«У нове століття – з новою системою живлення!». Схоже, з таким девізом європейські виробники стали впроваджувати технологію. А що їм залишалося? Вимоги щодо зниження витрати палива змушували робити двигуни складнішими, до того ж безпосереднє уприскування (особливо в поєднанні з надувом) дозволяло збільшити потужність. І при цьому двигун залишався цілком економічним при малому навантаженні.
Власне про мінуси подібної системи живлення було відомо з самого початку. Складність і висока вартість сюрпризом не були – досвід впровадження безпосереднього вприскування накопичився неабиякий. Надійність складних систем чесно постаралися збільшити. Правда, ціну особливо опустити не намагалися.
Як відомо, для подачі палива безпосередньо в циліндри потрібен насос високого тиску. Взагалі-то і в системах звичайного розподіленого уприскування тиск немаленький, але у прямому вприскуванні він приблизно в 10 разів більший.
На дизельних двигунах безпосереднє уприскування та паливний насос високого тиску (ПНВТ) з’явилися раніше, і ресурс вузлів був не таким вже низькими. У бензинових все вийшло інакше: насоси виявилися дуже недовговічними. Чому? Тому що дизпаливо має високі і кращі мастильні властивості, ніж бензин, і без спеціальних змащувальних присадок ресурс всіх вузлів тертя дуже маленький.
Сучасні мембранні ПНВТ не так залежать від мастила, як поршневі, але, тим не менше, мають потребу в ньому. Та й в цілому насос високого тиску – штука досить тендітна, будь-які забруднення виведуть його з ладу. Поліпшити ситуацію змогли введенням стандарту на змащувальні присадки в паливі. Звичайно, 15% масла, як в двотактні мотори, додавати не стали, але паливо Євро-4 і вище обов’язково містить невелику кількість спеціальних мастил. Не в останню чергу – саме для ПНВТ на бензинових машинах.
З форсунками ситуація аналогічна, вони дорожчі і менш надійні, ніж на системах розподіленого уприскування. Вимоги до їх роботи теж набагато вищі. Невелика зміна факела розпилу, навіть без зміни загальної витрати подачі, веде до серйозних порушень роботи двигуна. В результаті для збереження працездатності різко зростають вимоги до чистоти палива і робочої температури.
П’єзофорсунки ще і мають обмежену кількість циклів спрацьовування, чутливі до перегріву, а також мають схильність при виході з ладу «лити» бензин, що може викликати гідроудар при запуску. Особливо це характерно для дуже поширених високоточних п’єзофорсунок Bosch, які мають обмежений ресурс, а компанія протягом останніх десяти років не може створити дійсно добре працюючий варіант.
Схильність до закоксовки впускних клапанів і гірші умови їх роботи проявилися на моторах Міцубісі досить швидко. Зазвичай форсунки подають бензин на впускний клапан і охолоджують його. І заодно змивають з нього відкладення. У безпосереднього мотора такої можливості немає, клапан гріється сильніше, більше нагріває повітря, а масло з системи вентиляції картера і з сальника клапана поступово утворює «шубу», яка ускладнює газообмін і призводить до зависання клапанів і його перегріву. Особливо важко доводиться моторам з підвищеною витратою масла, а в найбільш критичній групі ризику – двигуни, які часто працюють з малим навантаженням, тобто в пробках.
Погані пускові якості через незадовільне випаровування палива при пуску теж виявилися давно. Виявилося, що оптимізація форми факела вприскування на холодному і гарячому двигуні повинна проводитися більш ретельно. Будь-яке попадання палива на стінки циліндра призводить до різкого збільшення кількості незгорілого палива і потрапляння його в масло. А при запуску при негативних температурах велике значення набуває якість розпилу бензину: воно повинно виявитися набагато вищим, ніж при звичайній роботі, і тиск палива на пуск повинен бути дуже високим. Спочатку цього не врахували.
Підвищена кількість твердих частинок у вихлопі проявилися пізніше, коли безпосереднє уприскування на європейських машинах вже став мейнстримом. Більш точні дослідження показали, що ця особливість сумішоутворення ріднить такий бензиновий мотор з дизелем. Дійсно, в процесі роботи утворюються частинки сажі, які необхідно теж якось затримувати. Наприклад, вводячи фільтр сажі, як на дизельних моторах. Компанія Mercedes вже анонсувала подібну опцію для своїх машин.
Попадання палива в масло через несправності паливного насоса високого тиску – в загальному чисто конструктивний недолік насосів Bosch, але в силу їх широкого поширення і спільності конструкцій насосів властивий майже всім моторам з безпосереднім уприскуванням. Бензин в маслі не такий вже й страшний, але у великих кількостях призводить до зниження в’язкості масла до критичного, що призводить до пошкоджень двигунів. І, до того ж, дає привід багатьом експертам говорити про те, що паливо є причиною масляної чуми.
Що ж робити?
Майже у всіх проблем є шляхи вирішення. Наприклад, подвійне уприскування, коли паливо подається і в циліндри, і у впускний трубопровід – це справляється відразу зі складністю закоксовки клапанів, екологічністю і поганим запуском в холодну пору року. Така схема застосовувалася на деяких двигунах Volkswagen EA888, але продавалися вони виключно в США і були заточені під жорсткі екологічні норми Каліфорнії. Але в кінці 2014-го комбіноване вприскування з’явилося і у нас – на двигуні 6AR-FE (2 літри, 150 к.с.) Toyota Camry останнього покоління. Поки складно судити про надійність, бо пробіги машин поки невеликі в основній масі, проте передумови хороші.
З поршневими кільцями і паливними насосами доводиться розбиратися чисто конструктивними методами, експериментуючи з формою – часто дизайн поршневої групи виробники допрацьовують уже після того, як машина вийшла на ринок і вразила всіх чадом масла. Так, скажімо, робила Toyota в 2005 році, доводячи до розуму мотори серії ZZ (ще без безпосередньо уприскування), а пізніше – Volkswagen з уже згаданими вище EA888. Насоси високого тиску теж намагаються зробити надійнішими.
Але все непросто: система дуже складна і дорога – накладним для виробників виходить не тільки собівартість кінцевої продукції, але і дослідження з експериментами. А маркетологи не дають можливості по 10 років займатися випробуваннями, вимагають все більше нових двигунів з ще більш привабливими характеристиками.
Ризикнути в сьогоднішньому автобізнесі репутацією виробника ненадійних машин вважається справою благородною. Якщо що, завжди виручить кампанія відкликання. Куди гірше – здатися виробником консервативним або незацікавленим на ідеї порятунку планети від вихлопних газів. Ось це, як ми бачимо за прикладом Volkswagen і Mitsubishi – дійсно страшно. Тут можна і самостійність компанії втратити, і топ-менеджменту позбутися.
