Довольно подробно рассмотрев технологию непосредственного впрыска, мы установили, что, несмотря на все свои достоинства, системы прямого впрыска слишком сложны, дороги и способны надежно работать только на очень качественном топливе.
Автомобильные компании понимают это не хуже нас, так что поиск альтернатив непосредственному впрыску начался почти сразу же после дебюта этой технологии на рынке. До серийного производства добрались три варианта, нацеленные на разные категории автомобилей и разную толщину кошелька покупателя.
Самая дорогая и ближе всего стоящая к прямому впрыску альтернатива – впрыск комбинированный. Как легко догадаться, эта технология объединяет обычный распределенный впрыск с непосредственным, что происходит за счет установки пары форсунок для каждого цилиндра. Только одна из форсунок расположена во впускном тракте, а другая выведена в камеру сгорания. Работа комбинированной системы осуществляется в зависимости от нагрузки на двигатель. Прямой впрыск задействуется при запуске двигателя, прогреве и при работе с максимальной нагрузкой. При этом число впрысков топлива за один цикл также зависит от режима работы двигателя. Так, например, при прогреве двигателя и движении с максимальной нагрузкой производится два впрыска: один на такте впуска, другой на такте сжатия. В городе работает в основном распределенный впрыск, но блок управления двигателем периодически задействует и форсунки непосредственного впрыска – для предотвращения их засорения. Оптимизация режимов впрыска топлива в соответствии с режимами работы двигателя позволяет всегда достигать минимального выброса сажевых частиц в атмосферу. Необходимо отметить, что при выходе из строя одной из систем впрыска двигатель работает в аварийном режиме и автомобиль продолжает движение.
Конечно, комбинированный впрыск лишь смягчает недостатки непосредственного и не избавляет мотор от капризного и дорогостоящего насоса высокого давления. Более того, по сравнению с «чистым» прямым впрыском система комбинированного впрыска состоит из большего числа деталей и требует еще более продвинутого алгоритма для блока управления двигателем. Как следствие, технология получила ограниченное распространение. Где-то с конца 2006 года ее можно встретить на «Лексусах», некоторых «Тойотах» для японского рынка (что, по сути, то же самое), чуть позже подключился «Фольксваген» с моторами TFSI.
На другом полюсе находится Twinport от Opel. Все детали такой системы собраны в специальном фланце, установленном между головкой блока цилиндров и впускным коллектором. Внутри фланца, сразу за форсункой, впускной канал разделяется на два изолированных канала, ведущих к клапанам. В одном из каналов установлена контролируемая электроникой заслонка. При высокой частоте вращения коленвала все заслонки открыты. Поток воздуха поступает в цилиндр по обоим каналам, и наполнение цилиндров происходит эффективно. При низкой частоте вращения заслонки закрываются, скорость потока воздуха в каналах, оставшихся открытыми, увеличивается, что приводит к повышению степени турбулентности поступающей в цилиндры смеси. За счет турбулентности не только полнее сгорает смесь, но и происходит улучшение рециркуляции отработанных газов, а значит, сокращаются насосные потери и расход топлива. В результате повышенной рециркуляции отработанных газов происходит также снижение температуры топливовоздушного заряда, вследствие чего в выхлопе становится меньше оксидов азота.
Применение Twinport делает выхлоп в среднем на 6% чище, позволяет экономить от 5 до 12% бензина (в зависимости от рабочего объема двигателя и стиля вождения), а также добавляет порядка 3% к максимальной мощности силовой установки.
Контроль исполнения команд в отношении положения заслонок возложен на датчик потенциометрического типа, механически связанный с тягой заслонок. Вот этот самый датчик и является ахиллесовой пятой Twinport. При этом производитель не поставляет отдельно детали, а настоятельно рекомендует замену фланца в сборе.
Из-за того, что система Twinport почти никак не воздействует собственно на процесс впрыска, ее обычно относят к технологиям изменения геометрии впускного тракта. Но, во-первых, наличие двух каналов изменяет впрыскиваемый факел (либо разделяя его надвое, либо закручивая), и, во-вторых, по словам представителей «Опеля», система стала ответом именно на появление прямого впрыска. Эти аргументы позволяют позиционировать Twinport как «дешевую и сердитую» альтернативу непосредственному впрыску.
Хронологически самой последней альтернативой является система двойного впрыска, впервые продемонстрированная компанией Nissan в 2010 году и двумя годами позже появившаяся на серийных автомобилях для японского рынка.
Двойной впрыск устроен гораздо проще, нежели непосредственный. Задача оптимизации наполнения камер сгорания при одновременном сокращении расхода горючего решается путем установки в предкамерной области не одной, а пары форсунок для каждого цилиндра, то есть каждому впускному клапану выделена своя отдельная форсунка. Выходное отверстие каждой форсунки стало меньше, что позволило, применяя «обычный» насос, все равно немного увеличить давление подачи топлива. Вместе с более «прицельным» характером впрыска система характеризуется и большей однородностью топливовоздушной смеси, чем при обычном распределенном впрыске.
По утверждению фирмы-производителя, выбросы оксидов углерода при двойном впрыске сокращаются настолько, что это позволяет экономить до 50% драгоценных металлов в каталитическом нейтрализаторе. В целом при сопоставимой с прямым впрыском эффективности двойной впрыск оказывается примерно на 60% дешевле и является куда более надежной системой подачи топлива.
По всей видимости, именно двойной впрыск – ближайшее будущее автомобилестроения. Это касается доступных по цене моделей, как минимум. Однако, если производители вдруг решат вернуться к схемам газораспределения с тремя впускными клапанами на цилиндр, не факт, что простое добавление третьей форсунки окажется возможным.
Текст: Серик Туленов, фото Bosch ©20415