Система непосредственного впрыска

Что такое FSI?

  Fuel Stratified Injection — так расшифровывается аббревиатура, обозначающая послойный непосредственный впрыск топлива. Вся линейка силовых агрегатов FSI — атмосферная с непосредственным впрыском. По сей день эти двигатели, путем модернизации, устанавливаются на новые модели VAG, однако постепенно смещаются более передовой линейкой турбо-моторов TFSI.

 Непосредственный впрыск обозначает то, что форсунки топливной системы установлены непосредственно в головку блока цилиндров, а сопло распылителя — в камере сгорания (по примеру дизельного двигателя). Послойный впрыск имеет два контура: магистраль малого давления и высокого давления. Для обеспечения режима холостого хода, движения с постоянной скоростью и режима езды накатом, двигателю не требуется много топлива, поэтому будет задействован первый контур низкого давления, который в себя включает:

  • топливный бак с топливным насосом низкого давления;
  • магистраль низкого давления;
  • топливный фильтр;
  • перепускной клапан (обратка);
  • РДТ (регулятор давления топлива).

 Контур высокого давления вступает в работу, когда требуется моментальное достижение максимальной мощности. Система включает в себя дополнительно:

  • ТНВД;
  • форсунки с 6 отверстиями (так обеспечивается правильная геометрия распыла);
  • распределительные трубопроводы от ТНВД к форсункам;
  • датчик высокого давления топлива;
  • предохранительный клапан;
  • топливная магистраль высокого давления.

 При работе мотора воздух, попадая в цилиндры через дроссельную заслонку, смешивается с топливом, непосредственно в камере сгорания, в начале такта сжатия, когда поршень стремиться из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю. Подобное смесеобразование получается однородным, что позволяет добиться максимального горения рабочей смеси, а значит — повысить КПД двигателя.

 Во время умеренной езды, или в режиме холостого хода, ТНВД не работает, и топливо подается в форсунки под давлением 0.05 МПа, как только нажимается педаль газа, давление возрастает до 5 МПа, путем включения в работу топливного насоса высокого давления. За гибкость переходных режимов отвечает отдельный ЭБУ и датчик давления топлива.

 Итак, непосредственный впрыск, в отличие от классического распределенного впрыска, отличается топливной экономичностью, экологичностью, и увеличенной мощность на 10-15% при одинаковом объеме цилиндров. 

 О недостатках FSI

  В процессе внедрения этих моторов в линейку автомобилей VAG, силовые агрегаты постоянно находится в режиме модернизации. Общий недостаток всех моторов с непосредственным впрыском — чувствительность к качеству бензина, качеству воздушного и топливного фильтров. 

 Основные недостатки:

  • требуется ежегодная профилактика топливной системы, включающая в себя диагностику и чистку, начиная от топливного бака, заканчивая форсунками. Несвоевременная чистка форсунок может привести к тяжелым последствиям для мотора: из-за недостатка топлива будет перегрев цилиндра и раскол поршня, а из-за перелива — гидроудар;
  •  требуется частая замена свечей зажигания, максимум каждые 20 000 км. Нередко двигатели FSI отказываются стабильно работать с неоригинальными свечами;
  • проблемы с холодным запуском зимой из-за недостаточного давления в малом контуре в угоду уменьшения токсичности (позже ошибку исправили внедрением новой прошивки в ЭБУ);
  • завышенный расход топлива до момента набора рабочей температуры двигателя.

 Отдельного внимания стоят двигатели, объемом 1.8 и 2 литра. Здесь, каждые 100 000 км, приходится снимать головку блока цилиндров и чистить клапана. Из-за того, что топливо не проходит по каналу ГБЦ, а значит не омывает и не охлаждает впускные клапана, то они начинают активно “обрастать” сажей и нагаром, из-за чего возможно подвисание клапанов на высоких оборотах. Такие симптомы, как: повышенный расход масла и топлива, снижение мощности и тяги, а также повышенный шум работы силового агрегата, говорит о необходимости снятия ГБЦ и механической очистке клапанов. 

 Итог

 На момент начала выпуска, двигатели FSI были “сырыми”. По ходу их выпуска производилась неоднократная модернизация, однако главные проблемы не были устранены: нагар на клапанах, повышенный расход масла после 100 000 км. Двигатели этой серии капризны к качеству топлива и обслуживания, поэтому несоблюдение регламентов вскоре приводит к дорогостоящим финансовым вложениям. 

Плюсы и минусы использования

Главной особенностью двигателя gdi является подача топлива напрямую в цилиндр, что сокращает время цикла и существенно повышает мощность автомобиля (до 15%). Помимо этого уменьшается расход топлива (до 25%) и повышается экологичность выхлопа. Это обеспечивает более эффективную эксплуатацию автомобиля в городских условиях.

Для автомобилей, на которых установлен GDI двигатель, проблемы эксплуатации связаны прежде всего со следующим перечнем недостатков:

Необходимость нейтрализации отработавших газов при работе мотора на малых оборотах. При образовании обедненной топливно-воздушной смеси в выхлопных газах образуется много вредных компонентов, для устранения которых требуется установка системы рециркуляции отработавших газов.
Повышенные требования к топливу и маслу. Наилучшим бензином для GDI считается топливо с октановым числом 101, который практически недоступен на отечественном рынке.
Высокая стоимость производства двигателей и ремонта. Весомую долю проблем доставляют форсунки, подающие бензин в цилиндры. Они должны выдерживать высокое давление. Если они забиваются по причине некачественного топлива, их невозможно разобрать и почистить – форсунки подлежат только замене

Их стоимость в несколько раз выше, чем у обычных.
Повышенное внимание к системе фильтрации. Чистка и замена воздушного фильтра в такой системе должна производиться чаще, поскольку качество поступающего воздуха напрямую связано с состоянием форсунок.

Отечественные автомобилисты весьма скептически относятся к системе непосредственного впрыска, что обусловлено высокой стоимостью обслуживания автомобиля. С другой стороны, такие двигатели считаются передовой технологией, которая развивается и активно внедряется в автомобилестроение по всему миру.

Капитальный ремонт двигателя

Этот ремонтный процесс представляет собой восстановление узлов и деталей двигателя до заводского состояния. Для проведения капремонта двигатель полностью снимается с автомобиля, очищается от грязи и проходит проверку всех узлов.

Сроки — ориентировочные. Ресурс работы двигателя может быть увеличен или уменьшен в зависимости от эксплуатации, своевременности обслуживания, качества расходных материалов.

Понять наверняка о необходимости капитального ремонта можно по признакам:

  • уменьшение давления масла;
  • увеличенный расход масла;
  • появление дыма из выхлопной трубы;
  • стуки и шумы при работе двигателя.

Появление одного из признаков — достаточный аргумент для диагностики двигателя.

Устройство, назначение и виды форсунок

Основная функция форсунки — своевременная подача топлива в камеру силового агрегата путём впрыска порции горючего в проходящий поток воздуха с образованием топливно-воздушной смеси (ТВС). Подача должна обязательно осуществляться под давлением

Особенно это важно для дизельного двигателя, где некоторая часть топлива самовоспламеняется ещё до попадания в камеру сгорания

Каждая форсунка оснащена клапаном, при открытии которого она набирает топливо, а затем выталкивает смесь под давлением. В инжекторе применяется не одна, а несколько форсунок, объединённых в систему управляемых элементов.

Работу форсунок можно представить следующим образом: по одному каналу подаётся топливо, по второму идёт поток воздуха, регулируемый дроссельной заслонкой. Попадая в форсунки, топливо распыляется для лучшего смешения с воздухом, и ТВС поступает в камеру воспламенения.

Топливные форсунки осуществляют впрыск топлива в камеру сгорания под давлением

Таким образом, процесс работы форсунок состоит из четырёх стадий.

  1. Топливо поступает от топливного насоса высокого давления (ТНВД) к форсунке.
  2. Попавшее в полость форсунки топливо оказывает воздействие на пружину.
  3. Пружина через промежуточную шайбу давит на иглу.
  4. Игла приподнимается, топливо попадает в отверстие распылителя и распыляется под высоким давлением.

По системе впрыска

По типу впрыска выделяют:

  • форсунки с центральным впрыском;
  • форсунки с распределённым впрыском;
  • форсунки с непосредственным впрыском.

Первые используются в системе моновпрыска и применяются на бензиновых силовых агрегатах. Работа их основана на впрыске топлива одной (а не четырьмя-шестью) форсункой, расположенной непосредственно на впускном коллекторе.

Наиболее популярными системами моновпрыска считаются «Моно-Джетроник», «Опель-Мультек» и др. Они используются на автомобилях «Ауди» и «Фольксваген».

Одной из самых популярных систем моновпрыска является «Моно-Джетроник»

Одним из значимых элементов системы моновпрыска, помимо форсунки, является регулятор давления. Он отвечает за постоянное поддерживание рабочего давления в пределах 0,1 МПа. Именно регулятор после остановки двигателя сохраняет остаточное давление, препятствующее проникновению в систему воздуха и облегчающее следующий пуск мотора.

Форсунки для распределённого впрыска используются в системе, предназначенной для подачи горючего за счёт электромагнитного управления иглой распылителя. Такой впрыск более современный, отличается тем, что в каждом цилиндре двигателя устанавливается своя форсунка, впрыскивающая дозированную порцию топливной жидкости в определённый момент.

Система с распределённым впрыском имеет несколько подсистем:

  • узел, отвечающий за подачу и очистку горючего;
  • часть системы, в которой происходит очистка и подача воздуха;
  • камера для улавливания и сжигания ТВС;
  • электронная подсистема с датчиками;
  • узел, где происходит выпуск и дожигание отработавших газов.

Форсунки непосредственного впрыска применяются в самой совершенной на сегодня системе впрыска бензиновых ДВС. Принцип функционирования основан на непосредственном впрыске бензина прямо в камеру сгорания.

Первая в мире система непосредственного впрыска была применена в моторах GDI, устанавливаемых на автомобили «Мицубиси». В настоящее время используется широко в автомобилях марки «Ауди» (моторы TFSI), «Фольксваген» (TSI), «БМВ» и др. Благодаря внедрению такой системы удалось достичь существенного снижения расхода горючего, сокращения вредных выбросов в атмосферу и др.

Схема непосредственного впрыска впервые была применена в моторах GDI

По конструкции

В зависимости от особенностей конструкции различают:

  • электрогидравлические форсунки;
  • электромагнитные форсунки;
  • пьезоэлектрические форсунки.

Первый тип форсунок нашёл применение в дизельных двигателях, в том числе и в системе Common Rail. Состоит такая форсунка из впускного и сливного дросселей, управляющей камеры и клапана.

Электрогидравлические форсунки используются в дизельных двигателях

Электромагнитная форсунка используется в бензиновых двигателях, укомплектованных системой непосредственного впрыска, и отличается несложным устройством. Основные элементы форсунки — клапан с иглой и сопло.

Электромагнитная форсунка используется в бензиновых двигателях

Наиболее прогрессивными в настоящее время являются пьезоэлектрические форсунки. Они устанавливаются на дизельные двигатели с системой Common Rail. Состоит такая форсунка из пьезоэлемента, переключателя, иглы и толкателя.

Пьезоэлектрические форсунки являются наиболее современными

Как определить, что смесь богатая

Несколько характерных признаков:

  • Хлопки, взрывы в глушителе. Лишнее, недогоревшее в результате неправильного соотношения, топливо взрывается в горячей выхлопной трубе;
  • Черный выхлоп и нагар на выхлопной трубе;
  • Потеря динамики. У водителя появляется чувство будто авто держат за бампер;
  • Увеличение расхода. Машина пытается компенсировать избыток воздуха, доливая топливо;
  • Ошибка богатой смеси «P0172». Считывается сканером, когда загорается CHECK ENGINE на панели:

Как проводится диагностика кода ошибки P0172?

  • Проверяется давление топлива в топливной рампе
  • Используя световые индикаторы проверяются импульсы напряжения топливных форсунок
  • Проверяются на герметичность вакуумные шланги
  • Проверяется исправность датчика массового расхода воздуха и датчиков кислорода
  • Проверяется проходимость выхлопной системы

Это интересно: Расшифровка маркировки шин, индекса нагрузки, скорости — таблица

Что входит в капитальный ремонт двигателя

Перед ремонтом организуется рабочее пространство. Необходимо подготовить стол для ремонта, хорошее освещение, коробки для деталей.

Весь процесс делится на этапы.

Демонтаж двигателя из автомобиля. Силовые агрегаты весят минимум 100 кг. Для демонтажа понадобится автомобильный подъёмник. Разборка двигателя. Понадобится набор ключей и головок

Важно найти инструкцию по ремонту силового агрегата от производителя. Проверить номер и модель двигателя — должен совпадать с описанным в инструкции

Поочерёдно снимается выпускной коллектор, поддон картера, крышка и головка блока цилиндров. Проверка узлов двигателя на соответствие стандартам. Для осуществления диагностики элементов двигателя понадобится комплект для капитального ремонта: манометр, стетоскоп, компрессометр, нутромер и эндоскоп. Ремонт и замена непригодных деталей. Сбор двигателя. Регулировка. Настройка после ремонта двигателя включает в себя: регулировку оборотов на холостом ходу и зажигания. Обкатка двигателя после ремонта обязательна.

Для чего нужен и как работает впрыск воды в двигатель: плюсы и минусы

Для начала немного истории. Самой идее впрыска воды в мотор больше сотни лет. Наибольшее практическое применение такая система нашла в авиации применительно к поршневым авиамоторам.

В 1940-е годы немецкие и американские пилоты, а также летчики из других стран активно использовали впрыск воды для того, чтобы увеличить мощность своих авиамоторов. Если точнее, в силовые агрегаты впрыскивалась смесь воды и метанола.

Однако после появления реактивного двигателя большинство работ по усовершенствованию системы впрыска воды были свернуты. Только ближе к 1980-м впрыск воды снова стал применяться, но теперь уже на автомобилях. Другими словами, указанное решение стало способом тюнинга и форсирования поршневого автомобильного ДВС, активно применяется в автоспорте.

  • Теперь давайте взглянем, как вода может обеспечить дополнительную мощность, экономичность, а также какие плюсы имеет способ. Прежде всего, конструктивно впрыск воды реализуется во впускной коллектор через специальную форсунку. Получается, вода распыляется и становится еще одним компонентом в составе топливно-воздушной смеси из бензина и воздуха.
  • В результате горючая смесь получает эффективное охлаждение после впрыска воды, также топливный заряд с частицами воды становится «тяжелее», такой плотный заряд в цилиндрах сильнее сжимается поршнем перед воспламенением. Работа на такой смеси в ряде случаев немного уменьшает общую токсичность выхлопа.

При этом сама скорость сгорания смеси замедлятся, то есть двигатель не подвергается риску детонации топлива. Температура в камере сгорания также уменьшается. Таковыми являются основные плюсы системы в случае, если было принято решение установить впрыск воды в дизельный двигатель, бензиновый атмосферный или турбоагрегат и т.д.

  • Однако есть и минусы. Более существенным недостатком считается нестабильность работы мотора при полностью открытой дроссельной заслонке, а также когда частота вращения коленвала не является высокой, машина движется с небольшой скоростью. Эти нюансы возникают по причине того, что вода не совсем равномерно распределяется по цилиндрам мотора.
  • Еще одним неприятным моментом можно считать обязательное условие использовать исключительно чистую дистиллированную воду. Дело в том, что для эффективной работы всей системы необходимо подавать на 10 кг. горючего около 2 кг. воды. Вполне очевидно, что при соотношении 1/5 использование обычной воды приведет к тому, что с каждыми 2 кг. воды в камере сгорания будет откладываться около 200 мг. солей и других примесей.

В результате двигатель выйдет из стоя уже через 100-150 моточасов работы. Именно по этой причине для системы водяного впрыска нужна предварительная качественная очистка базового компонента. Что касается практической пользы, для увеличения только порога детонации намного проще использовать химические добавки в топливо, чем бороться с детонацией при помощи добавки воды в рабочую смесь.

В списке минусов также отмечен факт, что  в морозы использовать данную систему  впрыска достаточно сложно, так как вода попросту замерзает. Использование спиртовых добавок способно решить проблему только при незначительном похолодании. С наступлением сильных морозов всю систему нужно снимать или сливать воду, после чего отключать.

Процесс сгорания в дизельных двигателях

Процесс сгорания топлива в дизельном дви­гателе отличается от процесса в двигателе с искровым зажиганием степенью сжатия и за­жиганием. В целом процесс сгорания топлива в дизельном двигателе можно описать как три последовательных процесса: задержка зажи­гания: сгорание предварительно приготовлен­ной смеси и сгорание с контролем смесеобра­зования. В зависимости от рабочего состояния и диапазона эти процессы имеют различные временные составляющие (см. рис. «Сгорание топлива в дизельном двигателе» ).

Влияние давления в цилиндре менее значи­тельно, по сравнению с влиянием темпера­туры. Однако, увеличение давления также несколько снижает величину задержки за­жигания. Топливо, впрыснутое в течение за­держки зажигания, пока что не сгорает. Вели­чина задержки зажигания может составлять от 0,1 мс при работе двигателя в диапазоне номинальной выходной мощности до более 10 мс после пуска холодного двигателя.

Продолжительность задержки зажигания определяет процесс сгорания предвари­тельно приготовленной смеси. Чем продолжительнее задержка зажигания, тем больше топлива смешивается в воспламеняемой форме. Эта масса топлива может превышать 20 мг на один литр рабочего объема. Горе­ние, как правило, начинается на краю струи топлива, где топливо очень хорошо переме­шано с воздухом, и, следовательно, имеют место оптимальные для горения условия в отношении температуры и λ. В резуль­тате экзотермической реакции происходит местное повышение температуры до более чем 2300 К, которое быстро инициирует за­жигание еще несгоревшего, предварительно смешанного с воздухом топлива. При этом скорость горения определяется происходя­щими химическими реакциями. Самоускоряющаяся цепная реакция вызывает чрезвы­чайно быстрое сгорание топлива с высокими градиентами возрастания давления. По этой причине масса предварительно смешанного, преобразованного топлива на дизельных двигателях должна быть как можно меньше. Это обычно достигается путем предваритель­ного впрыска топлива, локальное сгорание которого вызывает начальное повышение температуры, снижающее эффект задержки зажигания топлива на стадии последующего основного впрыска.

Количество предварительно смешанного топлива может составлять от менее 1 % в диапазоне полной нагрузки до 100 % в диапазоне минимальной нагрузки. Остальное топливо сгорает в режиме контроля смеси. В отличие от сгорания предварительно смешанного топлива, во время сгорания в режиме контроля смеси, также называе­мого диффузионным сгоранием, скорость преобразования топлива определяется про­цессом переноса кислорода в зону горения. При этом трудно разделить зоны сгоревшего и несгоревшего топлива, поскольку четко определенный фронт пламени отсутствует. В основном диффузионное пламя устанав­ливается на краю струи, в ограниченном диапазоне, при 0,8<λ<1,4. При изменении граничных условий (например, условий даль­нейшего испарения топлива, переноса кисло­рода, контакта со стенками цилиндра) зона реакции также сдвигается в ту сторону, где преобладают локальные стехиометрические условия (см. рис. «Процесс сгорания в режиме контроля смеси» )

Сгорание в режиме контроля смеси преоб­ладает в диапазоне высоких нагрузок, когда имеет место впрыск большого количества топлива. Здесь процессы смесеобразования и сгорания протекают параллельно. Так же как при сгорании предварительно смешан­ного топлива, на скорость преобразования может оказывать влияние процесс впрыска. Меньшее, однако также ускоряющее влияние оказывают повышение температуры и давления, а также снижение содержания инертных газов. Доминирующими факторами явля­ются смесеобразование и перенос кислорода в зону горения за счет высокой локальной турбулентности.

По этой причине интенсивность турбу­лентности является определяющей пере­менной величиной в процессах сгорания топлива в дизельных двигателях. Турбу­лентность способствует созданию высоких давлений впрыска с высокой кинетической энергией струи топлива, которая в дальней­шем преобразуется в турбулентную кинети­ческую энергию. Локальная турбулентность вызывает быстрый перенос кислорода в ло­кальные зоны реакций. Это явление также поддерживается движением заряда топлива в цилиндре (горизонтальные завихрения, потоки сжатия), однако основной вклад осуществляется импульсом впрыскиваемой струи топлива. Так же как повышение давле­ния впрыска, можно рассмотреть целесоо­бразность увеличения диаметра отверстий. Однако увеличение скорости впрыска при­водит в основном к локальному переобогащению смеси, что отрицательно влияет на преобразование топлива.

Неисправности в работе форсунок

Вследствие чрезмерных нагрузок форсунка может выйти из строя из-за нарушения режима эксплуатации мотора. Производителями заявляется ресурс деталей до 200 000 км, но в силу негативных эксплуатационных факторов износ деталей проявляется гораздо раньше.

Причины неисправности форсунок

Ремонт дизельных форсунок может потребоваться по следующим причинам:

  1. Низкое качество солярки: бич всех «дизелистов». Из-за примесей в горючем распылитель забивается; нарушается дозировка и режим подачи топлива.
  2. Низкое качество сборки компонента впрыска или заводской брак: форсунка не выдерживает эксплуатационных условий, выходит из строя деталь в целом или отдельные компоненты.
  3. Механические повреждения, вызванные некорректной работой смежных систем ДДВС.

Обычно поломки имеют следующий характер: изменяется угол распыления и количество подаваемого топлива, нарушается целостность корпуса, ухудшается ход иглы.

Признаки неисправности

Кратко опишем «симптоматический ряд»:

  • при движении ощущаются рывки и толчки;
  • ДВС нестабильно работает на холостых оборотах, глохнет;
  • при работе мотора выделяется чрезмерное количество выхлопа;
  • ощутимая потеря тяги;
  • отказ отдельных цилиндров;
  • сизый или чёрный дым из выхлопной трубы.

Обкатываем новый двигатель (или после ремонта)

Одним из ключевых факторов, который влияет на долговечность двигателя, является манера езды. Быстрые разгоны, резкие торможения, экстремальные перегрузки значительно понижают ресурс.

Наиболее уязвимыми к нагрузкам являются новые моторы или силовые агрегаты после капитального ремонта. В таких случаях обязательно требуется обкатка.

При этом зачастую продолжительность данной процедуры оговаривается заводом-изготовителем.

Щадящий режим эксплуатации требуется и после капитального ремонта. Это вызвано тем, что новые детали какое-то время притираются друг к другу. При экстремальных нагрузках они могут просто выйти из строя. На протяжении этого процесса в моторное масло попадает металлическая стружка. Сразу после ремонта необходимо залить новое масло и произвести его замену через 2000 километров.

После обкатки рекомендуется придерживаться спокойного стиля вождения, избегая рывков, быстрых стартов, торможений. Кроме того, негативно на ресурс влияет короткие поездки, длительное простаивание в гараже или на стоянке.

6 самых неудачных двигателей и автомобили, в которые их поставили

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ремонт авто
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector