Главная » Своими руками » Система gdi принцип работы

Система gdi принцип работы


Технология GDI

GDI, Gasoline Direct Injection — система непосредственного впрыска топлива, инжекторная система подачи топлива для бензиновых ДВС, у которой форсунки расположены в головке блока цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры (камеры сгорания) под большим давлением (в отличие от обычного распределенного впрыска во впускной коллектор).

Технология GDI обеспечивает двигателю хорошую экономичность (выигрыш до 20%) и экологичность, однако весьма капризна к качеству ГСМ:

Впервые технология GDI была реализована фирмой Mitsubishi в 1996 году и явилась первой серийной технологией непосредственного впрыска высокого давления для автомобильных двигателей (в военной авиации применялась еще во Вторую Мировую войну).

Принцип действия GDI

В обычных бензиновых инжекторных двигателях бензин впрыскивается под давлением около 3 атмосфер во впускной коллектор и далее вместе с потоком воздуха поступает в цилиндры. При этом воздух и бензин перемешиваются равномерно, и их соотношение в соответствиями с законами физики и химии составляет 14,7:1 — то есть на один грамм бензина приходится 14,7 граммов воздуха. Такое соотношение называется стехиометрическим и в обычных условиях именно оно обеспечивает максимально полное сгорание и тепловыделение.

Так как плотность воздуха сильно зависит от его температуры, а профиль сечения коллектора постоянен, при прочих равных в холодную погоду коллектор способен пропустить в цилиндры больше воздуха. Поэтому на жаре мощность двигателя падает, а на морозе до известного предела растет.

Смесь, в которой соотношение воздуха к бензину превосходит 14,7 (слишком много воздуха), называется обедненной, а при перекосе соотношения в сторону бензина — богатой или переобогащенной. Обедненную смесь трудно поджечь (предельное соотношение воздуха к топливу для обычного двигателя 17:1 и 22:1 для распределенного впрыска), и при ее сгорании образуется много токсичных окислов азота. Переобогащенная смесь забивает клапана и свечи сажей и в буквальном смысле выбрасывает часть топлива «в трубу».

При необходимости работы с малой нагрузкой в цилиндры двигателя подается меньше топливо-воздушной смеси, однако ее соотношение остается стехиометрическим. Таким образом, двигатель расходует больше топлива, чем нужно для малой нагрузки. Излишки энергии уходят в паразитное тепло и выводятся во внешнюю среду системой охлаждения (напомним, КПД обычных бензиновых двигателей — 34%).

Двигатели GDI отличаются от обычных впрысковых тем, что:

Режим ULTRA LEAN COMBUSTION MODE

Таким образом, двигатель GDI умеет при необходимости формировать в цилиндрах предельно обедненную смесь (ULTRA LEAN COMBUSTION MODE, соотношение воздуха к бензину от 37:1 до 43:1, «официально» — 40:1) и устойчиво работать на такой смеси в режиме малой и средней нагрузки. Происходит это за счет того, что в районе электродов свечи смесь формируется как стехиометрическая, а дальше к стенкам цилиндра она становится все более и более бедной и непосредственно возле стенок бензин в смеси отсутствует вовсе. Поэтому, кстати, зимой на холостом ходу GDI практически не прогревается (многократно проверено на практике) — воздух возле стенок цилиндра является прекрасным теплоизолятором. Такой экономичный режим при спокойной равномерной езде простирается до 120км/ч (также проверено практикой). В этом режиме топливо впрыскивается в цилиндр компактным факелом в конце такта сжатия, чтобы приближающийся к ВМТ поршень правильным образом распределил смесь по цилиндру (смесь при этом закручивается по часовой стрелке). Время впрыска составляет от 0.3 до 0.8 мс (в идеале 0.5 мс).

Рассмотрим вихреобразование в этом режиме подробнее.

Этап 1: поршень начинает свое движение вниз, впускной клапан открывается, в камеру сгорания поступает воздух (1 — заряд воздуха, 2 — выемка в поршне для «отражения» потока воздуха):

В силу геометрии впускного коллектора GDI протекающий через него воздух к началу поступления в камеру сгорания уже достаточно турубулизирован, имеет выраженное направление движения и врывается в камеру сгорания с такой силой, что отражается от поверхности поршня:

Этап 2: впускной клапан закрылся, поршень начинает свое движение вверх. Турбулентность воздушного заряда продолжает увеличиваться вследствие увеличения давления и температуры внутри камеры сгорания.

Этап 3: в конце такта сжатия в камеру сгорания впрыскивается заряд топлива (и также турбулизируется; стрелка на фото):

Теперь посмотрим на процесс немного иначе.

Этап 1: заряд топлива поступает в камеру сгорания. В этот момент в камере сгорания высокие давление и температура, а также максимальная турбулентность воздушного заряда.

Этап 2: топливо «ударяется» о поверхность поршня. Высокое давление впрыска (т.е. высокая скорость смеси), а также «закрученная» конструкция форсунки обеспечивают неизменность форму и состава заряда топлива до удара о поршень.

Этап 3: изгибание струи топлива. Топливо – это та же вязкая жидкость, только обладающая специфическими свойствами. Поступившее в камеру сгорания топливо состоит из «слоев». Попадая на поршень, один из слоев (нижний, по отношению к поршню) «прилипает» к поверхности поршня (на атомном уровне). Между слоями возникают силы вязкого трения. Около поверхности поршня формируется пограничный слой, скорость течения в котором меньше, чем в набегающем потоке топлива, а непосредственно на границе «поршень-топливо» равна нулю.

Так как скорость движения топлива в первом, прилегающем к поршню потоке намного меньше, чем в другом, расположенном выше, то вследствии сил «вязкостного трения» происходит «отрыв» основного потока топлива от «пограничного» слоя. Основной поток как бы «скользит» по пограничному слою и, следуя по нему, «повторяет» его форму и «загибается» вверх.

Этап 4: топливо отрывается» от поршня. Непосредственно внутри выемки турбулентность намного меньше, чем в остальном объеме камеры сгорания. Это обусловлено особой формой выемки и созданными условиями (температура, давление). Именно по этой причине «выстреленное в выемку» топливо может относительно полно следовать физическим законам и не терять своих «закрученных» свойств до того момента, как оно «оторвется» от поверхности поршня.

Кроме того, при отрыве основного потока топлива от поверхности тела, возрастает его скорость и оно начинает обладать «вращающим моментом». Вспомним, что заряд топлива, который поступил в камеру сгорания, тоже был «закручен» благодаря особой конструкции самой форсунки. После «отрыва» основного потока топлива от поверхности поршня, даже несмотря на его «закрученность», происходит «дробление» потока: более мелкие, обладающие невысокой скоростью и массой струи «отрываются» от основного потока и начинают «расходиться» по сторонам.

На правом фото из кинограммы работы двигателя (кинограмма снимается на специально созданном двигателе, где стенки поршня и сам поршень — прозрачные, изготовлены из специального материала и все процессы, происходящие внутри камеры сгорания, можно хорошо видеть) видно, что внутри камеры сгорания образовалось несколько зон: 1 – зона обедненной топливо-воздушной смеси и 2 – зона стехиометрического состава смеси. Все остальное пространство занято инертными газами и остатками ОГ. Именно в зоне 2 состав топливо-воздушной смеси является стехиометрическим, т.е. именно в этой зоне есть все условия для нормального воспламенения смеси.

Далее искровой заряд свечи зажигания поджигает топливо-воздушную смесь, которая начинает гореть послойно, слой за слоем (позиции 1-2-3-4-5 ниже):

Режим SUPERIOR OUTPUT MODE

В режиме высокой нагрузки GDI работает, как и обычные впрысковые двигатели, на стехиометрической смеси (SUPERIOR OUTPUT MODE). Этот режим включается на скорости 120-125км/ч или в том случае, если на двигатель падает большая нагрузка (подъем, тяжелый прицеп, нажатие педали газа). Впрыск топлива в этом режиме осуществляется в процессе такта впуска коническим факелом. При этом (вспоминаем физику) происходит охлаждение воздуха в цилиндре, что повышает плотность топливо-воздушной смеси (грубо говоря, позволяет «запихнуть» в двигатель больше горючей смеси в единицу времени).

Режим TWO-STAGE MIXING

На некоторых модификациях также применяется режим двухстадийного впрыска (TWO-STAGE MIXING; по одним данным, этот режим применяется только в Европе, по другим — наоборот, только в Японии), что позволяет получить высокие характеристики в режиме резкого возрастания нагрузки (резкое нажатие педали газа на малых оборотах). Впрыск в этом случае осуществляется в два этапа. Небольшое количество сверхбедной смеси (примерно 60:1) впрыскивается в цилиндр на такте впуска с целью охладить воздух в цилиндре и тем самым увеличить коэфициент наполнения камеры сгорания. Такая смесь, конечно же, загореться не может. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до богатого 12:1. Время впрыска топлива на такте впуска — 0.5 — 0.8 мс, на такте сжатия — 1.5 — 2.0 мс. Такая переобогащенная смесь должна воспламеняться плохо из-за недостатка воздуха, но воспламеняется прекрасно в силу расслоения смеси (стратисфакции), обеспеченного кроме всего прочего и строением впускного коллектора, тех воздушных каналов, по которым в цилиндры и поступает воздух. Этих каналов два, один т.н. «винтовой», а второй – «прямой». Поступая в камеру сгорания, эти два потока воздуха смешиваются и на основании физических и аэродинамических законов создают «вихрь» в горизонтальной плоскости, который движется слева-направо. Вихрь, в свою очередь, производит поочередно два действия:

Нюансы работы GDI

Важным нюансом является то, что при работе прогретого двигателя в сверхобедненном режиме на холостом ходу в цилиндрах неизбежно начинает образовываться и накапливаться высокотоксичный оксид азота (NO, образуется в результате химической реакции между азотом и кислородом при температуре в камере сгорания свыше 1500 по Кельвину, именно он определяет «неприятный запах» из выхлопной трубы). Чтобы не доводить ситуацию до опасных значений, система управления двигателем, следуя указаниям кислородного датчика, автоматически переключает двигатель в «обычный» стехиометрический режим (так называемая «продувка»; внешне это выглядит как однократная «ступенька» оборотов холостого хода с «идеальных» 625 до 750 (по другим источникам — 900) RPM примерно через 4 минуты работы на холостом ходу).

Пример: работа двигателя GDI 4G15 на холостом ходу:

На рисунке ниже — «обычный» двигатель (не GDI) все время работает на ХХ на одних и тех же оборотах. Двигатель системы GDI (красная линия на графике) все время меняет свои обороты: сначала он работает в «обычном» режиме (STICH), потом самостоятельно переходит в сверхобедненный режим (Compression on Lean), потом снова в режим STICH:

Разные марки автомобилей по-разному входят в сверхобедненный режим:

Из «холодного» состояния все двигатели GDI начинают работать одинаково: сначала они прогреваются до «рабочей» температуры (около +75 градусов) и только затем переходят в сверхобедненный режим.

С этой же целью (снижения уровня оксида азота) клапан EGR (перепуска выхлопных газов) на двигателях GDI (например, на 4G93 GDI) работает только в режиме сверхобедненной смеси. Происходит это потому, что количество оксида азота прямо зависит от теплоемкости рабочей смеси. Во всех режимах, кроме режима холостого хода, теплоемкость достаточна, на холостом ходу же ее приходится искусственно повышать с помощью перепуска в камеру сгорания выхлопных газов клапаном EGR.

Другим важным нюансом является «тонкая» природа происходящих в цилиндре процессов:

Интересно, что отработанное практикой решение последней проблемы — при «незапуске» на сильном морозе вкручивать в цилиндры «десяточные» свечи вместо «родных». При этом точка зажигания смещается на полтора миллиметра, и двигатель прекрасно заводится, а уже после 15-20 секунд работы можно возвращать на место «родные» свечи — цилиндры нагреваются до температуры нормального испарения бензина. Интересно и то, что прогретый двигатель на «десяточных» свечах завестись не может, т.к. их точка зажигания расположена за пределами формирования зоны стехиометрической смеси. Вот такая тонкая штука — GDI.

В силу крайне высоких требований к чистоте топлива (иначе не обеспечить точность физических процессов в камере сгорания) двигатели GDI имеют множество фильтров в системе топливоподачи:

Конструкция системы GDI

С технической точки зрения GDI имеет следующие особенности:

Система питания воздухом

Рассматривая систему питания воздухом GDI на примере двигателя Mitsubishi 4G93 GDI, можно нарисовать достаточно простую схему:

Количество входящего потока воздуха измеряется датчиком массового расхода воздуха, принцип работы которого основан на эффекте Кармана. Далее в работе принимают участие:

ТНВД

Топливный насос высокого давления — ключевой элемент конструкции GDI. Именно проблема создания надежного ТНВД длительное время сдерживала развитие двигателей непосредственного впрыска (как и высокотехнологичных дизелей с системой Common Rail).

Фирма Mitsubishi создала четыре поколения насосов ТНВД, последовательно решая в каждом поколении проблемы надежности, устойчивости к некачественному топливу и себестоимости.

Поскольку в момент запуска двигателя магистраль ТНВД не должна содержать высокого давления, в конструкцию двигателя входит специальный редукционный клапан, сбрасывающий давление из магистрали в обратку в момент запуска двигателя.

1 – уплотнительное резиновое кольцо, 2 – заглушка редукционного клапана, 3 – пружина, 4 — редукционный клапан, 5 – фильтрик, 6 – уплотнительное резиновое кольцо, 7 — седло редукционного клапана, 8 – компенсационные отверстия.

ТНВД первого поколения («семиплунжерный») — самый первый опыт компании Mitsubishi. Выпускался в серийном производстве с 1996 по 1997гг. Ненадежен и обладает малым ресурсом (не более 50000 км) ввиду необходимости высокоточной обработки плунжеров и их быстрого абразивного износа. Также в этом ТНВД канал, ведущий к датчику давления, узкий и длинный и быстро забивается грязью из состава топлива.

1 — магнитный привод: приводной вал и шлицевый вал с магнитной проставкой между ними, 2 — опорная пластина плунжеров, 3 — обойма с плунжерами, 4 — седло обоймы плунжеров, 5 — редукционный клапан камеры высокого давления, 6 — клапан регулируемого высокого давления на выходе с форсунок (регулятор давления топлива), 7 — пружинный демпфер, 8 — барабан с нагнетательными камерами плунжеров, 9 — шайба-разделитель камер низкого и высокого давления с холодильниками для смазки бензином, 10 — корпус ТНВД с электромагнитным клапаном сброса и с портом для манометра.

Обойма с плунжерами и барабан с нагнетательными камерами:

На плунжере хорошо виден износ (показан стрелочками), делающий невозможным нагнетание требуемого давления. Рабочий ход плунжера составляет около 6 мм. Интересно, что в семиплунжерном ТНВД отсутствует возможность попадания бензина в масло вследствие физического разделения возможного контакта между бензином и маслом. В следующих модификациях ТНВД такая возможность присутствует: стоит только неправильно установить металлическую «гофру» и при этом хотя бы немножко «надорвать» ее, как попадание бензина в масло обеспечено.

ТНВД второго поколения («трехсекционный», «одноплунжерный») — первый ТНВД с решенной проблемой надежности и ресурса (при бережном обслуживании ресурс насоса сравним с ресурсом машины в целом). Выпускался с 1997 года. На фоне первого поколения отличается хорошей ремонтопригодностью.

1 – топливный бак, 2 – топливный фильтр, 3 — фильтрик, 4 – компенсатор-ограничитель пульсаций топлива (низкое давление), 5 – перепускной клапан шарикового типа (низкое давление), 6 — пластины, 7 – перепускной клапан шарикового типа (высокое давление), 8 – пластинчатый клапан на линии сброса утечек из надплунжерного пространства, 9 – компенсационная камера высокого давления, 10 – топливная рейка, 12 – регулятор высокого давления.

При запуске двигателя начинает работать топливоподкачивающий насос, расположенный в топливном баке 1. Под давлением около 3 атмосфер топливо проходит через топливный фильтр 2 и поступает в ТНВД через фильтрик 3, конструктивно расположенный в компенсаторе-ограничителе пульсаций топлива 4. Именно здесь происходит разделение топливных линий (магистралей).

Запуск двигателя происходит при низком давлении топлива (3 атмосферы) , когда топливо поступает в топливную рейку по линии низкого давления. Как только датчик давления 12 начинает показывать, что в топливной рейке создалось повышенное давление для работы двигателя в режиме сверхобедненной смеси (50 атмосфер), драйвер форсунок переключается на этот режим работы.

Линия низкого давления: 1, 2, 3, 4, 8, 9.

Линия высокого давления: 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 3 в 12, 12.

Переключение давлений: После компенсатора-ограничителя 4, топливо идет не только по линии низкого давления, а одновременно поступает к клапанам пластинчатого типа (пластинам) 6. Возвратно-поступательное движение плунжера в толкателе-нагнетателе сначала всасывает топливо через специальное отверстие в пластинах, а потом сжимается и через другое отверстие в пластинах толкает через перепускной клапан шарикового типа высокого давления 7 — в топливную рейку. При выходе из этого клапана, высокое давление топлива «запирает» низкое давление через клапан 4 и практически мгновенно создает в топливной рейке высокое давление, которое регистрируется датчиком давления 12.

Линия сброса утечек топлива: Во время работы плунжера в толкателе-нагнетателе, какое-то количество топлива просачивается сквозь уплотнения и попадает в околоплунжерное пространство. В пластинах 6 есть специальное отверстие, напрямую связанное с магистралью сброса излишков топлива (утечек топлива) — на схеме линия 6 – 8 – 1. Однако, если бы эта магистраль сброса излишков топлива была бы напрямую связана с топливным баком, то плунжер толкателя-нагнетателя не смог бы создать требуемое давление вследствие перепада давлений (грубо говоря, вследствие наличия «дырки» в зоне образования высокого давления). Для этого магистраль сброса излишков топлива перекрыта клапаном-регулятором давления 8, который открывается и перепускает топливо только при определенном давлении.

«Фильтрики» — весьма важный элемент в конструкции ТНВД (3).

Возможные неисправности при «забитости» фильтрика:

В одноплунжерном ТНВД рабочий ход плунжера составляет около 1 мм, длина рабочей поверхности и конструкция позволяют до минимума снизить количество утечек топлива и поддерживать рабочее давление на постоянном уровне (при отсутствии механических неисправностей).

ТНВД третьего поколения («таблетка») — также односекционный насос, еще более ремонтопригодный и надежный. Этот ТНВД гораздо меньше по размерам, нежели предшественники, и использует гораздо меньшее количество деталей не в ущерб общему принципу работы.

ТНВД четвертого поколения (4G15) имеет еще меньше деталей, однако ввиду неудачного расположения регулятора высокого давления (вынесен из насоса и расположен на «сбросе», то есть в «обратке», и неремонтопригоден) имеет меньшую надежность.

Первоисточники

Page 2

Фирма Nissan в системах полного привода всегда шла своим инженерным путём, создавая интересные и достаточно сложные конструкции. При этом Nissan практически не использовал постоянный 4WD в прошлом и совсем не использует его сейчас, сконцентрировавшись на дешёвом 4WD on-demand на базе электромагнитных муфт. Таким образом, кроме «тяжелых» вариантов part-time, 4WD от Nissan в основном предназначен для повышения управляемости на скользких покрытиях и слабо подходит для улучшения проходимости. Хотя бы потому, что электромагнитную муфту, на которых построены все современные конструкции Nissan, очень просто перегреть, а при отказе ABS она и вовсе откажется работать.

Full-Time

Единственная массовая схема «честного» 4WD реализуется всего на нескольких исходно-переднеприводных моделях (Rasheen, Liberty, R’nessa, часть Avenir’ов). Здесь имеются все три дифференциала (межосевой блокируется вискомуфтой), а момент равномерно распределяется между осями. Данный принцип аналогичен тойотовской стандартной схеме второго поколения (STD II).

V-Flex (он же — Coupling Assy-Hydraulic)

На большинстве исходно-переднеприводных моделей ранее традиционно устанавливалась схема подключаемого заднего привода (иногда употребляется термин «Full Auto Full Time», но по аналогии с тойотовской, ее проще называть V-Flex).

Межосевой дифференциал в ней отсутствует, момент отбирается напрямую от корпуса переднего межколесного дифференциала и направляется к выходу раздаточной коробки, где установлена вискомуфта. Муфта соединяет выходной вал раздатки и карданный вал только при значительной пробуксовке передних колес. В остальное время машина остается переднеприводной (по другим данным, муфта Nissan скорее «отключаемая», чем «подключаемая»).

На моделях TEANA (J31), LAFESTA (B30), WINGROAD/AD (Y11), PRAIRIE (M12), AVENIR (W11), PRESAGE (U30, U31), BASSARA (JU30), PRIMERA (P12), EXPERT (VW11), SERENA (C24, C25) муфта имеет собственную конструкцию, отличную от обычных вискомуфт (см. ниже) и установлена на корпусе заднего дифференциала, т.е. уже за карданным валом. Это отличие никак не влияет на общие свойства конструкции.

При заклинивании вискомуфты такая машина становится постоянно-жестко-полноприводной, что может привести к поломке трансмиссии на твердых покрытиях.

Впоследствии V-Flex был практически полностью вытеснен схемой ATC.

Конструкция вискомуфты Coupling Assy-Hydraulic

Корректнее называть эту муфту «вязкостной» (viscous coupling Nissan), однако при переводе на русский оба термина корректны.

Ведущий вал муфты имеет на своем конце диск с наклонной рабочей поверхностью. При возникновении разности скоростей вращения ведущего и ведомого валов, поршневые насосы (плунжеры) по всему периметру наклонной шайбы приходят в движение и нагнетают давление в рабочий контур вязкостной муфты, при этом обратные клапана сжимают фрикционный пакет в нижней части муфты, что и приводит к передаче момента от ведущего вала к ведомому.

Муфты имеет центробежные клапаны, которые открываются на больших оборотах вала и снижают давление в рабочем контуре муфты. Чем выше обороты, больше открыты клапаны и тем больше падение давления. Тем самым блокировка муфты на высоких скоростях ослабляется и характер машины становится более переднеприводным. С какого-то момента при росте скорости муфта фактически «отпускает» заднюю ось.

При минимальных скоростях вращения давление в рабочем контуре муфты ниже минимально возможного для блокировки фрикционов, поэтому муфту можно даже прокрутить от руки.

Симптомы заклинившей вискомуфты Coupling Assy-Hydraulic

Вид на автомобиль со стороны. Автомобиль испытывает большое сопротивление движению в повороте, независимо от покрытия дороги. Видео замедлено для наглядного выделения пробуксовки заднего внутреннего колеса.

На втором видео отчетливо видно, что заднее колесо пытается крутиться быстрее, чем при обычном движении. Происходит это потому, что в повороте все 4 колеса автомобиля проходят разное расстояние и имеют разные угловые скорости вращения. При жесткой блокировке «дальнее» внешнее колесо, проходящее бОльший путь, «тащит» за собой внутреннее колесо, заставляя его крутиться быстрее, что создает очень большие ударные нагрузки на все элементы трансмиссии.

ATC

Наиболее распространенная сейчас система ATC (Active Torque Control) для исходно-переднеприводных моделей (Serena, Presage U31, Primera P12, другая часть Avenir’ов, свежий Wingroad, свежий Sunny) аналогична такой же тойотовской. В обычном состоянии привод осуществляется только на передние колеса, задний мост подключается электромеханической муфтой, установленной на корпусе редуктора. Подключение автоматически осуществляет электронный блок управления в зависимости от условий движения (в основном, ориентируясь на пробуксовку передних колес), при этом муфта позволяет более-менее плавно изменять подаваемый назад момент.

Та же схема применена и на X-Trail (All-Mode 4×4 и All-Mode 4×4-i), причем здесь управление подключением сделано более прозрачным для водителя — режим «2WD» вообще отключает задний привод, в режиме «Auto» подключением и распределением момента управляет автоматика, в режиме «Lock» момент стабильно распределяется между передними и задними колесами в соотношении «57:43». Версия All-Mode 4×4 управляет перераспределением момента только между осями, а версия All-Mode 4×4-i умеет взаимодействовать с системой ESP и в широких пределах перебрасывать момент между отдельными колесами за счет электронных блокировок колес (в том числе блокировать межосевую муфту превентивно, например, при резком нажатии на педаль газа или по командам блока электронной устойчивости). Также в версии «-i» межосевая муфта более устойчива к перегреву и может работать с небольшим постоянным преднатягом (около 10%).

All Mode 4×4-i with TORQUE VECTORING

Существует версия привода All-Mode 4×4-i, названная Nissan All Mode 4×4-i with TORQUE VECTORING (с управлением моментом) и сильно отличающаяся конструктивно (практически идентичную системе VTM-4). Такой привод ставится по меньшей мере на Nissan Juke и имеет не одну, а две электромагнитные муфты, по одной на каждое из задних колес, что позволяет машине «подруливать тягой» в поворотах (изменять момент, передаваемый на каждое из задних колес). В этой схеме отсутствует межосевой дифференциал, а момент перекидывается с постоянной ведущей передней оси на заднюю обычным редуктором.

Каждое из колес задней оси получает момент через свою электромагнитную муфту, что позволяет эффективно бороться с диагональным вывешиванием, имитировать режим дифференциалов повышенного трения, превентивно «зажимать» привод при разгоне, выполнять активное подруливание задней осью в повороте. Однако, т.к. вариатор абсолютно не способен переносить сколько-нибудь значимую нагрузку сколько-нибудь значимое время, толку от этой схемы у Nissan, в отличие от VTM-4, немного.

TOD

Фирменная система управления полным приводом (как исходно-переднеприводных, так и исходно-заднеприводных машин) часто называется ATTESA (Advanced Total Traction Engineering System for All), но Ниссан использует это имя слишком произвольно, так что для характеристики конкретного типа привода его применять бесполезно. Поэтому мы придерживаемся более известных наименований.

Схема ATTESA E-TS (Electronic Torque Split) (фактически, «Torque-on-Demand» — в данном случае, автоматически подключаемый передний мост) является основной для исходно-заднеприводных моделей. Межосевой дифференциал отсутствует, постоянный привод — задний. Момент на передние колеса отбирается при пробуксовке задних колес посредством гидромеханической муфты с электронным управлением. При этом его величина может плавно изменяться в пределах от нуля до почти 50% общего усилия.

На некоторых моделях имеется возможность кнопкой принудительно включить режим «4WD» (режим максимальной блокировки муфты) — разумеется, до достижения автомобилем определенной скорости.

Подобная схема, отличающаяся от TOD наличием понижающей передачи, используется и на некоторых средних джипах (например, Terrano/Regulus R50).

Считающийся порой чем-то исключительным, полный привод Nissan GT-R представляет собой тот же самый TOD, дополненный в одной из версий этой модели задним дифференциалом «Active LSD», блокирующимся аналогичными гидромеханическими муфтами.

Хотя подобная система устанавливается не для достижения высокой проходимости, но GT-R — одна из тех машин, которая в самом деле может «выехать на одной паре колес». Плюсы — блокировка имеет приличный коэффициент, срабатывает быстро и «когда надо».

GT-R R35

GT-R R35 имеет два карданных вала (один в системе 4WD, второй обеспечивает разнесение двигателя и трансмиссии). Углепластиковый карданный вал передает крутящий момент от двигателя на преселективную КПП с двумя пакетами «мокрых» фрикционов. Далее тяга через самоблокирующийся дифференциал подается к задним колесам. Внутри КПП установлен также отбор мощности через многодисковую электромагнитную муфту, аналогично 4WD ATTESA E-TS.

В нормальных условиях муфта разомкнута, и Nissan GT-R — заднеприводный. Но при пробуксовке задних колес, в поворотах и при разгоне электроника частично или полностью замыкает муфту и часть тяги подается через двойной стальной карданный вал и «свободный» передний дифференциал к передним колесам. Продолжительность и степень блокировки муфты устанавливается на основе анализа поперечных и продольных ускорений, угла поворота руля, пробуксовки колес, а также основного новшества — дополнительного yaw-сенсора (определяет разницу между фактическим моментом, поворачивающим автомобиль вокруг вертикальной оси, и его желаемой величиной, заданной углом поворота руля).

e-4WD

Весьма изощренная система подключаемого полного привода применена на свежих моделях особо малого класса (March K12). Здесь в режиме «4WD» блоку управления разрешается автоматически включать электродвигатель, который через муфту сцепления и понижающий редуктор начинает вращать задние колеса.

Nissan LSD

Изложенное ниже действительно для всех дифференциалов повышенного трения Datsun/Nissan.

Nissan использует LSD типа Salisbury, состоящий из сборки фрикционных дисков и колец, которые несут функциональную нагрузку по распределению мощности между колесами.

Терминология

Некоторые детали из LSD отсутствуют в стандартном дифференциале.

Корпус (Case) состоит из двух частей скрепленных болтами — крышки и основной части, внутри которой есть четыре большие проточки, параллельные линии оси. Крышка крепится болтами к зубчатому венцу ведущей шестерни.

Шестерня полуоси (Side Gears) — в LSD слегка отличается от стандартной. Во-первых, по центру проточена «звездочка», в которую вставляется конец оси, а во-вторых, есть 6 проточек по наружному диаметру для установки фрикционнных дисков и колец.

Прижимные кольца (Pressure Rings) — два больших кольца, которые устанавливаются в корпусе дифференциала.

Сателлит (Pinion Gear) — почти не отличается от стандартного. Устанавливается на оси со специальным профилем (установка на сечение B-B на рисунке ниже) , входит в зацепление с шестернями полуосей.

Ось сателлитов (Pinion Shaft) — как сказано выше, на оси крепятся сателлиты (сечение B-B), но кроме этого, средняя часть имеет плоскости (сечение C-C), и единственное отличие от стандартной — это наличие V-образного профиля на концах (сечение A-A). Этот профиль нужен для установки прижимных колец.

Фрикционные диски (Friction Disks) — имеют отверстие с 6 вырезами для крепления на шестерне полуоси. Изготавливаются из стали и имеют различную толщину, 1.5-1.6 мм.

Фрикционные кольца (Friction Plates) — выглядят как диски, только имеют 4 выступа на внешней стороне. Эти выступы входят в пазы на корпусе дифференциала. По толщине идентичны фрикционным дискам.

Пружинные диски и кольца (Spring Disks and Spring Plates). Некоторые LSD (например, Н233В) имеют их, а некоторые нет (С200). Они такие же, как фрикционные диски и кольца. Единственное отличие — те плоские, а эти слегка вогнутые. Техническое название — пружина Бельвиля (Belleville spring). Основное назначение сделать работу LSD более эффективной. Когда эта система установлена, то сборка состоит из пары диск-кольцо на каждой стороне.

Рисунок показывает, как соединены фрикционные кольца, диски, придавливающие диски и шестерни полуосей.

Вид компонентов в собранном виде в разрезе (без соблюдения масштаба):

Порядок сборки:

Принцип действия

Основа — взаимодействие дисков и колец. Диск крепится к шестерне полуоси, а кольцо на корпусе дифференциала. Если шестерня полуоси крутится со скоростью иной, чем скорость корпуса дифференциала (он прикреплен к зубчатому венцу ведущей шестерни), то возникает вращение дисков между кольцами. Принцип трения в связке диск-кольцо-масло и положен в основу действия LSD. Причем сопротивление скольжению пропорционально приложенной силе, чем больше сила тем больше сопротивление.

Одним словом, в обычном режиме передача силы происходит по схеме ведущая шестерня — зубчатый венец, прикрепленный к корпусу дифференциала, и фрикционные кольца, которые тоже соединены с корпусом. Прижимные кольца вращаются вместе корпусом дифференциала и передают вращение на оси сателлитов, те в свою очередь на сателлиты, а сателлиты на шестерни полуосей.

Соответственно, при потере сцепления одного колеса с дорогой возникает разница скоростей между дисками и кольцами. Давление прижимает фрикционные диски к кольцам, и как следствие увеличивается сопротивление скольжению. Если в вашем LSD нет пружин Бельвиля (Belleville spring plates and disks), то срабатывание будет происходить внезапно, а применение этого механизма делает блокировку более плавной.

Для проверки работы дифференциала достаточно вывесить задний мост и попробовать прокрутить одну ось, придерживая другую. Сначала два человека вращают оба колеса в одном направлении, а затем один из них придерживает свое колесо.

Разблокирующее давление (Breakaway Pressure) определяется крутящим моментом, необходимым для того, чтобы диски и кольца начали скользить. На практике это момент, который образуется во время пробуксовки колес. Если приложите крутящий момент на одну ось, а другую ось заблокируете на месте, то эта ось не будет крутиться до достижения определенного давления.

Настройка такого дифференциала проводится только на спортивных машинах и зависит от ряда причин, от колес до подвески. Настройка осуществляется специальными проставками, причем их толщина меняется на десятые доли миллиметра. Так же имеет значение толщина фрикционных дисков и колец. В обычной машине используются стандартные диски и кольца.

Первоисточники

carguts.ru

Что такое двигатель GDI или Gasoline Direct Injection

Ни для кого не секрет, что двигатель прямого впрыска далеко не новинка. Первооткрывателями в данной области стали инженеры Mitsubishi. Первые из авто, оснащёнными двигателями GDI, были Mitubishi Galant и Legnum, продаваемые на внутреннем рынке Японии. Двигатель имел маркировку 4G93 и устанавливался на Mitsubishi Carisma, Colt, Galant, Lancer, Pajero iO и др.

Что такое двигатель GDI, его особенности и принцип работы.

Устройство двигателя GDI

Рассмотрим ближе, что же такое GDI или Gasoline Direct Injection, а по-русски — прямой впрыск топлива, и разберёмся, что это такое. Он пришёл на смену двигателям MPI, или Multi-Point Injection (распределённый впрыск), в которых топливо впрыскивается в каждый впускной канал и смесь образуется до попадания в цилиндр. А тем временем GDI ‒ это инжекторная система, при которой форсунки находятся в голове блока цилиндров, а впрыск топлива осуществляется не в коллектор, а напрямую в камеру сгорания двигателя.

На нынешнем этапе автомобилестроения непосредственный впрыск представляет собой самый прогрессивный тип питания бензинового двигателя.

Сейчас многие автоконцерны выпускают авто с данной системой, но у разных автопроизводителей она именуется по-разному. Непосредственный впрыск у Ford – EcoBoost, Mercedes – CGI, концерна VAG – FSI и TSI и т.д.

Принципиальными отличиями работы двигателя GDI от работы двигателей с распределённым впрыском являются:

Смесь подаётся под давлением, что обеспечивается за счёт использования ТНВД, который развивает высокое давление в топливной рампе. За счёт этого сократилось в 6 раз (в сравнении с обычными инжекторными двигателями) время открытия форсунки до 0.5 мсек на холостых оборотах.

При использовании системы прямого впрыска уменьшается расход топлива приблизительно до 20 % и количество выбросов, но двигатели с данной системой менее терпимы к качеству используемого топлива.

Mitsubishi(Митсубиси) при создании двигателя GDI вобрали лучшее от бензинового и дизельного ДВС. Таким образом, здесь присутствуют, как и в любом другом бензиновом двигателе, свечи зажигания на каждый цилиндр, однако здесь появились топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки на каждый цилиндр. Благодаря ТНВД бензин через форсунки впрыскивается в цилиндры под давлением около 5 Мпа, а форсунка осуществляет два типа впрыска бензина. Поэтому, если вы захотите перевести свой автомобиль на газ, то вам потребуются соответствующее оборудование и специальные настройки блока управления ГБО (в связи с расположением форсунок и пр.).

Режимы работы двигателя GDI

Технология прямого впрыска GDI

GDI двигатель способен работать в различных режимах (их три), каждый из которых зависит от преодолеваемой нагрузки. Рассмотрим эти режимы:

В итоге, увеличилась степень сжатия до 12-13, а двигатель нормально функционирует на бедной смеси. Совместно с этим повысилась мощность двигателя, уменьшился расход топлива и уровень вредных выбросов в атмосферу.

А самые новые двигатели GDI от КИА оснащены турбонаддувом, а именуются они T-GDI. Так последние двигатели семейства Kappa отражают мировую тенденцию к “даунсайзингу”, что выражается в уменьшении объёмов двигателей вместе с увеличением их эффективности. Например, двигатель 1.0 T-GDI от КИА имеет мощность 120 л.с. и крутящий момент 171 Нм.

Особенности и недостатки двигателей GDI

Технология прямого впрыска является весьма актуальной, но она не избавлена от недостатков. Итак, чем же плох двигатель GDI?

Несмотря на перечисленные минусы, многие автовладельцы утверждают, что при заправке автомобиля на проверенных АЗС 95-98 бензином (а не из Петькиного “трахтера”), своевременной замене свечей (оригинальных, что крайне важно) и масла, двигатели GDI не вызывают проблем даже при пробеге до 200 000 км и более.

Достоинства двигателей GDI

Итак, преимущества GDI-двигателя по отзывам:

Решение покупать автомобиль с двигателем GDI или нет ‒ личное дело каждого. Но, приняв положительное решение, стоит тщательнейшим образом “обследовать” автомобиль. Если он не убит, то у вас ещё больше пищи для ума, потому как крайне приятно ехать “бодро”, но с меньшим расходом топлива, и наносить меньший вред окружающей среде и своему здоровью.

mytopgear.ru

Что такое двигатель GDI

Двигатель GDI (Gasoline Direct Injection) – бензиновый силовой агрегат с прямым (непосредственным) впрыском топлива. Моторы с аббревиатурой GDI производятся японскими компаниями Mitsubishi, Toyota, Nissan, корейскими автопроизводителями, а также фирмой Bosh.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель TSI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, плюсах и минусах моторов данного типа.

Идея постройки двигателя с непосредственным впрыском топлива в цилиндры родилась достаточно давно, при этом массовый GDI впервые был представлен только в 1995 году. Моторы с технологией GDI в большинстве встречаются на автомобилях марки Mitsubishi. Перовой моделью с таким силовым агрегатом стала модель Mitsubishi Galant, которая получила силовую установку 1.8 GDI.

Особенности и отличия моторов GDI

Принцип работы двигателя GDI представляет собой своеобразный «симбиоз» привычных бензиновых и дизельных ДВС. Начнем с того, что для нормальной работы любого двигателя внутреннего сгорания в цилиндры необходимо подать так называемую топливно-воздушную смесь. Другими словами, определенная часть горючего смешивается в необходимой пропорции с частью воздуха применительно к разным режимам работы мотора. От состава смеси напрямую зависит мощность двигателя, КПД, экономичность, экологичность и ряд других характеристик.

Большинство бензиновых и дизельных двигателей сегодня:

Двигатель GDI представляет собой бензиновый мотор, в котором процесс смесеобразования аналогичен дизельному, то есть топливо впрыскивается прямо в цилиндры, где происходит смешивание с поданным ранее воздухом. При этом полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется в цилиндре посредством искры от свечи зажигания. 

Если сказать иначе, воздух поступает в двигатель отдельно, форсунка GDI осуществляет непосредственный впрыск топлива в цилиндр, затем происходит перемешивание компонентов, после чего поджиг смеси осуществляет электрическая искра свечи зажигания. Следует добавить, что во время такого смесеобразования конструкторами учитывается ряд аэродинамических особенностей для получения оптимально упорядоченного состава смеси. По этой причине конструкция поршня и камеры сгорания существенно отличается от аналогов в двигателях с внешним смесеобразованием, а также форкамерных ДВС. Днище поршня имеет особую форму для направления факела распыла на свечу зажигания, ГБЦ получила вертикальные прямые впускные каналы, что позволяет «закручивать» воздух в цилиндрах двигателя. Благодаря такому устройству топливно-воздушная рабочая смесь в GDI движется по строго заданной траектории.

Более того, состав смеси отличается в разных участках общего объема цилиндра.  В результате подобных решений двигатели линейки GDI способны работать на сильно обедненной смеси, которая была бы непригодна для работы обычного бензинового мотора. Необходимое для воспламенения от искры соотношение топлива и воздуха концентрируется в цилиндре GDI в области расположения свечи зажигания, в то время как по условным «краям» цилиндра смесь остается максимально обедненной.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель TDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции, преимуществах и недостатках агрегатов данного типа.

Еще одной особенностью двигателя GDI является наличие двух топливных насосов:

Данное решение также является аналогом принципа подачи топлива в дизельном двигателе. В моторах GDI давление впрыска составляет около 50 бар, в то время как в обычных бензиновых ДВС около 3 бар.

Впрыск топлива и разновидности GDI

Моторы GDI имеют целый ряд конструктивных различий, благодаря чему их можно разделить на две группы:

Отличаются такие агрегаты по конструкции самого мотора, по особенностям исполнения ТНВД и по устройству системы топливного впрыска. Версии для Японии имеют два основных режима впрыска топлива GDI:

  1. ultra lean combustion mode;
  2. superior output mode;

Первый режим предполагает работу мотора на сверхобедненной смеси, которая имеет соотношение 37:1-43:1. Такой режим работы поддерживается ЭБУ на умеренных скоростях до 110-120 км/ч. с учетом плавного разгона, то есть без резких нажатий на педаль газа. В указанном режиме двигатель GDI обеспечивает максимальный показатель крутящего момента. Форсунки впрыскивают горючее в тот момент, когда поршень находится на такте сжатия и не дошел до ВМТ. Подача топлива инжектором в этом случае происходит в виде однородной струи, после происходит завихрение потока по часовой стрелке для наилучшего смешивания с воздухом в цилиндре.

Во втором режиме предполагается стехиометрический состав смеси топлива и воздуха. Указанный режим работы активируется в том случае, если мотор находится под нагрузкой (движение на высокой скорости, буксирование прицепа, езда в гору и т.п.)

В версиях для Европы мотор GDI получил дополнительный режим two-stage mixing. Указанный режим рассчитан на активный разгон с места или необходимость резкого ускорения при обгоне. В таком режиме топливо выпрыскивается в цилиндры ступенчато (в два этапа за 4 такта).

На такте впуска в этом режиме совершается первый впрыск, результатом которого становится максимально обедненная смесь в цилиндре с соотношением около 60:1. Данная смесь не рассчитана на воспламенение. Главной задачей является эффективное охлаждение камеры сгорания, так как в охлажденную камеру можно будет подать больший объем воздуха и топлива на такте сжатия. Другими словами, данное решение позволяет улучшить наполнение цилиндров. Затем на такте сжатия происходит второй впрыск, после которого состав смеси уже составляет 12:1, то есть рабочая смесь становится максимально обогащенной.

В результате цилиндры эффективно наполняются и двигатель отдает максимально доступную мощность. По сравнению с моторами, которые имеют распределенный впрыск, GDI оказывается на 10% мощнее. В итоге европейские версии GDI более эластичны и способны отдавать больше крутящего момента на «низах» при необходимости резко ускориться во время движения на скорости 30-60 км/ч.

Также следует отметить особый режим двигателя GDI под названием stich F/B. Указанный режим работы предполагает наиболее приближенный к стехиометрическому состав топливно-воздушной смеси, а также делится на два подрежима: closed loop и open loop.

В первом случае состав смеси регулируется на основе показаний кислородного датчика, во втором показания датчика не влияют на состав смеси топлива и воздуха. Данная особенность является отличием GDI от других моторов во время работы на холостом ходу. ЭБУ двигателем динамично меняет режимы compression on lean и stich F/B во время работы мотора на холостых оборотах, условно продувая цилиндры. Особенностью  является повышение холостых оборотов двигателя до 900-950 об/мин. в момент перехода между указанными режимами. Указанная смена режимов работы GDI в норме должна происходить 1 раз в 4 мин. Все режимы переключаются под управлением ЭБУ. Если говорить о комфорте водителя, смена режимов и изменения в работе мотора практически не ощущаются.

Что касается токсичности GDI, японские инженеры разработали специальные катализаторы для моторов, которые работают на сильно обедненной смеси. В результате уровень окислов азота в выхлопе такого двигателя уложился в рамки Евро-3. Стоит отметить, что высокое содержание серы, которое отмечено в отечественном бензине, быстро выводит каталитические нейтрализаторы из строя.

Неисправности и проблемы моторов GDI

Главной проблемой моторов данного типа является повышенная чувствительность к качеству топлива, а также к любым факторам и поломкам, способным повлиять на качество смесеобразования.

На моторах GDI быстро чернеют и выходят из строя свечи зажигания. Топливная аппаратура таких двигателей намного более чувствительна к наличию воды и механических примесей в бензине. Образование нагара во впускном коллекторе и скопление сажи на клапанах способны изменить процесс смесеобразования, так как траектория движения потоков в цилиндре нарушается. В результате GDI теряет мощность и работает с заметными перебоями.

В целях профилактики на моторах GDI рекомендуется менять свечи зажигания каждые 10-20 тыс. пройденных километров, а также один раз в 25-30 тыс. км. производить очистку впускного коллектора от нагара и частиц сажи на его стенках. Также периодически нужно контролировать состояние инжекторов, проверять качество распыла топлива и чистить форсунки.

KrutiMotor.ru

GDI Принцип работы ТНВД GDI

10.09.2006

Непосредственный впрыск топлива Двигатель системы GDI

Топливный насос высокого давления (трехсекционный)

 Необходимое предисловие:Опубликованный ниже материал - это не просто статья о системе непосредственного впрыска топлива. Во-первых, это большой шаг вперед  для нашего с Вами понимания принципов работы ТНВД GDI, потому что нигде ранее и никогда ранее такой материал не публиковался. Даже можно сказать громче: это революционная статья, ключ к пониманию многих процессов в ТНВД GDI. А во-вторых, такой "простенький" на первый взгляд материал говорит об уровне "mek"... (...мы привыкли, что это ник одного человека, а на самом деле этот ник является начальными буквами фамилий Специалистов, которые "живут с GDI рука об руку").Большая признательнасть специалистам "The Moscow center of diagnostics and repair of systems GDI"  (Kublitsky Dmitry Jurjevich)     

Двигатель системы GDI

Топливный насос высокого давления (трехсекционный)

 Принцип работы   1 – топливный бак 2 – топливный фильтр 3 - фильтрик 4 – компенсатор-ограничитель пульсаций топлива (низкое давление) 5 – перепускной клапан шарикового типа (низкое давление) 6 - пластины 7– перепускной клапан шарикового типа (высокое давление) 8 – пластинчатый клапан на линии сброса утечек из надплунжерного пространства 9 – компенсационная камера высокого давления  10 – топливная рейка 11 – фильтрик

12 – регулятор высокого давления

 При запуске двигателя начинает работать топливоподкачивающий насос, расположенный в топливном баке 1. Под давлением около 0.3  MPa топливо проходит через топливный фильтр 2 и поступает в ТНВД  через фильтрик 3, конструктивно расположенный в компенсаторе-ограничителе пульсаций  топлива 4.

Именно здесь происходит разделение топливных линий (магистралей).

  Линия низкого давления: 1 – топливный бак2 – топливный фильтр3 – компенсатор-ограничитель4 – перепускной клапан шарикового типа8 – компенсационная камера (расположена параллельно течению топлива)9 – топливная рейка Линия высокого давления: 1 – топливный бак2 – топливный фильтр3 – фильтрик4 – компенсатор -  ограничитель пульсаций топлива6 – пластины7 – перепускной клапан шарикового типа (высокое давление)9 – компенсационная камера (высокое давление)10 – топливная рейка11 – фильтрик12 – регулятор давления1 – топливный бак Запуск двигателяЗапуск двигателя происходит  при низком давлении топлива ( около 0.3 MPa) , когда топливо поступает в топливную рейку по линии низкого давления.Как только датчик давления 12  начинает показывать, что в топливной рейке создалось повышенное давление для работы двигателя в режиме сверхобедненной смеси  ( около 5 MPa), драйвер форсунок переключается на этот режим работы. Переключение давленийПосле  компенсатора-ограничителя 4, топливо идет не только по линии низкого давления (см. выше), а одновременно поступает к  клапанам пластинчатого типа (пластинам) 6.Возвратно-поступательное движение плунжера в толкателе-нагнетателе  сначала всасывает топливо через специальное отверстие в пластинах, а потом сжимается и через другое отверстие в пластинах поступает  через  перепускной клапан шарикового типа  высокого давления 7 -  в топливную рейку.При выходе из  этого клапана, высокое давление топлива «запирает» низкое давление через клапан 4 и  практически мгновенно создает в топливной рейке высокое давление, которое регистрируется датчиком давления 12. Линия сброса утечек топливаВо время работы плунжера в толкателе-нагнетателе,  какое-то количество топлива просачивается сквозь уплотнения и попадает в околоплунжерное пространство.В пластинах 6 есть специальное отверстие, напрямую связанное с магистралью сброса излишков топлива ( утечек топлива) -  на схеме линия 6 – 8 – 1.Однако, если бы эта магистраль сброса излишков топлива была бы напрямую связана с топливным баком, то плунжер толкателя-нагнетателя не смог бы создать требуемое давление вследствии  перепада давлений (грубо говоря, вследствии наличия «дырки» в зоне образования высокого давления).Для этого магистраль сброса излишков топлива перекрыта клапаном-регулятором давления 8, который открывается и перепускает топливо только при определенном давлении.         "Фильтрики"Это весьма важный элемент в конструкции ТНВД.         Цифрами 3 и 11 на вышеприведенной схеме показаны "фильтрики",- так ласково можно назвать фильтрующие элементы вот такого вида :                      Этот снимок уже публиковался, но не лишне повторить его "в тему".  

Возможные неисправности при "забитости" фильтрика:

  - плохой запуск двигателя и не с первого раза  - неустойчивая работа двигателя на ХХ  - неуверенное ускорение  - отсутствии режима "кик-даун"

 - неправильный и нестабильный переход из режима работы на сверхобедненной топливной смеси в режим работы на стехиометрическом составе  ТВС

Лирическое послесловие:

Как показывает практика mek, бывало, и не так уж и редко, что при разборке ТНВД оказывалось, что внутри нет положенного "фильтрика". Нонсенс, но правда. А нет "фильтрика" - все....скоро к Вашему насосу придет старуха с косой за плечами и позовет его в дальний путь... Она придет чуть позже и при таком состоянии фильтрика, как на вышеприведенном фото. Видите почему? "Дырдочка". Наверняка причиной явились чьи-то "шаловливые ручки".   

 Примечание: Информация предоставлена мастерской Дмитрия Юрьевича  Кублицкого. "The Moscow center of diagnostics and repair of systems GDI"  (Kublitsky Dmitry Jurjevich)
Владимир ПетровичПримечание: этот материал будет далее развиваться и расширяться - "в столе" уже лежат наброски следующих статей, основа которых готовится после 21-00, непосредственно на рабочем столе mek и, что самое удивительное, за разговорами о принципах GDI может пройти и час, и три часа - все незаметно. Потому что  есть Увлеченность и желание стать Лучшими.

Более Лучшими.

Книги по ремонту автомобилей

Новинки компании Легион-Автодата:

Autodata.ru

Что такое система впрыска GDI?

Система непосредственного впрыска топлива (СНВТ) (Gasoline Direct Injection (GDI)) — инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива, у которой форсунки расположены в головке блока цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор.

Такие двигатели более экономичны (до 20 % экономии), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако и более требовательны к качеству топлива.

GDI состоит из следующих составляющих:
  1. топливный насос высокого давления;
  2. камера высокого давления с регулятором количественного давления топлива;
  3. привод топливного насоса;
  4. топливная рампа;
  5. предохранительный клапан;
  6. датчик высокого давления;
  7. форсунки впрыска;
  8. блок управления двигателем;
  9. блок управления форсунками — driver;
  10. топливный насос низкого давления;
  11. перепускной клапан;
  12. топливный фильтр;
  13. фильтры супертонкой очистки топлива;
  14. входные датчики.

А вот что бы объяснить принцип работы двигателя GDI с непосредственным впрыском рассмотрим следующую теорию двигателей.

Чтобы топливо сгорело, необходим окислитель (воздух). Но надо смешать с топливом столько воздуха, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехиометрическим. Например, для бензина оптимальный 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».

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 дизеля нормальная степень сжатия — 18, а у бензиновых — едва достигает 12. А выше давление в цилиндре — выше и эффективность.

А если поднять степень сжатия в бензиновом двигателе? Пробовали. Но выше 12 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. Калильное зажигание — преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания.

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 (АИ-98), но выше степени сжатия 12 его «не хватает».

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. Вот если бы топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр…

Как работает двигатель GDI?

Двигатель 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. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения. Работа на сверх бедных 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.

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. 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.

Еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда двигаясь на малых оборотах, резко нажимается педаль акселератора. Если двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации 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 сверх бедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на детонацию времени не остается.

Что в итоге? Степень сжатия удалось поднять до 12—12,5, двигатель устойчиво работает на бедной смеси. По сравнению с бензиновым двигателем, GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа.

igor3.pointeresu-news.ru

GDI двигатель — технология будущего?

Двигатель GDI — пожалуй, одна из наиболее обсуждаемых тем на автомобильных форумах. Пик дискуссий совпал с началом 2000-х, когда на российском вторичном рынке появились японские авто с незнакомым индексом в наименовании модели. Счастливые покупатели столкнулись с неизвестными до этого проблемами системы питания.

Положение осложнялось тем, что работники сервиса оказались не готовы, не то чтобы сделать ремонт такого двигателя, но даже найти причину неисправности. Справедливости ради следует заметить, что в последние годы ситуация несколько улучшилась.

Почти дизель

Что означает аббревиатура GDI, которую можно увидеть на моторе и кузове автомобиля японского производства? Расшифровывается это как: Gasoline Direct Injection, в переводе — бензиновый прямой впрыск. Англоязычная фонетика этого сокращения — ДжиДиАй, в России произносят как ГДИ, иногда ЖДИ.

Автомобилисты прозвали эти движки «джедаями». Впервые буквы GDI появились на автомобилях Mitsubishi Galant/Legnum в 1996 году. У других японских автопроизводителей свои обозначения прямого впрыска: у Toyota — D4, у Nissan — DI и Neo DI. Такая же картина и в Европе:

Итак, GDI — это новый тип бензинового инжекторного двигателя с прямым или непосредственным впрыском (НВ), что одно и то же. Форсунки у них выходят непосредственно в камеру сгорания, а не во впускной коллектор, как при распределенном впрыске. Этим бензиновый агрегат напоминает дизель.

Основная идея заключается в том, чтобы заставить двигатель хотя бы часть времени работать на сверхобедненной топливовоздушной смеси с целью экономии топлива и сокращения количества вредных выбросов.

Отличия в конструкции

Для того чтобы создать условия для подобного протекания рабочего процесса, бензин необходимо подавать внутрь цилиндра, находящегося под давлением такта сжатия. Поскольку традиционный насос, находящийся в бензобаке, неспособен преодолеть такое сопротивление, требуется применять дополнительный аппарат — топливный насос высокого давления (ТНВД).

Моторы с НВ имеют необычную форму головки поршня, обусловленную необходимостью придать подаваемой порции горючего строго рассчитанное вихреобразное движение.

В связи с тем, что двигатель с НВ, так же как и любой другой ДВС, не может постоянно работать при недостаточной концентрации смеси, эти моторы отличаются более сложной программой работы, обеспечивающей сочетание экономных и мощностных режимов смесеобразования. Наконец, двигатели GDI имеют 2 катализатора — иридиевый и платиновый.

Первый предназначен для накопления и выжигания окислов азота, образующихся при работе на супербедной топливовоздушной смеси, второй — для обычного смесеобразования.

Благодаря увеличению степени сжатия до 12 — 13 увеличилась литровая мощность силового агрегата при одновременном сокращении расхода топлива и снижении токсичности выхлопа.

На скудном пайке

Прежде чем рассматривать режимы работы двигателя GDI, нужно немного вспомнить теорию. Смесь бензина с воздухом в цилиндре может воспламениться, только в том случае, когда имеет определенную концентрацию. Оптимальной величиной является 1 часть горючего на 14,7 частей воздуха (стехиометрический состав).

Максимальное количество воздуха на 1 объемную часть бензина в инжекторном двигателе не должно превышать 20 — 24 частей. Описываемые двигатели могут работать на сверхобедненной смеси (до 1:40). Как это можно объяснить?

Топливо в цилиндре после впрыска распределяется по объему неравномерно за счет отражения его от выемки в днище поршня, который в момент впрыска находится в крайнем верхнем положении (конец такта сжатия). Топливный факел имеет компактную форму и, отражаясь, образует обратный вихрь. При общей бедной смеси, в районе свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и успешно воспламеняется.

Затем пламя поджигает прилегающий слой, интенсивность горения увеличивается, и процесс охватывает весь объем цилиндра. Описанный режим — ULTPA LEAN COMBUSTION MODE называется еще послойным смесеобразованием или сгоранием и поддерживается программой ЭБУ при спокойном характере движения со скоростью до 100 — 120 км/час.

Двухразовое питание

К сожалению, для дальнейшего ускорения мощности оказывается недостаточно, и приходится обогащать смесь до обычного уровня (1:12 — 1:15). Смесь при этом является однородной (гомогенной) и образуется в результате впрыска топлива на такте впуска, когда поршень идет вниз, и топливный факел в форме широкого конуса заполняет весь раскрывающийся объем.

Отражения факела от поршня не происходит, и после обратного хода сжатия смесь поджигается. Этот режим — SUPERIOR OUTPUT MODE — активируется также при движении под нагрузкой, то есть, в тех случаях, когда требуется увеличение выдаваемой мощности.

В двигателях для европейского рынка присутствует и третий режим — TWO-STAGE MIXING (двухэтапное смесеобразование). Впрыск при этом производится дважды: на такте впуска и в конце хода сжатия.

Смысл заключается в том, что небольшая порция бензина, впрыснутая не первом этапе, охлаждает стенки цилиндра и способствует увеличению массового количества всасываемого воздуха, что позволяет пропорционально увеличить и подачу топлива на второй стадии впрыска (в конце такта сжатия).

Совет: учитывая привередливость системы к качеству воздуха, следует уделять особое внимание профилактике воздушного фильтра, а впускной коллектор рекомендуется очищать каждые 25 — 30 тысяч км.

Кто портит воздух?

На холостом ходу (ХХ) мотор GDI работает также на двух режимах. Основным является Compression on Lean (обедненная смесь) — 625 — 650 об/мин. Однако постоянная работа на нем приводит к накапливанию в катализаторе высокотоксичного оксида азота (NO), что заметно по неприятному запаху из выхлопной трубы.

Чтобы выжечь это соединение, периодически включается режим STICH F/B (продувка). Обороты возрастают примерно до 750, на некоторых моделях — до 900.

По такому поведению мотора, работающего на ХХ, и можно распознать двигатель GDI. На исправном двигателе продувка кратковременно включается примерно через 4 минуты. Режим STICH F/B функционирует в свою очередь по двум вариантам: регулирование смесеобразования с учетом коррекции датчика кислорода (CLOSED LOOP) и нерегулируемый процесс (OPEN LOOP).

Стоит ли овчинка выделки?

Какие выгоды сулит новый двигатель с НВ, в том числе и системы GDI:

Следует заметить, что из двигателей прямого впрыска японского и корейского производства самые надежные и доработанные моторы стоят на автомобилях Мицубиси (Митсубиси).

Приключения японцев в России

И все-таки, перефразируя известную пословицу: что японцу хорошо, то русскому — смерть. В России все преимущества НВ перечеркиваются низким качеством отечественного бензина. В чем это выражается?

Недостаточно чистое топливо, да и просто высокий процент содержания серы в бензине приводит к ускоренному износу ТНВД и засорению форсунок. Ремонт последних, кстати, невозможен. Если промывка не получается, приходится заменять их новыми, что довольно накладно. Наиболее часто на форумах жалуются на «плавающие» обороты ХХ.

Одной из причин, если не главной, такого явления является вышеупомянутый насос. Как было сказано выше, холостые обороты изменяются регламентировано, в соответствии с прошивкой ЭБУ.

Когда износ качающего плунжера (плунжеров) достигает определенной величины, после перехода на режим Compression on Lean давление впрыска падает ниже допустимого, и компьютер возвращает систему в режим обогащения. После нормализации давления процессор снова пытается переключить работу впрыска на «обедненный» режим.

То есть, частота переключений увеличивается, а если на процесс накладываются и другие факторы, то периодичность становится хаотичной, что и приводит к неприятным дерганиям на ХХ. Скорее всего, потребуется диагностика и ремонт ТНВД, чистка форсунок, а также удаление сажи из впускной системы.

То, что часть отработанных газов из экологических соображений направляется во впускной коллектор, приводит к засаживанию каналов, регулирующих заслонок, клапанов. В системах распределенного впрыска впускные клапаны омываются топливом, которое подается форсунками в коллектор, и проблема отложения сажи не стоит так остро.

Еще одна проблема заключается в отсутствии достаточного количества квалифицированного персонала по обслуживанию подобных систем. Определить причину неисправности и сделать необходимый ремонт проблематично даже в крупных городах, а что уж говорить о российской глубинке.

Наибольшая опасность для двигателя с прямым впрыском исходит от бензина. Горючим следует заправляться на проверенных АЗС. Категорически нельзя использовать различные присадки, октаноповышающие добавки — это прямой путь убить топливный насос.

Несмотря на серьезные недостатки, система прямого впрыска пока еще не похоронена. Многие владельцы японских авто утверждают, что довольны этим движком. Да и круг автопроизводителей расширяется. К примеру, GDI-моторами комплектуются корейские Hyundai Avante и Hyundai Gamma. Возможно, в ближайшем будущем новые двигатели избавятся от своих болезней, и гадкий утенок превратится, наконец, в красивого лебедя.

AvtoDvigateli.com

Смотрите также