Двигатель с распределенным или непосредственным впрыском: что лучше выбрать
После перехода от механического карбюратора к электронным системам впрыскам топлива инженеры разработали целый ряд решений. Сегодня современный инжекторный двигатель может оснащаться следующими системами впрыска топлива:
- распределенный впрыск;
- непосредственный впрыск (прямой впрыск);
- комбинированный впрыск топлива.
Важно понимать, как распределенный, так и непосредственный впрыск топлива имеют свои преимущества и недостатки. Распределенный впрыск — менее экономичный, расход топлива у мотора с такой системой может быть выше на 15-20%. Непосредственный впрыск топлива — более современная и экономичная система, при этом на моторах с прямым впрыском топлива цилиндры и ГРМ намного сильнее подвержены нагарообразованию. Подробнее читайте в нашей статье.
Как работает система впрыска топлива в инжекторном двигателе
Чтобы понять, что лучше, распределенный впрыск или непосредственный впрыск топлива, необходимо рассмотреть общий принцип работы, а также отличия и особенности каждой из указанных систем питания двигателя.
Если просто, такая система под управлением ЭБУ двигателем на основе показаний от целой группы электронных датчиков точно рассчитывает количество топлива, которое необходимо двигателю в определенный момент времени. Отдельно учитывается нагрузка на мотор, положение дроссельной заслонки, давление и расход воздуха и т.д.
На начальном этапе, то есть сразу поле устаревшего карбюратора и мноинжектора, все двигатели стали оснащались распределенным впрыском топлива. Однако позднее, особенно под давлением экологов и с учетом роста цен на топливо, стали появляться более сложные системы непосредственного впрыска горючего. Если рассматривать основные отличия:
- распределенный впрыск (системы типа MPI) — подача горючего реализована через форсунки во впускной коллектор, после чего топливно-воздушная смесь проникает в цилиндры мотора через впускной клапан.
- непосредственный впрыск (системы типа GDI, TSI) — горючее впрыскивается через форсунки сразу в камеру сгорания, воздух поступает из впускного коллектора через впускной клапан.
Распределенный впрыск топлива: плюсы и минусы
Благодаря наличию отдельной форсунки для каждого цилиндра, системы распределенного впрыска (многоточечный впрыск) долгое время считались эталоном надежности и экономичности. Топливные форсунки, которые располагаются над впускными клапанами каждого цилиндра, позволяют реализовать точное дозирование и равномерное распределение топливно-воздушной смеси по цилиндрам мотора.
Кроме схемы расположения форсунок, также системы непосредственного впрыска могут отличаться по алгоритмам работы. Другими словами, отличается момент подачи управляющего сигнала на открытие форсунок от ЭБУ (момент впрыска топлива), время открытия форсунок и т.д.
Попарно-параллельный впрыск отличается от одновременного тем, что открываются только те форсунки, которые расположены над цилиндрами, переходящими в такты впуска и выпуска. Данная схема более экономичная, также двигатель работает более эффективно и стабильно, отдача от мотора повышается.
В свою очередь, фазированный впрыск является наиболее современным, производительным и экономичным решением. Фазированный впрыск предполагает, что каждая форсунка срабатывает по отдельности, впрыск топлива осуществляется в тот момент, когда в каждом отдельном цилиндре начинается такт впуска.
К недостаткам можно отнести то, что распределенный впрыск, даже с учетом высокоточного срабатывания форсунок, все равно не позволяет получить идеальную топливно-воздушную смесь применительно ко всем режимам работы ДВС. Это приводит к тому, что двигатель с такой системой несколько уступает в плане мощности и экономичности аналогам с непосредственным впрыском.
Непосредственный впрыск топлива: преимущества и недостатки
Непосредственный впрыск также называют прямым впрыском топлива. Если в системах распределенного впрыска смесь сначала поступает в коллектор над впускным клапаном, в системах с прямым впрыском горючее сразу подается напрямую в камеру сгорания. Это значит, что во впускной коллектор топливо не поступает.
Непосредственный впрыск точнее, чем распределенный, горючее лучше дозируется. Высокоточные форсунки позволяют обеспечить послойное, стехиометрическое гомогенное или гомогенное смесеобразование.
В результате выше качество ТВС (топливно-воздушной смеси), топливный заряд сгорает более эффективно. Мотор с такой системой экономичнее на 15-20% и немного мощнее. Также топливо сгорает более полноценно, выхлоп менее токсичен, что позволяет дополнительно улучшить показатели в плане экологии.
Причина нагарообразования заключается в том, что отсутствие прямой подачи топлива на клапан приводит к быстрому скоплению отложений, так как тарелка клапана не омывается горючим. В свою очередь, нагар может привести к разным последствиям, вплоть до зависания клапана и его прогара.
Также можно добавить к этому сложность самой системы прямого впрыска, проблемы засорения форсунок (закоксовывания), распылители которых установлены непосредственно в камере сгорания. Если форсунки загрязняются, происходит потеря мощности мотора, расход топлива увеличивается, двигатель работает с перебоями.
Непосредственный впрыск топлива или распределенный: что лучше
Если проводить сравнение распределенного и непосредственного впрыска топлива, прямой впрыск имеет целый ряд очевидных преимуществ, которые перечеркивается одним главным недостатком – надежность и ресурс самого мотора.
При этом частично удается отсрочить появление проблем следующими способами:
- заправка исключительно высококачественного топлива;
- эксплуатация автомобиля в оптимальных режимах (обороты средние и выше);
- добавлением различных присадок-очистителей в топливо для очистки форсунок от нагара и т.д.
В свою очередь, моторы с распределенным впрыском менее требовательны к качеству масла и топлива, имеют более простую систему питания, которую проще почистить и обслужить при такой необходимости. Главный их недостаток – ощутимо большее потребление горючего и меньшая отдача от мотора по сравнению с аналогами, оснащенными прямым впрыском.
- Получается, если рассматривать к покупке новый автомобиль или подержанную машину с прозрачной историей обслуживания и небольшим пробегом (до 50-60 тыс. км.), вариант с непосредственным впрыском вполне можно рассмотреть для покупки. Главное, провести комплексную диагностику топливной аппаратуры, сделать эндоскопию цилиндров и т.д.
- В случае с моторами, оснащенными распределенным впрыском, отдельного внимания на пробегах около 100-150 тыс. км. могут потребовать разве что сами топливные форсунки и впускной коллектор. Если двигатель нормально обслуживался и правильно эксплуатировался, а также не имеет конструктивных дефектов и врожденных проблем, от системы питания также не следует ожидать подвоха.
При этом сервисное обслуживание таких систем, а также стоимость отдельных элементов (например, топливных форсунок) зачастую заметно ниже аналогичных решений для систем прямого впрыска. Это значит, что такую машину будет проще заправлять, обслуживать и ремонтировать.
Советы и рекомендации
Разобравшись с тем, какую систему питания выбрать в том или ином случае, распределенный впрыск топлива или непосредственный, что лучше и почему, также необходимо уделить внимание вопросу увеличения срока службы более современной системы прямого впрыска топлива.
- Если вы уже владеете или только что приобрели автомобиль с прямым впрыском, необходимо помнить, что отложения на клапанах формируются в результате заправки некачественным топливом. Также моторы с прямым впрыском оснащены топливным насосом высокого давления, предельно чувствительным к наличию загрязнений. Важно! Топливный фильтр, а также сеточку на входе в насос низкого давления нужно регулярно менять!
- Распылители форсунок стоят в камере сгорания и быстро закоксовываются, так как находятся в агрессивной среде и работают в крайне тяжелых условиях. Промывать такие форсунки рекомендуется на специальном стенде каждые 40-50 тыс. км пробега.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как почистить двигатель от нагара. Из этой статьи вы узнаете о причинах, по которым закоксовывается мотор, а также о способах очистки двигателя от нагара и на что следует обращать внимание в рамках эксплуатации авто с двигателем, склонным к нагарообразованию.
Подведем итоги
С учетом вышесказанного становится понятно, что каждая из указанных систем питания двигателя имеет как определенные преимущества, так и недостатки. Вполне очевидно, что прямой впрыск является более эффективным решением по сравнению с распределенным впрыском. Однако, это справедливо только при условии полной исправности самой системы непосредственного впрыска топлива.
Если же говорить об автомобилях с пробегом, а также о надежности и ресурсе в целом, более простые и в достаточной мере экономичные двигатели с распределенным впрыском топлива можно считать более надежными как в плане системы впрыска, так и в плане общего ресурса.
Рекомендуем также прочитать статью о том, какие плюсы и минусы имеют двигатели TSI и коробки DSG. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках такой связки от VAG, а также что нужно знать при покупке машины с коробкой ДСГ и мотором TSI (TFSI).
Причина — появление еще более современной комбинированной системы впрыска топлива (системы типа TFSI). Такие системы позволили превзойти распределенный впрыск, а также избавиться от целого ряда недостатков, которые присущи прямому впрыску топлива в цилиндры двигателя.
За что любят и ненавидят непосредственный впрыск
Разбираемся в особенностях конструкции моторов с непосредственным впрыском и выясняем, за что их можно любить и ненавидеть.
Бензиновые моторы с непосредственным впрыском топлива автолюбители и специалисты оценивают по-разному: одни считают их примером технологического совершенства, другие бояться как огня и готовы отказаться от них ещё на стадии выбора автомобиля. Разбираемся в особенностях конструкции и выясняем, за что стоит любить и ненавидеть непосредственный впрыск.
В чём отличие схемы с непосредственным впрыском
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания с непосредственным впрыском начали массово поступать на отечественный рынок в начале 2000-х годов и к настоящему моменту стали непременным атрибутом любого более-менее современного автомобиля среднего или высшего ценового сегмента. Иными словами, они давно являются данностью и останутся таковой до момента перехода человечества на принципиально иные средства передвижения, коими сейчас большинству экспертов видятся электрокары.
Основным отличием от традиционной системы распределённого впрыска схемы с непосредственным впрыском является то, что бензин в ней подаётся не во впускной коллектор, а прямиком в цилиндры. Таким образом, в камеры сгорания поступает не готовая топливовоздушная смесь, а «живое» топливо, при этом смесеобразование производится в самом моторе.
Зачем это нужно
Вопросом создания систем непосредственного впрыска инженеры озаботились ещё во второй половине XIX века, однако довести до массового серийного производства смогли относительно недавно. Первыми на рынок поступили моторы семейства Mitsubishi GDI, а следом подтянулись и все другие всемирно известные бренды — Volkswagen, GM, Toyota, Mercedes, BMW, Ford, Peugeot/Citroen, Renault, Mazda и даже корейский Hyundai.
Хитрость в том, что схема с непосредственным распределённым впрыском позволяет чрезвычайно тонко и точно управлять процессом смесеобразования и заставлять бензиновый двигатель работать на невероятно бедной топливовоздушной смеси. Если обычные моторы, как правило, функционируют при соотношении бензина к воздуху в пропорции 1:14, то моторы с непосредственным впрыском в некоторых режимах выходят на 1:20 и даже 1:40. Нетрудно догадаться, что это позволяет им сжигать гораздо меньше топлива. При этом настройка процессов смесеобразования в реальном времени и применение сразу нескольких режимов работы повышает мощностные и динамические показатели и улучшает экологичность силового агрегата.
Что лучше: распределенный или непосредственный впрыск?
Часто во время покупки нового автомобиля покупатель может стоять перед выбором между двумя двигателями: MPI или GDI. В этом обзоре разберем, какая между ними разница и какие им присущи плюсы и минусы.
MPI расшифровывается как Multi Point Injection и обозначает многоточечный распределенный впрыск топлива. Данная система исторически пришла на смену моновпрыску карбюратора. Для каждого цилиндра устанавливается отдельная инжекторная форсунка, которая впрыскивает бензин в коллекторе. Смешение топливо-воздушной смеси происходит именно во впускном коллекторе, после чего открывается клапан и готовая стехиометрическая смесь поступает в камеру сгорания.
Аббревиатура GDI расшифровывается как Gasoline Direct Injection и обозначает непосредственный впрыск. При данной системе впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндр, и смешение топливовоздушной смеси происходит тоже в самом цилиндре. Если у MPI давление в системе равняется 3,5 атмосферам, то у GDI давление на момент впрыска может достигать 30-110 атмосфер. Поэтому у двигателей GDI имеется топливный насос высокого давления, который является сложным устройством. Помимо этого, сами форсунки при непосредственном впрыске имеют ряд особенностей, помогающих им функционировать при высоком давлении. А значит вся система GDI на порядок сложнее MPI, что обозначает дорогое обслуживание и ремонт.
Система GDI
Классическая стехиометрическая смесь характеризуется как 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива. Инженеры всегда мечтали сделать более обедненную смесь и в двигателях GDI это стало возможно. При непосредственном впрыске в отдельных случаях соотношение воздуха к топливу может равняться 30 к 1, но не на всем протяжении работы двигателя. Это позволяет экономить бензин и делает всю систему GDI более экологичной. Производители уверяют, что экономия топлива может достигать 30%, однако это актуально только в идеальных лабораторных условиях. На деле экономия составляет около 10%.
Gasoline Direct Injection
Таким образом, GDI более продвинутая система, которая позволяет получить большую мощность при меньших затратах топлива. Но при этом для таких двигателей существенно повышаются требования к качеству бензина и моторного масла, да и сами автомобили с GDI дороже, как и их обслуживание и ремонт.
Системы подачи топлива бензиновых двигателей: какие бывают и в чем их особенности?
Тип системы подачи топлива, главным образом, зависит от типа двигателя, какой это мотор бензиновый или дизельный. Под системой подачи топлива понимают набор устройств, которые обеспечивают передачу топлива из бака в камеру сгорания.
1. Часть топливной рампы 2. Топливная рейка. 3. Крепление магистрали 4. Обратка 5. Топливный насос 6. Топливный фильтр 7—8. Топливные магистрали. 9. Форсунки (инжекторы).
Системы подачи топлива бензиновых двигателей
Задача топливной системы у бензиновых двигателей не только подавать топливо из бака в камеру сгорания, но и смешивать бензин с воздухом в правильной пропорции, которая обеспечить нужное воспламенение смеси в цилиндре, по сути — готовить эту смесь.
Приблизительно так выглядит карбюратор.
Механическое устройство, обычно устанавливаемое на впускной коллектор, которое при помощи бензонасоса и воздуха готовило смесь одновременно для всех цилиндров. При кажущейся простоте конструкции, карбюратор частенько доставлял много головной боли. Предложение написано в прошедшем времени, потому что такая топливная система сегодня не применяется даже самыми отсталыми автопроизводителями как правило в силу неэкологичности. Будучи лишенным множества датчиков, карбюратор регулярно ошибался в пропорциях и готовил непригодную смесь. В итоге мотор мог троить, заглохнуть или вообще не завестись. Самая безобидная проблема — завышенный расход топлива. Все сложности карбюратором решались его регулировкой, что утомляло.
Блок моновпрыска. Он не только визуально похож на карбюратор, но и отчасти схож с ним технологически.
Упрощенно, система моновпрыска по сути являлась развитием идеи карбюратора. Тоже единственный элемент, готовивший топливную смесь сразу для всех цилиндров. Ключевое отличие от карбюратора, что этот элемент был электронным. Это решение не задержалось на долго в автомобильной индустрии. В основном его имели автомобили конца 80-х, начала 90-х годов выпуска. По сравнению с карбюратором моновпрыск был более экономичен, но при этом также капризен и не слишком экологичен.
Распределенный впрыск
Расположенный приблизительно под углом в 45 градусов — форсунка (инжектор). осуществляющая впрыск топливной смеси.
Система распределенного впрыска — качественно иной уровень. В конце 90-х, начале 2000-х её ставили на автомобили премиум-класса, сегодня же это решение поголовно применяется на машинах начального и среднего ценовых диапазонов. Одно из важнейших конструктивных отличий в том, что при такой системе выделялась отдельная форсунка (инжектор) на каждый цилиндр. Таким образом у четырехцилиндрового двигателя их было четыре, у шести- — шесть, у восьми — восемь и т.д. Это позволило гораздо рачительнее использовать топливо, снизив расход бензина. Кроме того, в систему добавился ЭБУ (электронный блок управления). Он каждую секунду автоматически анализирует сотни параметров (обороты, положение педали газа и многое другое) и готовит топливную смесь из бензина и воздуха в подходящей пропорции. Это позволяет моторы быть энергоэффективным. Больше отдавать и меньше расходовать.
Непосредственный впрыск
На сегодняшний день — самая передовая система подачи топлива на бензиновых двигателях. Применяется на автомобилях среднего и высокого классов. По сравнению с распределенным впрыском она ещё сложнее и экономичнее, более требовательна к качеству топлива. В целом система непосредственного впрыска построена по тому же принципу, что и распределительного. Ключевое отличие в том, что при непосредственном впрыске форсунка входит прямо в цилиндр, в то время как при распределительном форсунка находится ещё во впускном коллекторе.
Комбинированная система
Обратите внимание, слева на обоих картинках показаны по две форсунки на цилиндр. Вверху, распределенный впрыск, ниже — непосредственный.
Комбинированная система — объединяет в себе решения от распределительного и непосредственного впрысков. При комбинированной системе на один цилиндр приходится сразу две форсунки. Это самая дорогая, самая энергоэффективная и самая сложная на сегодня система. Такое решения встречается только на дорогих автомобилях.