Не форсункою єдиною. Фото: pixabay.com
ЗАЗИРНЕМО У МИНУЛЕ
Для початку згадаємо про карбюратор: це механічний пристрій формувало паливну суміш і подавало її в циліндри двигуна. Десятиліття його існування внесли чимало змін в його конструкцію, що позитивно позначилося на надійності паливної системи, але набагато менш вплинуло на витрату палива. І тільки з появою електронних форсунок і блоків управління ситуація змінилася. І як не можна до речі, адже ціни на бензин і дизель стабільно ростуть.
Перш ніж перейти до сучасних систем уприскування, розглянемо принцип роботи інжектора, щоб зрозуміти, чому він більш економічний порівняно з віджилими своє карбюраторами і за рахунок чого підвищується потужність двигуна.
ВСЕ В РУКАХ ЕЛЕКТРОНІКИ
Основа будь-якої сучасної системи подачі палива – зовсім не форсунки, а електронний блок управління (ЕБУ). Це практично комп'ютер, який керує подачею палива. По всьому підкапотному простору розташовані численні датчики, дані яких постійно аналізує мікропроцесорний блок. З цих датчиків ЕБУ отримує інформацію про положення і частоту обертання коленвала, положення дросельної заслінки, масову витрату повітря двигуном, вмісті кисню у вихлопі, положенні розподільного валу, температурі повітря на вході, наявності детонації і багатьох інших параметрах.
Аналізуючи дані, блок приймає рішення про момент відкриття форсунок і його тривалості. Мета одна: подати в кожен циліндр рівно стільки палива, скільки йому зараз потрібно, з урахуванням того, як саме рухається авто на даний момент: розганяється, буксирує важкий причіп під гірку, йде на обгін або ж рухається з постійною швидкістю по рівній дорозі.
МОНОВПОРСКУВАННЯ: ВЖЕ ІСТОРІЯ
Single Point Injection. Він же центральне уприскування, або моноінжектор. У цій системі уприскування палива здійснюється однією форсункою, розташованою у впускному колекторі. Таку систему нерідко називали "карбюратор із форсункою". І хоча сьогодні такі системи вже не випускають, вони залишили свій слід в історії, поклавши початок новій ері економічних схем подачі палива. Моновприск ні позбавлений недоліків, серед яких – завищені за сьогоднішніми мірками витрату палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Зате проста конструкція забезпечувала високу надійність, адже форсунка розташована в самому комфортному для неї місці – холодному потоці повітря.
РОЗПОДІЛЬНЕ ВПОРСКУВАННЯ
Multi Point Injection. Він же багатоточкова система упорскування. Тут паливо в кожен циліндр подається окремою форсункою, хоча утворення суміші бензину і повітря відбувається у спускному колекторі, недалеко від впускного клапана. На сьогодні розподілене уприскування – найпоширеніша система подачі палива в сучасних автомобілях масового сегменту. Існує кілька типів розподіленого уприскування.
На сьогодні ця система уприскування найпопулярніша в мас-сегменті авто.
ОДНОЧАСНИЙ. Simultaneous Multi Point Injection – одночасно відкриваються всі форсунки. Це найпростіший варіант розподіленого уприскування. На сьогодні він практично не використовується.
ПОПАРНО-ПАРАЛЕЛЬНИЙ. Тут форсунки відкриваються парами (у випадку з чотирициліндровим двигуном). Такий принцип зазвичай використовується сучасними системами уприскування в аварійному режимі при поломці датчика положення распредвала (або, як його ще називають, датчика фази).
ФАЗОВАНИЙ. Cylinder Individual Fuel Injection – цей принцип використовується в більшості систем розподіленого уприскування. Тут кожна форсунка відкривається безпосередньо перед впускним тактом і управляється окремо.
Системи розподіленого уприскування характеризуються помірною витратою палива одночасно з відносно невисокими вимогами до його якості: багато мотори з розподіленим уприскуванням можна експлуатувати, наприклад, на 92-му бензині замість 95-го і не боятися розплатитися за цю економію дорогим ремонтом. У той же час рівень вмісту шкідливих речовин у вихлопі набагато нижче, ніж у Моноінжектор і тим більше карбюраторних двигунів.
І тим не менше розподіленого уприскування на п'яти наступає більш сучасний метод подачі палива.
БЕЗПОСЕРЕДНЄ
Основні принципи роботи системи безпосереднього вприскування схожі з розподіленим. Основна відмінність полягає в тому, що форсунки розташовані не у впускному колекторі, а в голівці блоку циліндрів, і уприскування здійснюється безпосередньо в камеру згоряння кожного циліндра під великим тиском. Саме такий дозволяє вичавити додаткові кінські сили з двигунів невеликого об'єму.
Цю систему придумали близько 60 років тому для спорткарів.
МОЖНА ВТРАТИТИ. У розмаїтті позначень систем безпосереднього уприскування легко заплутатися, тому що кожен автовиробник застосовує власну абревіатуру. Наприклад, системи безпосереднього вприскування в двигунах Mitsubishi маркуються як GDI (Gasoline Direct Injection), у двигунах Audi, Volkswagen, Skoda – FSI, TSI, а в Mercedes-Benz – CGI.
Системи безпосереднього вприскування палива забезпечують його істотну економію (до 20 відсотків у порівнянні з розподіленим уприскуванням) і відповідають більш вимогливим екологічним нормам. Але в той же час вони дуже сприйнятливі до якості палива.
НІЩО НЕ НОВО. Незважаючи на те, що така система вважається найсучаснішим способом подачі палива в циліндри двигуна, вперше його використовували багато десятиліть тому – на спортивному автомобілі Mercedes-Benz W196 з безпосереднім уприскуванням вигравали гонки ще в середині 50-х років минулого сторіччя. Але тоді ще не існувало електронних блоків управління з десятком датчиків, а єдиною метою безпосереднього вприскування було додати потужності. Адже йшлося про спорткар для змагань, де в боротьбі за частки фінішних секунд витрата палива ніхто до уваги не бере.
ТУРБИНА І ЩЕ РАЗ ТУРБИНА
Сучасні норми автомобільного моторобудування – як екологічні, так і продиктовані вимогами ринку – подразумевают зниження об'єму двигуна і витрати палива, але зі збереженням і зростанням потужності і динаміки. Адже неможливо пояснити покупцеві, що новий автомобіль став слабшим і розганяється повільніше, ніж попередник тієї ж моделі. Що ж робити?
Принцип роботи турбіни заснований на використанні відпрацьованих газів, а точніше – їх енергії. У турбованих двигунах вихлопні гази розкручують турбіну, яка нагнітає повітря в циліндри. При використанні наддуву двигун отримує більше повітря, а форсунки подають більше палива – у підсумку в камери згоряння потрапляє більше суміші. Яка, до того ж, повніше згоряє через підвищеного тиску в камері – в підсумку такі двигуни екологічніше і видають більше потужності на одиницю об'єму.
Економія досягається за рахунок меншого робочого об'єму двигуна. Адже турбіна працює не завжди, а тільки коли потрібна підвищена потужність: наприклад, щоб розігнатися. А коли автомобіль набрав швидкість, для її підтримки досить невеликого об'єму двигуна, і споживання палива помітно знижується.
Принцип роботи. Менше витрати при збереженні потужності.
З НАСОС-ФОРСУНКАМИ
У даній системі функції уприскування палива в камеру згоряння і створення високого тиску об'єднані в один пристрій – насос-форсунку. Він приводиться в дію розподільчим валом, що має на увазі неможливість відключення – привід-то механічний. Хоча сам клапан управління, контролюючий уприскування палива, може бути електромагнітним або п'єзоелектричним. Останні – більш сучасні і володіють великим швидкодією, що дозволяє домогтися більшої економії палива при збереженні потужності, тягових властивостей і динаміки двигуна.
COMMON RAIL: ЗАГАЛЬНА РАМПА
Поява цієї системи нерідко називають новим етапом розвитку дизельних двигунів. Своєю назвою вона зобов'язана загальному для всіх циліндрів двигуна акумулятору високого тиску – в перекладі з англійської Common Rail означає "загальна рампа". Завдяки цьому акумулятору паливо в загальній для всіх форсунок паливної магістралі завжди знаходиться під високим тиском, а вже далі розподіляється по форсунках, які здійснюють уприскування. Рампа Common Rail контролюється системою управління двигуном, яка аналізувала інформацію з датчиків обертів двигуна, положення дросельної заслінки, витратоміра повітря, температури охолоджуючої рідини, тиску і багатьох інших.
В системі Common Rail реалізований багаторазовий уприскування палива: попередній, головний (основний) і додатковий. Такий підхід дозволяє поліпшити згоряння палива, знизити його споживання і вміст шкідливих речовин у вихлопних газах. А також знизити рівень шуму при роботі двигуна, щоб усунути один з головних недоліків дизеля в очах споживача.
ТРОХИ ПРО ПАЛИВО
Турбовані двигуни, як і двигуни з розподіленим уприскуванням, досить вимогливі до якості палива. Пов'язано це з ювелірною точністю роботи сучасних систем упорскування: найменше вміст сторонніх речовин і відкладень через неякісного палива можуть викликати збій у роботі. Особливо швидко поганий бензин або дизель виводять з ладу турбовані мотори.
Чи можна власникам авто з найсучаснішими системами уприскування заощадити на паливі? Адже ціна літра пального просто зашкалює, а їздити треба. Відповідь залежить від того, як саме економити. Якщо поміняти заправку на дешевшу, – а це означає, по суті, заправлятися де попало, – результатом стане ремонт двигуна. А він обійдеться в чималу суму.
Інша справа, якщо на перевіреної заправці з'являється більш доступний бензин з октановим числом не нижче необхідного. Приклад такого пального, у випадку з бензиновими двигунами – біопаливо 95 ЕКО +, виготовлене на європейському заводі в Литві і відповідне сучасним світовим стандартам якості.
Якщо говорити про біопаливо, то в ньому є якості, які не завадять в роботі з перевантаженими малооб'ємними двигунами, з яких вичавлюється все більше потужності (якщо паливо високої якості, звичайно). Зокрема, більш низька температура згоряння при вищим октановим числом – у підсумку більш щадні навантаження на циліндро-поршневу групу і систему охолодження.