Як і багато в світі техніки, безпосереднє уприскування - це добре забуте старе, реалізоване завдяки сучасним технологіям в матеріалах і системах управління двигуном. Обережно дебютувавши в кінці минулого століття, до сьогоднішнього дня він цілком заволодів умами інженерів ряду автомобільних компаній. Але деякі з них відносяться до цього обережно. А хтось, серійно поекспериментувавши з ним, повернувся до розподіленого впорскування. Чому? І з чим доведеться мати справу споживачеві, який придбав автомобіль з direct injection?
В хмарах і на трасах
Відроджений менше 20 років тому прямий, або безпосередній, впорскування має більш ніж вікову історію. Адже двигуни, що працюють на важкому паливі, побудовані саме за таким принципом - форсунки у них розташовуються усередині камер згоряння. Їх розробкою, як ми знаємо, різні конструктори займалися з другої половини XIX століття. А патент був отриманий Рудольфом Дизелем в 1892 році. У 1925-му світ побачила інша конструкція, пускати на бензині, який запалювався свічкою запалювання. Але далі мотор був здатний працювати на багатьох горючих рідинах - солярці, гасі, маслі. Ці речовини запалювалися вже від стиснення.
По-справжньому бензиновий мотор з безпосереднім уприскуванням з'явився тільки в 1937-му. Це був відомий авіаційний Daimler-Benz DB 601, для якого Bosch розробив механічну систему подачі палива. Виявилося, для літака direct injection - оптимальний варіант. За компенсацію у вигляді кілька збільшився ваги і вимогливості до якості палива 12-циліндровий V- «образник» придбав велику потужність і стабільність роботи в усіх режимах, в тому числі режимах польоту, включаючи «вищий пілотаж». DB 601 випускався за ліцензією в Італії і Японії, в Німеччині, встановлюючи на багато літаків, найвідоміший з яких - Messerschmitt BF 109.
У 1940 році по шляху Daimler пішли в BMW. Безпосередній впорскування у баварців мала 14-циліндрична двухрядная «зірка», що встановлювалася в тому числі, на популярний у люфтваффе Focke-Wulf Fw 190. Не набагато відстали від німців радянські конструктори. Аналогічний по конструкції BMW двигун АШ-82ФН з прямим уприскуванням з'явився в 1942-му і допоміг завоювати винищувачу Ла-5ФН перевагу в повітрі. А далі настала епоха реактивних двигунів ...
DB 601 (ліворуч), BMW 801 (в центрі) та АШ-82ФН (праворуч) з'явилися приблизно в один час, але розрізнялися конструкцією. Мотор Daimler-Benz був звичним в автомобільному сенсі V12. BMW і радянський двигун мали радіальне розташування циліндрів в два ряди і в шаховому порядку. Різними були обсяг і потужність. Майже 34-літровий DB розвивав 1100-1200 к.с., BMW - 42 л і понад півтори тисячі «коней». А такого ж літражу російську «зірку» форсували до 1700-1900 к.с.
До автомобілів прямий впорскування «повернувся» в 1951 році. Німецька компанія Goliath, що належить концерну Borgward, сподіваючись на паливну економічність на тлі післявоєнної розрухи, зважилася випускати невелике купе з двоциліндровим двотактним моторчиком з паливною апаратурою Bosch. Модель 700 Sport, правда, не відрізнялася паливним апетитом і, разом з тим, вимагала незвичного для карбюраторних машин обслуговування.
Goliath 700 Sport став першим автомобілем, приклад безпосереднього уприскування палива. Не можна сказати, що машина не вдалася. Просто небагатий німецький народ не був готовий до експлуатації нехай і економічного, але складного в обслуговуванні мотора
Інженерів і маркетологів Mercedes-Benz подібні проблеми, схоже, не хвилювали. 300 SL зразка 1954 року народження, відомий як «крило чайки», маючи той же «бошевский» уприскування на трилітрової рядної «шістки», був автомобілем дещо іншого порядку, далеко не бюджетним. Що говорити про його спортивні версіях, які виступали з 1951-го. І тим більше про тих «срібних стрілах», які з'явилися пізніше для участі в Формулі 1 і мали вже V8.
«Дорожній» Mercedes-Benz 300 SL і його трилітрова рядна "шістка", потужність якої за допомогою безпосереднього вприскування була піднята з 115 до 240 к.с. Модель непогано виступала на «довгих» гонках, поки не з'явився 300 SLR - вже з V8, також оснащеним прямим уприскуванням
З форкамерою
Гонки гонками - там і паливо інше, і багатотисячний ресурс не потрібен. Однак запускати direct injection в серійне виробництво компанії не поспішали. Хоча роботи по отриманню оптимального сумішоутворення, звичайно, велися. Наприклад, в 70-х роках з оглядкою на дизелі деякі японські фірми експериментували з форкамерно-факельним запалюванням. Суть його зводилася до того, що крім основної над поршнем існувала ще форкамера. У неї подавалася багата суміш, в звичайну камеру - бідна. Займання відбувалося в форкамері за допомогою свічки запалювання. А вже з неї виривався факел підпалював основний обсяг пального. До речі, перші досліди з подібною схемою ставилися в СРСР. В середині 50-х дрібної партією була випущена «шістка» ГАЗ-51Ф. Вона була потужнішою звичайного агрегату на 10 к.с. і трохи економічніше. Що, судячи з усього, ніяк не компенсував складності виробництва її головки блоку. Ситуація з японськими моторами була інша. Вони виходили економічними, але, з запасом вкладаючись в тодішні норми по викидах СО, давали забійну концентрацію оксиду азоту. Згадаймо, що тоді ще були відсутні якісні системи очищення відпрацьованих газів.
Якийсь час з 1982 року головка блоку циліндрів з форкамерами і додатковими клапанами все-таки випускалася серійно. Ними оснащувалася модифікація двигуна ЗМЗ-402, яка встановлювалася на ГАЗ-3102
Форкамерно-смолоскипна запалювання відклали - ймовірно, до кращих часів. Про безпосереднє упорскування, схоже, і не забували. Розвивали технології обробки металів та електроніку, керуючу двигуном. В результаті спочатку Mitsubishi в 1996 році, потім Toyota в 1997-му, представили свої GDI і D4.
за верствам
Навіщо, питається, взагалі потрібен прямий впорскування палива? З авіаційними двигунами або, скажімо, моторами Mercedes 50-х років все зрозуміло. Там уприскування завдяки більш якісному порівняно з карбюратором розпилу і отримання однорідної горючої суміші сам по собі давав приріст потужності. Але якщо зараз порівнювати ідентичні агрегати з розподіленим і прямим уприскуванням, то ніякої різниці в кінських силах не виявиться. Десь за характеристиками установки з direct injection виглядають навіть гірше. Так в чому сенс? У прагненні виробників слідувати загальним тенденціям - збільшувати ККД при зниженні витрат палива і шкідливих викидів. Все це і раніше було досяжно за допомогою оптимізації подачі суміші і процесів горіння. Тепер же уприскування палива вийшов на новий виток еволюції.
Що ж необхідно для цієї самої «оптимізації»? На перший погляд, небагато. Паливний насос високого тиску, форсунки, розташовані в камері згоряння і здатні забезпечити більш тонкий розпил. І особлива форма дна поршня, яка «підкручує» суміш, визначаючи її краще змішування і направляючи до свічки запалювання. Але це тільки «фізична» верхівка direct injection. Під нею - «інтелектуальне» електронне управління, що дозволяє реалізувати різні варіанти уприскування.
Наприклад, основна заслуга і суть прямого вприскування - робота в ненавантажених режимах на сверхобедненной суміші з співвідношенням повітря і бензину приблизно 40: 1. Подібна просто так від свічки не спалахне. Тут існує своя хитрість - невелика кількість бензину подається в камеру згоряння в самому кінці такту стиснення. Підкручуючи за допомогою отформовку поршня, бензин концентрується у свічки, де виходить порівняно багата суміш, а по всій решті частини камери згоряння - бідна. Перша спалахує від іскри, друга вже від неї. Це так зване пошарове сумішоутворення.
Якщо говорити про вузли, розташованих в області камери згоряння, то прямий впорскування не виглядає складним. Ну, форсунка всередині, ну, у дна поршня хитромудра форма. Проте, новий підхід до сумішоутворенню змусив глобально переглянути і механічну частину, і систему управління двигуном
При плавному розгоні і рівномірному русі двигуни з прямим уприскуванням працюють на звичайній суміші з співвідношенням 14,7: 1. А ось перехід з надбідній суміші на багату, тобто різкий розгін, теж зажадав творчого інженерного підходу. Щоб виключити детонацію або неконтрольоване займання, на початку такту впуску впорскується невелика кількість бензину, що охолоджує камеру згорання. Друга подача здійснюється в кінці такту стиснення. Таким чином мотор, "не стукаючи пальцями», перебирається на багату горючу суміш.
експерименти
Здавалося б, ось він, ідеальний двигун для будь-яких режимів руху. Економічний в пробках і при спокійній їзді, і здатний «вистрілити», коли це необхідно. Але якою ціною! На початку 2000-х всі принади нових технологій першими оцінили жителі Далекого сходу і Сибіру. Мотори Mitsubishi з GDI (gasoline direct injection), які відразу прозвали «джедаями», «звикли» до японського бензину, буквально бунтували від нашого «газоліну». Не будемо чіпати системи очищення відпрацьованих газів. Хоча той же EGR, особливо корисний у випадку з direct injection - для зменшення викидів оксидів азоту - сам по собі є джерелом проблем. Каталізатор, розрахований на очистку знову ж від NOx, могла «засудити» єдина заправка паливних сурогатом. Однак не відразу, не з одного бака грязь в бензині виводила з ладу і погружной насос, що подавав паливо до основного ТНВД. Він «перенапружувався», намагаючись подолати пробки в магістралях надмірно маленького перетину. Бувало, що й датчик тиску дурив, знову ж змушуючи погружной насос працювати на повну.
Тойотовская система D4, зокрема, та, якої оснащувався «вічний» 3S, підкидала інший сюрприз. Її насос високого тиску плунжерного типу мав дві особливості. При значному зносі надлишки бензину не повністю стікали через канал «обратки», потрапляючи прямо в картер двигуна і розбавляючи моторне масло. Власнику, продовжував експлуатувати автомобіль при втраті потужності, фактично доводилося не тільки міняти ТНВД, а й відновлювати силову групу двигуна. А ось запобігти «капіталку» в іншому випадку можна було, тільки перевіряючи рівень масла. Одна з ущільнювачів гумок в насосі мала невеликий термін служби, і через деякий час ... да, знову бензин в маслі і два-три рівня на щупі.
Toyota швидко усунула всі проблеми з насосом, які зустрічалися у 3S-FSE. Мотори серії AZ лякали паливним насосом набагато менше, і автомобілі з ним, як, наприклад, мінівен Gaia, користувалися популярністю. Правда, зазвичай була і якась «розподілений-вприськовую» альтернатива
«Ставили досліди» на споживачах і в BMW. 1,6- і 2,0-літрові «четвірки» N43 і трилітрові «шістки» N53, N54 і N55, що з'явилися в 2007 році, в тій чи іншій мірі доставляли клопіт. Особливо ж відрізнявся N54. Були проблеми з подає насосом, датчиком тиску, форсунками. ТНВД допрацьовувався кілька разів, а в 2010 році на північноамериканському ринку концерн за моделями з цим двигуном зважився на відкличну кампанію.
Ниссановские «шістки» VQ з Neo Di і фолксвагеновскіе мотори FSI і TFSI і без безпосереднього вприскування нудьгу по електроніці і навіть поршневий групі. Однак їх direct injection характерними недугами, притаманними тільки їм, не страждали. Ймовірно, негативний досвід Mitsubishi і Toyota вивчався досконально і плідно. Те ж можна сказати про систему HPi у Peugeot і Citroen, про IDE у Renault, CGI у Mercedes, про SCi або двигунах EcoBoost у Ford. Якихось експлуатаційних страшилок про їх упорскування не чути. Правда, «французи» використовують direct дозовано. Nissan від Neo Di майже відмовився, застосовуючи його в одиничних випадках (наприклад, 190-сильний Juke або Patrol останнього покоління). Toyota продовжує свої розробки, але вже у напрямку комбінованого - безпосередньо-розподіленого - уприскування, який існує на декількох моделях для внутрішнього ринку і не на всіх Lexus. У Mitsubishi від GDI, схоже, відмовилися. У всякому разі, на автомобілях, що в минулих поколіннях його мали, тепер стоять традиційні паливні системи. Масово прямому впорскуванню вірний VAG, перейшов на нього Mercedes з BMW, частково Ford, Hyundai і GM.
Toyota і Lexus перейшли з безпосереднього вприскування на комбінований. Кожен циліндр обслуговують по дві форсунки - одна в камері згоряння, друга за клапаном, у впускному каналі. У ненавантажених режимах працює перша (зліва), при розгоні і на високих швидкостях - обидві
При холодному пуску також працюють обидві форсунки. «Розподілена» подає паливо на такті впуску, «безпосередня» - на такті стиснення. Навіщо все це потрібно? Потенціал розвитку ДВС багато в чому вичерпаний. При цьому мотори повинні укладатися в жорсткі норми по екології, бути економічними і залишатися потужними. Домагатися цього можна тільки завдяки таким «високотехнологічним нюансам»
Правила експлуатації
Загалом, далеко не кожен виробник не на кожній моделі готовий використовувати direct injection. З «преміум-брендами» все ясно, передові технології, можна сказати, покладені по статусу. «Народні» ж марки пошарове сумішоутворення в своїй більшості впроваджують на моделях попрестижніше і не на всіх ринках. Ситуація тут як з дизелями, оснащеними common rail, які деякі фірми до цих пір не ризикують пропонувати на нашому ринку.
Точніше, гірше. Адже ключовий вузол всієї системи - ТНВД - працює за тими ж принципами, що аналогічний пристрій в дизельних моторах. Той розпил, який потрібен для приготування сверхобедненной і однорідної суміші, виходить завдяки дуже високому тиску. Якщо звичайні насоси розвивають близько 3-4 атм, то ці забезпечують вже 50-130 атм. І принципово не важливо, яка у насоса конструкція - один у нього плунжер, три або сім, а може бути, тиск розвивається за допомогою розташованих паралельно пластин. Такі атмосфери досягаються високою, прецизійної точністю обробки деталей. Для них навіть сірка - абразив, не кажучи вже про «твердих сторонніх включених». А вода, чого гріха таїти, ще попадающаяся в нашому паливі, подібна сірчаної чи яку іншу «ядреной» кислоті. «Засудити» насос або, як мінімум, значно скоротити його ресурс, викликати перебої в роботі через «грубого» розпилу бензину здатна єдина заправка багатим такими «присадками» паливом. Купівля автомобіля з прямим уприскуванням, який буде знаходитися подалі від цивілізації, від АЗС, де точно не наллють коктейль із сирцю і води, це навіть не лотерея - гарантований шлях в сервіс. Так що там, нарватися на забійну для насоса суміш можна і в більш-менш великих містах. І такі випадки не масово, але зустрічаються.
Паливний насос високого тиску приводиться від розподілвалів, але не завжди доступ до нього простий. До речі, цілком логічно було б додавати в паливо змащувальні і очищають присадки, якісь в продажу є. Але виробники цього не допускають. Тільки паливо, яке визнано в Росії якісним (мова йде, звичайно, про бензин Євро-4 або Євро-5). Тому ніякої адаптації паливної апаратури до наших умов немає
Причому розраховувати на гарантійний ремонт купленого у дилера автомобіля в такому випадку не варто. Візьмуть проби бензину та легко доведуть, що вихід з ладу викликаний неякісним пальним. Тим часом, вартість ТНВД досить висока - від 10 до 50 тис. Руб. Так адже ще й форсунки доведеться міняти. Вони теж оперують з високим тиском і настільки ж схильні до зносу. Це ще 3,5-6 тис. Руб. за штуку. Плюс час ремонту, на яке жертва нашого палива, зрозуміло, не отримає підмінний автомобіль.
Причем в дизельному двігуні насос високого тиску хоча б працює в «жірної» середовіщі, в солярці. А у бензину - Які змащувальні здатності?! Загаль, ТНВД зношується даже в тепличних условиях, на ідеальному паливі. Говорити про ресурс, хоча б наближається до такого у звичайний насоса, що не доводитися. А Який ВІН, цею ресурс? Виробники заявляють про ті, что насос розрахованій на весь срок служби автомобіля. Однако, як ми знаємо, цею «срок» для фірм часто дорівнює гарантії. 100 тис. Км Вузли палівної системи, и правда, протягнуть. Навіть 150. І все ж, вибираючи старий автомобіль з такими пробігами, варто відразу закладати в експлуатаційні витрати вартість насоса і форсунок. А, крім того, враховувати, що системі рециркуляції відпрацьованих газів і блоку дросельної заслінки потрібно порівняно часта чистка. В умовах роботи на сверхобедненной суміші та в міському трафіку ці вузли здатні заростати за 20 тис. Км або швидше. Для порівняння, у дволітрового «безпосереднього» двигуна Focus III, де рециркуляції немає, чистка впуску потрібна через 40-50 тис. Км. У самих запущених випадках доведеться чистити навіть канали в головці блоку. Щоб мінімізувати це явище, раз в 500-1000 км деякий час варто давати двигуну попрацювати на високих оборотах.
Вузол EGR в чистому вигляді і після певного пробігу в умовах пробок. Скоріш за все, доведеться чистити канали в головці блоку і, зрозуміло, блок дросельної заслінки. Останню після чистки потрібно ще й адаптувати на сканері
Так чи потрібно боятися безпосереднього вприскування? Так, мотори з ним при забрудненні каналів втрачають потужність. Власники прив'язані до АЗС з якісним паливом. Якась реальна економія бензину при заявлених 10-15% або навіть 20% проявиться лише в ідеальних умовах, тобто на неодружених або низьких оборотах. Нарешті, в будь-який момент паливна апаратура може зажадати непередбачених фінансових вкладень. Але, наприклад, сучасні трансмісії без жодного бензину куди «ніжніше» і дорожче в ремонті. А тут, дотримуючись певних правил, можна сподіватися на безпроблемну експлуатацію. Втім, на ряді популярних моделей direct injection вже не має альтернативи. І продовжує вдосконалюватися! Яскравий приклад тому - двигуни Mazda лінійки Skyactiv з ще недавно недосяжною для бензинових агрегатів ступенем стиснення 14: 1. Інженери цієї фірми не збираються зупинятися, сподіваючись повторити досліди 1925 року. В подальшому розвитку їх моторів суміш з бензину і повітря повинна загорятися від свічки і стиснення. А в самих фантастичних перспективи - тільки від останнього.
Незважаючи на загальні принципи пошарового сумішоутворення, виробники по різному досягають однорідного змішування бензину і повітря. Хтось робить на днище поршня овальні «закручують» ванночки (зліва). А ось у Mazda прямо під свічкою запалювання виконана та область, в якій суміш спалахує першої
Чому?І з чим доведеться мати справу споживачеві, який придбав автомобіль з direct injection?
Так в чому сенс?
Що ж необхідно для цієї самої «оптимізації»?
Навіщо все це потрібно?
А у бензину - Які змащувальні здатності?
А Який ВІН, цею ресурс?