bestcarservice
CSS Drop Down Menu by PureCSSMenu.com

двигатель GDI

«Нет плохих идей, есть недоведенные до ума или нереализованные»— так, наверное, считают японские инженеры. По крайней мере вряд ли кто-то еще сравнится с ними по числу оригинальных решений, примененных на серийных автомобилях. «А это мы придумали, мы же над этим работали!», — кричат потом в Европе и Америке. Придумали. Но не сделали. Или сочли невыгодным и бросили. А теперь догоняйте!
Уже более 100 лет на автомобили устанавливается бензиновый ДВС и уже почти 100 — двигатель Дизеля. Мы давно к ним приспособились и, хорошо зная их достоинства и недостатки, применяем тот или другой по обстоятельствам. Бензиновый двигатель легко пускается, разгоняется быстро и до высоких оборотов, имеет большую литровую мощность и дешевле стоит. Но любит «покушать», причем недешево. Поэтому его мы чаще видим на легковых и небольших грузовых автомобилях.
Дизель и сам по себе стоит дороже, и дороже в обслуживании, не столь быстроходен, выдает меньшую мощность с литра рабочего объема, имеет повышенный уровень шума и хуже пускается. Зато, и это главное, — потребляет куда меньше топлива, причем более дешевого. Понятно, что практически весь тяжелый и коммерческий транспорт «ездит» на дизелях. Но «лишних денег не бывает», и покупатели легковых автомобилей, причем не только в Европе, все чаще задумываются о том, какой двигатель им предпочесть. И довольно часто выбирают дизель. Хотя еще лучше, если бы два в одном... И быстрый, и тихий, и с легким пуском, и чтобы топливо зимой не застывало, да и мощность повыше не помешает, но вот только бы «ел» поменьше... Но чудес не бывает. Бывает теория двигателей.Чтобы топливо сгорело, нужен воздух. Но надо смешать с топливом столько воздуха, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехеометрическим, и оно, конечно же, давно известно. Например, для бензина оптимальный (теоретически) состав топливной смеси выражается соотношением 14,7:1, то есть на 1 грамм бензина нужно 14,7 грамма воздуха. Смесь, в которой воздуха больше, чем нужно, называется бедной, а та, в которой воздуха меньше, чем нужно (то есть больше топлива), называется богатой. Слишком бедную смесь не всегда удается поджечь, при работе на богатой смеси несгоревшее топливо бесполезно «вылетает в трубу» и растет выброс угарного газа.
Но воздух нужен не только для сгорания. Чем выше давление в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача двигателя. И нам очень выгодно, чтобы больше воздуха попало в цилиндр на такте впуска: тем больше потом будет давление.
А вот теперь пора разбираться, почему дизель экономичнее.
Вспомним, как работает ДВС. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем она сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и от этого еще и нагревается. К концу сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое при высоких давлении и температуре самовоспламеняется. Давление в цилиндре дизеля намного выше, чем в цилиндре бензинового двигателя: для современного безнаддувного дизеля вполне нормальна степень сжатия 20, а у серийных бензиновых, даже самых «зажатых», едва достигает 11. А выше давление в цилиндре — выше и эффективность. Сразу мысль: а поднять степень сжатия в бензиновом двигателе?! Пробовали. Но выше 11 никак не получается. Потому что есть такие явления, как детонация и калильное зажигание.
Детонация — очень быстрое сгорание топлива в точках, удаленных от свечи, сопровождается резким местным перегревом и перегрузкой деталей двигателя. Внешний признак детонации — стук — мы слышим, когда, например, на «Жигулях» пытаемся резко разогнаться после заправки низкооктановым бензином.
Калильное зажигание— преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания (например — от того же электрода свечи).
Длительная работа с детонацией и калильным зажиганием недопустима: мотор быстро выйдет из строя. Детонацию и калильное зажигание провоцируют высокая температура и высокое давление. Во избежание детонации моторы с высокой степенью сжатия «кормят» высокооктановым бензином (98), но выше степени сжатия 11 и его «не хватает».
Теперь посмотрим, что происходит при малых нагрузках. Вот мы «убавили газ» и поехали медленнее. Что это значит для бензинового мотора? Когда мы отпускаем педаль акселератора, на впуске прикрывается дроссельная заслонка, а это значит, что мы уменьшаем не только количество подаваемого топлива, но и количество воздуха. Меньше воздуха в цилиндре — меньше давление в конце сжатия. Но это при карбюраторе, скажете вы. А как же бензиновый двигатель с впрыском топлива? Ведь там-то можно уменьшить подачу топлива, не уменьшая количество воздуха? Можно, но до определенного предела. Потому что слишком бедная смесь не будет поджигаться искрой, и чтобы смесь не обеднилась слишком сильно, дроссель все же придется прикрыть, и давление снизится. Меньше давление в цилиндре — меньше момент на выходе.
А что значит «отпустить педаль» у дизеля? Это значит, что в цилиндр будет просто подаваться меньше топлива. Но количество всасываемого воздуха останется прежним, и давление в конце такта впуска не изменится. Да, смесь в цилиндре станет бедной, но дизель благополучно работает и на бедной смеси — ведь там другой принцип воспламенения и другое топливо! И дизель остается весьма эффективным и при малых нагрузках. А мы, кажется, дошли до главного: если мы хотим сделать бензиновый двигатель экономичным, «эластичным» и при этом более мощным, то мы должны избавить его от детонации и научить «питаться» бедной смесью.
На некалорийной пище.
Итак, проблема в том, что искра упорно не желает воспламенять бензовоздушную смесь более бедную, чем в соотношении 17:1. Но ведь можно заполнять цилиндр совсем бедной смесью, а непосредственно к свече подавать более богатую, которая загорится. Пытались: например, в форкамерном двигателе эта идея и была заложена. Реальных же результатов удалось достичь на моторах с распределенным впрыском топлива: здесь добиваются устойчивой работы на смеси с соотношением 22:1, но сильнее обеднить смесь все равно не удается. Ведь в случае обычного распределенного впрыска смесеобразование внешнее — форсунка впрыскивает бензин во впускной трубопровод. И доставить более богатую часть потока смеси к свече мы можем только за счет направления потока методами аэродинамики, например, определенным образом его завихряя. Вот если бы топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр...
Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском появились довольно давно и применялись в авиации уже в годы Второй мировой войны. Двигатели для автомобилей тоже разрабатывались, по крайней мере в нашей стране их испытывали уже в конце 40-х. Однако еще долгое время не удавалось справиться с серьезными недостатками непосредственного впрыска, в частности — «дизельным» дымлением на мощностных режимах. Да и мотор получался довольно дорогим, а потому экономически невыгодным. И непосредственным впрыском практически перестали заниматься.
Но не японцы. На Mitsubishi раньше других осознали, какую пользу может принести непосредственный впрыск в условиях ужесточения экологических норм, а бензин в Японии дешевым никогда не был. 15 лет усилий увенчались успехом: первые доведенные до готовности к производству моторы с непосредственным впрыском бензина были представлены публике на Франкфуртском и Токийском автосалонах осенью 1995 г. Их обозначили GDI - Gasoline Direct Injection — непосредственный впрыск бензина. Спустя год на японском рынке появился серийный Mitsubishi Galant 1.8 GDI, и, наконец, в 1997 г. европейцам была предложена Carisma с двигателем 1.8 GDI.
Как устроен GDI.
Действительно, двигатель Mitsubishi GDI напоминает по конструкции и обычный бензиновый, и дизель. В каждом цилиндре присутствует и свеча зажигания, и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа (50 атм.). Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива. Обратим внимание на следующие особенности. Впускной трубопровод подходит к цилиндру сверху. Это позволяет получить падающий поток воздуха, который после контакта с поршнем разворачивается и устремляется вверх, закручиваясь по часовой стрелке (такая организация воздушного потока позволяет достичь оптимальной концентрации топлива непосредственно около свечи). По почти прямому трубопроводу поток движется с очень высокой скоростью, и даже когда поршень достиг нижней мертвой точки, еще некоторое количества воздуха входит в цилиндр по инерции.
Поршень необычный — сверху есть выемка сферической формы. Форма поршня обеспечивает три важные функции. Во-первых, позволяет задать воздушному потоку нужное направление движения. Во-вторых, направляет впрыскиваемое топливо непосредственно к свече зажигания, что важно при работе на предельно бедных смесях. В-третьих, определяет распространение фронта пламени.
Как работает GDI.
В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения. Работа на сверхбедных смесях. Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия. Топливо впрыскивается компактным факелом и, смешиваясь с воздухом, направляется сферической выемкой поршня. В результате наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.
Работа на стехиометрической смеси. Этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Но поскольку было бы желательно повысить степень сжатия, то важным становится не допустить детонации и калильного зажигания. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.
И еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации еще возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на «подготовку» детонации времени уже не остается.
Итак, что, в конце концов, получется на выходе? Степень сжатия удалось поднять до 12—12,5, улучшилось наполнение воздухом. Двигатель устойчиво работает и на очень бедной смеси. Результат: по сравнению с «обычным» бензиновым двигателем GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа. Но это в Японии. Из-за того, что бензин в Европе содержит много серы, при подготовке европейской версии мотора от одного из преимуществ — повышенной мощности — пришлось отказаться...
В России GDI дебютировал весной 2000 г. на Mitsubishi Pajero Pinin (1,8) и Pajero III (3,5 — V6). Осенью к ним присоединилась Carisma 1.8 GDI, а в 2001 г. возможно появление и других моделей. На сегодня гамма двигателей Mitsubishi с непосредственным впрыском бензина включает рядные «четверки» рабочим объемом 1,5; 1,8; 1,8 с турбонаддувом; 2,0; 2,4 л, а также 3,0- и 3,5-литровые V-образные «шестерки». Общее число моторов GDI, выпущенных на заводе в Киото, уже превысило 720 тысяч шт. Помимо автомобилей Mitsubishi они устанавливаются на некоторые модификации Volvo S40/V40. Кроме того, производство двигателей GDI по лицензии Mitsubishi освоено компанией Hyundai Motor (в том числе V8-4,5 л) и готовится на Peugeot. Ведутся переговоры со многими другими автопроизводителями.


На данный момент автомобили с двигателями системы GDI выпускают фирмы: Mitsubishi (6G-74, 4G-93, 4G-73), Toyota (3S-FSE, 1AZ-FSE), Nissan (3.0-litre Engines VG30dd), BOSCH (система Moronic MED7).


Остановимся на некоторых практических рекомендациях для владельцев GDI. Первое, основное и главное, что надо бы уяснить для себя владельцам таких автомобилей - это качество топлива, которое вы будете заливать в топливный бак. Оно должно быть "самым-самым": высокооктановым и чистым (по-настоящему высооктановым и по-настоящему чистым). Естественно, совершенно не допускается применения ЭТИЛИРОВАННОГО бензина. Так же не стоит злоупотреблять различного рода "присадками и очистителями", "повышателями октанового числа" и так далее и тому подобное. И причиной этого запрета являются сами принципы "построения" топливных насосов высокого давления, то есть принципы "сжимания и нагнетания топлива".
Например, на двигателе 6G-74 GDI в этом участвует клапан мембранного типа, а на двигателе 4G-94 GDI - целых СЕМЬ маленьких плунжеров, расположенных в специальной "обойме" похожей на револьверную и работающих по сложному механическому принципу. И клапан мембранного типа, и плунжера являются деталями высокой точности и их поверхности обработаны с чистотой не менее 14 класса. Естественно, если в топливе будут посторонние примеси или, не дай Бог, "обыкновенная" грязь, то, само собой разумеется, что через некоторое время эксплуатации топливный насос высокого давления просто-напросто "сядет", то есть, уже не будет нагнетать топливо в вихревые форсунки с нужным давлением. Конечно, конструкторами предусмотрена очистка топлива, которая имеет несколько ступеней:· Первая очистка топлива производится "сеточкой" топливоприемника топливного насоса, расположенного непосредственно в топливном баке.· Вторая очистка топлива осуществляется "обычным" топливным фильтром (на Mitsubishi он располагается под днищем автомобиля, на Toyota в баке).· Третья очистка топлива происходит при поступлении топлива в топливный насос высокого давления: на "входе" топливопровода стоит "сеточка - стакан", диаметром 4 мм и высотой 9мм.· Четвертая очистка топлива осуществляется при ВЫХОДЕ топлива из "топливной рейки" обратно в бак - конструктивно "выход" топлива осуществляется опять же через корпус топливного насоса высокого давления: там стоит такая же "сеточка-стакан".
Очистка, согласимся, хорошая, но только не для нашего топлива. Например, можно привести случай с директором автозаправочной станции, ездившим на Mitsubishi Pajero с двигателем 6G-74 GDI. Уж как только он не очищал топливо, как только не берег свою "ласточку", заливая в бак топливо действительно "самое-самое". Но все равно, через некоторое время двигатель начал терять приемистость и, в конце концов, автомобиль начал двигаться еле-еле. А когда разобрали топливный насос высокого давления - руками развели! Все высокоточные, прецизионные детали топливного насоса были такого вида, словно их специально "шкрябали" наждачной бумагой… Следует помнить, что в баке установлен "вспомогательный" насос подкачки топлива и топливный фильтр (см. рис.). Их неисправность также может вносить свою лепту состояние инжекторной системы. Первым "звоночком" для владельца двигателя GDI о том, что с его двигателем "что-то не так" становится снижение мощности и приемистости, а если и на это он не обратит внимание, то далее, через некоторое время двигатель начинает отказываться заводиться. Необходимое примечание: именно на этом этапе владельцу двигателя GDI надо все бросать и "лететь" на СТО занимающуюся ремонтом таких топливных насосов высокого давления, потому что в этом случае что-то еще можно будет поправить и хоть немного, но восстановить.
Проверить и удостовериться в "виновности" в этом топливного насоса высокого давления можно достаточно просто. Для этого можно применить методику, состоящую из нескольких "шагов": Шаг 1: "подтверждаем или опровергаем виновность" системы электронного обеспечения управления двигателем (всей электроники), для чего проводим ее диагностику и считывание DTC. Необходимое примечание: топливный насос высокого давления GDI - высокоточное механическое прецизионное устройство, и из всей "электроники" на нем только электромагнитный клапан, "запирающий" топливо. Система самодиагностики на автомобилях с двигателями GDI - это действительно настолько "продвинутая" система, что иногда нам казалось, что она способна "думать". Например, компьютер "знает", что двигатель после запуска из "холодного" состояния не способен прогреться за пару минут (проводя эксперименты, мы принудительно изменяли показания датчика температуры охлаждающей жидкости сразу же после запуска двигателя), и реагировал на наши действия лампочкой "CHECK" на приборной панели. Так же компьютер "знает", сколько "воздуха надо для нормальной работы двигателя", и при его уменьшении (мы имитировали "забитость" воздушного фильтра) так же зажигает лампочку "CHECK" на приборной панели.Мы провели около тридцати подобных тестов и выяснили, что система настолько "продвинута", что может вызывать уважение.
Однако, несмотря на свою "продвинутость", электронная система не может, она просто не "научена" реагировать на изменение давления топлива, вследствие ухудшения параметров "внутренностей" топливного насоса высокого давления (износа вследствие применения некачественного топлива). Поэтому мы делаем. Шаг 2: проверяем исправность электромагнитного "запирающего" клапана и если здесь все нормально, то делаемШаг 3: измеряем давление топливного насоса высокого давления на "выходе". И зная, что оно должно составлять от 40 до 50 кг\см2, смотрим на прибор и делаем вполне определенные выводы.Автомобили с двигателями GDI пока еще не "научены" ездить на нашем топливе. Ну а если у вас все же двигатель GDI и "деваться некуда", то единственное, что можно посоветовать - регулярно, через несколько тысяч километров производить полную очистку топливного насоса высокого давления в специализированной мастерской. На некоторых двигателях GDI использована корректирующая схема управления дроссельной заслонкой, которая состоит из Throttle Posicion Sensor, расположенный на оси дроссельной заслонки Два сенсора Pedal Posicion, расположенных в районе левой передней стойки и управляемых тросиком "газа".Throttle Control Motor, расположенный на дроссельной заслонке напротив TPS, который и управляет дроссельной заслонкой (датчик температуры), расположенный в "развале" блока цилиндров. Установка дроссельной заслонки в "правильное" положение при запуске двигателя производится при повороте ключа зажигания в положение "Ig 1".
Полностью закрытая дроссельная заслонка резко открывается на 20-30 градусов, а потом медленно "идет" обратно и останавливается в том положении, на которое ей "указывают" два сенсора - TPS и THW ( при регулировке TPS при включенном зажигании дроссельная заслонка изменяет свое положение. Так же, при изменении сопротивления THW дроссельная заслонка меняет свое исходное положение). При выключении зажигания блок управления ( ECM) проводит контроль работоспособности дроссельной заслонки:Throttle Control Motor "пошагово" двигает дроссельную заслонку до упора вверх и обратно, до упора вниз. Таким образом проверяется готовность дроссельной заслонки для следующего запуска двигателя и исправность системы управления дроссельной заслонкой. В случае неправильной регулировки TPS или неправильной работы Throttle Control Motor, когда дроссельная заслонка "перейдет критические углы установки".
Блок управления (ECM) начинает "ругаться" и полностью отключает систему управления дроссельной заслонкой. Для восстановления работоспособности надо выключить зажигание и подождать 20-30 секунд, пока произойдет автоматический "сброс" неправильной информации ( щелчок реле за "бардачком").

Яндекс.Метрика

(c) 2009 авторемонт