Автомобили с непосредственным впрыском дизельного топлива

Современные двигатели и их боли. Часть 3. Непосредственный впрыск в России

За многие годы активного сотрудничества с потребителями и мастерами автосервисов, проведения всевозможных тестов продукции и самостоятельных ремонтов мы наработали огромную базу знаний. Сегодня мы продолжаем серию публикаций о распространенных проблемах современных моторов. Ни в коем случае не хотим высказывать претензии автопроизводителям. Вся информация собрана в процессе личного общения и собственного опыта экспертов LAVR.

Тема сегодняшнего разговора – проблемы моторов с непосредственным впрыском топлива.

Непосредственный, или прямой впрыск считается наиболее современным. Хотя саму технологию пытались применять на автомобильных моторах еще в довоенное время, она претерпевала разнообразные изменения. На современном этапе (года после 2007) машины, оснащенные двигателем с непосредственным впрыском, начиная с 40 000 км пробега сталкиваются с целым рядом типичных проблем, за которыми следует сложны и дорогостоящий ремонт. При этом, моторы с турбонаддувом по сравнению с обычными атмосферными сталкиваются с неисправностями чаще и раньше, ведь там температурные нагрузки во впуске выше.

Чувствительность к бензину

Самая большая и распространенная проблема современных моторов с прямым впрыском – чувствительность всей системы к качеству топлива и масла.

Вот почему в название текста мы вынесли географическую привязку. Проблему «ломкости» непосредственного впрыска правильнее назвать проблемой непосредственного впрыска в России. Дело в том, что содержание серы и примесей в бензине у нас очень высокое, и это критично для прецизионной топливной аппаратуры прямого впрыска. Даже в благополучной Европе по сравнению с идеальной в этом плане Японией качество бензина влияет на ресурс моторов, а в РФ все совсем печально.

Здесь часто задают вопрос: сама механика прямого впрыска, использование ТНВД пришли в бензиновые моторы из дизельных. Почему у дизелей нет подобных проблем. Секрет в смазывающих свойствах: у дизтоплива они гораздо выше, чем у бензина. Первым зачастую страдает топливный насос высокого давления.

Таким образом, владельцам авто с мотором прямого впрыска важно следить за качеством бензина и в случае заправки на сомнительной АЗС применять Октан-корректор, Усилитель моторного топлива или Моющую присадку. Не лишним будет также регулярно использовать Нейтрализатор воды. Это постоянная профилактика. Раз в год следует промывать форсунки. Демонтаж и промывка в УЗ-ванне в случае с непосредственным впрыском становятся довольно сложной и дорогостоящей процедурой, а вот безразборная промывка с жидкостью ML101 с раскоксовывающим эффектом или более мягким средством ML101 Euro .

Что касается требований к качеству масла и проблемы с его угаром, опытные автовладельцы и специалисты советуют использовать малозольное масло и менять его через каждые 5 000-7 000 км. Низкое содержание золы (до 1,15%, а в некоторых случаях и до 0,8%) необходимо, чтобы масляная пыль, которая летит из системы вентиляции картера и ЕГР, как можно меньше загрязняла клапана и камеру сгорания. Но малозольные масла не слишком стойкие и долговечные, поэтому требуют более частой замены и тщательного подбора. Автопроизводители уже сами путаются в допусках, пытаясь найти варианты, которые не повлекут ни повышенный износ всего двигателя, ни закоксовку клапанов.

Еще один усугубляющий момент: при износе ЦПГ топливо может попадать в поддон картера, смешиваться с маслом и значительно уменьшать его смазывающие свойства.

Какие профилактические меры здесь можно предпринять? Следить за интервалами замены, покупать масло только в проверенных магазинах и делать промывку системы при замене. Для авто с непосредственным впрыском отлично подходят классическая 7-минутная промывка двигателя , созданная специально для турбовых моторов, и 10-минутка High Traffic .

Нагар на клапанах

Опытные мастера уверяют, что раньше других начинаются проблемы с клапанами: отложения накапливаются и застывают на впускных клапанах, пока не демонстрируя симптомов, уже с 20 000 км пробега.

Склонность к закоксовке клапанов объясняется очень просто. При распределенном впрыске форсунки подают бензин на клапан, таким образом охлаждая и омывая его. При прямом впрыске это невозможно, соответственно, клапана греются сильнее, на них летит масляная пыль из системы вентиляции картерных газов, и постепенно нарастает «шуба» из масляных отложений и нагара. Она затрудняет газообмен и нарушает герметичность камеры сгорания. Если вспомнить, что большая часть современных моторов предполагает по регламенту приличный угар масла, то понятно, что загрязнения образуются очень быстро. В особой группе риска оказываются моторы, которые часто работают с малой нагрузкой, то есть стоят в пробках.

В целом очистка впускных клапанов и окон ГБЦ на моторах с прямым впрыском рекомендована каждые 500 000 км. Чаще всего ее выполняют механически, с демонтажем. Но то же самое можно сделать с помощью пенной раскоксовки LAVR COMPLEX , запенив ее со стороны впускного коллектора. Есть и специализированные средства для впуска.

Перебои в зажигании

Моторы с непосредственным впрыском известны своими капризами при запуске.

Причиной могут быть закоксованные клапана и отсутствие компрессии. Но есть и технологическая особенность: из-за ухода тепловых зазоров при температурах ниже -25°С ТНВД не может развить номинальное давление и запуск не происходит. По мере увеличения пробега проблема нарастает: при холодном пуске мотор начинает трястись и не заводится.

И сюда же добавляем низкое тепловыделение на холостых, ведь мотор работает в режиме сверхобедненной смеси. То есть, запустившись с трудом, двигатель очень долго выходит на рабочую температуру, сильно изнашивая ТНВД и форсунки. Бывают случаи, когда небольшой по объему мотор настолько остывает, что из печки идет холодный воздух.

Рекомендации здесь те же – максимально поддерживать работоспособность узлов системы питания двигателя за счет коррекции топлива и поддержания тотальной чистоты в баке, фильтрах, топливопроводах, форсунках, камере сгорания, впускном коллекторе.

Загрязнение форсунок

Форсунки прямого впрыска, разумеется, технически более сложные, дорогие, капризные. Если инжекторы распределенного впрыска работают под давлением 3-4 атмосферы, то эти нагнетают топливо с силой до 200 атм. Требования к точности их работы тоже намного выше: даже небольшое изменение факела распыла ведет к серьезным нарушениям работы мотора. А из-за чего меняется факел?

Есть несколько факторов, назовем два ключевых. Первый — некачественный бензин, вода в топливной системе. Второй – контакт с высокой температурой в камере сгорания, особенно в момент воспламенения рабочей смеси. То есть осмоление и загрязнение форсунки идет с двух сторон и происходит это достаточно интенсивно. Загрязнение впрыска приводит к неправильному образованию топливной смеси, ухудшению воспламенения, динамики, потере мощности, пропускам зажигания и оказывает комплексное негативное влияние на основные системы автомобиля. О способах промывки вспрыскам мы писали ранее.

Какой вывод можно сделать из всего вышесказанного? Если соблюдать регламенты обслуживания, тщательно выбирать масла и использовать только проверенные крупные заправки, в крупных городах России машины с прямым впрыском могут ходить до 200 000 км без глобального ремонта. В глубинке же современный высокотехнологичный автомобиль может доставить много проблем.

Источник статьи: http://lavr.ru/information/info_119/

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

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.

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.

Источник статьи: http://1gai.ru/publ/520194-glavnye-plyusy-i-minusy-dvigateley-s-neposredstvennym-vpryskom-topliva.html

Совершенство непосредственности: 80 лет эволюции моторов с прямым впрыском

Непосредственный впрыск для многих автомобилистов, особенно не понаслышке знакомых с аббревиатурами GDI и FSI, стал настоящей страшилкой. Топливные насосы ценой в полмотора, вечно засоряющиеся форсунки, сопутствующие проблемы… Разбираемся, зачем вообще на автомобилях внедрили прямой впрыск в камеры сгорания и как он развивался на протяжении последних десятилетий.

Битва в воздухе

Так уж получилось, что первые двигатели внутреннего сгорания были рассчитаны на работу на газовоздушной смеси, а вовсе не на жидкости. И именно возможность создания простейшего устройства испарения топлива позволила бензиновым моторам завоевать себе главенствующее место в мире, потеснив и паровые машины, и дизели. Бензиновые моторы и сейчас порой ошибочно называют «карбюраторными», отдавая дань той схеме питания, с которой они родились и развивались почти столетие.

В противоположность карбюраторным моторам дизели не называли «моторами с непосредственным впрыском» – ограничивались классификацией по типу топлива. И очень правильно сделали, ведь перед Второй мировой непосредственный впрыск массово появился на бензиновых авиационных моторах. Внедряли такие системы питания для повышения надежности работы компрессорных двигателей при больших ускорениях и при сильном изменении как атмосферного давления, так и давления наддува. Об экономичности, заметим, тогда задумывались мало.

Первым «непосредственным» мотором считается немецкий Daimler -Benz DB601, который испытали еще в 1935 году, а в серию он пошел после 1937-го. Кстати, производили его в Италии – как Alfa Romeo , а в Японии – как Kawasaki . Его наследник DB 605 оснащался непосредственным впрыском, а заодно и турбонаддувом, прямо как современные моторы TSI . И имел очень высокую для тех лет степень сжатия – 7,3/7,5.

Эти V -образные 12-цилиндровые двигатели применялись на самых массовых немецких истребителях второй мировой – Me 109 в различных вариантах, и обеспечивали им очень высокую мощность и высотность. Не в последнюю очередь благодаря удачному сочетанию системы питания и наддува. Лицензию на DB 601 дали и другим производителям авиамоторов «стран Оси», и к немецкому опыту приобщились моторостроители Италии и Японии.

По другим данным, первенцем все же является Jumo 210G, но сейчас это не столь принципиально. В итоге СССР, США и Англия от немцев немного отстали, но свои моторы с такой системой впрыска сделали и войну выиграли. А «непосредственный» мотор конструкции Швецова, АШ-82ФН, послужил основой для двигателей пассажирских Ил-12/Ил-14. Кстати, на этой модификации впрыск был комбинированным – для улучшения пусковых качеств.

На фото двигатель АШ-82ФН

Что роднит все авиационные моторы с непосредственным впрыском этого поколения? Высокая сложность обслуживания и эксплуатации. Но для военных нет такого слова, как «дорого», да и слово «сложно» тоже их не волнует, если итоговая надежность работы и характеристики их устраивают. Победа нужна любой ценой – даже в технике.

Бензин с примесью масла для смазки ТНВД (топливного насоса высокого давления), тонкая настройка топливной аппаратуры и ресурс всего мотора в пределах 200-400 часов – это не страшно. Главное – устойчивая работа при высочайших перегрузках, когда пилот уже теряет зрение, а конструкция трещит по швам, работа в перевернутом положении, работа при температуре воздуха -50 °C и при жаре +40 °C. Да к тому же карбюраторы очень плохо сочетались с системной наддува, которая обязательно применялась на высотных истребителях и бомбардировщиках, так что непосредственный впрыск был очень удачной заменой.

Попытка номер раз, ТНВД и насос-форсунки

После войны непосредственный впрыск «на гражданке» не прижился – очень известный Mercedes 300 SL считать «обычной машиной» как минимум странно. Borgward недолго выпускал свой 700 Sport с двухтактным (!) мотором непосредственного впрыска. Зато гоночные автомобили оценили новые возможности: и Ferrari, и Mercedes успешно опробовали новшества.

Знаменитый гонщик Хуан Мануэль Фанхио на Mercedes Typ W 196 с непосредственным впрыском выиграл чемпионат мира Формулы-1 1954 и 1955 годов. Правда, подавляющее преимущество над соперниками дал вовсе не впрыск, а возможности команды и десмодромный ГРМ рядного восьмицилиндрового мотора с рабочими оборотами 8 500 в минуту. А после разрешения в регламенте Формулы наддува непосредственный впрыск применили и в Ferrari . И на протяжении нескольких лет успели опробовать какое-то количество конструктивных схем системы питания. Надо сказать, весьма успешно.

Суть конструкции мало изменилась с сороковых годов: все тот же практически «дизельный» ТНВД и простые форсунки. Варьировалось только конструктивное исполнение: форсунки могли быть боковыми с верхним, нижним или центральным расположением, а топливный насос различался по способу регулирования и количеству настроенных режимов.

Попробовали почти все варианты исполнения системы, доступные на тот момент. Вскоре выяснилось, что надежность топливной аппаратуры оставляет желать лучшего, настройка крайне сложна, а при отказе системы растет риск выхода из строя мотора целиком. Это уже не говоря об очень высокой цене такой системы питания. Плюс, для атмосферных моторов прирост мощности оказался откровенно невелик, а экономичность все еще не имела особого значения при проектировании автомобилей. По сути, основной причиной экспериментов с впрыском было широкое внедрение наддува на гоночных машинах того периода.

Главная претензия была к возможностям настройки ТНВД – их не хватало даже для гоночных машин. Регулирование по давлению во впускном коллекторе и степени открытия дроссельной заслонки показало себя не очень точным. Попытки приспособить электронику для управления еще больше снижали надежность, хотя идея была не нова – впервые электроуправляемый впрыск появился еще на мотоциклах Guzzi в 1939 году.

Форсунки тоже оказались очень уязвимы – не зря на тот момент многие производители предпочли вариант с их боковым расположением на стенке блока ниже ВМТ (верхней мертвой точки), где поршень закрывал форсунку в момент воспламенения. Это немного уменьшало закоксовывание и шансы на перегрев форсунки, но всех проблем не решало, к тому же создавало новые – с поршневыми кольцами, например.

В общем, карбюратор и набирающий популярность обычный распределенный впрыск на тот момент оказались лучше за счет более простой и надежной конструкции. Причем как на гражданских машинах, так и на гоночных. В конце 60-х о прямом впрыске забыли, и надолго, а заодно запретили наддув в большинстве гоночных классов. Прогресс в этом направлении остановился.

Попытка номер два, уже с электроникой

Снова вспомнили о технологии уже в девяностые годы, когда обычный распределенный впрыск с электронным управлением прочно завоевал свое место под солнцем. Компания Mitsubishi вложила немало сил в развитие и рекламу моторов GDI , а Toyota – двигателей D 4. У обоих был непосредственный впрыск.

В первую очередь акцент делался уже на экономичность такого решения – на малой нагрузке такой мотор в теории мог работать на сверхобедненной смеси, с соотношением бензин-воздух порядка 40 к 1 вместо «идеального» 14,7 к 1.

А вот на практике получилось не так уж здорово.

Сниженного расхода топлива добиться было нереально. Моторы Mitsubishi на целом ряде модификаций, особенно европейских, вообще не работали на переобедненной смеси, прошивка этого не позволяла. И даже если мотор имел подобные режимы, то в реальной эксплуатации работал на них очень редко. Система управления старалась их не допускать для предотвращения излишних выбросов окислов NO – с ними не могли справиться даже очень дорогие специальные катализаторы.

А вот топливная аппаратура оказалась отменно капризной – в частности, пусковые качества в холодную погоду пострадали. Хорошо хоть с настройкой режимов работы мотора проблем не возникло благодаря широкому внедрению электроники.

Зато уже на примере первых моторов GDI накопился богатый опыт, который говорил о плохих условиях работы впускных клапанов и повышенной склонности к залеганию поршневых колец. Компания даже специально разработала жидкость для раскоксовки – Mitsubishi Shumma , которая до сих пор остается единственным специализированным «заводским» средством для подобного применения. Других сопутствующих проблем тоже хватало – например, форсунки пропускали топливо в масло, причем в больших количествах. Особых проблем это не доставляло, пока объем бензина не превосходил объем масла.

«Тойотовцы», в отличие от своих соотечественников, благоразумно решили не выводить свои «непосредственные» моторы за пределы домашнего рынка, а вот Mitsubishi , что называется, получили «по полной». Удар по репутации получился значительный, и последствия аукаются до сих пор.

Возможности на новом уровне

После устранения первых «детских болезней» плюсы стали более очевидными. Такие моторы позволяли почти избежать риска детонации до момента зажигания, а значит – безбоязненно повышать степень сжатия бензиновых моторов до практического максимума в 12:1 – 13:1 и не снижать ее для двигателей с компрессорами и турбонаддувом. Некоторое уменьшение надежности работы почти окупалось снижением расхода топлива и повышенной мощностью.

Особенно удачно все сложилось для «даунсайзинговых» моторов, ведь малый объем, высокий КПД и хорошие возможности для форсирования – это как раз то сочетание, которое было просто необходимо европейским автопроизводителям, зажатым в тиски правил ЕС по ежегодному снижению расхода топлива.

При малой нагрузке и большом коэффициенте остаточных газов в цилиндре, в результате работы системы EGR или фазовращателей, можно было побаловаться и работой на сверхобедненной смеси, и послойным смесеобразованием. Выбросы NO при этом удается удержать в пределах нормы, меньше, чем у дизельных моторов. Особенно хорошо себя проявили при этом быстродействующие форсунки высокого давления, например, с пьезокерамикой. Впрочем, по сравнению с даунсайзингом все это большого эффекта уже не дает.

Новые моторы с непосредственным впрыском не пришлось долго ждать. FSI моторы от VW , а вслед за ними и TFSI – уже с турбонаддувом и компрессорами. CGI версии двигателей от Mercedes были в основном компрессорными, реже – атмосферными, и лишь в последние годы – с турбонаддувом. Следом – непосредственный впрыск на моторах BMW , Opel , Ford и всех остальных…

Сейчас найти в Европе двигатель с обычным распределенным впрыском и без турбонаддува – целая проблема. Для машин до D -класса включительно такие можно пересчитать по пальцам. Автопроизводители Японии и США направление развития поддержали, но широкий выпуск таких моторов начали гораздо позже, когда европейские производители уже набили шишек на вопросах надежности и экологичности.

Кстати, оба первопроходца в лице Mitsubishi и Toyota все эти годы держали в производственной гамме совсем мало моделей с непосредственным впрыском: эксперименты показали, что атмосферным моторам он не очень нужен, а турбированного даунсайза у них в производственной гамме попросту не было.

В следующей части материала о непосредственном впрыске мы поговорим о тонкостях его конструкции, проблемах в эксплуатации, плюсах и минусах… А еще попытаемся понять, может ли он хотя бы теоретически стать столь же надежным, как заслуженный распределенный впрыск, к которому мы все так привыкли.

Источник статьи: http://www.kolesa.ru/article/sovershenstvo-neposredstvennosti-80-let-evolyutsii-motorov-s-pryamym-vpryskom