Три вида инжектора – особенности, преимущества
Многие молодые автомобилисты не осознают, что раньше транспортные средства имели совершенно иную конструкцию. Например, инжекторные моторы существовали не всегда. В большинстве своем бензиновые агрегаты были карбюраторного типа. Однако модернизация новых технологий и забота об экологии вытеснили старые установки — сегодня системы подачи топлива исключительно электронные. Но даже этот тип можно разделить на категории. Современный бензиновый двигатель может иметь один из 3 типов впрыска. Рассмотрим, в чем состоит отличие каждого.
Главное отличие системы — на каждый цилиндр предусмотрена своя форсунка
Распределенный впрыск — MPI. Этот вид впрыска не является первым в своей категории, и не он заменил устаревший карбюратор. До этого существовал моновпрыск, при котором горючее проходило всего через одну форсунку. Управление у такой системы было электронного типа — при помощи сигналов датчиков, но никаких плюсов, в сравнении с карбюратором, не отмечалось. Дело в том, что главный дефект не прошел — горючее оставалось на стенках коллектора в виде осадка. Поэтому специалисты начали развивать распределенный впрыск.
Главное отличие данного типа — на цилиндр предусмотрена своя форсунка. Топливо проходит в коллектор, где смешивается с воздухом. Форсунки размещаются рядом с впускными клапанами, поэтому итоговая смесь получается стабильной. Такое внедрение поспособствовало снижению расхода топлива и повышению мощности. Система распределенного впрыска оказалась не такой затратной — форсунки простого типа, топливный насос недорогой. До сих пор такой тип считается самым популярным и распространенным, особенно если речь идет о бюджетных транспортных средствах.
У GDI-двигателей есть серьезные дефекты
Непосредственный впрыск — GDI. Следующий уровень развития — образование топливной смеси в самом цилиндре. Если сравнивать распределенный впрыск с карбюратором или моновпрыском, потери горючего не такие большие, но они все равно сохраняются. Какая-то часть на коллекторе, а какая-то на впускных клапанах. Но этой проблемы можно избежать, если подавать горючее прямо в цилиндр — именно такой принцип осуществляется на моторах с непосредственным впрыском.
GDI-двигатели намного мощнее и экономичнее других типов. В сравнении с распределенным впрыском, прибавка составляет только 5-10%. Такого результата удается достичь не только при помощи меньшей потери топлива. Еще одно преимущество — гибкость, которую можно получить при настройке впрыска. Чаще всего выставляется стехиометрическое число, которое определяет соотношение топлива и воздуха в смеси.
Может показаться, что непосредственный впрыск намного лучше распределительного — он уже давно должен был вытеснить прочие типы. Но на деле все оказалось не так просто. У GDI-двигателей есть серьезные дефекты. Во-первых, у них более сложная конструкция — форсунки дороже, нужен дополнительный ТНВД. Во-вторых, повышаются требования к качеству горючего. Еще один недостаток возникает из-за того, что бензин не проходит через впускные клапаны. Они не могут смазываться и охлаждаться топливом, из-за чего на них постепенно образуется нагар.
Объединение впрысков позволило решить технические проблемы
Комбинированный впрыск. Это популярные установки последних 5 лет — на одном моторе применяется 2 типа впрыска. Поэтому двигатель оснащен двумя комплектами форсунок — перед клапаном и в цилиндрах. ЭБУ самостоятельно решает, какую систему приводить в действие. Как правило, в обычном режиме движения функционирует форсунка в коллекторе. Если же от мотора требуется больше производительности, применяются форсунки в цилиндрах.
Объединение впрысков позволило решить технические проблемы. Если часть топлива поступает из коллектора, впускные клапана получают смазку и охлаждение. Форсунки и их ресурс увеличивается, так как они не функционируют все вместе. Но проблему со сложностью конструкции и долговечностью такой тип впрыска не решил — в системе все равно есть ТНВД, дополнительные форсунки и тяжелая настройка.
Итог. Инжекторы можно поделить на 3 вида, в зависимости от типа впрыска топлива. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Теория и практика впрыска: прямой против распределенного. Какой выбрать двигатель, чтобы не разориться
Если спросить, что происходит, когда водитель нажимает или отпускает педаль «газа», скорее всего, услышите от владельцев бензиновых автомобилей, что при этом увеличивается или уменьшается подача топлива в мотор. Однако назвать правильным такой ответ можно только с большой натяжкой.
В действительности же, воздействуя на педаль «газа», водитель уменьшает или увеличивает подачу воздуха в цилиндры. Топлива же будет подано ровно столько, сколько требуется для приготовления смеси воздуха и бензина, заданной программой управления для конкретного режима работы двигателя и его фактического температурного состояния.
У карбюраторных моторов, давно ставших экспонатами политехнических музеев, количество подаваемого бензина и вовсе определялось разряжением воздуха в пространстве за дроссельной заслонкой, положение которой задавалось нажатием на педаль «газа». Точность такого способа дозирования топлива была невысока, что сказывалось на экономичности карбюраторных двигателей, количестве вредных выбросов в окружающую среду и в конечном итоге сделало карбюраторы достоянием истории.
На смену пришел впрыск, где подача бензина самотеком из жиклеров под действием разряжения воздуха была заменена распылением с помощью форсунок, к которым топливо поступает под давлением, развиваемым топливным насосом.
Существует три разновидности систем впрыска — центральный, распределенный и прямой. До настоящего времени дожили лишь две последние. Что касается центрального впрыска, нередко называемого также моновпрыском, то он оказался неспособным равномерно распределять горючую смесь по отдельным цилиндрам, а также создавал высокое сопротивление на впуске. Поэтому и центральный впрыск отправился в отставку, как только перестал соответствовать ужесточившимся экологическим требованиям и удовлетворять потребительским запросам к величине расхода топлива.
Однако и с распределенным впрыском, иногда именуемым многоточечным согласно англоязычному обозначению Multi Point Injection (MPI), не все ладно. Правда, его сопернику — системе питания с прямым впрыском бензина, о серийном производстве которой первой отрапортовала компания Mitsubishi еще в 1997 году, за 18 лет так и не удалось окончательно уложить MPI на лопатки. Но о том, что рано или поздно распределенный впрыск повторит судьбу карбюратора и моновпрыска, предрекают все специалисты без исключения.
На самом ли деле прямой впрыск настолько хорош, что делает поражение MPI неизбежным? Чтобы разобраться в этом вопросе, сравним обе системы питания.
И там и там в отличие от моновпрыска каждый цилиндр двигателя обслуживается отдельной форсункой, но при распределенном впрыске форсунки распыляют бензин во впускной коллектор.
При прямом впрыске бензин подается непосредственно в камеру сгорания цилиндра. Это главное, что отличает моторы, в зависимости от производителя помечаемые индексами GDI (Mitsubishi), FSI (Volkswagen), HPi (Peugeot), CGI (Mercedes-Benz) и так далее, от двигателей MPI.
Что же хорошего сулит подача бензина прямо внутрь цилиндра? Как ни странно, ничего, если подойти к этому вопросу с точки зрения конструкции двигателя. Проблема состоит в том, что при прямом впрыске на испарение бензина и перемешивание его паров с воздухом отводится примерно в 10 раз меньше времени, чем когда бензин распыляется во впускной коллектор, а в цилиндры поступает уже в смеси с воздухом после того, как открылись впускные клапана.
Как в условиях столь короткого промежутка времени, отводимого при прямом впрыске на смесеобразование, добиться, чтобы смесь получилась качественной, ведь именно от этого зависит, каким будет результат последующего сгорания?
Отсюда другие отличия GDI, FSI, HPi, CGI и иже с ними от MPI. Во-первых, давление, с которым форсунка при прямом впрыске распыляет бензин, в десятки раз превышает давление, действующее в системах питания с распределенным впрыском (порядка 50-120 бар против 3-4). Это предполагает наличие у двигателей с прямым впрыском топливного насоса высокого давления, в котором нет необходимости при распределенном впрыске.
Во-вторых, распылители форсунок прямого впрыска придают капелькам топлива вращение, что ускоряет их испарение. От форсунки распределенного впрыска требуется гораздо меньше — лишь сформировать факел топлива и направить его в зону впускного клапана. Другими словами, система питания MPI конструктивно проще, а значит, дешевле как при изготовлении, так и при ремонте для устранения неисправностей, что никак не может считаться ее недостатком.
Но и это еще не все. Важнейшую роль в организации рабочего процесса в моторах с прямым впрыском играет движение воздуха и порции впрыснутого бензина внутри цилиндра. Именно ради этого днище поршней в двигателях с прямым впрыском приобрело сложную профилированную форму, которая также принципиально отличает их от поршней MPI-моторов.
Той же цели служат и впускные каналы в коллекторах двигателей с прямым впрыском. В GDI, FSI и подобных им моторах поток воздуха из впускных каналов либо способствует так называемому послойному смесеобразованию, когда пригодным для нормального сгорания становится только небольшое облако смеси, расположенное возле свечи зажигания, либо разрушает расслоение, когда нужно, чтобы смесь стала стехиометрической. В двигателях MPI впускные каналы предназначены лишь для впуска бензовоздушной смеси в цилиндры, поэтому здесь нет необходимости придавать каналам винтовую форму, оснащать их заслонками, закрытыми или открытыми в зависимости от режима работы двигателя, как это делается при прямом впрыске.
Этими ухищрениями перечень отличий прямого впрыска от распределенного не исчерпывается, но основные, видимые, как говорится, невооруженным глазом, уже названы. Итак, бензонасос высокого давления, более сложные форсунки, поршни, впускной коллектор — как ни крути, это не достоинства, а недостатки, которые не предвещают, что MPI-моторам, ничего подобного не имеющим, придется сойти со сцены. По крайней мере, в ближайшем будущем.
Тем не менее это должно случиться. Причина та же, что в свое время поставила крест на карбюраторе и моновпрыске, — неспособность распределенного впрыска удовлетворять все более строгим требованиям к содержанию вредных веществ в выхлопных газах и необходимость улучшения экономических характеристик без ухудшения динамических параметров. Сравнительные испытания с MPI показывают, что при одинаковом рабочем объеме двигатели с прямым впрыском демонстрируют не только уменьшенный на 20-25% расход топлива, но и обеспечивают 10-процентный прирост мощности. Какой производитель добровольно откажется от таких удовольствий?
Впрочем, есть у прямого впрыска один подвох. По части экологии он хорош во всем, за исключением выброса сажи в атмосферу. Тут прямой впрыск — достойный конкурент дизелю. Это дает шанс MPI ужиться с FSI. Оно бы и неплохо, но может статься, что совместно проживать им предстоит в одном моторе! Во всяком случае именно такая мысль пришла в голову инженерам концерна Volkswagen, разработавшим бензиновые силовые агрегаты 1.8 TFSI (заводские коды CJEB, CJSA, CJSB) и 2.0 TFSI (CNCB, CNCD, CJXC), составляющие семейство ЕА888 третьего поколения, где в одном двигателе используются сразу и FSI, и MPI!
Наш вердикт
Производители себе на уме, но если спросить у белорусских владельцев бензиновых автомобилей, какой мотор лучше, MPI или FSI, скорее всего, услышим в ответ дифирамбы в адрес первого и ничего хорошего о втором. И вот вам правда жизни: оценка системы питания, которой теоретики и аналитики прочат безоговорочную победу, может измениться на противоположную, если учесть, чем в наших условиях эксплуатации оборачивается ее сложность.
Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора
ABW.BY
Благодарим за консультации и помощь в организации фотосъемки «Ресурсный центр» на базе автомеханического колледжа имени академика М.С.Высоцкого
Впрыск топлива: прямой vs распределенный.
впрыск 
На самом деле, при помощи газовой педали осуществляется управление воздухоподачей внутрь цилиндров. А в зависимости от температуры мотора и его реальной производительности, будет подано и необходимое количество топлива для приготовления оптимального состава горючей смеси.
Например, у давно устаревших двигателей с карбюратором дозировка бензина осуществлялась по принципу разрежения воздуха, находящегося за заслонкой дросселя, управление которой осуществлялось педалью «газ». Сразу стоит сказать, что дозировка бензина в таком типе силового агрегата не отличалась точностью, вследствие чего карбюраторный мотор нельзя было назвать экономичным и экологически безопасным. В итоге это и послужило толчком к полному списанию карбюраторных моторов с производства.
Карбюраторные системы впрыска топлива с успехом заменили системы форсунок, подача и впрыск топливной смеси в которых осуществляется под давлением, его обеспечивает бензонасос.
Выделяют три основных типа систем впрыска:
- центральная;
- распределительная;
- прямая.
Однако сегодня на автомобилях применяются только последние две. Если говорить о центральной системе распределения впрыска (моновпрыске), то ее работа оказалась неэффективной, поскольку топливная смесь неравномерно распределялась по цилиндрам, а на впуске возникало значительное сопротивление, в результате чего не удалось достичь требуемого уровня экономичности. По этой причине и в связи с ужесточением норм экологической безопасности, моноврпрыск, как и карбюратор, также канул в Лету.
Относительно распределительной (многоточечной) системы впрыска MPI -Multi Point Injection можно сказать, что в ее работе также далеко не все в порядке. Однако, ее «конкуренту» – системе прямой подачи топлива, которую с конца ХХ века стал использовать на всем своем модельном ряде концерн Mitsubishi, более чем за 15 лет так и не получилось отправить MPI в отставку. Теме не менее, по прогнозам специалистов, это когда-нибудь да случится, и систему распределительного впрыска, как карбюратор и центральный впрыск отправят на «свалку автомобильной истории».
Действительно ли использование системы прямой топливоподачи настолько эффективно и оправдано, что скорое вытеснение с рынка MPI неизбежно? Дабы правильно ответить на этот вопрос, стоит провести сравнение этих систем топливоподачи.
В отличие от центрального типа топливовпрыска в этих обеих системах бензин впрыскивается через форсунку в цилиндр силового агрегата, но в распределенной системе предусмотрен впускной коллектор, через который вначале проходит топливо.
Во время прямой подачи топлива его впрыск осуществляется непосредственно в цилиндр, а точнее, в его камеру сгорания. Пожалуй, это и является главным отличием двигателей, которые у разных производителей имеют свои буквенные обозначения: CGI (Mercedes), FSI (Volkswagen), GDI (Mitsubishi), HPi (Peugeot) от модельного ряда моторов MPI.
Интересно, а чем же так хорош прямой впрыск топлива в цилиндр? Реально – ничем, если учитывать конструкционные особенности моторов. А все потому что в этом случае на создание горючей смеси и испарение паров бензина выделено слишком мало времени, чем при его прохождении через впускной коллектор, когда на выходе в цилиндр поступает уже полностью готовая смесь.
Рассмотрим и другие отличия агрегатов HPi, GDI, CGI и FSI от модельного ряда MPI-моторов:
- В системе прямого впрыска, давление проходящего через форсунку топлива, в несколько десятков раз выше, нежели в системе распределенного впрыска. Это достигается благодаря применению ТНВД в конструкции силовых агрегатов с прямым топливовпрыском.
- Специальная конструкция форсунок системы прямой топливоподачи позволяет раскручивать капельки бензина на выходе, благодаря чему быстрее осуществляется их испарение. В то время как вся функция форсунки распределительной системы состоит из средств формирования топливного факела.
Как видно, система топливоподачи MPI гораздо проще во всех отношениях. Но, это далеко не все. В двигателях с прямой подачей топлива на их производительность влияет распределение воздуха внутри них и количество впрыснутого топлива в цилиндры. По этой причине поршневая часть в агрегатах с системой прямого впрыска имеет сложную профилированную конструкцию.
Подобную функцию выполняют и клапаны впуска в конструкции коллектора системы прямой подачи топлива. В конструкции HPi, GDI, CGI и FSI агрегатов предусмотрено послойное образование горючей смеси. Это говорит о том, что полностью сгорает лишь небольшое количество топлива, находящееся вблизи свечи зажигания либо происходит процесс разрушения этого облака из горючего для того, чтобы сделать всю рабочую смесь более обогащенной. В силовых бензиновых агрегатах конструкции MPI каналы для впуска топлива необходимы исключительно для впрыска смеси бензина с воздухом в цилиндры, поэтому они не имеют заслонок и винтовой формы, как моторы с прямой топливоподачей.
Такими «наворотами» перечисление отличий системы прямой подачи топлива от распределенной не заканчивается. Однако, большинство заметных моментов уже описаны выше. Если копнуть поглубже, то стоит отметить, что топливный насос высокого давления, наличие специального впускного коллектора, поршневой части особой конструкции и сложной системы форсунок отчасти можно отнести к недостаткам, наличие которых вовсе не говорит, что лишенным этого двигателям MPI придется сойти с дистанции. Во всяком случае, в ближайшее время.
Но, рано или поздно, это все же произойдет. И опять-таки по той же причине, которая относительно недавно сделала карбюратор и систему центральной подачи топлива достоянием политехнических музеев – отсутствие у системы распределенной подачи бензина высоких показателей экономии топлива без потери мощности силового агрегата, и большое количество вредных соединений в выхлопных газах автомобиля. Проведенные тестирования систем топливоподачи выявили, что силовые агрегаты с системой прямого впрыска топлива в отличие от других моторов, имеющих одинаковый объем, позволяют экономить порядка 20-25% топлива, при этом их мощность возрастает на 10%. Естественно, что ни один из существующих автопроизводителей не станет пренебрегать заявленными удовольствиями!
Но, наличие большого количества преимуществ вовсе не говорит об отсутствии недостатков. У системы прямой подачи топлива есть свой «скелет в шкафу». Если рассматривать экологическую составляющую использования прямого впрыска, то она практически идеальна, за исключением одного «но» – повышенного содержания сажи в выхлопных газах. Это и делает систему прямой топливоподачи единственным конкурентом дизельным силовым агрегатам. А это уже реальная возможность FSI поладить с MPI. Это было бы классно, но, во всяком случае, этим системам придется ладить друг с другом в одном двигателе.
Именно эту идею и воплотили в жизнь конструкторы компании Volkswagen, объединив в одном моторе обе системы MPI и FSI. Двигатели 1,8 и 2,0 TFSI относятся к третьему поколению агрегатов EA888.