Загадка без ответа: зачем нужен непосредственный впрыск?

топ 100 блогов service-19303.07.2019 Уже несколько раз в истории автопроизводители взрывали инфопространство сенсацией о том, как изобрели новое, прекрасное и неповторимое - непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания. Речь идет сейчас о бензиновых двигателях. Пережуем эту историю еще раз.
Более всех в таких презентациях преуспели Mitsubishi и Volkswagen. Обе компании с большой помпой рассказывали о том, как ими изобретена работа бензинового двигателя на сверхбедных смесях. У Mitsubishi это получило название GDI, а у Volkswagen - FSI. Идея очень простая: в определенных режимах, где от двигателя не требовалось большой мощности, не требуется заполнять горючей смесью весь объем цилиндра. Для развития малой мощности достаточно очень маленького заряда смеси, сосредоточенного в районе свечи зажигания. А весь остальной объем имеет право быть заполненным воздухом. Если сравнивать общую массу воздуха и топлива в камере сгорания в этом режиме - получится действительно сверхбедная смесь, назывались рекламные цифры типа 30:1, 40:1... В общем-то, вопросов нет, оно действительно как-то работало у обеих названных фирм.

Загадка без ответа: зачем нужен непосредственный впрыск?

Для реализации такого режима нужны особые ухищрения. Если в "обычном" моторе с впрыском во впускной коллектор форсунка брызгает на такте впуска (когда поршень идет вниз), а потом полученная топливовоздушная смесь сжимается при ходе поршня вверх, то для режима послойного сгорания (так его назвали в VW) форсунка брызгает топливом на такте впуска, когда поршень уже почти в верхней мертвой точке (ВМТ). Благодаря специальной форме днища поршня, струя топлива завихряется и "концентрируется" примерно в районе свечи.

Придумано хорошо, но есть беда. Точнее, даже много бед:

1) Поскольку впрыск делается "в последний момент", он должен быть быстрым. На впрыск отводится на порядок меньше времени, чем в "традиционных" системах. Чтобы достичь этого, давление в рампе должно быть на порядок-два выше. Если обычно у нас там 3-6 атмосфер, то для непосредственного впрыска это 30-350 атмосфер. Верхняя цифра, причем, пока растет - то 120 бар было максимальным давлением, потом 150, сейчас вот в последних SSP уже пишут про 350. Думаю, не предел, так, глядишь, и до дизельных 1000-2000 атмосфер дойдем :)

2) Режим послойного сгорания крайне благоприятен для образования оксидов азота (NOx). Напомню, что оксиды азота образуются, когда при высокой температуре рядом находятся молекулы азота и кислорода. Ну то есть, достаточно разогреть обычный атмосферный воздух до 1000 (не ручаюсь за цифру, не столь важно) градусов - и вуаля, вот вам оксиды азота. Теперь внимание, что происходит в камере сгорания в режиме послойного сгорания? Правильно, в центре горит топливовоздушная смесь, а окружена она воздухом. Который что? Правильно, нагревается и образует оксиды азота. А оксиды азота образовывать - зашквар и крайняя степень падения, даже хуже, чем феминитивы не использовать.

Поэтому с ними на таких моторах борются сильно и много:

2.1) EGR (рециркуляция отработавших газов). Часть отработавших газов с выпуска подается обратно на впуск. Они замещают собой воздух вокруг сгорающего заряда смеси. В целом, логично, воздух там все равно не участвует, так что это тот редкий случай, когда EGR не вредит процессу сгорания. А вот надежности мотора - вредит. Нагар, грязь и потенциально ненадежный элемент.

2.2) Нейтрализатор NOx. Дело в том, что обычный катализатор оксиды азота нейтрализовать не может. Он только способствует доокислению компонентов в нем. А оксиды азота доокислять некуда и незачем. Их, если кто знает химию, надо обратно восстанавливать. Поэтому придумали специальный нейтрализатор - еще одну банку в выхлопном тракте. Работает он специфично. Сначала некоторое время он накапливает (задерживает в себе) оксиды азота. Потом, когда он заполнится, двигатель переводится в режим регенерации нейтрализатора. В этом режиме он работает в режиме обычной смеси, без всякой послойности. То ли CO, то ли CH взаимодействуют с накопленными в нейтрализаторе оксидами азота, и восстанавливают их до каких-то безобидных соединений.

Думаете, все? А нет, в технике так просто не бывает.

В топливе бывает сера. Она тоже окисляется при горении. Оксиды серы запросто занимают "свободные ячейки" в нейтрализаторе NOx. И, в отличие от оксидов азота, так просто не восстанавливаются. Для этого надо нагреть нейтрализатор до каких-то бешеных 600+ градусов. Поэтому данную ситуацию блок управления тоже мониторит, и отрабатывает ее при необходимости.
Реализовано это просто - после нейтрализатора оксидов азота стоит их датчик, по принципу действия очень похожий на датчик кислорода. Когда он видит, что концентрация NOx слишком высокая - блок управления понимает, что нейтрализатор заполнен, и настало время его "продувать". Для этого он переводит мотор в обычный режим до тех пор, пока продувка не закончится. Не вспомню сейчас, увы, что является признаком восстановления - то ли показания каких-то датчиков, то ли просто прохождение какого-то времени.
Если же блок управления видит, что интервалы между "продувками" стали слишком короткими (ниже какого-то порога) - он считает, что нейтрализатор "забит" соединениями серы. Тогда он переходит в режим с обогащенной смесью, чтобы разогреть нейтрализатор до необходимой температуры. Для ее контроля, кстати, в нейтрализаторе стоит еще и датчик температуры.
Так вот, если со всей этой фигней, как говорили в старом анекдоте, попытаться взлететь - можно удивиться стоимости этих дополнительных компонентов.

Загадка без ответа: зачем нужен непосредственный впрыск?

3) Непосредственный впрыск - это еще и совершенно неожиданная проблема нагара на впускных клапанах. В самом деле, из вентиляции картеров масляная пыль летит, из EGR выхлопные газы летят, все это проходит через впускные клапаны. При этом если раньше на них лился бензин из форсунок, то теперь такого нет. Вся грязь на клапанах и остается:

Загадка без ответа: зачем нужен непосредственный впрыск?

4) Ну и, говорят, даже в идеальном случае - работает не слишком хорошо, в том смысле, что эксплуатационные показатели (расход топлива главным образом) не слишком отличаются от собратьев с традиционным впрыском. Пруф - https://bmwservice.livejournal.com/199283.html

В конечном счете, от послойного сгорания отказались и Mitsubishi, и Toyota, и VAG. Первые две фирмы отказались от непосредственного впрыска вовсе. А вот немцы пошли дальше и пихают его уже вообще в каждый мотор. Остается совершенно неясным, какие бенефиты может принести он в отсутствие того самого "сверхбедного" режима. Более того, зачем-то на грабли непосредственного впрыска с упорством зомби вступают все новые и новые производители. Если VAG, допустим, просто проявляет упорство самурая вместо тех, кто должен был проявить его по происхождению, то зачем это корейцам и форду с маздой - совершенно неясно. Ради чего? Мне непонятно, и пока ни от кого мне не удалось услышать внятного ответа :(

Оставить комментарий

Архив записей в блогах:
- Здравствуйте! Нам бы мазь какую, чтобы помазать - и чтоб больше не чесалось, и чтоб быстро заросло, - шепотом говорила дама в годах, держащая за руку длинноволосого подростка. - А что назначил врач? - Да какой врач, нам некогда по врачам ходить! Просто дайте мазь какую-нибудь. - У вас ...
Первый день мобилизации выявил вопиющую безответственность российских военкомов, которые повторяют своих коллег из истории Российской империи образца 1904 года, и действия которые привели в конечном итоге к первой русской революции... ...
На сайте иностранного агента "Медузы" большой материал про общество "Знание". Платформа для Путина, Сноудена и Маска. «Медуза» рассказывает, как власти возродили советское общество «Знание» — и чем это грозит российскому онлайн-образованию Понятно, что тон материала в целом ...
И в Ленинграде, 1931: ...
просмотр фильма, звучит песня 'Русское Поле'. - а ты себя ощущаешь тонким колоском? колоском русского поля? - ощущаю ли я себя колоском ... вообще? или в последнее ...