1. GDI
2. FSI
3. T-FSI, TSI
4. CGI
5. HPI
6. Підведемо підсумки

Піонером у застосуванні безпосереднього вприскування палива стала компанія Mitsubishi, яка розробила систему харчування GDI. Сьогодні аналогічну технологію використовують Mercedes (CGI), BMW (HPI), концерн Volkswagen (FSI, TFSI, TSI - VW, Audi, Skoda, Seat) і Toyota (JIS).

Головний принцип роботи даної системи харчування - подача бензину не у впускний тракт, а безпосередньо в камеру згоряння і формування пошарового і однорідного сумішоутворення в різних режимах роботи мотора. Але подібні паливні системи мають і відмінності, причому іноді досить істотні. Основні з них - робочий тиск в паливній системі, розташування форсунок і їх конструкція.

GDI

У двигунах GDI (Gasoline Direct Injection - безпосереднє уприскування бензину, Mitsubishi), що з'явилися восени 1997 року, використовуються два або три режими сумішоутворення. Для японського ринку збуту двухрежимная технологія, а для Європи - режимний.

При частковому навантаженні (швидкість до 120 км / год) двигун працює на сверхобедненной горючої суміші з пошаровим сумішоутворенням. Паливо подається в камеру згоряння (під тиском 50 бар) в кінці такту стиснення, співвідношення «повітря-бензин» в середньому за обсягом камери може досягати пропорції 40: 1. Підпалюється така суміш за рахунок створення в зоні іскрового розряду «хмари» з нормальним складом суміші (14,5: 1). Формування хмаривідбувається завдяки завихрення струменя палива, яке вже встигло змішатися з повітрям за допомогою спеціальної виїмки в днище поршня. Біля стін камери згоряння при цьому залишається майже чисте повітря. Коли від двигуна потрібно більший крутний момент (висока швидкість, рух на підйом), електроніка активує інший спосіб сумішоутворення - бензин впорскується на такті впуску, як в звичайних інжекторних двигунах. При необхідності отримати максимальну потужність (інтенсивний розгін) «працює» третій спосіб сумішоутворення - паливо подається в два етапи: перший - при такті впуску, другий - при такті стиснення. Перша порція палива дає можливість отримати в циліндрі рівномірно розподілене сверхобедненной (до 60: 1) горючу суміш, а друга забезпечує отримання нормальної суміші в районі іскрового розряду. Після займання нормальної суміші фронт полум'я поширюється по циліндру і підпалює сверхобедненной суміш. Японський варіант відрізняється відсутністю третього режиму.

Порівняння характеристик 2,0-літрових двигунів з розподіленим і безпосереднім уприскуванням показує, що GDI могутніше на 10 л. с. (145 проти 135 л. С.) І на 13% економічніше в міському циклі (10,2 л / 100 км проти 11,7).

FSI

Система безпосереднього впорскування Volkswagen під назвою FSI (Fuel Stratified Injection - багатошаровий впорскування палива) представлена ​​в 2000 році. Як і в GDI для японського ринку, FSI може працювати в двох режимах - економічному (при малих і середніх навантаженнях) і звичайному (великі навантаження). В економічному (рівномірний рух на швидкостях до 120 км / ч) впорскування палива відбувається при такті стиснення, а в звичайному режимі - при такті впуску, як і в системі живлення з розподіленим уприскуванням.

Підвищений тиск упорскування (100 бар) забезпечує більш своєчасну подачу палива і якісне його розпорошення. Збільшено нахил форсунки, а впускний канал розділений спеціальною перегородкою на дві частини. Повітря може надходити або через одну частину його перетину, або через обидві. На малих обертах потік повітря проходить через одну половинку каналу, що дозволяє збільшити його швидкість для отримання кращого завихрення потоку. На великих оборотах перегородка відкривається, повітря надходить через весь канал, і швидкість потоку залишається приблизно такою ж, як і на малих обертах.

Якщо порівняти двигуни Volkswagen робочим об'ємом 1,4 л з розподіленим і безпосереднім уприскуванням, що встановлюються на моделі Polo, неважко помітити, що FSI на 11 л. с. могутніше (86 л. с. проти 75 л. с.) і забезпечує меншу витрату пального (4,7-7,7 л проти 5,8-10,2 л / 100 км).

T-FSI, TSI

Дуже довго бензинові двигуни з безпосереднім уприскуванням були тільки атмосферними. І тільки в 2004 році конструктори Volkswagen AG створили на основі мотора FSI двигун з турбонаддувом і безпосереднім уприскуванням бензину (T-FSI або FSI-Turbo), який встановлювався на «заряджених" версіях (VW Golf GTi, Audi A3). Наступною розробкою став двигун TSI (безпосереднє уприскування і подвійний турбонаддув). Правда, називати його «подвійним турбонаддувом» не зовсім коректно, тому що на малих обертах (до 2400 об / хв) повітря подається тільки механічним компресором, а на великих - лише турбокомпресором, який приводиться в дію відпрацьованими газами. Завдяки такій схемі ефективне тиск наддуву досягається вже при 1500 об / хв і зберігається у всьому діапазоні оборотів.

У двигунах TSI вперше використовували форсунки для вприскування палива з шістьма отворами замість звичного одного і збільшили тиск уприскування до 150 бар, що дозволило істотно поліпшити якість сумішоутворення.

Показники турбированних двигунів ще більше вражають. Наприклад, 1,4-літровий мотор з турбонагнітачем і компресором розвиває потужність 170 л. с. і крутний момент 240 Нм в діапазоні від 1750 до 4500 об / хв, при цьому витрата палива у моделі Golf GT становить 5,9-9,6 л / 100 км.

CGI

У двигунах Mercedes CGI (Stratified-Charged Gasoline Injection - пошарове уприскування бензину), представлених в 2002 році, використовуються п'єзоелектричні форсунки, що дозволяють реалізувати багатошарове смесеобразование за рахунок подачі палива декількома порціями. У відкритій форсунки між голкою і корпусом утворюється кільцева щілина товщиною в кілька мікрон, що дозволяє отримати надзвичайно тонке розпилення палива. Форсунка розміщена в центрі камери згоряння, а свічка запалювання розташована між випускними клапанами, причому її положення вибрано з урахуванням форми конуса розпорошеного палива. Тиск в паливній системі - 200 бар, що додатково покращує якість розпилення. Застосовується власна система охолодження для палива і електронного блоку управління системою впорскування. Робота на переобедненія сумішах (приблизно 35-40: 1) допустима і на швидкостях близько 120 км / ч, в той же час завдяки точному сумішоутворенню зберігається крутний момент, достатній для розгону моделі CLS від 60 до 120 км / год на третій передачі всього за 6,2 с. Новий двигун 350 CGI розвиває 292 л. с. при 6400 об / хв (у мотора з розподіленим уприскуванням - 272 л. с. при 6000 об / хв) і забезпечує середня витрата палива 9,1-9,3 л / 100 км замість 10,1. Іншими словами, при більш високій потужності двигуна витрачається приблизно на 10% менше бензину.

HPI

Система безпосереднього впорскування бензину у BMW HPI (High Precision Injection - високоточний уприскування) представлена ​​в 2006 р Поєднання систем регулювання фаз газорозподілу Double-VANOS, висоти підйому клапанів VALVETRONIC і п'єзоелектричних форсунок з тиском уприскування 200 бар, розташованих в безпосередній близькості від свічок запалювання, дозволило організувати пошарове сумішоутворення на всіх режимах роботи двигуна. Форма паливної струменя в поєднанні зі спеціальною геометрією днища поршня забезпечує утворення нормальної суміші саме в районі іскрового розрядника свічки запалювання. Застосування двох турбонагнітачів по одному на кожних три циліндра дозволяє практично усунути ефект «турбоями» і забезпечити швидкий відгук на натиснення педалі газу. Новий трилітровий двигун розвиває 272 л. с. і 315 Нм (у рядної трилітрової «шістки» з розподіленим уприскуванням - 258 л. с. і 300 Нм), при цьому витрата палива менше на 10%.

Підведемо підсумки

При всіх наявних відмінностях двигуни з безпосереднім уприскуванням використовують принцип пошарового згоряння паливо-повітряної суміші і можуть працювати при більш високого ступеня стиснення (від 10,5 до 12,5) на бензині з октановим числом 95. У таких моторах під стінами камери згоряння знаходиться майже чисте повітря, а випаровування палива, що відбувається з поглинанням тепла безпосередньо в циліндрі, призводить до додаткового охолодження циліндрів. Все це сприяє зниженню ймовірності детонаційного згоряння палива. Найкращі результати дає комплексне використання безпосереднього вприскування і інших технологій, які оптимізують робочий процес ДВС (регулювання фаз газорозподілу, висоти підйому клапанів і т. П.). Подібні паливні системи дають додаткову економію пального та зменшення викидів в атмосферу. У той же час вони потребують якісного бензині з низьким вмістом сірки і механічних домішок, щоб забезпечити нормальну роботу паливної апаратури.

Олександр Ландарь
Фото фірм-виробників

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.