Двигатель с распределенным впрыском топлива: Распределенный впрыск топлива или непосредственный что лучше? — RallySale.ru Продажа спортивных автомобилей, гоночной техники и экипировки для автоспорта. Работа. Аренда и тюнинг машин

Содержание

Распределенный впрыск топлива или непосредственный что лучше?

Двигатель

29.11.2016

0 16 056 3 minutes read

Дорогие друзья, сегодня узнаем много интересного о впрыске системы питания. И так: распределенный впрыск топлива или непосредственный? Что лучше и чем они отличаются?

Допустим у вас пришло время осуществить вашу мечту и вы серьезно взялись за выбор автомобиля. Дело серьёзное, и если выбор цвета и формы машины даётся довольно легко, то с подбором типа мотора могут возникнуть трудности, особенно у неподготовленных в техническом плане людей.

Если так, тогда вам однозначно следует внимательно прочитать эту статью.

Оглавление

1 Распределенный впрыск топлива: экономно и экологично
2 Момент впрыск топлива
- 2.1 Одновременный
- 2.2 Попарно-параллельный
- 2.3 Фазированный
3 В погоне за показателями
4 Чем же отличается распределенный впрыск топлива от непосредственного?
- 4. 1 Непосредственный впрыск

Распределенный впрыск топлива: экономно и экологично

Не секрет, что распределённый впрыск топлива (инжекция) – это современная технология, тесно связанная со сложной электроникой. Главной её «фишкой» является наличие индивидуальной форсунки у каждого цилиндра бензинового мотора.

Но, на самом деле, похожие системы, правда, имеющие механическое управление, появились ещё в конце ХIХ – начале ХХ веков. Использовались они в авиации, в гоночных машинах и иногда их интерпретации даже выходили на массовый автомобильный рынок.

Настоящий же бум распределенный впрыск пережил с появлением доступных микропроцессоров в конце 80-х годов и пользуется уважением у производителей транспортных средств и по сей день.

Перейдём к принципу работы и разновидностям системы распределенного впрыска (кстати, её ещё называют многоточечной системой).

Как мы уже упомянули, ключевой особенностью данной технологии являются топливные форсунки, которые устанавливаются по одной перед впускными клапанами каждого цилиндра двигателя.

Таким образом, в отличие от моновпрыска, удаётся добиться равномерного распределения топливно-воздушной смеси по цилиндрам, а также точной её дозировки.

В целом данная схема расположения форсунок позволила инженерам значительно повысить экологичность моторов, а также сделать их менее прожорливыми. Контролирует весь этот ансамбль электронный блок управления (ЭБУ).

Он при помощи многочисленных датчиков, передающих данные о температуре, положении педали газа, количестве поступающего воздуха и прочих параметрах, вычисляет оптимальный объём бензина для впрыска и в нужный для этого момент подаёт управляющий сигнал на открытие форсунок.

Момент впрыск топлива

Кстати, о времени открытия форсунок. Тут не всё так просто, и системы распределённого впрыска различаются в зависимости от того, в каком порядке происходит активация этих элементов. Существуют такие варианты впрыска:

одновременный;
попарно-параллельный;
фазированный.

Одновременный

При одновременной инжекции бензина все форсунки открываются единомоментно, и происходит это за один полный рабочий цикл двигателя (два оборота коленчатого вала). Не считаю это разумным ходом и не понимаю зачем лишний расход топлива.

Видимо это практиковалось на заре изобретения такого метода, когда не очень беспокоились об экологии и бензин был дешевый.

Попарно-параллельный

При попарно-параллельном открытии процесс разбивается таким образом, чтобы в один момент времени впрыск производили только две форсунки и только тех цилиндров, которые переходят в такты впуска и выпуска.

Здесь тоже наблюдается лишний впрыск, зачем он нужен в такте выпуска. Говорят это помогает при запуске двигателя в аварийном режиме. Ну хоть единовременно, и то хорошо.

Фазированный

Но самым современным из перечисленной тройки является фазированный алгоритм работы системы распределенного впрыска топлива и используется в современных автомобилях. Он предусматривает включение каждой форсунки непосредственно перед тактом впуска соответствующего ей цилиндра. Это конечно разумно и правильно.

Главное в таком впрыске то, что форсунка впрыскивает топливную смесь во впускной коллектор на входе в цилиндр, непосредственно на впускной клапан. Впрыск производится на такте ВПУСК.

В погоне за показателями

Выше мы уже говорили о том, что система многоточечной инжекции позволила двигателям стать гораздо более «чистыми» по сравнению с предшественниками, оснащёнными моновпрыском или карбюратором.

Тем не менее, защитникам окружающей среды этого было мало и с каждым годом автопроизводителям приходилось учитывать всё более жёсткие экологические нормы.

Чем же отличается распределенный впрыск топлива от непосредственного?

А вот в чем. Как уже было сказано выше, при распределенном впрыске, смесь поступает в коллектор в область впускного клапана. А при непосредственном впрыске, прямо в камеру сгорания, минуя впускной коллектор.

Непосредственный впрыск

Непосредственный впрыск более точен и подаваемое давление топливной смеси выше, чем у распределенного впрыска. Такой принцип экономичнее (до 20% экономии топлива). экологичнее (топливо лучше сгорает). Но все же такой тип системы не лишен недоствтков и конструкторы пошли дальше.

А вот что из этого вышло, и какие технологии появились в результате, в Комбинированная система впрыска топлива TFSI.

//www.youtube.com/watch?v=lW7UOR68poQ

До встречи на страницах блога!

Статьи по теме

Распределенный, непосредственный или комбинированный впрыск

Молодое поколение водителей уже и не знает, что раньше инжекторных моторов не было – почти все бензиновые силовые агрегаты были карбюраторные. Но экология и развитие технологий вытеснили их, сегодня системы подачи топлива сплошь компьютерные. Но их развитие не остановилось. Современный автомобиль с бензиновым мотором может быть оборудован тремя типами впрыска – распределенным, непосредственным или комбинированным. Чем они отличаются и какой из них лучше рассмотрим в этой статье.

На фото — распределенный впрыск топлива

Распределенный впрыск (MPI)

Формально это не первый вид впрыска, и не он пришел на смену карбюратору. Был еще так называемый моновпрыск – топливо во впускной коллектор подавала одна форсунка. Несмотря на то, что управление у нее было электронным, по сигналам с датчиков, заметного преимущества моновпрыск перед карбюратором не дал: основная проблема с оседанием топлива на стенках коллектора сохранилась. Моновпрыск популярности не получил, а автомобильные инженеры сразу перешли к впрыску распределенному.

Схема моновпрыска, стрелочка указывает на форсунку

Основная его особенность – наличие индивидуальной форсунки на каждый цилиндр. Впрыск топлива происходит во впускной коллектор, в нем происходит смесь с воздухом. Форсунки расположены около впускных клапанов, топливу не нужно блуждать по недрам коллектора, смесь получается стабильной. Уже этот факт позволил снизить расход, повысить мощность и улучшить экологичность. Кроме того, система распределенного впрыска получилась недорогой – форсунки простые, бензонасос дешевый, все отточено и хорошо работает. Неудивительно, что распределенный впрыск до сих пор остается самым популярным, особенно на недорогих автомобилях, для которых себестоимость производства и цена владения имеют важное значение.

Схема распределенного впрыска топлива

Минус у распределенного впрыска сегодня один – он достиг потолка по эффективности. Инженеры уже выжали максимум, дальше ни расход топлива снижать, ни мощность увеличить невозможно, поэтому конструкторам приходится искать новые варианты, чтобы укладываться во все более строгие экологические рамки и удовлетворять запросы покупателей, которые постоянно хотят более экономичные и более мощные автомобили.

Непосредственный впрыск (GDI)

Довольно очевидно, что главное направление улучшения характеристик – образование топливо-воздушной смеси прямо в цилиндре. Да, по сравнению с карбюратором и моновпрыском, потери топлива на проход по коллектору у распределенного впрыска заметно меньше, но они все равно есть. Что-то остается на коллекторе, что-то на впускных клапанах. Всего этого можно избежать если подавать бензин прямо в цилиндр. Так и происходит на моторах с непосредственным впрыском.

Слева распределенный впрыск MPI, справа непосредственный GDI

То, что это работает, хорошо видно по характеристикам. GDI-моторы мощнее и экономичнее собратьев с распределенным впрыском. Прибавка составляет порядка 5-10%, что не так уж и мало. Такой результат достигается не только за счет меньшей потери топлива, но и за счет гибкости, которую инженеры получают в настройке впрыска. Например, они могут «играть» с так называемым стехиометрическим числом – соотношением бензина и воздуха в смеси. Обедненные смеси, в которых мало бензина, но много воздуха, на распределенном впрыске невозможны – они просто напросто не смогут воспламениться по законам физики. У непосредственного впрыска эта проблема решена очень элегантно, бензин распыляется около свечи зажигания, рядом с ней смесь богатая, но по всему остальному цилиндру – бедная. Получается, что и с воспламенением проблем нет, и топлива используется меньше.

Еще одна перспективная тема для непосредственного впрыска – управлением моментом подачи топлива. В зависимости от нагрузки на мотор, топливо можно подавать на разных циклах движения поршня (например, на сжатии или на впуске) и получать нужный результат по соотношению мощность/экономичность. Эта сфера еще не до конца исследована и оставляет инженерам большой простор для улучшения показателей моторов.

Вид на двигатель GDI сверху

Казалось бы, непосредственный впрыск намного лучше распределенного и должен был бы его уже вытеснить. Но оказалось все не так просто. У GDI-моторов нашлись и серьезные минусы.

Во-первых, сильно усложнилась конструкция. Форсунки более дорогие и сложные, обычного насоса в баке уже не хватает, требуется использовать дополнительный ТНВД, который повышает себестоимость системы. Кроме того, очень сильно возрастают требования к качеству топлива. Форсунки и ТНВД сильнее страдают от некачественного бензина, а ремонт оказывается очень дорогим. Неудивительно, что на дешевых машинах непосредственный впрыск встречается нечасто – он реально дороже в обслуживании чем распределенный.

ТНВД двигателя 4G93

Во-вторых, обнаружились и технические проблемы. То, что бензин не проходит через впускные клапана обратилось не только в плюсы, но и в минусы для самих клапанов. Они больше не смазываются и не охлаждаются бензином. Из-за этого на машинах с непосредственным впрыском на впускных клапанах часто образуется нагар, а это приводит к неправильной работе всего мотора. Яркий пример – двигатель ЕP6 (Prince), о котором мы уже рассказывали.

Нагар на клапанах

Не удивительно, что в России первые GDI-моторы получили так сказать «плохую прессу», с российским «серным» бензином ТНВД и форсунки служили недолго, а их замена всегда была дорогой. Сейчас качество топлива чуть выросло, да и агрегаты постепенно избавляются от детских болезней, но до сих пор нужно признать, что распределенный впрыск в целом чуть более надежный чем непосредственный.

Нельзя сказать, что перечисленные недостатки ставят крест на непосредственном впрыске, но то, что они сдерживают его развитие, это точно.

Комбинированный впрыск

Популярная тема последних 5-6 лет – использование на одном моторе обоих типа инжектора. То есть у машины есть два комплекта форсунок – один установлен перед клапанами во впускном коллекторе, а второй – прямо в цилиндрах. В зависимости от настройки ЭБУ, в разных режимах может работать как одна форсунка, так другая, или вообще обе сразу – тут тоже непаханное поле для экспериментов и улучшений. Обычно в простых режимах движения используются форсунки в коллекторе, а когда нужно поднажать и от мотора требуется максимум, то подключаются форсунки в цилиндрах. Может быть и чуть иначе, настройки у каждого мотора свои.

Комбинированный впрыск топлива

Объединение впрысков помогает решить технические проблемы. Если часть бензина идет из коллектора, то впускные клапана нормально охлаждаются и смазываются. Жизнь форсунок тоже по идее должна увеличиться, ведь они теперь используются по очереди. При этом все эксперименты с бедной смесью и временем впрыска на комбинированной системе тоже возможны.

Однако проблему сложности и долговечности комбинированный впрыск не решает. У него все равно есть ТНВД, дополнительные форсунки и очень замороченная настройка. Своими силами ремонтировать такие машины очень сложно. Есть и другие заморочки в обслуживании таких машин, например, при установке ГБО, уже есть «газовые» решения, которые могут работать и с комбинированным впрыском, но они дорогие и сложные в настройке и установке.

Двигатель 2.5 Smartstream с комбинированным впрыском топлива Kia K5

На сегодняшний момент с разными типами инжекторов сложилась понятная ситуация – есть отработанная и проверенная технология (мы имеем в виду распределенный впрыск), которая за годы использования избавилась от проблем, дешева и надежна, но которая исчерпала резервы к улучшению и уже не всегда устраивает по эффективности. И есть более перспективные технологии, сложные, пока менее надежные и заметно более дорогие, но дающие лучший результат и в целом более прогрессивные. Наверное, когда-то распределенный впрыск тоже будет отправлен на свалку истории, но у нынешних покупателей машин есть выбор – либо предпочесть надежность и дешевизну, либо мощность и экономию топлива. И не факт, какой из этих выборов лучше.

Топливный инжекторный комплект, системы и детали — Послепродажные топливные форсунки, комплекты и аксессуары

JEGS AN для фитингов адаптера впрыска топлива

5,99–45,99 долл. США

$5,99 — $45,99

Замена карбюратора Sniper EFI 4-BBL

25,61–2679,00 $

25,61–2679,00 долл. США

Быстроразъемные фитинги Earl’s для топливной магистрали EFI

15,29–73,90 долл. США

Топливные рампы JEGS для воздухозаборников двигателей LS в стиле OE

$111,79 — $170,94

$111,79- $170,94

$111,79 — $170,94

Контроллеры Holley EFI Terminator X и Terminator X Max MPFI

$709,95 — $3333,95

Запчасти для систем впрыска топлива Holley

10,75–725,9 $5

10,75–725,95 $

10,75–725,95 долл. США

Переходные фитинги Russell SAE Quick-Connect EFI

11,99–294,99 долл. США

Дроссельные заслонки JEGS LS

$158,99 — $275,37

Датчики, разъемы и аксессуары AEM

$0,41 — $265,19

Система дроссельной заслонки EFI серии JEGS Bandit

$7,97 — $1426,85

Модули топливного бака EFI Holley OEM-Style

$182,95 — $949,95

Комплект для подачи встроенного топлива FiTech Go EFI

$46,00 — $297,00

Комплекты для самостоятельной настройки Sniper EFI Stealth 4150

$1299,95 — $2071,00

Восстановленные топливные форсунки AUS

27,99–41,99 долл. США

Жгуты проводов Holley Avenger, HP, Terminator и Dominator EFI

28,37–649,95 долл. США

Шланг для впрыска топлива JEGS

$30,99 — $160,99

Edelbrock Pro-Flo 4 EFI системы и аксессуары

45,95 $ — 2891,90 $

Системы управления транспортными средствами Holley Dominator EFI

41,17 $ — 3665,95 $

41,17–3665,95 долл. США

МСД Атомик ЭФИ

$19,67 — $2183,90

Усилитель воздушного потока JEGS TBI

$50,99

Системы дроссельной заслонки FiTech GoStreet EFI 400 HP

$869,00 — $1711,94

869,00 $ — 1711,94 $

Топливные форсунки Accel Performance

$51,99 — $503,95

FAST EZ-EFI Самонастраивающиеся комплекты впрыска топлива

$17,95 — $2748,95

Запасные части Holley Pro-Jection TBI

$10,49 — $913,95

FiTech Go-Fuel EFI Tank & Pump Systems

$638,00 — $670,00

Комплекты и аксессуары для самостоятельной настройки Holley Sniper EFI на 2 барреля

$1045,95 — $1772,95

Датчики абсолютного давления в коллекторе JEGS

33,99 $

$33,99

FAST LSX Заготовка топливной рейки

$5,95 — $340,95

Адаптеры топливных форсунок Caspers Electronics

5,59–11,99 долл.

США

5,59–11,99 долл. США

$5,59 — $11,99

Топливные форсунки FuelTech

$319,00 — $379,00

Toyota Прямой впрыск и порт впрыска

Если вы обслуживали импортные автомобили по крайней мере в течение последнего десятилетия, вы, возможно, видели автомобиль Toyota с непосредственным впрыском топлива и впрыском топлива через порт. Вы увидите форсунки во впускном коллекторе и топливный насос с непосредственным впрыском. Toyota называет эту систему D-4S или Dynamic Force Engine («S» означает «превосходный»), и самое раннее ее применение было на внедорожнике Lexus GS с двигателем V8. Система D-4S не является системой «холодного пуска» или «облива» форсунки, как на двигателях V6 с начала до конца 2000-х годов.

Форсунки прямого впрыска аналогичны любой другой системе прямого впрыска топлива. И топливные форсунки порта не предназначены для очистки впускных клапанов; эти форсунки работают, чтобы подавать топливо в двигатель. Оба комплекта форсунок работают вместе для получения наилучшей топливной смеси в цилиндре.

Однако системы впрыска топлива во впускной коллектор и системы непосредственного впрыска топлива имеют свои преимущества и недостатки.

Распределительный впрыск топлива может обеспечить лучшее испарение при определенных условиях. Но капельки топлива в порту могут выпадать из взвеси, когда они ударяются о впускной клапан перед попаданием в камеру сгорания. Прямой впрыск топлива лучше охлаждает камеру сгорания и регулирует подачу топлива при определенных условиях. Но при определенных оборотах двигателя и условиях нагрузки непосредственный впрыск может привести к образованию сажи из-за недостаточного испарения. В некоторых случаях впрыск топлива через порт обеспечивает больший крутящий момент.

Toyota использует смешанный подход, сочетающий порт и непосредственный впрыск топлива, чтобы обеспечить наилучшие характеристики, выбросы и экономичность. Трудно сказать, когда активен входной, прямой или оба инжектора, потому что это зависит от многих переменных, таких как положение дроссельной заслонки, нагрузка, частота вращения двигателя и даже температура двигателя.

Двигатели и модели D-4S

Все больше и больше двигателей оснащаются системой впрыска D-4S. Все началось с Lexus на моделях GS в 2007 году. В 2012 году Toyota/Scion FR-S F86 получила D-4S. Highlander и Tacoma также получили системы D-4S в 2015 году в качестве опции. Последним автомобилем, получившим его, является четырехцилиндровый двигатель, используемый в Camry 2017 года. Лучший способ обнаружить один из этих двигателей — посмотреть на топливные форсунки и топливный насос высокого давления.

Как это работает

По данным Toyota, при низких и средних нагрузках двигателя прямой и портовый впрыск топлива используются вместе или один из них используется для создания однородной смеси воздуха и топлива, что способствует к устойчивым процессам горения.

В диапазонах высоких нагрузок двигателя используется только прямой впрыск топлива для охлаждения всасываемого воздуха за счет охлаждающего эффекта паров топлива, которое впрыскивается в цилиндр, улучшая эффективность наддува и антидетонационные свойства.

При некоторых условиях впускные клапаны открываются, пропуская гомогенную топливно-воздушную смесь в камеру сгорания, и топливо впрыскивается в течение первой половины такта впуска.

Во время холодного пуска система синхронизирует открытие порта и прямой топливной форсунки, чтобы уменьшить выбросы и обеспечить послойное сгорание. Сразу после запуска холодного двигателя и во время такта выпуска топливо впрыскивается во впускное отверстие из блока топливных форсунок (для впрыска во впускное отверстие). Топливо также впрыскивается из топливной форсунки непосредственно в конце такта сжатия. В результате воздушно-топливная смесь расслаивается, а область возле свечи зажигания богаче, чем остальная часть воздушно-топливной смеси. Этот процесс позволяет использовать более позднее зажигание, повышая температуру выхлопных газов. Повышенная температура выхлопных газов способствует быстрому прогреву катализаторов и улучшению характеристик выбросов выхлопных газов.

Невозможно определить, где происходит переключение с порта на прямой впрыск.

Единственный способ увидеть различные операции впрыска топлива — это использовать сканирующий прибор.

Модуль ECM управляет топливным насосом и рассчитывает потребность в топливе низкого давления на основе состояния автомобиля и сигналов, поступающих от различных датчиков, и выходных сигналов. Трехфазная широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется для ЭБУ управления топливным насосом.

Как и во многих автомобилях Toyota последних моделей, топливный насос останавливается при срабатывании любой из подушек безопасности дополнительной удерживающей системы (SRS), что сводит к минимуму утечку топлива.

В обоих комплектах форсунок используется один и тот же топливный насос в баке для обеспечения давления топлива в топливной рампе для форсунок с отверстиями и топливного насоса высокого давления на двигателе. Насос должен создавать давление от 51 до 73 фунтов на квадратный дюйм во время работы и через пять минут после выключения двигателя. Если насос не работает, обе системы не будут работать.

Топливный насос высокого давления может создавать давление от 435 до 725 фунтов на квадратный дюйм. Ранние модели D-4S Lexus V8 с этой системой имели обратную линию в бак на стороне высокого давления топливной системы.

Более поздние модели используют переливной клапан и улучшенное управление электромагнитным насосом, чтобы сделать систему без возврата и улучшить выбросы EVAP. Клапан контроля разлива используется для контроля давления нагнетания насоса. Он расположен во впускном канале узла топливного насоса. Переливной клапан и соленоид контролируют, сколько топлива должно быть сжато насосом высокого давления. Это позволяет несжатому топливу проливаться обратно в сторону низкого давления системы, позволяя системе контролировать давление, когда система непосредственного впрыска топлива не используется. Насос будет тише, когда клапан открыт, потому что он не сжимает топливо. При некоторых режимах холостого хода обычное тиканье насоса исчезает.

В топливных форсунках с непосредственным впрыском используется специальный зажим, который под действием пружины постоянно давит на рампу топливных форсунок высокого давления.