Посредственный впрыск?
Любой работник автосалона с гордостью заявит вам, что двигатель предлагаемого вам автомобиля "оборудован новейшим непосредственным впрыском". Чаще всего, при этом, смысл и принцип работы нововведения объяснить затруднится, но зато посулит немыслимую экономию ("до 30%") и "увеличение мощности".
Между тем, "новейший" непосредственный впрыск, это технология разработанная еще в середине 30-х и серийно применявшаяся в годы Второй мировой, например, на истребителях "Мессершмитт 109".
Вскоре после войны немецкая инженерия несколько раз пыталась применить этот принцип на мелкосерийных автомобилях, в числе которых был и культовый Mercedes 300SL c механическим непосредственным впрыском - по сути, настоящий "бензиновый дизель".
Хорошо различим топливный насос высокого давления:
Рассмотрим его поближе:
Количество поломок систем первого поколения оказалось решающим - про принцип в промышленном масштабе забыли на пяток десятилетий, несмотря на заметную экономию на фоне примитивного карбюраторного смесеобразования.
Идея распылять топливо непосредственно в цилиндр стала практически полезной только в начале 90-х. Причина проста - экология и ее нормативы. Значительное количество времени при городском режиме движения автомобиль работает в режиме малых и частичных нагрузок, иногда топливо тратится практически "в пустую" - фактически только на поддержание холостых оборотов.
Хорошо было бы, подумали инженеры, для режимов малых нагрузок наполнять цилиндры бедной смесью, сильно отступив от пропорций стехиометрии. И если для полноценного горения за идеал принято соотношение 14.7 кг воздуха на 1 кг бензина плюс-минус 10%, то выгодным, с точки зрения экологии, было бы найти возможность поджигать смесь в несколько раз более бедную, экономя бензин. Раза так в 2-3 более бедную, иначе заметного результата не будет. Из практики однако известно, что уже соотношение более 15,7 вызывает проблемы с горением. При соотношениях более 22:1 эффективного воспламенения уже не происходит, что грозило затее провалом.
Вот тут-то про непосредственный впрыск и вспомнили. В отличие от обычного распределенного впрыска, где форсунка льет прямо во впускной канал, поместив форсунку прямо в цилиндр, мы получаем возможность управлять фазой и длительностью впрыска - впускной клапан уже не мешает. Это как видео против киноаппарата с обтюратором - когда источник топлива уже в цилиндре, управляй им как хочешь - ничто не мельтешит перед форсункой и не отвлекает от процесса. :)
Для режима частичных нагрузок впрыскивание организовали в момент начала такта сжатия. Топливо долетает до днища поршня специальной формы, попутно забирая часть тепла в цилиндре и препятствуя тем самым детонации, хорошо перемешивается с воздухом и вспыхивает к моменту конца сжатия совместно с дополнительно поданной порцией в итоговом соотношении всего около 40:1(!). В обычном же режиме, двигатель работает на уже привычном соотношении воздуха и бензина, близком к стехиометрии. Вот вам и зримая экономия.
Это как бы осязаемые плюсы. А теперь сюрприз, поговорим о недостатках.
Система питания обычного двигателя работает при давлении около 3,5 атм. Для этого нам требуется электронасос, не шибко отличающийся по конструкции, надежности и цене от насоса "Малыш" у вас на даче. Также потребуется несколько форсунок, по числу цилиндров - а это тоже не ахти какие большие затраты как при производстве так и при последующей возможной замене. Добавляем сюда только обычные шланги и фильтр. Неисправный насос сразу даст о себе знать и может быть довольно просто продиагностирован и заменен на аналогичный. С форсунками возни и проблем еще меньше - живут десятками лет.
А теперь вот вам, форсунка непосредственного впрыска от BMW, которая по размеру аналогична дизельной - высотой в треть двигателя, массой в полкило:
По сравнению с распределенным впрыском, это недешевые, сложные в производстве и довольно капризные форсунки с давлением от 50 (Mitsubish) до 200 атм (BMW/Mercedes). Сравните с 3,5 атм. Да, это не дизель с 1800-2500 атм, но уже совсем точно не "обычный" распределенный впрыск.
Систему дополнительно усложняет наличие ТНВД - самого насоса, который обеспечивает столь высокое давление. В принципе, любой насос - штука механическая. А если давления высокие, то потенциально проблемная. BMW меняла конструктив уже раз семь за последние пару лет! Стоимость, конечно, не астрономическая, как у дизелей, но по 400+ долларов, да еще и сама работа по замене...
Так или иначе, но сервисная программа по замене форсунок также известна всем обладателям моторов с непосредственным впрыском от BMW.
Идем далее: осмоление и закоксовка рабочей части форсунки нарушают точность ее работы - чувствительность к качеству топлива заметно повышается. Надежность - нет. Mitsubishi со своим GDI была первой в мире в 1996(!) году, кто адаптировал немецкие идеи к современным реалиям. Где теперь GDI моторы на экспортных рынках?
Требования экологии подразумевают рециркуляцию картерных газов - избытка давления в масляной системе. Это минимум. А иногда еще и части выхлопных газов... То есть, пока двигатель не прогрет, часть выхлопных газов снова отправляется на впуск, "на переработку". Экология...
Вспоминаем теперь, что форсунка во впускные каналы уже не прыскает - грязь и отложения не смывает. А вентиляция именно через них и организована, что в итоге?! А вот что:
Закоксовывание приводит к затруднению закрытия клапана, что в скором времени гарантирует снижение компрессии в цилиндрах. Мотор начинает ощутимо потряхивать, а после цилиндры и вовсе отключаются. Применение масел обычного качества, что норма для всех производителей (LowSAPS, с низкой щелочностью и высоким NOACK индексом) отпускает мотору пару-тройку лет сравнительно беспроблемного существования.
Теперь поговорим про прирост мощности и экономичности. Как современный (года так с 1990) автомобиль с условным 3-х литровым двигателем ел по городу 15-16 литров, так и ест. Без улучшений. Что с непосредственным впрыском, что с распределенным. Какие тесты журналисты не проводят - там везде примерно одни и те же цифры фактического расхода.
Мощность, точнее - момент? Для примера рассмотрим в сравнении два практически идентичных мотора - BMW N52 и BMW N53. Ну едва ли этот эксцесс в 20 Н/м можно назвать достижением, чиптюнингом можно достичь сравнимых результатов.
Что в итоге?
Непосредственный впрыск для реальных условий эксплуатации это:
1.Использование конструктивно сложных и потенциально ненадежных узлов и агрегатов.
2.Исключительно высокие требования к качеству топлива, а особенно - масла.
3.Снижение потребления топлива и увеличение мощности на практике малозначительны, или вообще отсутствуют.
4.Диагностирование неисправностей и ремонт значительно усложнены.
Покупая автомобили BMW, Audi, Mercedes и прочих марок с непосредственным впрыском топлива, найдите время разобраться с особенностями эксплуатации этих двигателей на основе практического опыта владельцев, а не рекомендаций производителя.
Между тем, "новейший" непосредственный впрыск, это технология разработанная еще в середине 30-х и серийно применявшаяся в годы Второй мировой, например, на истребителях "Мессершмитт 109".
Вскоре после войны немецкая инженерия несколько раз пыталась применить этот принцип на мелкосерийных автомобилях, в числе которых был и культовый Mercedes 300SL c механическим непосредственным впрыском - по сути, настоящий "бензиновый дизель".
Click to viewХорошо различим топливный насос высокого давления:
Рассмотрим его поближе:
Количество поломок систем первого поколения оказалось решающим - про принцип в промышленном масштабе забыли на пяток десятилетий, несмотря на заметную экономию на фоне примитивного карбюраторного смесеобразования.
Идея распылять топливо непосредственно в цилиндр стала практически полезной только в начале 90-х. Причина проста - экология и ее нормативы. Значительное количество времени при городском режиме движения автомобиль работает в режиме малых и частичных нагрузок, иногда топливо тратится практически "в пустую" - фактически только на поддержание холостых оборотов.
Хорошо было бы, подумали инженеры, для режимов малых нагрузок наполнять цилиндры бедной смесью, сильно отступив от пропорций стехиометрии. И если для полноценного горения за идеал принято соотношение 14.7 кг воздуха на 1 кг бензина плюс-минус 10%, то выгодным, с точки зрения экологии, было бы найти возможность поджигать смесь в несколько раз более бедную, экономя бензин. Раза так в 2-3 более бедную, иначе заметного результата не будет. Из практики однако известно, что уже соотношение более 15,7 вызывает проблемы с горением. При соотношениях более 22:1 эффективного воспламенения уже не происходит, что грозило затее провалом.
Вот тут-то про непосредственный впрыск и вспомнили. В отличие от обычного распределенного впрыска, где форсунка льет прямо во впускной канал, поместив форсунку прямо в цилиндр, мы получаем возможность управлять фазой и длительностью впрыска - впускной клапан уже не мешает. Это как видео против киноаппарата с обтюратором - когда источник топлива уже в цилиндре, управляй им как хочешь - ничто не мельтешит перед форсункой и не отвлекает от процесса. :)
Для режима частичных нагрузок впрыскивание организовали в момент начала такта сжатия. Топливо долетает до днища поршня специальной формы, попутно забирая часть тепла в цилиндре и препятствуя тем самым детонации, хорошо перемешивается с воздухом и вспыхивает к моменту конца сжатия совместно с дополнительно поданной порцией в итоговом соотношении всего около 40:1(!). В обычном же режиме, двигатель работает на уже привычном соотношении воздуха и бензина, близком к стехиометрии. Вот вам и зримая экономия.
Это как бы осязаемые плюсы. А теперь сюрприз, поговорим о недостатках.
Система питания обычного двигателя работает при давлении около 3,5 атм. Для этого нам требуется электронасос, не шибко отличающийся по конструкции, надежности и цене от насоса "Малыш" у вас на даче. Также потребуется несколько форсунок, по числу цилиндров - а это тоже не ахти какие большие затраты как при производстве так и при последующей возможной замене. Добавляем сюда только обычные шланги и фильтр. Неисправный насос сразу даст о себе знать и может быть довольно просто продиагностирован и заменен на аналогичный. С форсунками возни и проблем еще меньше - живут десятками лет.
А теперь вот вам, форсунка непосредственного впрыска от BMW, которая по размеру аналогична дизельной - высотой в треть двигателя, массой в полкило:
По сравнению с распределенным впрыском, это недешевые, сложные в производстве и довольно капризные форсунки с давлением от 50 (Mitsubish) до 200 атм (BMW/Mercedes). Сравните с 3,5 атм. Да, это не дизель с 1800-2500 атм, но уже совсем точно не "обычный" распределенный впрыск.
Систему дополнительно усложняет наличие ТНВД - самого насоса, который обеспечивает столь высокое давление. В принципе, любой насос - штука механическая. А если давления высокие, то потенциально проблемная. BMW меняла конструктив уже раз семь за последние пару лет! Стоимость, конечно, не астрономическая, как у дизелей, но по 400+ долларов, да еще и сама работа по замене...
Так или иначе, но сервисная программа по замене форсунок также известна всем обладателям моторов с непосредственным впрыском от BMW.
Идем далее: осмоление и закоксовка рабочей части форсунки нарушают точность ее работы - чувствительность к качеству топлива заметно повышается. Надежность - нет. Mitsubishi со своим GDI была первой в мире в 1996(!) году, кто адаптировал немецкие идеи к современным реалиям. Где теперь GDI моторы на экспортных рынках?
Требования экологии подразумевают рециркуляцию картерных газов - избытка давления в масляной системе. Это минимум. А иногда еще и части выхлопных газов... То есть, пока двигатель не прогрет, часть выхлопных газов снова отправляется на впуск, "на переработку". Экология...
Вспоминаем теперь, что форсунка во впускные каналы уже не прыскает - грязь и отложения не смывает. А вентиляция именно через них и организована, что в итоге?! А вот что:
Закоксовывание приводит к затруднению закрытия клапана, что в скором времени гарантирует снижение компрессии в цилиндрах. Мотор начинает ощутимо потряхивать, а после цилиндры и вовсе отключаются. Применение масел обычного качества, что норма для всех производителей (LowSAPS, с низкой щелочностью и высоким NOACK индексом) отпускает мотору пару-тройку лет сравнительно беспроблемного существования.
Теперь поговорим про прирост мощности и экономичности. Как современный (года так с 1990) автомобиль с условным 3-х литровым двигателем ел по городу 15-16 литров, так и ест. Без улучшений. Что с непосредственным впрыском, что с распределенным. Какие тесты журналисты не проводят - там везде примерно одни и те же цифры фактического расхода.
Мощность, точнее - момент? Для примера рассмотрим в сравнении два практически идентичных мотора - BMW N52 и BMW N53. Ну едва ли этот эксцесс в 20 Н/м можно назвать достижением, чиптюнингом можно достичь сравнимых результатов.
Что в итоге?
Непосредственный впрыск для реальных условий эксплуатации это:
1.Использование конструктивно сложных и потенциально ненадежных узлов и агрегатов.
2.Исключительно высокие требования к качеству топлива, а особенно - масла.
3.Снижение потребления топлива и увеличение мощности на практике малозначительны, или вообще отсутствуют.
4.Диагностирование неисправностей и ремонт значительно усложнены.
Покупая автомобили BMW, Audi, Mercedes и прочих марок с непосредственным впрыском топлива, найдите время разобраться с особенностями эксплуатации этих двигателей на основе практического опыта владельцев, а не рекомендаций производителя.