Не форсункой единой. Фото: pixabay.com
ЗАГЛЯНЕМ В ПРОШЛОЕ
Для начала вспомним о карбюраторе: это механическое устройство формировало топливную смесь и подавало ее в цилиндры двигателя. Десятилетия его существования внесли немало изменений в его конструкцию, что позитивно сказалось на надежности топливной системы, но гораздо менее повлияло на расход топлива. И только с появлением электронных форсунок и блоков управления ситуация изменилась. И как нельзя кстати, ведь цены на бензин и дизель стабильно растут.
Прежде чем перейти к современным системам впрыска, рассмотрим принцип работы инжектора, чтобы понять, почему он более экономичный по сравнению с отжившими свое карбюраторами и за счет чего повышается мощность двигателя.
ВСЕ В РУКАХ ЭЛЕКТРОНИКИ
Основа любой современной системы подачи топлива — вовсе не форсунки, а электронный блок управления (ЭБУ). Это практически компьютер, управляющий подачей топлива. По всему подкапотному пространству расположены многочисленные датчики, показания которых постоянно анализирует микропроцессорный блок. С этих датчиков ЭБУ получает информацию о положении и частоте вращения коленвала, положении дроссельной заслонки, массовом расходе воздуха двигателем, содержании кислорода в выхлопе, положении распределительного вала, температуре воздуха на входе, наличии детонации и многих других параметрах.
Анализируя данные, блок принимает решение о моменте открытия форсунок и его длительности. Цель одна: подать в каждый цилиндр ровно столько топлива, сколько ему сейчас нужно, с учетом того, как именно движется авто на данный момент: разгоняется, буксирует тяжелый прицеп под горку, идет на обгон или же движется с постоянной скоростью по ровной дороге.
МОНОВПРЫСК: УЖЕ ИСТОРИЯ
Single Point Injection. Он же центральный впрыск, или моноинжектор. В этой системе впрыск топлива осуществляется одной форсункой, расположенной во впускном коллекторе. Такую систему нередко называли "карбюратор с форсункой". И хотя сегодня такие системы уже не выпускают, они оставили свой след в истории, положив начало новой эре экономичных схем подачи топлива. Моновпрыск не был лишен недостатков, среди которых — завышенные по сегодняшним меркам расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу. Зато простая конструкция обеспечивала высокую надежность, ведь форсунка расположена в самом комфортном для нее месте — холодном потоке воздуха.
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВПРЫСК
Multi Point Injection. Он же многоточечная система впрыска. Здесь топливо в каждый цилиндр подается отдельной форсункой, хотя образование смеси бензина и воздуха происходит во спускном коллекторе, недалеко от впускного клапана. На сегодняшний день распределенный впрыск — самая распространенная система подачи топлива в современных автомобилях массового сегмента. Существует несколько типов распределенного впрыска.
На сегодня эта система впрыска самая популярная в масс-сегменте авто.
ОДНОВРЕМЕННЫЙ. Simultaneous Multi Point Injection — одновременно открываются все форсунки. Это самый простой вариант распределенного впрыска. На сегодняшний день он практически не используется.
ПОПАРНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ. Здесь форсунки открываются парами (в случае с четырехцилиндровым двигателем). Такой принцип обычно используется современными системами впрыска в аварийном режиме при поломке датчика положения распредвала (или, как его еще называют, датчика фазы).
ФАЗИРОВАННЫЙ. Cylinder Individual Fuel Injection — этот принцип используется в большинстве систем распределенного впрыска. Здесь каждая форсунка открывается непосредственно перед впускным тактом и управляется отдельно.
Системы распределенного впрыска характеризуются умеренным расходом топлива одновременно с относительно невысокими требованиями к его качеству: многие моторы с распределенным впрыском можно эксплуатировать, например, на 92-м бензине вместо 95-го и не бояться расплатиться за эту экономию дорогим ремонтом. В то же время уровень содержания вредных веществ в выхлопе гораздо ниже, чем у моноинжектора и тем более карбюраторных двигателей.
И тем не менее распределенному впрыску на пятки наступает более современный метод подачи топлива.
НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ
Основные принципы работы системы непосредственного впрыска схожи с распределенным. Основное отличие заключается в том, что форсунки расположены не во впускном коллекторе, а в головке блока цилиндров, и впрыск осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра под большим давлением. Именно такой позволяет выжать дополнительные лошадиные силы из двигателей небольшого объема.
Эту систему придумали около 60 лет назад для спорткаров.
МОЖНО ПОТЕРЯТЬСЯ. В разнообразии обозначений систем непосредственного впрыска легко запутаться, потому что каждый автопроизводитель применяет собственную аббревиатуру. Например, системы непосредственного впрыска в двигателях Mitsubishi маркируются как GDI (Gasoline Direct Injection), в двигателях Audi, Volkswagen, Skoda — FSI, TSI, а в Mercedes-Benz — CGI.
Системы непосредственного впрыска топлива обеспечивают его существенную экономию (до 20 процентов по сравнению с распределенным впрыском) и отвечают более требовательным экологическим нормам. Но в то же время они очень восприимчивы к качеству топлива.
НИЧТО НЕ НОВО. Несмотря на то, что такая система считается самым современным способом подачи топлива в цилиндры двигателя, впервые его использовали много десятилетий назад — на спортивном автомобиле Mercedes-Benz W196 с непосредственным впрыском выигрывали гонки еще в середине 50-х годов прошлого столетия. Но тогда еще не существовало электронных блоков управления с десятком датчиков, а единственной целью непосредственного впрыска было добавить мощности. Ведь речь шла о спорткаре для соревнований, где в борьбе за доли финишных секунд расход топлива никто во внимание не принимает.
ТУРБИНА И ЕЩЕ РАЗ ТУРБИНА
Современные нормы автомобильного моторостроения — как экологические, так и продиктованные требованиями рынка — подразумевают снижение объема двигателя и расхода топлива, но с сохранением и ростом мощности и динамики. Ведь невозможно объяснить покупателю, что новый автомобиль стал слабее и разгоняется медленнее, чем предшественник той же модели. Что же делать? Турбировать.
Принцип работы турбины основан на использовании отработанных газов, а точнее — их энергии. В турбированных двигателях выхлопные газы раскручивают турбину, которая нагнетает воздух в цилиндры. При использовании наддува двигатель получает больше воздуха, а форсунки подают больше топлива — в итоге в камеры сгорания попадает больше смеси. Которая, к тому же, полнее сгорает из-за повышенного давления в камере — в итоге такие двигатели экологичнее и выдают больше мощности на единицу объема.
Экономия достигается за счет меньшего рабочего объема двигателя. Ведь турбина работает не всегда, а только когда требуется повышенная мощность: например, чтобы разогнаться. А когда автомобиль набрал скорость, для ее поддержания достаточно небольшого объема двигателя, и потребление топлива заметно снижается.
Принцип работы. Меньше расхода при сохранении мощности.
С НАСОС-ФОРСУНКАМИ
В данной системе функции впрыска топлива в камеру сгорания и создания высокого давления объединены в одно устройство — насос-форсунку. Он приводится в действие распределительным валом, что подразумевает невозможность отключения — привод-то механический. Хотя сам клапан управления, контролирующий впрыск топлива, может быть электромагнитным или пьезоэлектрическим. Последние — более современные и обладают большим быстродействием, что позволяет добиться большей экономии топлива при сохранении мощности, тяговых свойств и динамики двигателя.
COMMON RAIL: ОБЩАЯ РАМПА
Появление этой системы нередко называют новым этапом развития дизельных двигателей. Своим названием она обязана общему для всех цилиндров двигателя аккумулятору высокого давления — в переводе с английского Common Rail означает "общая рампа". Благодаря этому аккумулятору топливо в общей для всех форсунок топливной магистрали всегда находится под высоким давлением, а уже далее распределяется по форсункам, которые осуществляют впрыск. Рампа Common Rail контролируется системой управления двигателем, анализирующей информацию с датчиков оборотов двигателя, положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления и многих других.
В системе Common Rail реализован многократный впрыск топлива: предварительный, главный (основной) и дополнительный. Такой подход позволяет улучшить сгорание топлива, снизить его потребление и содержание вредных веществ в выхлопных газах. А также снизить уровень шума при работе двигателя, чтобы устранить один из главных недостатков дизеля в глазах потребителя.
НЕМНОГО О ТОПЛИВЕ
Турбированные двигатели, как и двигатели с распределенным впрыском, весьма требовательны к качеству топлива. Связано это с ювелирной точностью работы современных систем впрыска: малейшее содержание посторонних веществ и отложений из-за некачественного топлива могут вызвать сбой в работе. Особенно быстро плохой бензин или дизель выводят из строя турбированные моторы.
Можно ли владельцам авто с самыми современными системами впрыска сэкономить на топливе? Ведь цена литра горючего просто зашкаливает, а ездить нужно. Ответ зависит от того, как именно экономить. Если поменять заправку на более дешевую, — а это означает, по сути, заправляться где попало, — результатом станет ремонт двигателя. А он обойдется в немалую сумму.
Другое дело, если на проверенной заправке появляется более доступный бензин с октановым числом не ниже необходимого. Пример такого горючего, в случае с бензиновыми двигателями — биотопливо 95 ЭКО+, изготовленное на европейском заводе в Литве и соответствующее современным мировым стандартам качества.
Если говорить о биотопливе, то в нем есть качества, которые не помешают в работе с перегруженными малообъемными двигателями, из которых выжимается все больше мощности (если топливо высокого качества, конечно). В частности, более низкая температура сгорания при более высоком октановом числе — в итоге более щадящие нагрузки на цилиндро-поршневую группу и систему охлаждения.