Права 

Принцип работы насоса высокого давления gdi. Топливный насос высокого давления (тнвд) двигателей gdi. Рассказываем словами Дмитрия Юрьевича

Статья о двигателях GDI - принцип работы, особенности, отличия от других типов моторов. В конце статьи - интересное видео о силовых агрегатах с прямым впрыском топлива.


Содержание статьи:

Gasoline Direct Injection (GDI) - система прямой подачи топливной смеси в ДВС. В GDI-моторах впрыск осуществляется не во впускной коллектор, как в обычных инжекторных двигателях, а непосредственно в цилиндр. По способу действия двигатели этого типа сочетают в себе принципы бензиновой и дизельной систем.

Общие сведения


Считается, что впервые эту разновидность двигателя использовала компания Mitsubishi, однако это не совсем верно. Первый двигатель такого типа был установлен на гоночный автомобиль Mercedes-Benz W196. Позже Mitsubishi использовали систему электронно-управляемого впрыска, что позволяло двигателю работать (при малых нагрузках) на топливовоздушной смеси с минимальным количеством горючего, то есть обедненной.

Первые автомобили Mitsubishi с моторами GDI начали производиться в 1996 году. С тех пор двигатель претерпел многие изменения и улучшения, так как первоначальный вариант был далек от совершенства.


Что касается аббревиатуры GDI, то она относится к машинам марки Mitsubishi, хотя многие автоконцерны используют ту же систему, но под другим названием. У Toyota это D4, у Mercedes - CGI, у Renault - IDE и т.д.

Особенность двигателя в том, что при малых нагрузках (равномерная езда со скоростью до 120 км/ч) он работает на обедненной топливовоздушной смеси. При повышении нагрузки происходит автоматический переход на классическую систему впрыска. Это делает автомобиль экономичным (до 20% экономии) и экологичным.

Принцип действия


Общий принцип работы ДВС заключается в подаче и смешивании топлива с воздушной массой, так как без последней возгорание невозможно. В бензиновых двигателях для оптимальной работы требуется 14,7 г воздушной смеси на 1 г бензина. Если воздуха оказывается больше нормы, такая топливовоздушная смесь носит название обедненной (бедной), если меньше - богатой.

Обедненная воздушная смесь снижает расход топлива, однако с ее возгоранием часто возникают проблемы. Чрезмерно насыщенная бензином смесь возгорается легко, однако излишки топлива не сгорают и выводятся вместе с переработанными газами, что приводит к бесполезной растрате. Не говоря уже о том, что на свечах и клапанах интенсивно образуется слой нагара.

Система GDI отличается от обычной тем, что впрыск горючего производится не во впускной коллектор, а напрямую в камеру сгорания, как у моторов, работающих на дизтопливе.

Принцип действия двигателя GDI:

  1. Бензин подается в камеру сгорания под высоким давлением и потоком закрученной формы, благодаря специальному строению форсунок.
  2. Поток на высокой скорости сталкивается с поршнем, после чего часть его как бы закрепляется на теле поршня, а другая часть продолжает движение, создавая трение и приобретая соответствующую форму.
  3. После этого поток загибается и уходит от поршня, увеличивая скорость. Некоторые частицы движутся медленно и расходятся в разные стороны, создавая разделение потока.
  4. В результате этого в камере сгорания образуется два участка с бензовоздушной смесью. В центре находится участок стехиометрической (обыкновенной) легковоспламеняемой топливной смеси. Вокруг него образовывается участок обедненной смеси.
  5. После этого происходит воспламенение (с помощью искры свеч зажигания) участка с высоким содержанием бензина. Затем процесс горения перекидывается на обедненные участки.

Основные отличия GDI от обычной системы впрыска

  1. Впрыск производится под давлением от 50 атмосфер (в обычном инжекторном двигателе всего лишь 3 атм). Это дает возможность осуществить мелкодисперсное направленное распыление.
  2. Дроссельная заслонка расположена несколько дальше, чем у обычных моторов.
  3. Горючее подается напрямую в цилиндр и там происходит образование топливовоздушной смеси. В обычных двигателях горючее подается во впускной коллектор, там же смешивается с воздушной массой.
  4. На поршнях имеется сферическое углубление. При помощи этого углубления осуществляется управление образованием вихря и возникшим пламенем. Также выемка дает возможность управлять образованием горючей смеси, регулируя количество воздушной массы и бензина в процессе соединения.
  5. Существует возможность образования максимально обедненной горючей смеси в цилиндрах. Оптимальное соотношение воздуха и бензина - 40:1 (в отличие от обычного впрыска с соотношением 14,7:1), однако количество воздуха может колебаться от 37 до 43 к 1.
  6. Форсунки, расположенные в ГБЦ, имеют конфигурацию, которая позволяет придать топливному потоку нужную, как бы закрученную, форму. Благодаря этому поток движется по четко заданной траектории.
  7. GDI-моторы работают в двух режимах: STICH (обыкновенный, как у других инжекторных системах) и Compression on Lean (работа на максимально обедненной смеси). Переключение между режимами происходит автоматически; при повышении нагрузки автомобиль переходит на работу при обогащенной топливной смеси. При снижении нагрузки переходит обратно в обедненный.
  8. Конструкция оснащена насосом высокого давления.

Особенности ТНВД


Топливный насос высокого давления (ТНВД) является ключевым элементом системы непосредственного впрыска. Именно от него зависит качество и работоспособность мотора в целом.

Существует четыре типа ТНВД:

1 поколение. Семиплунжерные топливные насосы

Первые и самые недолговечные. Устанавливались в автомобили марки Mitsubishi с 1996 до 1998 года. Не имеют системы отслеживания давления и чрезвычайно чувствительны к качеству бензина. Ремонту не подлежат и при износе (а это происходит очень быстро) необходима полная замена.

2 поколение. Трехсекционные топливные насосы

Являются модификацией семиплунжерных. Устанавливались с 1998 по 2000 год. Здесь производитель учел прошлые недоработки и уделил внимание их устранению. Имеют регулятор и датчик давления, в случае его резкого падения переводят работу автомобиля в аварийный режим. Это позволяет автомобилю продолжать движение достаточно времени, чтобы добраться до СТО.

Модель стала несколько «лояльнее» к качеству бензина и более долговечной.

3 поколение. Двухсекционный ТНВД

Имеется датчик давления, а регулятор не встроен в систему. Привод работает от распределительного вала.

4 поколение. «Таблетка»

Последняя и самая совершенная модель. Относительно долговечна, менее чувствительна к качеству топлива, отличается компактностью и надежностью. Основной недостаток - самооткручивающиеся крепежные гайки. Их состояние необходимо регулярно проверять, так как их ослабление приводит к нарушению работы системы и деформации пластин, выровнять которые довольно сложно.

Конструкция топливных насосов высокого давления зависит от конкретной модели.

Насколько важно качество топлива


Основная проблема двигателей GDI - чувствительность к малейшим отклонениям в качестве горючего. Первые ТНВД страдали этим недугом особо остро, что приводило к очень быстрому износу и необходимости производить замену. Последующие усовершенствования частично или полностью решили эту проблему и модели 2-4 поколения стали более надежными.

Кроме особенностей самой впрысковой системы, на долговечность двигателя влияет и тщательная система фильтрации. Она имеет 4 стадии:

  1. Очистка происходит с помощью фильтра-сеточки в насосе бензобака.
  2. Производится очистка обыкновенным фильтром. В зависимости от марки автомобиля, его месторасположения может меняться. Фильтр может устанавливаться в баке либо под днищем.
  3. Фильтрация происходит с помощью фильтра-стакана, расположенного в топливопроводе ТНВД.
  4. Последний этап очистки происходит в тот момент, когда горючее подается из «топливной рейки» в бак.
Такой основательный процесс фильтрации способен привести в порядок даже не слишком чистый бензин. Но одно дело - некачественное топливо по японским или европейским меркам, и совсем другое - для отечественного бензина. Даже четыре этапа очистки не смогут справиться с присадками и прочими атрибутами кустарного производства от которого так и не удалось избавиться полностью. Некоторый процент от общего количества топлива на территории России непригоден к использованию и по сей день. Проверки заправочных станций регулярно выявляют грубые нарушения. А для GDI это почти наверняка смерть.

Например, мембранный клапан и плунжеры изготовлены с высокой степенью точности, за счет чего и происходит нагнетание топливной смеси под требуемым давлением. Если же бензин окажется с частицами песка или другими примесями, особенно обладающими абразивными свойствами, система подачи подвергнется их воздействию и ее работа утратит точность. Что и приведет сначала к снижению эффективности работы двигателя, а затем и к поломке ТНВД.

В первую очередь, при возникновении проблемы снижается мощность двигателя. Через некоторое время он начинает и вовсе отказывать. Если обратиться в ремонтную мастерскую при первых признаках неисправности, топливный насос еще можно будет спасти. В противном случае его придется полностью заменить, так как сильно поврежденные детали восстанавливать бессмысленно.

Еще одна распространенная проблема GDI - плавающие обороты. Причиной может послужить как воздействие низкосортного горючего, так и естественный износ элементов ТНВД.


При падении давления система автоматически переводит работу в «классический» режим. После этого давление выравнивается и двигатель обратно переводится в режим работы на обедненной смеси, после чего давление снова падает, система опять переводит работу в «классический». И так до бесконечности.

В процессе этих переходов машина и начинает «плавать». При обнаружении подобного отклонения автомобиль следует отправить на диагностику, чтобы найти точную причину неполадки.

Заключение

Двигатели GDI отличаются мощностью и экономичностью, но достоинства почти всегда являются и причиной недостатков. В данном случае это чрезмерная чувствительность к малейшим отклонениям в системе впрыска и качеству топлива. Чтобы продлить срок службы автомобиля, следует регулярно производить замену свечей зажигания (на них быстро образуется нагар), чистить впускной коллектор и форсунки.

Не лишним будет регулярно осматривать инжектор и проверять качество распыления, устраняя малейшие неполадки на стадии их возникновения. И, конечно же, необходимо постоянно контролировать состояние фильтров и менять по мере необходимости.

Видео о современных двигателях с впрыском:

Топливный насос высокого давления (ТНВД) - один из важнейших узлов двигателя с непосредственным впрыском. Несмотря на то, что ТНВД достаточно неплохо защищен (фильтр в баке и на входе в ТНВД), он, тем не менее, наиболее подвержен износу в суровых российских условиях эксплуатации.
До настоящего времени производились три поколения ТНВД:
Первое поколение, односекционный семиплунжерный насос. Это наиболее сложный по конструкции насос, где давление топлива создается при помощи "барабана" с 7 плунжерами. Точность обработки деталей в этом насосе такова, что износ даже в одну сотую миллиметра приводит к серьезному ухудшению его работы. Ресурс у такого насоса невелик, и как правило не превышает 100 тыс. км.

Отремонтировать его практически невозможно, поэтому как правило его меняют в сборе на насос второго поколения. ТНВД 1-го поколения ставились на машины относительно недолго - с 1996 по середину 1997 года.
Второе поколение, трехсекционный одноплунжерный насос. Это, пожалуй, самая удачная в плане ремонтопригодности модификация ТНВД: три отдельных блока ("секции") - привод, насос и регулятор давления, каждый из которых можно, в случае необходимости заменить, не трогая остальные. Давление топлива создается при помощи специальных пластин, от состояния которых и зависит напрямую производительность насоса.

Третье поколение, так называемая "таблетка". Существует две модификации ТНВД этого типа - с регулятором давления, расположенным внутри ТНВД, или вынесенным в магистраль "обратки". Блок высокого давления практически идентичен ТНВД 2 поколения.
Основные неисправности ТНВД 2 и 3 поколения, возникают по причине несвоевременного планового ТО по замене топливных фильтров тонкой и грубой очистки. При нормальной эксплуатации средний ресурс такого типа ТНВД, составляет около 200000км, без его ремонта. При этом, как правило, плунжерная пара в насосе находится в хорошем состоянии, изнашиваются в основном пластинчатые клапана.
Симптомы неисправности ТНВД: неустойчивая работа двигателя, плохая тяга; двигатель неохотно набирает высокие обороты (выше 2000 об/мин); при нажатии на педаль газа во время движения автомобиль резко замедляется и может даже заглохнуть. При этом, как правило, на панели приборов горит лампочка Check Engine и диагностический сканер выдает ошибку Fuel Pressure Fail (код P0190). При всех этих признаках имеет смысл проверить давление топлива. Если нет диагностического сканера, давление можно проверить при помощи обычного цифрового мультиметра. Сигнал можно снять вольтметром со среднего контакта датчика давления топлива, расположенного в зависимости от конструкции на ТНВД или топливной рампе. При этом измерение надо проводить на прогретом двигателе и включенном D или R. Номинал по давлению составляет для 4G15 - 2.9 вольта (4.7мПа), 4G93 - 3.0 вольта (4.8 мПа), 4G64 - 3.4 вольта (5.6мПа), 4G74 - 4.0 вольта (6.8мПа), при падении давления менее 2.6 вольта ЭБУ дает команду на повышение оборотов, для стабилизации давления. Даже при полной потери высокого давления и неисправности ТНВД (работа только при давлении создаваемого погружным насосом в баке), ЭБУ переключается на аварийную программу, и увеличивает время открывания форсунки, на промежуток до 3.2 м.сек.(режим MPI), вместо 0.51 м.сек.(режим GDI) на холостом ходу, и не позволяет развивать мотору обороты свыше 2000 об/мин, что позволяет продолжить работу двигателя.

В данной статье описан Ремонт ТНВД (топливного насоса высокого давления) автомобилей Мицубиси Каризма с системой непосредственного впрыска GDI.

Необходимые для ремонта жидкости и принадлежности

1. Бутылка бензина "Галоша" или его аналог (чистый, неэтилированный, чтобы не отравиться);

2. 6 листов хорошей наждачной бумаги (шкурки) с зернистостью 1000, 1500 и 2000, каждой по 2 листа. Предпочтение наждачной бумаге с абразивом из окиси алюминия, бывает карбид кремния, она мягче, данная информация как правило находится на тыльной стороне листа;

3. Кусок стекла или зеркала (приблизительно 300 х 300 мм) толщиной не менее 8 мм. Можно достать у завхоза любого большого супермаркета, как правило в магазинах всегда есть битые витрины.

Если есть возможность, лучше использовать тарированную шлифовочную плиту;

4. Ватные палочки, чистая ветошь.

5. Набор ключей, в том числе под «звездочки». Спецключ для регулятора давления (смотри фото);

6. Пластиковая емкость для разобранных деталей;

Если нет специального ключа, то нет смысла пытаться разобрать регулятор. Никакие эрзац - заменители не подходят!

Приступаем к ремонту

Откручиваем все трубочки, шланги, тройнички, подходящие к насосу. Для первого раза, лучше маркировать трубку, или штуцер с её ответным местом, например, лаком для ногтей (равным количеством точек или другим удобным способом). При разборке/сборке перепутать ничего не выйдет, все предусмотрено конструкцией так, что при попытке собрать неправильно или длины не хватит, или диаметр не подойдет и т.п. При откручивании штуцера, идущего от насоса низкого давления из бака Каризмы, немного может вытечь бензина, это не страшно, чтобы избежать проливания бензина подложите ветошь под шланг до того, как откручивать. Можно еще открутить крышку бензобака, чтобы стравить избыточное давление.

При откручивании штуцера, идущего на топливную рампу, прикройте штуцер ветошью, так как будет небольшой фонтан бензина во все стороны.

Откручиваем болты, крепящие секцию регулятора давления (та часть, в которой установлен датчик и от которой отходит трубка, идущая на рампу) к центральному блоку насоса (так называемый привод), 3 болта. Без снятия секции регулятора не получится добраться до болтов, крепящих привод к двигателю.

Откручиваем четыре длинных болта, крепящих привод к торцу двигателя и, аккуратно покачивая насос, вынимаем его из посадочного гнезда.


Очень важно , внимательно смотрим: стыковочный узел (конец распредвала) и кольцо с ушками в блоке привода не симметричны! Хотя на первый взгляд очень похоже, что они симметричны. На самом деле «ушки» немного смещены от оси симметрии. Неверная установка (поворот вала на 180 градусов), в лучшем случае приведет к поломке узла привода, в худшем - к поломке распредвала!

Правильно выставленный узел от руки садится в свое гнездо, практически без зазора. Если вы выставите узел неправильно, он сядет с зазором 6 - 8 мм. При попытке затянуть зазор винтами винты идут тяжело, потом раздается негромкий стук или удар, и далее винты идут свободно. После этого можно разбирать и выбрасывать привод! Правда, есть аварийный выход – сломанное колечко есть в старых мицубишевских трамблерах. Трамблер, по сравнению с насосом, стоит копейки.

На фото справа: 1 – датчик высокого давления; 2 – канал сброса части высокого давления в обратку; 3 – выход высокого давления в топливную рампу; 4 – блок регулятора давления; 5 – блок механического привода; 6 – блок ТНВД.

Снимаем ТНВД в сборе с двигателя.

На правой фотографии мы видим ТНВД в сборе, снятый с двигателя. На фото уже снята секция регулятора давления (номер 4 на предыдущем фото), присутствует блок механического привода 5 и блок ТНВД 6, они соединены между собой.

Откручиваем 4 длинных болта, скрепляющие секции 5 и 6 вместе и, немного помогая себе плоской отверткой как рычагом, разъединяем их. Привод 5 лучше промыть бензином и залить чистым моторным маслом, которое вы обычно заливаете в свой автомобиль. Масла необходимо немного, 3 – 4 столовые ложки, больше смысла нет, так как все лишнее вытечет через отверстие масляного канала. Для лучшей смазки привода покрутите вал эксцентрика.

Приступаем к разбору ТНВД

Торцевой головкой Е8 откручиваем два болта под «звездочку». Откручиваем равномерно, по 3 - 4 оборота, сильно прижимая откручиваемую крышку рукой, так как под ней находится в сжатом состоянии довольно сильная пружина. Осторожно снимаем крышку.

На фото слева внутренности ТНВД после снятия крышки.

Фото от ТНВД 3-го поколения, но они отличаются только скрепляющей корончатой гайкой.

Во 2-ом поколении гайки нет, и внутренний пакет ничем не сжат.

Аккуратно снимаем и складываем отдельно резиновые колечки. При помощи тонкой отвертки и пинцета вынимаем колечко, находящееся в пазу стенки колодца камеры. Не вынув колечко, дальше не разберем.

Двумя плоскими отвертками, используя их как рычаги, достаем гофру 7. С гофрой обращаемся очень аккуратно!

После гофры достаем плунжер 8.

Все извлеченные детали складываем в пластиковую емкость, заполненную бензином. Для промывки рекомендуем использовать смесь бензина «Галоша» или аналога с ацетоном в соотношении 1:1. Железки необходимо промыть, тщательно пройтись жесткой зубной щеткой. Особенно пазы гофры, но не переусердствуйте, чтобы не повредить гофру.

Когда плунжерная пара (гофра и центральный плунжер) отмыта, необходимо провести небольшой, но очень нужный тест. Его результат покажет вообще целесообразность дальнейших действий. Нужно хорошо послюнить большой палец правой руки, положить на него плунжер, площадкой на палец, так, чтобы палец гарантированно закрыл центральное отверстие и сверху надеть на плунжер гофру. В удачном случае, гофра не опустится на плунжер, будет мешать воздушная подушка. Полученный узел нужно несколько раз сжать между большим и указательным пальцем. Раза три он должен спружинить.

Такой эффект говорит об удовлетворительном состоянии плунжерной пары. Если же гофра свободно опускается на плунжер и снимается с него (помним о закрытом пальцем центральном отверстии), то дальнейшие действия по ремонту ТНВД будут совершенно бесполезны. ТНВД на выброс.



Предположим, что у вашего ТНВД с плунжерной парой полный порядок.

Достаем из колодца ограничителем хода плунжера – пружинку со штоком.

И центрирующий штифт.

И, наконец, самое главное - три пластины.

О состоянии этих пластин в нашем случае рассказывать особо ничего не нужно – на фотографии ниже все видно (фото слева).

Шлифовка

Берем приготовленное толстое стекло не менее 8 мм или зеркало аналогичной толщины, кладем его на любую твердую и ровную поверхность, например, на рабочий стол. Далее, кладем на стекло шкурку абразивом вверх и круговыми, спиральными движениями убираем все выработки, седла и каверны на двух толстых пластинах перемещая их по шкурке. Применяем последовательно заранее заготовленные шкурки с зернистостью 1000, 1500 и 2000.

Среднюю, тонкую пластинку, аккуратно шлифуем сразу 2000-й шкуркой. Никаких шлифовочных, полировочных и притирочных паст применять нельзя, так как в результате их применения можно «слизать» острые грани отверстий!

После шлифовки, на пластинах не должно быть следов старой выработки. Ушными палочками тщательно очищаем отверстия в пластинах от остатков наждачной пыли и грязи, можно ацетоном. Состояние пластин после шлифовки представлено на фото справа.

Сам корпус насоса также тщательно отмываем от остатков грязи, песка и осадков российского бензина, но применяем при этом не ацетон, а бензин «Галошу» или его аналог, так как в противном случае можно повредить внутренние уплотнения и резинки.

Собираем ТНВД

Очень важно : при сборке ТНВД, чистота должна быть как в операционной.

Собираем ТНВД в обратном порядке. Не спешите при установке пластин, делайте все аккуратно и продуманно.

Порядок следования пластин соответствует логике работы насоса: пластина с четырьмя одинаковыми отверстиями ложится на самое дно колодца, отверстия расположены в пределах шарообразного углубления дна.

Далее идет тонкая клапанная пластина, а сверху ее прикрывает тонкая пластина с большим секторным вырезом. В пакет из этих трех пластин вставляется центровочный штифт. Если все установлено правильно, то центровочный штифт пройдет через пластины, опустится в отверстие дна колодца и будет выступать на 1.5 - 2 мм. Если стороны пластин перепутаны, то вставить центровочный штифт не получится.

Сверху на пластины одеваем плунжер. Просто опускаем его в колодец и немного крутим вокруг своей оси, пока он не сядет на выступающий конец штифта и перестанет вращаться. Это очень важно. Если не посадить штифт в отверстие плунжера, то такой насос не даст необходимого рабочего давления, а штифт заклинит весь пакет пластин!

После установки плунжера на место в боковую поверхность колодца устанавливаем резиновое колечко, затем на плунжер опускаем гофру с надетой на нее резинкой. Аккуратно, гофра идет тяжело (вспоминаем, как при разборке извлекали гофру, используя две отвертки в качестве рычагов).

Возможно, вас интересует вопрос: на какую величину при шлифовке уменьшается толщина пластин? То есть, какова вероятность при сборке получить «болтающийся» пакет?

Если пластины шлифовали дома сами, то вероятность снять со всех пластин суммарный слой более 0,1 мм минимальна. А вот если отдавали пластины на шлифовку токарю, то возможны варианты.

Проверить просто. В ТНВД 2-го поколения в собранном состоянии между крышкой и корпусом насоса должна быть щель около 0,6 - 0,8 мм. Проверять необходимо не возле стягивающих винтов, а посредине корпуса. В подозрительных случаях на основание гофры можно положить медное колечко из фольги, 0,1-0,2 мм толщиной.

В ТНВД 3-го поколения ("таблетка") есть штатное медное колечко и стягивание пакета осуществляется специальной корончатой гайкой, там вопрос изменения толщины пакета вообще не стоит.

Надеемся, что данное руководство по ремонту ТНВД снова вернет былую резвость вашему автомобилю и устранит проблемы.

Данный материал подготовлен членом Каризма Клуба - odessit `ом, за что ему огромная благодарность.

Внимание! Статья носит консультационный характер, за повреждения вашего автомобиля во время самостоятельного ремонта автор материала ответственности не несет.

Система непосредственного впрыска топлива применяется на бензиновых двигателях последних поколений с целью повышения их экономичности и увеличения мощности. Она предполагает впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров, где и происходит его смешение с воздухом и образование топливовоздушной смеси. Первыми двигателями, которые были оснащены такой , стали моторы GDI (Mitsubishi). Аббревиатура GDI — расшифровывается как «Gasoline Direct Injection», что дословно переводится как «непосредственный впрыск бензина».

Устройство и принцип действия системы GDI

В наши дни системы, аналогичные Gasoline Direct Injection, используют и другие производители автомобилей, обозначая данную технологию TFSI (Audi), FSI или TSI (Volkswagen), JIS (Toyota), CGI (Mercedes), HPI (BMW). Принципиальными отличиями этих систем являются рабочее давление, конструкция и расположение топливных форсунок.

Конструктивные особенности двигателей GDI

Система питания воздухом двигателя GDI

Классическая система непосредственного впрыска топлива конструктивно состоит из следующих элементов:

  • Топливный насос высокого давления (ТНВД). Для корректной работы системы (создания тонкого распыливания) бензин в камеру сгорания должен подаваться под высоким давлением (аналогично дизельным моторам) в пределах 5…12 МПа.
  • низкого давления. Подает топливо из бензобака к ТНВД под давлением 0,3…0,5 МПа.
  • Датчик низкого давления. Фиксирует уровень давления, созданного электрическим насосом.
  • . Осуществляют впрыск топлива в цилиндр. Оснащены вихревыми распылителями, позволяющими создавать требуемую форму топливного факела.
  • Поршень. Имеет особую форму с выемкой, которая предназначена для перенаправления горючей смеси к свече зажигания двигателя.
  • Впускные каналы. Имеют вертикальную конструкцию, благодаря чему возникает обратный вихрь (закручен в противоположную сторону по сравнению с другими типами двигателей), выполняющий функцию направления смеси к свече зажигания и обеспечивающий лучшее наполнение камеры сгорания воздухом.
  • Датчик высокого давления. Располагается в топливной рампе и предназначен для передачи информации в электронный блок управления, который изменяет уровень давления в зависимости от актуальных режимов работы двигателя.

Режимы работы системы прямого впрыска

Схема работы непосредственного впрыска топлива

Как правило, двигатели с непосредственным впрыском имеют три основных режима работы:

  • Впрыск в цилиндр на такте сжатия (послойное смесеобразование). Принцип работы в этом режиме заключается в образовании сверхбедной смеси, что позволяет максимально экономить топливо. В начале в камеру цилиндра подается воздух, который закручивается и сжимается. Далее под высоким давлением осуществляется впрыскивание топлива и перенаправление полученной смеси к свече зажигания. Факел получается компактным, поскольку формируется на этапе максимального сжатия. При этом топливо как бы окутано прослойкой воздуха, что уменьшает тепловые потери и предотвращает предварительный износ цилиндров. Режим используется при работе мотора на малых оборотах.
  • Впрыск на такте впуска (гомогенное смесеобразование). Состав топлива в этом режиме близок к стехиометрическому. Подача воздуха и бензина в цилиндр происходит одновременно. Факел смеси при таком впрыске имеет коническую форму. Применяется при мощных нагрузках (скоростной езде).
  • Двухстадийный впрыск на такте сжатия и впуска. Применяется при резком ускорении машины, движущейся на малой скорости. Двойной впрыск в цилиндр позволяет снизить вероятность детонации, которая может возникнуть в моторе при резкой подаче обогащенной смеси. Вначале (на такте впуска воздуха) подается небольшое количество бензина, что приводит к образованию обедненной смеси и снижению температуры в камере сгорания цилиндра. На такте максимального сжатия подается оставшаяся часть топлива, что делает смесь богатой.

Особенности эксплуатации системы


 Поршень двигателя GDI

Главным требованием для корректной работы двигателя с прямым впрыском топлива является использование качественного бензина. Оптимальная марка топлива, как правило, указывается в инструкции к автомобилю.

Обычно рекомендуется заливать бензин с октановым числом не менее 95. Однако важно учитывать, что этот уровень не должен быть обеспечен за счет различных присадок. Исключение составляют присадки, рекомендованные производителем двигателя и автомобиля.

Низкое качество топлива, особенно при высоком проценте содержания серы, бензола и углеводородов в отечественном бензине способствует преждевременному износу форсунок, что может вывести двигатель GDI из строя.

Не менее требователен бензиновый мотор с непосредственным впрыском к тому, какое масло применяется в системе. Здесь лучше всего следовать инструкциям производителя.

Плюсы и минусы использования

Главной особенностью двигателя gdi является подача топлива напрямую в цилиндр, что сокращает время цикла и существенно повышает мощность автомобиля (до 15%). Помимо этого уменьшается расход топлива (до 25%) и повышается экологичность выхлопа. Это обеспечивает более эффективную эксплуатацию автомобиля в городских условиях.

Для автомобилей, на которых установлен GDI двигатель, проблемы эксплуатации связаны прежде всего со следующим перечнем недостатков:

  • Необходимость нейтрализации отработавших газов при работе мотора на малых оборотах. При образовании обедненной топливно-воздушной смеси в выхлопных газах образуется много вредных компонентов, для устранения которых требуется установка системы рециркуляции отработавших газов.
  • Повышенные требования к топливу и маслу. Наилучшим бензином для GDI считается топливо с октановым числом 101, который практически недоступен на отечественном рынке.
  • Высокая стоимость производства двигателей и ремонта. Весомую долю проблем доставляют форсунки, подающие бензин в цилиндры. Они должны выдерживать высокое давление. Если они забиваются по причине некачественного топлива, их невозможно разобрать и почистить — форсунки подлежат только замене. Их стоимость в несколько раз выше, чем у обычных.
  • Повышенное внимание к системе фильтрации. Чистка и замена воздушного фильтра в такой системе должна производиться чаще, поскольку качество поступающего воздуха напрямую связано с состоянием форсунок.

Отечественные автомобилисты весьма скептически относятся к системе непосредственного впрыска, что обусловлено высокой стоимостью обслуживания автомобиля. С другой стороны, такие двигатели считаются передовой технологией, которая развивается и активно внедряется в автомобилестроение по всему миру.

Поговорим о "новом слове в двигателестроении" - двигателе, получившем аббревиатуру GDI (Gasoline Direct Injection), что можно перевести как "двигатель с непосредственным впрыском топлива", то есть, топливо на таком двигателе впрыскивается не во впускной коллектор, как на всех остальных двигателях, а прямо в цилиндры двигателя. На данный момент автомобили с двигателями системы GDI выпускают фирмы: Mitsubishi (6G74, 4G93, 4G-73), Toyota (3S-FSE, 1AZ-FSE), Nissan (3.0-litre Engines VG30dd), BOSCH (система Moronic MED7).

Остановимся на некоторых практических рекомендациях для владельцев GDI .

Первое, основное и главное, что надо бы уяснить для себя владельцам таких автомобилей - это качество топлива, которое вы будете заливать в топливный бак. Оно должно быть "самым-самым": высокооктановым и чистым (по-настоящему высооктановым и по-настоящему чистым). Естественно, совершенно не допускается применения ЭТИЛИРОВАННОГО бензина. Так же не стоит злоупотреблять различного рода "присадками и очистителями", "повышателями октанового числа" и так далее и тому подобное, что находится в изобилии в десятках автомагазинах.

И причиной этого запрета являются сами принципы "построения" топливных насосов высокого давления, то есть принципы "сжимания и нагнетания топлива". Например, на двигателе 6G74 GDI в этом участвует клапан мембранного типа, а на двигателе 4G94GDI - целых СЕМЬ маленьких плунжеров, расположенных в специальной "обойме" похожей на револьверную и работающих по сложному механическому принципу.

И клапан мембранного типа, и плунжера являются деталями высокой точности и их поверхности обработаны с чистотой не менее 14 класса. Естественно, если в топливе будут посторонние примеси или, не дай Бог, "обыкновенная" грязь, то, само собой разумеется, что через некоторое время эксплуатации топливный насос высокого давления просто-напросто "сядет", то есть, уже не будет нагнетать топливо в вихревые форсунки с нужным давлением. Конечно, конструкторами предусмотрена очистка топлива, которая имеет несколько ступеней:

  • Первая очистка топлива производится "сеточкой" топливоприемника топливного насоса, расположенного непосредственно в топливном баке.
  • Вторая очистка топлива осуществляется "обычным" топливным фильтром (на Mitsubishi он располагается под днищем автомобиля, на Toyota в баке).
  • Третья очистка топлива происходит при поступлении топлива в топливный насос высокого давления: на "входе" топливопровода стоит "сеточка - стакан", диаметром 4 мм и высотой 9мм.
  • Четвертая очистка топлива осуществляется при ВЫХОДЕ топлива из "топливной рейки" обратно в бак - конструктивно "выход" топлива осуществляется опять же через корпус топливного насоса высокого давления: там стоит такая же "сеточка-стакан".
Очистка, согласимся, хорошая, но только не для нашего топлива. Например, можно привести случай с директором автозаправочной станции, ездившим на Mitsubishi-Pajero с двигателем 6G74 GDI. Уж как только он не очищал топливо, как только не берег свою "ласточку", заливая в бак топливо действительно "самое-самое". Но все равно, через некоторое время двигатель начал терять приемистость и, в конце концов, автомобиль начал двигаться еле-еле. А когда разобрали топливный насос высокого давления - руками развели! Все высокоточные, прецизионные детали топливного насоса были такого вида, словно их специально "шкрябали" наждачной бумагой... Следует помнить, что в баке установлен "вспомогательный" насос подкачки топлива и топливный фильтр (см. рис.). Их неисправность также может вносить свою лепту состояние инжекторной системы.

Первым "звоночком" для владельца двигателя GDI о том, что с его двигателем "что-то не так" становится снижение мощности и приемистости, а если и на это он не обратит внимание, то далее, через некоторое время двигатель начинает отказываться заводиться.

Необходимое примечание: именно на этом этапе владельцу двигателя GDI надо все бросать и "лететь" на СТО занимающуюся ремонтом таких топливных насосов высокого давления, потому что в этом случае что-то еще можно будет поправить и хоть немного, но восстановить.

Проверить и удостовериться в "виновности" в этом топливного насоса высокого давления можно достаточно просто. Для этого можно применить методику, состоящую из нескольких "шагов":

Шаг 1: "подтверждаем или опровергаем виновность" системы электронного обеспечения управления двигателем (всей электроники), для чего проводим ее диагностику и считывание DTC.

Необходимое примечание: топливный насос высокого давления GDI - высокоточное механическое прецизионное устройство, и из всей "электроники" на нем только электромагнитный клапан, "запирающий" топливо. Система самодиагностики на автомобилях с двигателями GDI - это действительно настолько "продвинутая" система, что иногда нам казалось, что она способна "думать".

Например, компьютер "знает", что двигатель после запуска из "холодного" состояния не способен прогреться за пару минут (проводя эксперименты, мы принудительно изменяли показания датчика температуры охлаждающей жидкости сразу же после запуска двигателя), и реагировал на наши действия лампочкой "CHECK" на приборной панели. Так же компьютер "знает", сколько "воздуха надо для нормальной работы двигателя", и при его уменьшении (мы имитировали "забитость" воздушного фильтра) так же зажигает лампочку "CHECK" на приборной панели.

Мы провели около тридцати подобных тестов и выяснили, что система настолько "продвинута", что может вызывать уважение. Однако, несмотря на свою "продвинутость", электронная система не может, она просто не "научена" реагировать на изменение давления топлива, вследствие ухудшения параметров "внутренностей" топливного насоса высокого давления (износа вследствие применения некачественного топлива). Поэтому мы делаем

Шаг 2: проверяем исправность электромагнитного "запирающего" клапана и если здесь все нормально, то делаем

Шаг 3: измеряем давление топливного насоса высокого давления на "выходе". И зная, что оно должно составлять от 40 до 50 кгсм2, смотрим на прибор и делаем вполне определенные выводы.

Автомобили с двигателями GDI пока еще не "научены" ездить на нашем топливе.

Ну а если у вас все же двигатель GDI и "деваться некуда", то единственное, что можно посоветовать - регулярно, через несколько тысяч километров производить полную очистку топливного насоса высокого давления в специализированной мастерской.

Виды впрыска топлива GDI

Начнем с того, что двигатели 4G93 выпускаются двух типов: для "чисто" Японии и для Европы. И у них есть различия и, можно сказать, довольно основательные. И не только по конструкции двигателей, топливного насоса высокого давления, но и в самой системе впрыска топлива. Но для того, что бы и сейчас и в дальнейшем лучше и правильнее понимать друг друга, надо договориться о точности формулировок, что бы не возникало ни разночтений, ни разногласий...

Итак, начнем. Для "чисто" Японии существуют всего два вида впрыска топлива на двигателях GDI:
- режим работы на супер-обедненной топливо-воздушной смеси (режим ULTRA LEAN COMBUSTION MODE)
- режим работы в стехиометрическом составе топливо-воздушной смеси (режим SUPERIOR OUTPUT MODE)

Для автомобилей, которые "европейцы", был добавлен еще один режим - ДВУХступенчатый впрыск топлива под названием: режим TWO-STAGE MIXING.

Переключение режимов работы

ULTPA LEAN COMBUSTION MODE - в данном режиме двигатель работает на скоростях до 115 - 125 км.час при условии, что ускорение совершается спокойно, мягко и плавно, без резкого нажатия на педаль акселератора. SUPERIOR OUTPUT MODE - этот режим работы включается на скорости свыше 125 км.час или в том случае, если на двигатель "падает" большая нагрузка (прицеп, затяжной подъем в гору и так далее).

TWO-STAGE MIXING - резкий старт с места или резкое ускорение при обгоне.

Переключение режимов из одного в другой происходит автоматически и практически незаметно для водителя, всем управляет бортовой компьютер.

Режим ULTRA-LEAN COMBUSTION MODE

При реализации данного режима двигатель GDI работает на супер-обедненной топливо-воздушной смеси, приблизительно в соотношениях от 37:1 до 43:1. За "идеальное" соотношение принимается 40:1. Именно при таком соотношении топливо-воздушная смесь сгорает полностью на скоростях спокойного движения автомобиля (без ускорений) до 115-125 кмчас и "выдает" наиболее максимальный крутящий момент на двигатель. Впрыск топлива происходит на такте сжатия, когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки. Топливо впрыскивается компактной струей и, закручиваясь по часовой стрелке, максимально полно размешивается воздухом. Время впрыска топлива составляет от 0.3 до 0.8 ms (за идеальное время принимается 0.5 ms).

Это режим двухступенчатого впрыска топлива, то есть, топливо впрыскивается в цилиндр два раза за четыре такта движения поршня. Посмотрим на рисунок:

Во время первого впрыска топлива на такте впуска состав топливо-воздушной смеси составляет всего такое соотношение, как 60:1. Это "два раза супер-обедненная смесь" и в таком соотношении она никогда не загорится (не вопламенится) и служит, в основном, для того, что бы охладить камеру сгорания, потому что чем ниже будет ее температура, тем больше войдет туда на такте впуска воздуха и, значит, тем больше топлива - соответственно, можно подать туда на втором такте - такте сжатия (см.рисунок). То есть, все это придумано только для того, что бы увеличить коэфициент наполнения камеры сгорания (тут есть о чем подумать...например, о "черных" свечах зажигания GDI - как ни посмотришь, а они - "черно-черные". И практически - всегда и на всех двигателях, которые приходят на диагностику или ремонт).

А если конкретно, то на такте сжатия в камере сгорания получается состав топливо-воздушной смеси равный 12:1 (сверх-обогащенная топливо-воздушная смесь).

Время впрыска топлива: на такте впуска - 0.5 - 0.8 ms; на такте сжатия - 1.5 - 2.0 ms

Все это позволяет получить максимальную мощность, для сравнения: при одних и тех же оборотах, например, RPM 3000, двигатель GDI "выдает" на 10% больше мощности, чем тот же MPI (распределенный впрыск топлива).

Это только "черт страшен, когда его размалюют", а устройство ТНВД GDI достаточно простое. Если разобраться и иметь некоторое желание, например... Посмотрим на фото и увидим в разобранном состоянии односекционный семиплунжерный насос высокого давления GDI:

Слева - направо:
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

Порядок сборки и разборки ТНВД показан на фото цифрами. Исключаем только позиции 5 и 6, потому что данные клапана можно устанавливать при сборке сразу же, до установки барабана с плунжерами. После сборки насоса следует закрепить его и начать проворачивать вал, что бы убедиться в том, что все собрано правильно и вращается, не "клинит". Это так называемая простая "механическая" проверка.

Что бы провести "гидравлическую" проверку, следует проверить работоспособность ТНВД "на давление".

Да, устройство ТНВД "достаточно простое", однако...
Много жалоб у владельцев GDI, много! И причина, как уже много раз говорилось "на просторах Инета" только одна - наше родное российское топливо... От которого не только свечи зажигания "краснеют" и с понижением температуры автомобиль заводится отвратительно (если вообще заводится), но и "ласточка" с GDI все чахнет и чахнет с каждым литром залитого в нее русского топлива...
Посмотрим на фото и "покажем пальцем" на все то, что изнашивается в первую очередь и на что надо обратить внимание в первую очередь:

Обойма с плунжерами и барабан с нагнетательными камерами


фото 1 (в сборе)

Если вы посмотрите внимательно (приглядитесь), то сразу же заметите некоторые "непонятные потертости" на корпусе барабана. А что же тогда творится внутри?


фото 2 (раздельно)


фото 3 (барабан с нагнетательными камерами)

А вот здесь уже хорошо видно - ЧТО представляет из себя наш российский бензин...такая же красноватость, просто-таки ржавчина на плоскости барабана. Естественно, она (ржа), не только здесь остается, а попадает еще и на сам плунжер и на все то, "обо что он трется"
- смотрим фото далее...


фото 4

И на этом снимке хорошо заметно, какие "маленькие неприятности" может принести нам наш - родной - бензин. Стрелками показаны "некоторые потертости", из-за которых плунжер (плунжера) перестают нагнетать давление и двигатель начинает "работать как-то не так...", как говорят владельцы GDI.

Для восстановления ТНВД GDI хорошо бы иметь и "некоторые" запасные части.