Отложения на клапанах и загрязнение форсунок – всеобщая беда для хозяев автомобилей VAG с непосредственным впрыском. Дерганье машины при разгоне, повышенный расход топлива и вибрация — симптомы этой беды. Давайте разбираться, что становится причиной проблемы, а также почему качество горючего или масла в данном случае ни при чём?

Что скрывается за понятием «послойное смесеобразование», и почему двигатели с непосредственным впрыском завоевывают мир?

Термин «непосредственный впрыск» сегодня хорошо известен каждому автомобилисту. И это не удивительно, поскольку конструкция широко применяется автопроизводителями еще с 1990-х годов. Достаточно вспомнить моторы GDI (Gasoline Direct Injection – прямой впрыск бензина) от Mitsubishi.

Концерн Volkswagen в настоящее время использует похожую систему, но называется она иначе – FSI. Или Fuel Stratified Injection — это и есть тот самый «послойный» впрыск топлива».

Так в чем же заключается отличие GDI от тех систем, которые применяются теперь? В обоих случаях – непосредственный впрыск, однако состав самой топливной смеси различен. И вот почему: топливная форсунка на первых моделях представляла собой обычный распылитель, при котором смесь получалась однородная (гомогенная). Различие между распределенным (MPI) и непосредственным впрыском заключалось исключительно в количестве отверстий распылителя, их расположении и разных показателей давления. На моделях современных автопроизводители уже научились разделять топливовоздушную смесь на зоны с переобогащенной и переобедненной смесью.

Для чего это потребовалось? Из-за переобедненной смеси, а точнее — из-за характеристик ее сгорания. Назовем преимущества, которые мы получаем во время работы двигателя на такой смеси.

1. Высокая температура сгорания, большой КПД и, как результат, высокий крутящий момент на выходе.
2. Уменьшение расхода топлива (до 15 %, в теории).
3. Малая эмиссия углеводородов в выхлопных газах.

Согласитесь,  этого достаточно для награждения в номинации «Мотор года»! 

С 2005 года такие моторы начали внедрять в производство полным ходом. Примером тому может служить массовый переход на FSI-моторы концерна VW. И, как водится, первые «блины» оказались далеки от совершенства: обладатели первых Passat B6 с атмосферными FSI-моторами, их многочисленными прошивками ЭБУ и проблемами с запуском зимой еще долго будут вспоминать автопроизводителя «добрым» словом.

«Четырехколечное» подразделение концерна пошло иным путем, посчитав рискованным ставить на кон свой имидже ради новых технологий. Вот что говорится в материалах самообучения по двигателю 2.0 TFSI (здесь и далее цитаты из официальных и обучающих документов VW AG):

Впрочем, отказаться от послойного смесеобразования производитель полностью все же не смог.

Для начала выясним, что же такое послойное смесеобразование?

Как видим, область использования переобедненных смесей располагается в интервале от 1000 до 3500 об/мин, т.е. диапазоне оборотов ДВС, которые наиболее часто используют водители.

Посмотрим на диаграмму относительно нагрузки ДВС:

Мы вновь видим в области средних/малых нагрузок работу именно на переобедненной смеси.

Каким же образом реализуется такая работа? С помощью ввода специальных управляемых воздушных заслонок во впускном коллекторе...

…и ориентации (и формы) распылителей форсунок, которые имеют возможность впрыска топлива прямо в цилиндры (непосредственный впрыск). Именно благодаря этим факторам процесс работы ДВС на обедненной смеси и становится возможным.

Давайте посмотрим на моделирование начального процесса без привязки к конкретному исполнению мотора, как это воспринималось разработчиками системы непосредственного впрыска Bosch MED 7.

Обратите внимание на поток. Он восходящий, симметричный, образует две равнозначные, однонаправленные циркуляции (воздушный поток и топливное «облако») в объеме ½ поперечной плоскости цилиндра. Степень насыщения воздушного «факела» топливом существенно зависит от формы днища поршня, и незначительно – от отклонения и смещения самой топливной струи, в данном случае сглаживаемых самой формой днища поршня.

Проблемы реализации и важные профилактические меры

При всех плюсах эксплуатации двигателя на переобедненных смесях у автомобилей, оснащенных современными ДВС, имеются проблемы, у которых нет «единых точек соприкосновения» со старым семейством MPI-впрыска. Это зачастую вызывает трудности в диагностике.

Вернемся к исходной точке появления данного типа системы впрыска в производстве, чтобы мы смогли понять, какие изменения последовали в конструкции и получить возможность их сравнить. Конкретную реализацию предлагаем разобрать, к примеру, на моделях VW AG.

Итак, сравнение поршневой группы атмосферного и турбированного ДВС...

В первом случае видна схема «встречных потоков», о которых говорилось выше. Во втором едва ли не главную роль играет предварительное завихрение потока воздуха во впускном коллекторе (одно из различий исполнения данных моторов) и полная направленная циркуляция в полном объеме цилиндра.

Предварительное завихрение воздушного потока во впускном коллекторе и обедняет классическую однородную (гомогенную) смесь при смешивании воздушного потока с топливом. На практике лучшее охлаждение поршня обеспечивает первая схема. С другой стороны, эти моторы грешат проблематичным зимним пуском: свечи просто «заливало» топливом, и двигатель отказывался запускаться. Но самое забавное (владельцы первых годов выпуска Passat B6 не дадут слукавить), что обычная «жигулевская» свеча становилась «палочкой-выручалочкой» и справлялась с замерзшим ДВС. Затем вновь устанавливались оригинальные свечи. Прежде чем удалось решить эту проблему, потребовалось более десятка изменений версий ПО блока управления ДВС.

Владельцев ДВС с турбокомпрессором такие проблемы, разумеется, не коснулись — автопроизводители до мелочей отработали пуск двигателя на гомогенной смеси при минусовой температуре воздуха. Дальнейшие эксперименты с формой днища поршня на цепных моторах 2008 года и далее проводить перестали. Как правило, такие поршни обладают плоской поверхностью со стандартными выемками под клапаны.

Или имеют по всей ширине гильзы цилиндров ярко выраженную сферическую вогнутую поверхность. О её назначении расскажем чуть ниже.

А сейчас давайте посмотрим на организацию подачи топлива и воздуха на этих ДВС:

На качество распыления топлива положительно влияют форсунки с шестью отверстиями. Не менее интересно расположение топливной форсунки и впускного канала. Обратите внимание: они располагаются в одной плоскости, а следовательно, суммарного восходящего потока уже не получится. Учитывая, что топливо должно успеть равномерно распределиться по топливовоздушному заряду, получаем единственный вариант —организацию встречного потока с довольно большим дефицитом по времени эффективного распыления.

Конечно, в данном случае речь также не идет об эффективном охлаждении поршней. А что думают об этом сами создатели?

Довольно простое решение подачи топлива непосредственно в зону свечи. Другими словами, топливный заряд оборачивается, условно говоря, в «кокон» воздушного заряда (эффект дополнительного охлаждения смеси достигается ее изолированием воздушным потоком, если говорить точнее). В результате, мы получаем в зоне электрода свечи обогащенную, легко воспламеняемую смесь, а переобедненную — в остальных местах камеры сгорания. Однако путь смешивания воздушного и топливного зарядов весьма короткий, если сравнивать его со схемой, обсуждаемой ранее. А нормальное перемешивание, с отражением от поверхности поршня и равномерным распределением по фронту потока (как это происходило с атмосферным мотором), увы, невозможно. Именно этот аспект и влияет на возможную проблемную работу ДВС в целом.

Сама же причина возникновения проблемы стабильного воспламенения достаточно простая:

Симптомы и признаки загрязнения форсунок

Обладателям современных FSI-моторов наибольшую головную боль доставляет загрязнение распылителей форсунок. В большинстве случаев это сопровождается дерганьем машины при разгоне, вибрацией, повышенным расходом топлива. Почему так происходит, думаю, вы, уже догадались. Да, именно из-за отклонения топливной струи от расчетной траектории. Чтобы резко «обеднить» зону вокруг центрального электрода, при котором устойчивого воспламенения происходить уже не будет, достаточно минимального отклонения.

Но и это далеко не последняя проблема в данном двигателе. Сегодня часто обсуждают следующее явление на впускных клапанах:

А вот как выглядит начало такого процесса:

Обратите внимание на мягкий налет. Он легко снимается и совершенно непохож на светло-бурый налет на MPI-моторах, который можно снять не иначе, как способом механической обработки. Более всего он напоминает налет на впускных коллекторах дизельных моторов. И в этом заключается часть ответа на вопрос по образованию такого нагара.

Довольно часто в загрязнении впускных клапанов и форсунок винят «некачественное топливо», «неправильно подобранное масло» или ставят в укор владельцу авто «несвоевременное обслуживание». Но далеко не многие знают, что ситуация радикальным образом не изменится даже при сокращенном интервале обслуживания и использовании высококачественных материалов.

Чтобы понять причину этого явления, предлагаем посмотреть на диаграмму фаз газораспределения. Один из наиболее характерных режимов, описывающий важность регулирования фаз газораспределения, на стандартной круговой диаграмме выглядит следующим образом:

Но, как быть с увеличением NOx при повышении температуры отработавших газов? Человечество еще не придумало для данного соединения каталитический нейтрализатор. В свое время была изобретена система возврата отработавших газов EGR, которой «поручалось» снижать температуру ОГ и, как следствие, уменьшать доли NOx в выхлопных газах. Но поскольку со временем клапан EGR не сильно отличался по виду от впускных клапанов, выложенных ранее, на пьедестале негативных эмоций он надежно обосновался на втором месте и у механиков, и у автовладельцев.

Одна из самых «оптимистичных» конструкций клапана EGR выглядела так:

Конструкторы здесь немного погорячились и поставили дроссельную заслонку на выпускные газы. Кто хоть раз видел дроссельную заслонку на впуске, может легко представить, как она будет выглядеть на выпуске. Пожалуй, далее не стоит объяснять, почему последствия загрязнения и отказа этого клапана занимают «серебро» по негативу у владельцев Passat B6. Между тем, надо было как-то решать данный вопрос согласно постоянно ужесточающимся экологическим нормам и несмотря на многочисленные отказы регулирующих элементов этой системы. Так, в ходе изысканий появилась система внутренней рециркуляции отработавших газов. Реализована она была как составляющая другой системы и не имела своих компонентов.

Теперь становится понятным происхождение отложений на впускных клапанах, как и слабая их зависимость от топлива, обслуживания, масла и т.д. Надо учитывать, что и загрязнение форсунок, и отложения на поверхности впускных клапанов – процессы взаимосвязанные и влияющие на один фактор, а именно – на качество образующейся смеси в районе центрального электрода. В то же время необходимо отметить, что основным фактором влияния на характер воспламенения в цилиндрах все же остается загрязнение именно распылителей форсунок.

Данный «процесс» начинает беспокоить владельцев транспортных средств, пробег которых достиг 35 000 – 45 000 км. Увидев ошибки по «пропускам воспламенения», она далеко не сразу понимают, с чего надо начинать решать проблему.

Так может оставить решение этой проблемы так называемым официальным лицам? Неужели об этом им не известно? Известно и хорошо, но решать данную проблему… нельзя. При техническом обслуживании официально существует пункт. Возьмем, к примеру, Audi Q5:

Но возникает резонный вопрос: а говорили ли вам на официальном ТО о необходимости применения этой промывки? А о регулярности такого мероприятия? Ведь подобные рекомендации есть и у BMW, и у Mercedes-Benz, и у других крупных автопроизводителей, чьи автомобили эксплуатируются в России.

Кроме того, необходимо понимать, что применение такой промывки, учитывая ее концентрацию в полном баке, полностью не очищает распылители и играет лишь профилактическую роль. Однако (и это важно!) увеличивает длительность нормального функционирования топливных форсунок, а потому рекомендуется к использованию.

И в заключение, давайте попробуем ответить на вопрос: почему так важно, содержать распылители топливных форсунок исправными (чистыми). Дело в том, что конструкция поршней новых двигателей FSI, к сожалению, не обладает существенным запасом прочности к детонационному сгоранию смеси, поскольку снижение трения и максимальное облегчение конструкции являются основными принципами построения таких моторов. И здесь уместно вспомнить, что в таком типе конструкции днище поршня не имеет возможности омываться (охлаждаться) топливной струей. А, следовательно, возникновение детонации вполне вероятно при любом нарушении процесса воспламенения, что, в конечном итоге, приводит к разрушению самого поршня (перемычек). Это и происходит на моторах 1.4, 1.8 и 2.0 TSI.

Но есть и хорошая новость. Конструкторы VAG, проектируя третье поколение моторов серии 888, учли этот момент и изобрели смешанный впрыск MPI+FSI. Предполагается, что такой вид впрыска будет способен обойти описанные проблемы. А вот хозяева автомобилей VAG, выпущенных до 2012 года, должны учитывать такую печальную вероятность событий.

Надеемся, что после прочтения этого материала ни у кого не возникнет вопроса, для чего и почему необходимо использовать промывку топливной системы и регулярно очищать детали впускной системы двигателей с непосредственным впрыском?

Источник: 5koleso.ru

"ВЛИВАЙСЯ" в семью BG!