    • Hyundai/Kia — двигатели 1.6 и 2.0 Turbo
    • MINI Cooper — двигатели 1.5, 1.6 и 2.0 Turbo
    • Subaru — двигатели 2.0 Turbo
    • Volkswagen/Audi — двигатели 1.8 и 2.0 Turbo

    На каждую платформу имеется определенный адаптер и технологические карты, с которыми можно ознакомиться на нашем сайте.

    «Вливайся» в семью BG!

    В чем отличие от распределенного впрыска?

    И они, конечно, без доли сомнения скажут, что впрыск топлива напрямую — это лучшее, что удалось придумать за последние годы. Специалисты также скажут, что про распределенный впрыск (MPI) нужно забыть. Он ведь устарел. Как говорится, это уже прошлый век.

    ВАЖНО! Теперь расскажем о том, чем они отличаются друг от друга.

    — РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ

    Систему разработали в те времена, когда появились первые инжекторы. Принцип работы заключается в том, что ТВС готовится прямо во впускном коллекторе. Иначе говоря, где будут расположены форсунки, будет определено в коллекторе. При открытии дроссельной заслонки во впускной коллектор также поступает воздух.

    Именно так и образуется смесь. Потом она отправляется к цилиндрам сквозь клапана. Это возможно за счет разреженности, которая получается при движении поршня.

    ВАЖНО! Не думайте, что от MPI полностью отказались, и теперь об ее использовании не может быть и речи. И поныне выпускают моторы с MPI. Конечно, они намного проще. Но при этом за них и платить приходится недорого.

    — НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ

    Когда это решение используется, то образование смеси происходит в самом цилиндре. Форсунки расположены в блоке двигателя. Одна форсунка приходится на один цилиндр. Именно в него и поступает топливо.

    Принципы функционирования – факторы определяющие, когда мы говорим про достоинства и недостатки каждой из систем. MPI более простые и надежные.

    ВАЖНО! Вообще, MPI — это развитие карбюраторной системы. Мощность больше. Однако по эффективности она уступает системе непосредственного впрыска топлива, которая более современная.

    Базовые понятия

    В статье о принципе работы инжекторной системы питания мы уяснили, что существует несколько видов систем впрыска топлива:

    • одноточечный впрыск (моноинжектор);
    • распределенный впрыск на клапаны (полный инжектор);
    • распределенной впрыск в цилиндры (прямой впрыск).

    Gasoline Direct Injection, что в переводе означает – прямой впрыск бензина, сразу говорит нам о том, что в двигателях GDI происходит внутреннее смесеобразование. Иными словами, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры. Но какие именно преимущества дает прямой впрыск:

    • снижение температуры в камере сгорания, так как топливо может подаваться в жидкой фазе непосредственно в конце такта сжатия. Такая особенность снижает риск появления детонации, что позволяет получать больший КПД от сжатия топливовоздушной смеси (ТПВС) и регулировать угол опережения зажигания в более широком диапазоне;
    • возможность регулировки состава ТПВС, что позволяет более эффективно использовать энергию сгорания ТПВС на разных режимах работы двигателя.

    Проблема низкого КПД бензинового двигателя, по сравнению с дизелем, в небольших рамках регулировки состава ТПВС. Теоретическим и экспериментальным путем было установлено, что для полного сгорания 1 кг бензина необходимо 14,7 кг воздуха. Такое соотношение называется стехиометрическим. Двигатель может работать на обедненной смеси – около 16,5 кг воздуха/ 1 кг бензина, но уже при 19/1 ТПВС от свечи зажигания не воспламенится. Но даже смесь 16,5/1 считается слишком бедной для нормальной работы, так как ТПВС горит медленно, что чревато потерей мощности, перегревом поршневых колец и стенок камеры сгорания, а поэтому рабочая бедная гомогенная смесь лежит в пределах 15-16/1. Приготавливая в цилиндрах богатую смесь с соотношением 12,1-12,3/1 и сдвигая УОЗ, мы получаем прибавку в мощности, при этом значительно ухудшаются экологические показатели мотора.

    Экономичность GDI

    Проблема обычных двигателей с распределенным впрыском на клапаны в том, что топливо подается исключительно на такте впуска. Перемешивание топлива с воздухом начинает происходить еще во впускном коллекторе, в итоге при перемещении поршня к ВМТ смесь становится близкой к однородной, то есть гомогенной. Преимущество GDI в том, что двигатель может работать на сверхбедной смеси, когда соотношение топлива к воздуху может достигать 37-41/1. Способствует этому несколько факторов:

    • специальная конструкция впускного коллектора;
    • форсунки, которые позволяют не только точно дозировать количество подаваемого топлива, но и регулировать форму факела;
    • особая форма поршней.

    Но в чем именно особенность принципа работы, позволяющая быть моторам GDI настолько экономичными? Поток воздух, благодаря особой форме впускного коллектора, состоящего из двух каналов, еще на такте впуска имеет определенное направление, а не попадает в цилиндры хаотически, как в случае с обычными двигателями. Попадая в цилиндры и ударяясь об поршень, он продолжает закручиваться, способствуя тем самым турбулизации. Топливо, которое подается в непосредственной близости поршня к ВМТ небольшим факелом, ударяется о поршень и, подхватываемое закручивающимся потоком воздуха, перемещается таким образом, что в момент подачи искры находится в непосредственной близости к электродам свечи зажигания. В итоге происходит нормальное воспламенение ТПВС вблизи свечи, в то время как в окружающей полости находится смесь чистого воздуха и отработавших газов, подающихся во впуск системой EGR. Как вы понимаете, в обычном двигателе реализовать такой способ газообмена не представляется возможным.

    Режимы работы двигателя

    Моторы GDI могут эффективно работать в нескольких режимах:

    • Ultra-LeanCombustionMode – режим сверхбедной смеси, принцип протекания которого был рассмотрен выше. Используется, когда на двигатель нет большой нагрузки. К примеру, при плавных разгонах либо постоянном поддержании не слишком высокой скорости;
    • SuperiorOutputMode – режим, в котором топливо подается на такте впуска, что позволяет получить гомогенную стехиометрическую смесь с соотношением близким к 14,7/1. Используется, когда двигатель работает под нагрузкой.
    • Two-stageMixing – режим обогащенной смеси, при котором соотношение воздуха к топливу близко к 12/1. Используется при резких ускорениях, большой нагрузке на двигатель. Такой режим еще называют режимом открытой петли (Open loop), когда не опрашивается лямбда-зонд. В таком режиме топливная коррекция для урегулирования выбросов вредных веществ не проводится, так как главная цель – получить максимальную отдачу от двигателя.
    Читать еще:  Система охлаждения двигателя автомобиля: устройство и принцип работы

    За переключение режимов отвечает электронный блок управления двигателем (ЭБУ), который делает выбор, ориентируясь на показания датчиковой аппаратуры (ДПДЗ, ДПКВ, ДТОЖ, лямбда-зонда и т.д.)

    Two-stage Mixing

    Режим двухэтапного впрыска также является особенностью, позволяющей моторам GDI быть крайне приемистыми. Как уже говорилось выше, состав смеси в таком режиме достигает 12/1. Для обычного двигателя с распределительным впрыском такое соотношение топлива к воздуху является слишком богатым, а поэтому эффективно воспламеняться и гореть такая ТПВС не будет, значительно ухудшаться выбросы вредных веществ в атмосферу.

    Режим открытой петли предполагает 2 этапа впрыскивания топлива:

    • небольшая порция на такте впуска. Главное предназначение – охлаждение оставшихся в цилиндре газов и самих стенок камеры сгорания (состав смеси при этом близок к 60/1) Впоследствии это позволяет поступить в цилиндры большему количеству воздуха и создать благоприятные условия для поджигания основной порции бензина;
    • главная порция в конце такта сжатия. Благодаря благоприятным условиям, созданным предварительным впрыском, и турбулентности в камере сгорания, полученная смесь сгорает крайне эффективно.

    Есть большое желание поговорить о том, как именно инженеры Mitsubishi «приручили» турбулентность, о ламинарном и турбулентном движении и числе Re, введенным О.Рейнольдсом. Все это помогло бы лучше понять, как именно в моторах GDI создается послойное смесеобразование, но для этого, к сожалению, нам не хватит и двух статей.

    Как и в дизельном двигателе, для создания достаточного давления в топливной рампе используется топливный насос высокого давления. За годы производства моторы комплектовались ТНВД нескольких поколений:

    1. семиплунжерный ТНВД (с начала 1996 до середины 1997). Короткий срок пребывания на конвейере обуславливается отсутствием надежности. В особенности это касается эксплуатации авто в регионах с плохим качеством бензина;
    2. трехсекционный ТНВД, который уже имел значительный запас прочности;
    3. ТНВД, в народе получивший прозвище «таблетка»;
    4. доработанная «таблетка». ТНВД, по сути, ни чем не отличался от предыдущего поколения, кроме как вынесенным из корпуса насоса регулятором высокого давления.

    Форсунки

    Для обеспечения высокоточной регулировки состава ТПВС форсунки должны обладать крайне высокой точностью. Сам принцип открытия плунжера для подачи топлива схож с обычной электромагнитной форсункой. Особенности форсунок системы GDI:

    • возможность формирования разных видов распыла бензина;
    • максимальное сохранение точности дозирования вне зависимости от температуры и давления в камере сгорания.

    Особенно примечательно устройство завихрения, располагающееся в корпусе форсунки. Именно благодаря ему топливо, вылетая из форсунки, лучше подхватывается закручивающимся потоком воздуха, что способствует лучшему перемешиванию ТПВС и перенаправлению смеси к свече зажигания.

    Эксплуатация

    Главные неприятности, связанные с эксплуатацией двигателей с прямым впрыском от Mitsubishi на отечественных просторах:

    • износ ТНДВ. Насос является узлом с претенциозными требованиями к подгонке деталей, и главная проблема не в уровне изготовления, а в качестве отечественного топлива. Разумеется, и сейчас можно нарваться на плохое топливо. Но времена, когда качество бензина было настоящей головной болью и риском финансовых потерь для владельцев авто с двигателями GDI, к счастью, уже прошли;

    засорение воздушных каналов впускного коллектора. Образование наростов вносит корректив в движение воздушных масс и процесс перемешивания топлива с воздухом. Именно это называют одной из причин образования черного нагара на свечах зажигания, так хорошо известного владельцам авто с двигателями GDI.

    Принцип работы непосредственного впрыска

    Главными агрегатами непосредственных движков считаются ТНВД и форсунки, они же – самые дорогостоящие элементы системы. В топливном насосе эталонная степень обработки поверхности трущихся деталей – 14-го класса. Это идеально даже по сравнению с пищевой нержавейкой, где используют металл зернистостью 9-10-го классов. Поверхность трущихся элементов ТНВД «зеркальнее», чем зеркало, и поцарапать ее можно даже несвежим дыханием.

    Что касается форсов, то они конструкционно отличаются от обычных для инжекторных машин, но при газификации критически важна не конструкция, а их месторасположение: при установке ГБО на ТСИ, ФСИ и другие подобные моторы нужно понимать, что отключать бензофорсунки в газовом режиме нельзя, иначе они выходят из стоя от перегрева.

    Напомним, что традиционная технология распределенного впрыска предполагает размещение форсов во впускной коллектор. Однако на непосредственных движках бензиновые форсунки расположены в головке блока цилиндров (ГБЦ), а впрыск происходит направленно в камеру сгорания, где бензин смешивается с воздухом за мгновение до искры.

    Автопроизводители часто усложняют систему наличием второго топливного контура для впрыска бензина под разным давлением в зависимости от нагрузки на мотор (FSI) или добавляют к воздуху отработанные газы, тем самым повышая экологичность мотора. Все это усложняет штатную систему управления подачи топлива, а значит, установка ГБО на двигатели FSI или подобные им агрегаты должна комплектоваться продвинутыми «мозгами» и осуществляться квалифицированными специалистами исключительно в условиях СТО, укомплектованной диагностическим оборудованием.

    Проблемы газификации непосредственных моторов

    Основное препятствие перевода «впрысковой» машины на газ кроется в температурных нагрузках, которым подвергаются форсунки. В штатном режиме корпус инжектора охлаждается за счет проходящего через него бензина. Однако если машина работает на пропане, то бензофорсы отключаются, а значит, остаются незащищенными. То есть применять традиционную систему управления газовым впрыском здесь нельзя. Что же делать?

    Принцип работы газа на непосредственных двигателях

    Установка ГБО на двигатель TSI или любой подобный агрегат совсем не означает полный отказ от бензина. Чтобы не «сжечь» форсунки, приходится оставлять циркуляцию жидкого топлива, но лишь в том объеме, которого достаточно для удержания температуры ниже критической. Происходит это за счет периодического включения бензофорсунки. На холостых и низких оборотах доля бензина в общем расходе топлива составляет 10%, а с ростом оборотов этот показатель увеличивается. На сколько – зависит от конкретного мотора.

    Газовая альтернатива для непосредственных ДВС

    Единственный вариант для полного перехода на пропан (за исключением момента пуска мотора) – это установить оборудование для «жидкого впрыска» (LPI). Принцип работы здесь совсем иной. Оборудование также сильно отличается, впрочем, как и цена. Из-за дороговизны установки большинство автовладельцев обращаются к традиционной технологии (LPG).

    Газ на GDI (Mitsubishi)

    Сразу отметим: ставить ГБО 2-го поколения на «джидай» нельзя, что бы ни говорили сетевые «знатоки». Также заметим, что не все моторы «Мицубиси» имеют непосредственный впрыск, а значит, нет необходимости переплачивать за электронный блок для непосредственного впрыска.

    В остальном подход следующий: по модификации мотора подбирается комплект или подходящий блок управления. Если планируется монобрендовая комплектация, то здесь проблем нет, так как производитель установки предоставляет нужную комплектацию. В случае сборного комплекта сперва подбирается ЭБУ, а затем под его способности выбирается остальная комплектация. Важно, чтобы редуктор-испаритель и газовые форсунки без проблем «сотрудничали», потому что иногда встречаются несовместимые бренды.

    ГБО на FSI: нюансы

    В комплект газобаллонного оборудования для таких движков включается электронный блок управления газовой системой (ЭБУ) с прошивками под конкретную модификацию мотора. Каждый производитель газовой аппаратуры указывает перечень моделей, для которых имеются прошивки. К счастью автовладельцев «Ауди», бензиновые модели этой марки представлены полностью, начиная с 2000 года выпуска.

    Наиболее удачные комплектации предоставляет голландский производитель «Принс»: инженеры компании изначально нацеливались на немецкий рынок, где у голландцев 60-процентная доля. ГБО комплектуется фирменным редуктором и японскими форсунками Kiehen. После монтажа газовая система не требует дополнительных уточняющих регулировок.

    Газ на TSI («Тсай»)

    Чрезвычайно популярны в нашей стране двигатели, которыми оснащают ваговские модели. При газификации подход тот же, что и в отношении ФСИ: по VIN-коду подбирается нужная прошивка с уже готовой топливной картой. Отметим, что алгоритмы и коэффициенты для одного мотора не подойдут для другого. Мудрить здесь нельзя, иначе раньше двигателя из строя выйдет турбина. 99% настроек готовятся производителем газобаллонного оборудования. В одних случаях достаточно просто загрузить программу, другие производители перед автокалибровкой запрашивают ВИН-код двигателя.

    Дело установщиков в отношении «Тсай» – следовать карте монтажа, а затем убедиться в правильной работе системы. Можно выбирать из брендов ГБО, но итальянские и голландские производители остаются вне конкуренции.

    Газ на TFSI

    В моторе совмещен послойный впрыск с турбиной: система усложняется за счет эмуляции работы бензиновых форсунок как в системах FSI. Расход бензина уменьшается в разы, в то время как топливный насос продолжает нагнетать давление в штатном режиме. Из-за этого компьютер «ругается» и происходит аварийный сброс давления.

    Однако установщикам, а тем более автовладельцам, вникать в такие нюансы не требуется, потому что персонифицированная программа управления газовым впрыском включает эмуляцию и учитывает текущие параметры. То есть на алгоритме процесса установки сложность бензиновой системы не сказывается. Главное – выбрать и корректно установить управляющую программу. Ну, и качественный монтаж тоже никто не отменял.

    Заключение

    Получается, что ГБО на TFSI или другие моторы с прямым впрыском не требует дополнительных регулировок, как в случае с обычными установками 4-го поколения. Система изначально работает корректно за счет программ, подготовленных производителем для конкретной модели движка. И то, что здесь реализуется сложный алгоритм поочередного впрыска бензин/газ не осложняет работу установщиков, а даже наоборот.

    Однако отказываться от сертифицированных центров пока рано – установить газ все равно сложнее, чем поставить «Винду» на ПК. Остаются повышенные требования к точности подбора комплектации, диагностике и обслуживанию аппаратуры. Поэтому производители ГБО сотрудничают исключительно с авторизованными представительствами. Приобретать аппаратуру и делать монтаж у «серых» дилеров крайне не рекомендуется из-за отсутствия гарантии и последующих сложностей с регистрацией.

    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector