Принцип работы системы впрыска дизельного двигателя

Минусы

Теперь, собственно, о минусах, и для этого хочется заострить внимание на форсунках и ТНВД. Требования к этим элементам предъявляются весьма высокие, так как им необходимо безотказно работать в непростых условиях – высокое давление, высокие температуры, а это тянет за собой удорожание и технологические сложности

Требования к этим элементам предъявляются весьма высокие, так как им необходимо безотказно работать в непростых условиях – высокое давление, высокие температуры, а это тянет за собой удорожание и технологические сложности.

К тому же, на соплах форсунок образовываются загрязнения из продуктов горения топлива, поэтому в автомобили с двигателями, оснащёнными непосредственным впрыском, нужно заливать только высококачественный бензин – тоже проблема в наших реалиях. Масло также для них подходит только самое лучшее. В итоге содержание такого авто влетает в копеечку.

Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?

Двигатели с непосредственным впрыском (также используется термин «прямой впрыск», или GDI) начали появляться на автомобилях не так давно. Однако технология набирает популярность и все чаще встречается на моторах новых автомобилей. Сегодня мы в общих чертах постараемся ответить, что такое технология непосредственного впрыска и стоит ли ее опасаться?

Для начала стоит отметить, что главной отличительной особенностью технологии является расположение форсунок, которые размещены непосредственно в головке блока цилиндров, соответственно, и впрыск под огромным давлением происходит напрямую в цилиндры, в отличие от давно зарекомендовавшей себя с лучшей стороны системы впрыска горючего во впускной коллектор.

Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi. Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность – от 10% до 20%, мощность – плюс 5% и экологичность. Основной минус – форсунки крайне требовательны к качеству топлива.

Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на дизельные двигатели. Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.

В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы.  Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также моторы, которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.

Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский). Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:

Итак, экологичность и экономичность – благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:

Минусы

1. Очень сложная конструкция.

2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.

3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.

Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.

4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.

5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.

6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.

Помимо этого, в видео также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.

Плюсы

1. Экологичность.

2. Экономичность (правда, здесь нужно сделать оговорку: реальная экономия бензина доступна в условиях, близких к идеальным) – экономия 5-10%.

3. Немного более высокая мощность.

4. GDI при непосредственном попадании топлива в цилиндр охлаждает головку поршня.

5. Происходит лучшее смешение топливовоздушной смеси в цилиндрах.

6. Меньше детонация.

7. Требуется гораздо меньше топлива, смесь при определенных условиях работы мотора может обедняться до 30:1

8. Процесс работы двигателя точнее контролируется при помощи компьютера.

Основные неисправности ТНВД

При эксплуатации дизельных автомобилей их поведение может изменяться в зависимости от воздействия различных факторов. К ним относится и износ элементов топливного насоса

Поэтому важно знать, какие симптомы могут свидетельствовать о развивающихся проблемах эти агрегатом

Ключевые признаки неисправности ТНВД:

• появление течи в топливной системе;
• увеличение расхода солярки;
• соскальзывание ремня ГРМ с приводной шестерни насоса;
• затрудненный запуск двигателя;
• перегрев мотора;
• возникновение посторонних шумов;
• повышенная дымность при работе в обычном режиме.

При возникновении любого из этих симптомов следует как можно скорее обратиться к квалифицированным мастерам, которые выполнят комплексную диагностику насоса и определят степень изношенности его элементов, а также выполнят его ремонт и восстановление первоначальных характеристик.

К наиболее распространенным проблемам с топливными насосами высокого давления относятся следующие:

• Нарушение работы вследствие загрязнения. В насос могут попадать внешние грязь и пыль, нагар, откладываемый на поршнях и поверхностях цилиндров. В результате этого забиваются каналы и клапаны, затрудняется движение плунжера. Работа в условиях высоких нагрузок в итоге приводит к усталости металла и потери им своей изначальной прочности и жесткости.
• Неравномерная подача и распределение нагнетаемого топлива. Данная проблема может возникнуть в результате существенного износа используемых в плунжерах поводков, зубьев рейки, плунжера и втулки, а также нагнетательных клапанов. Кроме того, стабильность распределения дизтоплива нарушается при загрязнении или повреждении форсунок.
• Механический износ плунжерной пары. Данная проблема приводит к «плавающим» оборотам при работе двигателя в холостом режиме, а также существенному увеличению потребления топлива. Кроме того, в результате уменьшения компрессии нарушается герметичность всей системы. Кроме того, может повредиться поверхность поршня-плунжера, что приводит к появлению сбоев в работе мотора и чрезмерному нагреву подшипников.
• Производственный брак. Некоторые автомобилисты сталкиваются с повреждением алюминиевого корпуса насоса, появлением на его поверхностях трещин, которые могут затрагивать и подшипники. В этом случае поможет только полноценная замена ТНВД. Также к браку относят заедание плунжерной втулки.
• Износ и выход из строя подшипников. Эта неисправность ухудшает рабочие параметры насоса, так как повышается сила трения на его движущихся элементах.
• Заклинивание поршневой пары. Если в процессе работы плунжер останавливается в полости втулки, то это может привести к выходу из строя зубчатой рейки, шестерни, регулятора, кулачкового вала, шпоночных соединений. Распространенная причина заклинивания плунжера – попадание воды в пространство между ним и втулкой.
• Износ движущихся элементов в результате истирания смазочного слоя.
• Коррозия плунжерной пары при повышенном содержании воды в топливе.
• Перегрев ТНВД при стабильной работе системы охлаждения. Причинами такой неисправности могут быть как банальный недостаток антифриза в системе, так и засорение ее каналов.

Распространенной неисправностью также является износ прокладок и сальников. В результате появляется утечка масла, неустойчивая работа в холостом режиме, повышенная дымность.

Наиболее тяжелый симптом неисправности ТНВД дизеля – появление в системе охлаждения масляной эмульсии. Она свидетельствует о нарушении целостности деталей, что потребует полной замены поврежденных элементов.

Названные выше неисправности могут появиться вследствие различных факторов:

• Механический износ компонентов насоса – со временем даже при бережной эксплуатации автомобиля отдельные детали насоса изнашиваются. При использовании топлива низкого качества износ существенно ускоряется.
• Попадание в топливную систему воды, пыли или других загрязнений – даже небольшое их содержание может привести к полному выходу ТНВД и всей системы питания дизеля из строя.
• Засорение топливного фильтра – в результате снижения пропускной способности фильтра насос не может развить требуемое для работы давление.
• Разгерметизация топливной системы – попадающий в насос воздух также не позволяет ему создать необходимое давление, в результате чего он начинает работать в режиме повышенных нагрузок.

Виды систем распределенного впрыска

Современные системы распределенного типа подачи топлива разделены на несколько видов:

• По принципу работы – системы импульсной и непрерывной подачи ТС;
• По способу управления – системы на механическом и электронном типе управления;
• По времени открытия топливных форсунок – системы с попарно-параллельным впрыском (при подаче топлива попарно), одновременным впрыском (при одновременной подаче топлива во все форсунки), фазированным впрыском (при индивидуальной подаче топлива для каждой форсунки), прямым впрыском (подача топлива осуществляется в камеру сгорания цилиндра, минуя впускной коллектор).

Наиболее распространенными системами распределенной подачи ТС являются системы KE-Jetronic, K-Jetronic и L-Jetronic, разработанные компанией Bosch.

Система K-Jetronic относится к механическим топливным системам с непрерывной подачей ТС.

Система типа KE-Jetronic одна из разновидностей механической топливной системы непрерывного типа с электронным способом управления.

Система L-Jetronic представляет собой систему импульсной подачи топлива с электронным типом управления.

Система распределенной подачи ТС состоит из следующих подсистем и компонентов:

• систем подачи и очистки топлива и воздуха;
• системы сжигания бензиновых испарений;
• системы выпуска и сжигания отработанных газов;
• электронного блока управления с входными датчиками

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

• Малые габаритные размеры и масса насоса;
• Лучшие показатели по топливной экономичности;
• Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

• Небольшой ресурс плунжерной пары;
• Смазка составных элементов осуществляется топливом;
• Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
• При отказе насоса система прекращала работать;
• Чувствительность к завоздушиванию;
• Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Электронная система впрыска дизельного двигателя

Дизельный двигатель, который был назван по имени своего изобретателя, имеет главного конкурента – карбюраторный двигатель. Дизельный при своем функционировании всасывает в цилиндры воздух атмосферы. Здесь, в цилиндрах, происходит его плотное сжимание, и температура становится выше, чем 700 градусов, а давление и того превосходит 900 атмосфер. Этих показателей достаточно, чтобы дизельное топливо стало воспламеняться. Благодаря этому в дизеле не нужно использовать свечи зажигания, которые часто используются в карбюраторах.

Для того чтобы дизель отлично функционировал, необходим впрыск дизельного топлива в электронном виде. Электронная система впрыска дизельного двигателя имеет множества преимуществ. Во-первых, здесь на электронном уровне контролируется топливо, благодаря чему снижается удельный расход. Во-вторых, здесь встроена система самостоятельной диагностики, благодаря чему все неисправности быстро выявляются и устраняются. В-третьи, и помощью электроники происходит самостоятельное регулирование оборотов холостого хода, из-за этого удается ограничить число оборотов двигателя.

В двигателе дизеля воздух появляется через фильтры воздушные из атмосферы. Если в автомобиле есть турбокомпрессор, то именно он осуществляет сжатие воздуха, который дальше переходит в интеркулер. Здесь происходит его охлаждение, благодаря чему цилиндры лучше заполняются нагнетаемым воздухом.

Здесь устанавливаются преобразователи окислительные и каталитические, которые снижают возможность загрязнения вредными веществами. Функционирование электронной системы впрыска дизельного двигателя осуществляется также посредством поступление горючего в камеру сгорания. Горючее проходит через вихревые камеры, они горючее завихряют, чтобы позволяет лучше смешиваться с воздухом.

Блок управления дизелем необходим для того чтобы управлять прогревом двигателя в холодном состоянии. Момент впрыска смещается, если двигатель не прогрет. К тому же, управляются свечи накаливания, которые есть в каждом цилиндре. Они включаются еще до того, как запускается двигатель, и срабатывают сразу после того, как двигатель проворачивается стартер. Именно свечи накаливания осуществляют запуск двигателя в холодном состоянии. Холодный двигатель запускается после того, как загорится сигнальная лампа. Опубликовано: 22 июля 2015

Как работает непосредственный впрыск и так ли он хорош

Дифирамбов прямому впрыску достаточно написано в рекламных материалах. А мы попробуем говорить относительно беспристрастно.

Что такое непосредственный впрыск

Это такое устройство топливной системы, при котором бензин впрыскивается форсункой прямо в цилиндр. Этим он отличается от впрыска “обыкновенного” – когда форсунка впрыскивает топливо во впускной коллектор.

Называть эту систему инновационной, пожалуй, уже поздновато – она была реализована на многих самолетах времен Великой Отечественной войны. Так, например, она была применена на истребителе Ла-5ФН.

А вот на автомобилях относительно массовой она стала уже в конце двадцатого-начале двадцать первого века, примерно с появлением электронного управления двигателем. Это в первую очередь была фирма Mitsubishi с системой, которую они назвали GDI. Потом за ними потянулись и другие японские марки – так, например, можно назвать Toyota с двигателем D-4. Потом все это как-то притихло, и вот начавшее падать знамя непосредственного впрыска подхватил концерн VAG, да так, что по этой узкой тропинке между экономией на топливе и экономией на стоимости компонентов двигателя ломанусь и многие другие автопроизводители.

Для чего все это затевалось

Как бы ни кипел и бушевал внутренний инженер внутри любого сотрудника автомобильной компании, разработка большинства тех систем, что мы видим в современных автомобилях, вызвана была отнюдь не желанием сделать самый высокотехнологичный продукт. Нет, как правило, толчком всех инноваций в системах, управляющих формированием смеси, служат экологические нормы. Широким росчерком пера регулирующие органы вводят новые нормы. После этого (а как правило, несколько раньше) автопроизводители внедряют новые системы, позволяющие этим нормам удовлетворять.

Нам сложно сейчас судить о том, какая мотивация была у фирмы Mitsubishi, но исходя из общих тенденций – как минимум, очень схожая.

Главной особенностью (“киллер-фичей”, если задействовать сленг из другой профессиональной области) технологии GDI позиционировалась возможность работы на сверхбедных смесях. Здесь сразу надо сделать отступление и рассмотреть обычный режим работы двигателя.

На такте впуска поршень в цилиндре идет вниз, открывается впускной клапан, а форсунка “брызгает” топливом. Порцию топлива вместе с воздухом засасывает в цилиндр создаваемым разрежением. Попутно из-за турбулентности и тому подобных эффектов топливо перемешивается с воздухом, и продолжает это делать на такте сжатия, когда впускной клапан закрыт, а цилиндр идет вверх. Таким образом, к моменту достижения верхней мертвой точки в цилиндре оказывается сжатая равномерная смесь. Причем количество топлива, впрыснутое форсункой, рассчитывается так, чтобы его соотношение к воздуху составляло 1:14,7 (или немного беднее/богаче в зависимости от требуемого режима работы двигателя) – такая смесь называется стехиометрической, и горит лучше всего.

Основные разновидности и сфера практического применения

Первый и наиболее часто применяемый параметр, который используется для классификации топливной аппаратуры – вид используемого двигателем горючего. Бензиновые агрегаты предусматривают использование двух типов ТА:

• карбюратор. Представляет собой специальное устройство для смешивания горючего и воздуха. Для установки на автомобили сегодня практически не применяется, так как значительно уступает по большинству характеристик более современной инжекторной топливной аппаратуре. Это не мешается активно использовать карбюраторные двигатели на мотоциклах и различной специализированной технике и оборудовании, например, мобильных электрогенераторах или бензопилах;
• инжектор. В отличие от карбюратора, топливо подается в специальную рампу, подключенную к форсункам, причем под достаточно серьезным давлением. Активно применяется в автомобилестроении со второй половины 80-х годов прошлого века, хотя первые разработки датируются концом 50-х годов. Благодаря сочетанию надежности и высокого КПД получил широкое распространение. Единственным недостатком инжекторной системы подачи топлива выступает сложность самостоятельного ремонта без использования специализированного оборудования.

Топливные системы для дизельных двигателей внутреннего сгорания делятся на три типа:

• обычный ТНВД. По принципу действия напоминает бензиновый инжектор. Топливо подается под давлением и распределяется при помощи плунжерных пар по форсункам. В результате достигается эффективность сжигания горючего, обеспечивающая высокий КПД;
• насос-форсунка или система PUMP-DUS. В отличие от классического ТНВД, для каждой форсунки предусматривается использование отдельного подкачивающего устройства, которое вместе с другими аналогичными насосами создает единую систему. Как следствие – увеличиваются показатели давления, что обеспечивает повышение мощности двигателя примерно на 5%. Основной недостаток – серьезные требования к качеству горючего, высокий уровень издаваемого в процессе работы шума и большие эксплуатационные издержки;
• Common Rail. Главной характерной чертой данного типа топливной аппаратуры выступает наличие общей магистрали или рампы, из которой горючее под большим давлением подается в форсунки. Благодаря конструктивным особенностям системы и использованию электронных устройств контроля удается понизить уровень шума, обеспечить полное сжигание топлива, увеличив мощность двигателя при снижении расхода горючего и количества вредных выхлопов. Перечисленные достоинства Common Rail привели к резкому росту популярности и повсеместному практическому использованию.

Для чего служит ТНВД

Основным отличием бензинового агрегата является поджег горючей смеси внутри цилиндров. В бензиновом моторе смесь воспламеняется свечами. В дизеле смесь самовозгорается под воздействием сжатия. ТНВД нужен для своевременной подачи солярки в цилиндры, в момент сжатия.

По конструкции насосы ТНВД различаются следующим образом: рядного типа, магистрального и распределительного. У рядного  нагнетание солярки в каждый цилиндр идет от своей пары плунжеров. Распределительный обеспечивает все цилиндры одной — двумя парами плунжеров. Магистральные аппараты служат для нагнетания солярки в аккумулятор топлива.

Запомните, ТНВД и форсунки, главные элементы дизельной системы зажигания. Они присутствуют в большинстве дизельных агрегатов и бывают электронного типа.

Непосредственный впрыск

Появился не так давно, в 80 – 90 года прошлого века. Развитием активно занимались такие бренды как MERCEDES, VOLKSWAGEN, BMW и т.д.

Впрыск происходит по принципу фазированного типа, то есть каждая форсунка управляется отдельно. Зачастую они закреплены в рампу высокого давления (что-то наподобие COMMON RAIL), но бывают и отдельные элементы топливо подходит именно к каждой отдельно.

КАКОЕ ЗДЕСЬ ОТЛИЧИЕ – форсунки вкручиваются в сам блок двигателя и имеют непосредственное соприкосновение с камерой сгорания и воспламененной топливной смесью.

Воздух также подается через дроссель, далее по впускному коллектору – через клапана заходит в цилиндры мотора, после этого на цикле сжатия впрыскивается топливо, смешиваясь с воздухом и воспламеняясь от свечи. ТО есть смесь происходит непосредственно в двигателе, а не во впускном коллекторе, в этом то и кроется основная РАЗНИЦА!

ПЛЮСЫ. Топливная экономичность (может достигать до 10%), большая мощность (до 5%), лучшая экология.

МИНУСЫ. Нужно понимать форсунка находится рядом с воспламененной смесью, из этого вытекает:

• Сложная конструкция
• Сложное обслуживание
• Дорогой ремонт и профилактика
• Требование к качеству топлива (иначе банально забьется)

Как видите эффективно-технологично, но дорого обслуживать.

Непосредственный..

“Goliath GP700” стал первым серийным автомобилем, двигатель которого получил впрыск топлива.

ВПРЫСК (его еще иногда называют прямым) отличается от предыдущих типов систем питания тем, что в данном случае форсунки подают топливо прямо в цилиндры (минуя впус¬кной коллектор), как у дизельного двигателя.

В принципе такая схема системы питания не нова. Еще в первой половине прошлого века ее использовали на авиационных двигателях (например на советском истребителе “Ла-7”). На легковых машинах прямой впрыск появился чуть позже – в 50-х годах ХХ века сначала на автомобиле “Goliath GP700”, а затем на знаменитом “Mercedes-Benz 300SL”. Однако через некоторое время автопроизводители практически отказались от применения непосредственного впрыска, он остался лишь на гоночных автомобилях.

Дело в том, что головка блока цилиндров у двигателя с прямым впрыском получалась очень сложной и дорогой в производстве. Кроме того, конструкторам долгое время не удавалось добиться стабильной работы системы. Ведь для эффективного смесеобразования при прямом впрыске необходимо, чтобы топливо хорошо распылялось. То есть подавалось в цилиндры под большим давлением. А для этого требовались специальные насосы, способные его обеспечить.. В итоге на первых порах двигатели с такой системой питания получались дорогими и неэкономичными.