Так как основной темой этого сайта является эксплуатация Citroen C 5 c HPi мотором, разумно будет раскрыть тему и разобраться в том, что же такое это HPi , информации в сети именно по этому двигателю совсем немного, поэтому я решил собрать информацию из разных источников, оптимизировать и представить Вам обзор мотора HPi . В этой статье я рассмотрю основные особенности мотора, его уникальные свойства и принцип работы.

Развитие систем впрыска и рождение системы непосредственного впрыска

Механические системы впрыска (непрерывный впрыск), постоянно совершенствовались и развивались, но несмотря на это к середине 90-х годов, достигли своего “потолка” и с развитием электроники, постепенно были вытеснены новыми электронными системами. Коренной перелом ситуации произошел в начале 90-х годов, когда место механических систем заняли сначала системы электронно- управляемого моновпрыска, а потом и электронный распределенный впрыск. Система впрыска ” Electronic Fuel Injection ” , на моторах начала 90-х годов, устроена следующим образом: Сначала топливо впрыскивается во впускной коллектор, нередко прямо на тарелку клапана и уже после открытия этого клапана облако бензина засасывается в цилиндр. Конечно такой способ, более прогрессивен и эффективен, чем подача топлива через карбюратор или систему одноточечного впрыска, но все равно имеет множество недостатков: Сравнительно низкий КПД, как следствие высокий расход топлива и загрязнение окружающей среды. В процессе борьбы с этими недостатками и свершился новый технологический прорыв, который и привел к появлению систем непосредственного впрыска топлива. Эта технология подразумевает подачу топлива под высоким давлением специальными форсунками непосредственно в цилиндры, при этом методе достигается не только значительное снижение вредных выбросов в атмосферу, но и значительный прирост КПД.

Непосредственный впрыск топлива, идея не новая и впервые был серийно применен еще в начале 50-х годов немецким заводом Mercedes , на легендарном родстере “Крыло чайки” - 300 SL . Спустя 40 лет идея вернулась и пережила свое второе рождение в Япони. В 1995-ом году корпорация Mitsubishi выпустила в серию для внутреннего рынка автомобили, оснащенные двигателями GDI ( Gasoline Direct Injection ), которые стали первенцами возрожденной технологии. Мотор GDI появившийся в результате 15 лет исследований и испытаний японскими инженерами - одно из наиболее значимых и революционных достижений в области моторостроения за последнее десятилетие. Естественно, современный мотор сильно отличался от своего далекого европейского предшественника, и вобрал в себя огромное количество современных технологических идей и конечно последних электронных новинок в системе управления впрыском.

Рождение европейского мотора с непосредственным впрыском- HPI

В 2000 году французский концерн PSA Peugeot Citroen выпустил на европейский рынок свою новую разработку- двигатель с непосредственным впрыском обозначенный заводом как 2.0 HPI ( High - Pressure Direct - Injection Petrol Engine ) этим мотором были оснащены два серийных автомобиля концерна: Citroen C 5 и Peugeot 406. В своей основе новый мотор PSA базировался на уже отлаженных технологиях Mitsubishi GDI и использовал тот же принцип смесеобразования. Мотор имеет объем в 1997 кубиков, выдаёт 103 kW и по заявлению PSA на 15% экономичней своих обычных собратьев, будучи при этом экологичней, и обеспечивая более эффективную отдачу и крутящий момент. Топливный насос высокого давления у HPi мотора позволял создать давление в системе впрыска в пределах 30-100 Бар.

Основные качества и особенности HPI двигателя Citroen

Непосредственный впрыск - очень эффективное решение в плане оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового двигателя реализует простые принципы. А именно, более тщательно распыляет топливо, лучше перемешивает с воздухом и эффективней распоряжается готовой смесью при разных режимах работы двигателя. Основная цель - получить большую экономичность, желательно при увеличении мощности, и при этом снизить вредные выбросы. Главное качество прямого впрыска - работа двигателя в режимах не полной нагрузки на сверхбедной смеси, когда соотношение воздух/бензин легко может доходить до 40:1. А для этого понадобилось разработать множество решений: Сложную форсунку высокого давления в верхней части камеры сгорания, особую форму поршня, специальные впускные каналы, значительно повысить степень сжатия, разномоментный алгоритм впрыска топлива, усложненные катализаторы. Пока ни один двигатель с не способен обеспечить силовые нагрузки на обедненной смеси, но даже в этой ситуации HPi мотор расходует топливо более рационально за счет эффективного распыления бензина и непосредственного впрыска. Электронное управление впрыском осуществляется отдельным компьютером производства Siemens . Очень сложное и сверх точное управление, компьютер производит по показаниям множества датчиков. Как пример, на экономичных режимах небольшое количество топлива необходимо быстро впрыснуть только в конце такта сжатия, а на силовых режимах (разгон, высокая скорость) в начале и в куда большем количестве, почти как в обычных моторах. В моторе HPI дополнительно применяются и другие высокотехнологичные решения, такие как система изменения фаз газораспределения и множество других. Но основным и определяющим качеством HPi двигателя конечно является его топливная система, в которой рабочее давление почти в двадцать раз превосходит, давление в обычных моторах с распределенным впрыском.

Основы непосредственного впрыска HPi

Мотор Citroen HPi , оснащенный системой непосредственного впрыска бензина в камеры сгорания, позволяет обеспечивать точное и высокочувствительное управление смесеобразованием и сгоранием даже после закрытия клапанов. Это позволяет ему работать как на режиме сверхбедных топливовоздушных смесей (30-40:1, что недоступно для обычных “инжекторных” двигателей), так и на обогащенных смесях на мощностном режиме, что позволяет двигателю развить высокую мощность и крутящий момент. Кроме того за счет эффекта охлаждения воздушного заряда при испарении впрыснутого топлива улучшается наполнение цилиндров воздухом, а также предотвращается детонация, что позволяет повысить степень сжатия двигателя, а следовательно и его удельную мощность.

Двигатель Citroen HPi c непосредственным впрыском бензина обеспечивает следующие преимущества:

Сочетание лучшей топливной экономичности (при спокойной езде со скоростью до 120 км/ч) и мощности бензинового мотора (при ускорении).

Сокращенное время холодного пуска. Лучшие экологические показатели. Обеспечивает повышенную мощность, так как мотор HPi может работать при большей степени сжатия за счет эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах двигателя.

В конце 2004-ого года автомобильный концерн PSA снял с производства HPi мотор, из за нерентабельности его производства и высокого количества рекламаций от европейских покупателей. На самом деле мотор очень HPi надежен, но требует к себе прилежного отношения, например менять масло на HPi лучше раз в 10 тысяч километров, присадки и промывки лучше в мотор не лить, внедренная в мотор заводом система рециркуляции газов к сожалению значительно сокращает ресурс жизни мотора и приводит к неполадкам, так же часто от неправильной эксплуатации и редкой смены масла проблемы появляются у вариатора газораспределения. У многих моторов вариатор является расходным материалом и меняется раз в 70 тыс. км в ходе плановых ТО, у HPi это не так, поэтому нужно следить за «чистотой» мотора. Европейские же водители зачастую относятся к моторам безалаберно, что и приводит к поломкам.

Принцип работы и устройство HPi моторов Citroen ( High- Pressure Direct- Injection)

Д вигатель напоминает по конструкции и обычный бензиновый, и дизель. В каждом цилиндре мотора присутствует и свеча зажигания, и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением от 30 до 100 Бар. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива. Впускной трубопровод подходит к цилиндру сверху, что позволяет получить падающий поток воздуха, который после контакта с поршнем разворачивается и устремляется вверх, закручиваясь по часовой стрелке (такая организация воздушного потока позволяет достичь оптимальной концентрации топлива непосредственно около свечи). По почти прямому трубопроводу поток движется с очень высокой скоростью, и даже когда поршень достиг нижней мертвой точки, еще некоторое количества воздуха входит в цилиндр по инерции.

Поршень особенный - сверху есть выемка сферической формы. Форма поршня обеспечивает три важных фактора: Во-первых, позволяет задать воздушному потоку нужное направление движения. Во-вторых, направляет впрыскиваемое топливо непосредственно к свече зажигания, что важно при работе на предельно бедных смесях. В-третьих, определяет распространение фронта пламени.

Итак, в основу конструкции двигателя HPI заложены 4 ключевые технологии:

1. Прямые вертикальные впускные каналы обеспечивают обратное вихревое движение воздушного заряда. Кроме того, их форма и длина улучшает наполнение цилиндров воздухом.

2. Вогнутая поверхность поршня уникальной формы направляет топливовоздушную смесь прямо к свече зажигания, обеспечивая тем самым работу двигателя на сверхбедных смесях.

3. Топливный насос высокого давления, ( ТНВД ) нагнетает топливо под давлением до 100 Бар.

4. Форсунки высокого давления с вихревыми распылителями создают форму топливного факела, в соответствии с режимом работы двигателя. На мощностном режиме работы впрыск происходит на режиме впуска и образуется конический топливовоздушный факел. На режиме работы на сверхбедных смесях впрыск происходит в конце такта сжатия и формируется компактный топливовоздушный факел, который вогнутое днище поршня направляет прямо к свече зажигания.

В работе HPI различаются три возможных режима в зависимости от скорости движения:

Работа на сверхбедных смесях- этот режим используется при малых нагрузках, при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле - в конце такта сжатия. Топливо впрыскивается компактным факелом и, смешиваясь с воздухом, направляется сферической выемкой поршня. В результате наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа на стехиометрической смеси- этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Но поскольку было бы желательно повысить степень сжатия, то важным становится не допустить детонации и калильного зажигания. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

Еще один режим реализует система управления HPi - этот режим позволяет повысить крутящий момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации еще возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на «подготовку» детонации времени уже не остается.

То чего добились инженеры: Степень сжатия удалось поднять до 12-12,5, улучшилось наполнение воздухом. Двигатель устойчиво работает и на очень бедной смеси. Результат: по сравнению с „обычным“ бензиновым двигателем, HP I расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа.

Режимы работы HPi двигателя

1. Двухстадийный режим смесеобразования (впрыск топлива происходит дважды - во время тактов впуска и сжатия).

2. Мощностной режим (впрыск топлива осуществляется во время такта впуска).

3. Режим работы на сверхбедной смеси (впрыск топлива происходит во время такта сжатия).

Режим работы на сверхбедных смесях - впрыск на такте сжатия

1. Поршень движется вниз во время такта впуска.

2. Поршень достигает нижней мертвой точки, начинается такт сжатия.

3. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в конце такта сжатия.

4. Искра на свече зажигания поджигает топливовоздушную смесь.

При движении с постоянной скоростью на скоростях до 120 км/ч двигатель HP I работает в режиме сверхбедной смеси (отношение воздух/топливо 30-40:1).

Мощностной режим - впрыск на такте впуска

1. Поршень движется вниз во время такта впуска.

2. Топливо непосредственно впрыскивается в цилиндр во время наполнения его воздухом.

3. Поршень движется вверх.

4. Искра на свече зажигания поджигает топливовоздушную смесь.

При разгоне и на высоких скоростях двигатель HPI автоматически переключается на мощностной режим работы (достигается стехиометрическое воздушно-топливное отношение 14,7:1). Испаряющееся топливо охлаждает воздух в цилиндре, что улучшает его наполнение, а также снижает вероятность возникновения детонации. Этот благоприятный эффект позволяет достичь высокой степени сжатия (а значит и высокой мощности).

Мощностной режим - двухстадийный впрыск (на такте впуска и сжатия)

1. Поршень движется вниз во время такта впуска.

2. Топливо непосредственно впрыскивается в цилиндр во время наполнения его воздухом.

3. Топливо вновь впрыскивается во время такта сжатия.

4. Искра на свече зажигания поджигает топливовоздушную смесь.