Непосредственный впрыск топлива бензиновый: плюсы и минусы двигателей FSI, что это такое

Содержание

Преимущества непосредственного впрыска топлива на автомобиле Foton Sauvana

Автомобили Foton Sauvana оснащаются бензиновыми двигателями мощностью 160 кВт или 148 кВт, с максимальным крутящим моментом 320 Нм и 300 Нм соответственно.

Двигатель G01 – это рядный четырехтактный шестнадцатиклапанный двигатель с непосредственным впрыском топлива в цилиндр, двумя распределительными валами с системой изменения фаз газораспределения VVT, турбокомпрессором и системой изменения геометрии впускного коллектора

Модернизированный электронный блок управления двигателем позволяет сочетать отличные динамичные и мощностные характеристики с высокой топливной экономичностью и низким уровнем выброса вредных веществ. Двигатель G01 соответствует стандарту Euro-5, и может быть обновлен до класса Euro-6.

Почему на этом двигателе применяется непосредственный впрыск в цилиндр?

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания работает за счет воспламенения топливовоздушной смеси от системы зажигания автомобиля.

На современных двигателях с электронным впрыском топлива, как и на старых карбюраторных двигателях прошлого века, смешение топлива и воздуха происходит вне цилиндра. Готовая смесь до начала такта впуска находится во впускном коллекторе, а в камеру сгорания она попадает за счет разряжения, создаваемого движением поршня, только после открытия впускного клапана.

С каждым годом данная система впрыска топлива прогрессирует с точки зрения оптимизации момента открытия форсунок и количества подаваемого топлива, но, тем не менее, смесь готовится вне цилиндра, что влечет за собой ряд существенных недостатков: начало подачи смеси зависит только от момента открытия клапана, а не от реальных условий работы двигателя; мелкие частицы топлива прилипают к стенкам коллектора и самому клапану, следовательно, снижается эффективность используемого топлива.

Применение различных систем изменения фаз газораспределения и турбонаддува несколько улучшают контроль смеси и эффективность сгорания. Однако, этих технологий недостаточно для удовлетворения растущих с каждым днем требований к рабочим характеристикам двигателя и нормам выброса вредных веществ. Значительное увеличение давления наддува может привести к снижению надежности двигателя. Общее количество клапанов двигателя ограничено сложностью конструкции и невозможностью регулировать фазы и ход клапанов.

Но современные производственные технологии позволили пойти по иному пути, имеющему ряд значительных преимуществ – реализовать впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания.

Бензиновый двигатель с впрыском внутри цилиндра аналогичен дизельному двигателю. Топливо подается к электромагнитным форсункам под давление от 50 до 150 бар, создаваемого насосом высокого давления в рампе. Затем электронный блок управления подает команду на открытие форсунок.

Из-за того, что теперь впрыск осуществляется непосредственно в цилиндр, у двигателя появилась возможность работать на сверхбедных смесях. Смесь в цилиндре получается не однородной: облако из паров топлива, формируемое в непосредственной близости от свечи зажигания, имеет стехиометрическое соотношение, т. е. на 1 часть топлива приходится 14,7 частей воздуха, и, соответственно, может воспламениться. Но в среднем по всему цилиндру это соотношение может доходить до 1 к 30, за счет чего достигается отличная топливная экономичность.

Так же следует отметить, что впрыск топлива теперь не зависит от положения впускного клапана. Топливо может подаваться в любой момент, можно формировать любое значение коэффициента избытка воздуха, обусловленное режимами работы двигателя, его температурой, нагрузкой на ДВС. Что положительно сказывается не только на улучшении динамики автомобиля, но и на экологии.

Но при всем при этом, система стала более требовательна к качеству заправляемого топлива. На автомобиле Sauvana компания Foton рекомендует использовать бензин не ниже уровня АИ-95


Непосредственный впрыск топлива

В поисках способа усовершенствовать систему распределенного впрыска инженеры пришли к выводу, что для оптимизации сгорания топлива его лучше впрыскивать прямо в цилиндры, а не во впускной коллектор. Эта идея привела к появлению систем впрыска нового поколения.

История создания непосредственного впрыска топлива

Изобретателем системы непосредственного впрыска принято считать французского инженера и автопромышленника Леона Левассора. Он установил первую систему подобного рода на авиационный двигатель V8 в качестве экспериментальной, с целью решить основную проблему самолетных двигателей внутреннего сгорания - нарушения работы впрыска в момент переворота аэроплана. В 1907 году этим двигателем был оснащен моноплан Antoinette VII.

Первую автомобильную систему непосредственного впрыска разработала компания Bosch, а установлена она была впервые на автомобили ныне несуществующих немецких марок Goliath и Gutbrod в 1952 году.

Непосредственный впрыск топлива.

В семидесятые годы, побуждаемая топливным кризисом, американская компания AMC занялась разработкой собственной системы непосредственного впрыска, которой впоследствии оснащали двигатели одноименных автомобилей. Система называлась SCFI. Примерно в те же годы концерн Ford выпустил на рынок собственную разработку под названием ProCo.

В современном автопроме первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году

Системы обладали рядом недостатков, и после окончания кризиса интерес к непосредсвенному впрыску снизился. Следующая волна разработок пришлась на середину девяностых.

Первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году, установив систему GDI на четырехцилиндровый двигатель 4G93 автомобиля Galant.

В 2000 году появилась, вероятно, наиболее известная в наши дни система непосредственного впрыска FSI концерна Volkswagen-Audi group

Toyota выпустила собственную систему D4 на внутренний рынок Японии в 1998 году. В 1999 была представлена система IDE компании Renault.

В 2000 году появилась система FSI (и TFSI в случае установки на двигатель турбины) концерна Volkswagen-Audi group.

В дальнейшем в том или ином виде свои системы представили все крупнейшие мировые производители. Непосредственный впрыск остается крайне актуальной темой в связи с интересом к экономии и жестким экологическим нормам в современном автомобилестроении.

Принцип работы непосредственного впрыска топлива

Непосредственный впрыск топлива - разновидность распределенного впрыска, применяемая в наиболее современных двухтактных и четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.

Наиболее широкое распространение система получила в современных дизельных двигателях, так как дизельное топливо тяжелее бензина, и проблема оптимизации сгорания для них более актуальна

В системах непосредственного впрыска топливо сначала аккумулируется в магистрали под высоким давлением (более высоким, чем в обыкновенных инжекторных системах), а затем при помощи форсунок впрыскивается непосредственно в цилиндры, то есть в камеру сгорания, куда заранее уже закачан воздух.

При непосредственном впрыске топливо-воздушная смесь преднамеренно обеднена, что способствует повышению экономичности двигателя. При этом проблема снижения мощности решается за счет более эффективного распрыскивания топлива. Одно и то же количество топлива в зависимости от размера капель при распрыскивании сгорает по разному. Мелкие капли, смешавшись с воздухом, образуют в камере сгорания туман, в котором пламя распространяется равномерно. Топливо при таком распрыскивании сгорает практически без остатка, и продуктов сгорания почти не остается. При таком сгорании меньшая доза топлива отдает столько же тепла, сколько отдает большая доза при распрыскивании относительно крупными каплями. В последнее время исследования по оптимизации сгорания продолжаются. Наиболее перспективным направлением считается развитие послойного впрыска. Топливо при послойном впрыске попадает в камеру сгорания несколькими частями с очень малым интервалом. Этот алгоритм позволил добиться дополнительной оптимизации сгорании топлива.

Единственный недостаток непосредственного впрыска - усложнение конструкции и увеличение себестоимости компонентов. Производителям приходится проводить отладку системы уже после начала продаж

Дополнительная экономия достигается за счет точной дозировки топлива и открытия форсунок в строго определенное время. Благодаря компьютерному управлению момент и период открытия форсунок могут оперативно изменяться в зависимости от текущей нагрузки на двигатель.

В системах непосредственного впрыска основной упор сделан на дозировку топлива, поэтому роль дроссельной заслонки в регулировке состава смеси постепенно сходит на нет. По сути, в системах, подобных Valvetronic компании BMW, VVEL фирмы Nissan, Valvematic фирмы Toyota или MultiAir производства Fiat, дроссельная заслонка перестала быть главным инструментом, регулирующим поток воздуха, попадающего в камеру сгорания. Помимо системы дозировки топлива, функцию дроссельной заслонки отчасти взяла на себя система интеллектуального контроля фаз газораспределения.

Непосредственный впрыск конструктивно сближает систему впуска бензинового и дизельного двигателей

Благодаря применению непосредственного впрыска топлива появилась возможность заложить в блок управления разные программы управления впрыском и зажиганием, регулирующие работу режима в основных режимах, как правило, в трех - холостые обороты (и близкие к ним), движение под большой нагрузкой, движение при малой нагрузке. В каждом из этих режимов количество топлива в смеси разное. В режиме преднамеренно обедненной смеси достигается наибольшая экономичность, в стехиометрическом (то есть близком к оптимальному) сохраняется уверенная тяга при средней нагрузке, в форсированном - двигатель развивает максимальную мощность. Во время движения автомобиля блок управления двигателем постоянно меняет эти режимы, в зависимости от ситуации.

Режимы работы непосредственного впрыска

Режим обедненной смеси используется, когда нагрузка на двигатель минимальна: при движении на постоянной или снижающейся скорости.

Обычное, так называемое стехиометрическое (оптимальное) соотношение масс воздуха и бензина в камере сгорания, необходимое для успешного зажигания и сгорания топливо-воздушной смеси - 14.7:1. Однако в вышеописанных ситуациях, то есть когда обороты двигателя быстро или постепенно замедляются, его можно без вреда для двигателя менять в пользу меньшего количества топлива. Таким образом, в режиме обедненной смеси количество долей воздуха может достигать 65 (а иногда и более) к одной доле топлива.

В сложной системе непосредственного впрыска повышается вероятность сбоя. Известны случаи отзыва автомобилей, оснащенных системами впрыска этого типа

Стехиометрический режим используется при равномерном движении с постоянной нагрузкой на двигатель. В этом режиме воздух и топливо смешиваются в идеальной пропорции, что способствует полному сгоранию.

В форсированном режиме содержание топлива в смеси слегка превышено. Это способствует развитию максимальной мощности, что целесообразно, к примеру, для нагруженного автомобиля, движущегося в гору.

проблемы новых авто в Беларуси

TSI, FSI, DISI, EcoBoost, TFSI – все это обозначения новых моторов с непосредственным впрыском топлива. Их преимущества давно известны: экологичность и экономичность. Но в Беларуси высокие технологии становятся головной болью для  владельцев. Вот типичные отзывы: “…плохо заводится зимой… периодически загорается Check Engine”. Своим видением “проблемы непосредственного впрыска” делятся специалисты.

Дмитрий Перлин, консультант МАХ “Атлант-М”:

 - Плохой запуск новых двигателей с непосредственным впрыском в условиях Беларуси? На самом деле та же самая проблема существует в Финляндии и Швеции. И рецепт во всех случаях один и тот же: стараться полностью прогревать мотор. И примерно раз в неделю “нагружать” его высокими оборотами. Проехав, например, километров 15 по кольцевой в быстром ритме. Этот рецепт мы рекомендуем, например, владельцам новых Mazda CX-7 с двигателем 2.3 Turbo DiSi. Форсированный мотор, около 100 л.с.  с литра рабочего объема. Поэтому минимальные отклонения – и двигатель “капризничает”. В особо запущенных случаях дело может закончиться заменой катализатора. Двигатель зимой работает на переобогащенной смеси, смесь догорает в катализаторе. Он в буквальном смысле раскаляется: вплоть до малинового цвета.

Поэтому наш рецепт один: раз в неделю “выгуливать” машину по кольцевой

Артем Гонцов, редактор сайта domkrat. by:

- "Проблема TSi”? Когда в Беларуси появились рестайлинговые Volkswagen Touran с мотором 1.4 TSI мощностью 140 л.с. (турбонаддув и механический компрессор), с зимним запуском были проблемы. Сервисмены чистили свечи, пытаясь оживить моторы. “Лечили” двигатели перепрошивкой, советовали заливать “98-й” бензин. По двигателю 1.8 TSI (160 л.с.) нареканий не слышал. По моей информации, проблему “вылечили” перепрошивкой блока управления двигателя. Но все зависит от качества бензина: зимой проблема холодного запуска периодически “всплывает”.

 

Константин Фомичев, начальник СТО дилера Opel СОО "Автоцентр РМ-Маркет":

 - На самом деле все упирается  в качество нашего бензина. Даже обычные моторы на нашем бензине “не едут”. Падает мощность, растет расход топлива. Покрываются нагаром свечи, клапаны. Особенно это касается “95-го”: очень часто его “получают” путем добавления присадок в “92-й”. Поэтому наши клиенты с “прямовпрысковыми” моторами зачастую используют “92-й”. Как ни странно, на нем автомобиль работает лучше. Хотя мы всем рекомендуем использовать “98-й”: на нем авто будет работать гарантированно хорошо.

Чтобы двигатель гарантированно запускался зимой, его нужно полностью прогревать. И раз в неделю “прохватывать” по кольцевой

Еще очень важна своевременная замена свечей: мы рекомендуем в обязательном порядке менять их каждые 40 000 км. И обязательный совет для всех желающих уверенно запускать мотор в любую погоду: больше ездить, сокращать пробеги между холодными стартами. Мотор нужно полностью прогреть и желательно “прохватить” с высокими оборотами. Тогда нагар выгорит, успешный запуск гарантирован. Я бы не стал говорить, что с “прямовпрысковыми” двигателями проблем больше. Точно так же на плохом бензине с трудом заводятся обычные моторы, соответствующие нормам “Евро-4” и “Евро-5”.

В большинстве случаев проблемы “прямопрысковых” моторов решаются перепрошивкой блока управления. Новые программы появляются на фирменных СТО едва ли не каждый месяц

Если заглядывать дальше, в будущее больших пробегов – конечно, “прямовпрыск” доставит больше неприятностей. Ремонт двигателей с непосредственным впрыском будет стоить дороже.

На плохом бензине одинаково “капризничают” все моторы, и непосредственным, и с распределенным впрыском. Итог один: ехать на СТО

Сергей Борисик, тренер учебного центра импортера Volkswagen ИП "Атлант-М Фарцойгхандель":

- Плохое топливо одинаково влияет на запуск всех моторов, что MPI, что FSI. “Баловаться” с октановым числом бензина особого смысла нет, гораздо важнее его качество. Проблемы с “холодным” запуском “непосредственных” двигателей были. 2,0-литровые плохо запускались в сырую погоду с температурой около 0 градусов. Эти вопросы решились перепрошивкой блока управления. А вся эта история о плохом запуске “прямых” моторов не имеет смысла: проблема не в них, а в качестве бензина. От плохого топлива у всех моторов заливает свечи, двигатели "троят" и загораются лампочки Check Engine. Не вижу в этом ничего особенного.

Проблема качества белорусского бензина, в основном, - проблема его транспортировки и хранения. Топливные компании иногда перевозят все виды топлива одной цистерной. “95-й” после дизтоплива – такое бывало

Борис Саенко, технический эксперт официального импортера Citroen ООО "Вуатюр де Франс":

 - На самом деле на моторах с непосредственным впрыском “обожглись” все производители. Первые двигатели получились капризными у всех. Особенно это касается подержанных машин с большими пробегами. Двигатели буквально обвешаны дополнительными датчиками, катализатор сложной конструкции: в нем стоит так называемая ловушка окислов азота. Плюс возможные проблемы с ТНВД – поэтому опасаться непосредственного впрыска нужно владельцам “укатанных” “бэушек”. В ремонте эти моторы, конечно, дороже обычных.

Бояться непосредственного впрыска нужно покупателям подержанных машин: в ремонте эти двигатели дороже

С жалобами на плохое топливо к нам приезжают все: не могу сказать, что “прямые” моторы намного капризнее. Все вопросы с запуском обычно решаются путем перепрошивки блока управления двигателем. Эти обновления постоянно появляются на сервере во Франции, мы можем скачивать и устанавливать новый “софт” буквально на каждом ТО.

 Владимир Гурьянов, автомобильный журналист:

 - Проблема “непосредственного впрыска”? Эти моторы очень боятся воды в топливе. Как говорится в поговорке, одна капля убивает топливный насос. Проблемы с плохим запуском “лечатся” перепрошивкой, а последствия воды в топливе обойдутся дороже. Средний порядок цен такой: 800 долларов топливный насос, 150 долларов форсунка. Но в гарантийный период это не забота владельца, поэтому “прямого впрыска” я бы не боялся.

Будьте в курсе всех событий на рынке новых автомобилей от официальных дилеров в Беларуси! Следите за акциями, скидками и специальными предложениями на каналах автопортала Domkrat.by – и делайте правильный выбор своего будущего автомобиля!