Бедный Джедай
Simplex sigillum veri
("простота хуже воровства", лат.)
***Непосредственно перед прочтением, нужно прочитать понятные и простые статьи про смесеобразование из гугла, типа этой. Так как в самой статье подобного ликбеза не предполагается. Если лениво и неинтересно, нужно просто пролистывать нижеследующий текст в самый конец, до выводов...
***UPD:В виду сомнительности точности измерения расхода топлива через OBDII, расход, вероятно, будет перепроверен при помощи внешнего расходомера.
Все популярные инженерные конструкции имеют простой принцип. Это означает, что они не нуждаются в усиленном продвижении (понимании) и, почти автоматически означает, что они работают в действительности. Сколько не ругай ненадежность конструкции многих систем переменных фаз газораспределения (кто менял на V8 все четыре муфты разом, хорошо запомнит счет за запчасти), а сейчас они в той или иной форме применяются почти у всех производителей. Сложно спорить, что без них авто едет существенно хуже. Принцип работы - прост и понятен. Тоже самое можно сказать и про такие нововведения, как, например, микропроцессорная впрысковая система питания, "ксеноновый" свет и даже каталический нейтрализатор. Всем все ясно: результат налицо и рекламировать (продвигать) усиленно ничего не нужно.
Куда хуже дело обстоит с такими нововведениями, как, например, непосредственный впрыск бензина: заметно дороже и реальная польза - ой как сомнительна. Раз так, то и приживаются такие решения хуже, да и объяснять их пользу требуется куда настойчивее.
Но существуют изобретения, скажем так, высшего порядка: это когда очень сложно и труднообъяснимо. Если есть два таких признака, то где-то рядом затаился и третий: почти бесполезно.
Не стоит путать такие феномены с изощренным маркетингом: речь не про "Скайактив", где общеизвестные принципы просто завернули в грамотный маркетинг про "14:1 и болиды Формулы-1". Хороший принцип и грамотная инженерная реализация от этого ничуть не страдают.
Но раз уж мы про Мазду вспомнили, то ближайшая аналогия - РПД. Но, однако, это действительно принципиально другая конструкция двигателя, у которого, впрочем, практически отсутствуют "мейнстримовые" (просто доказуемые) преимущества, зато полно реальных индивидуальных недостатков, что весьма красноречиво прослеживается в судьбе данного типа двигателя в мировой практике: их, скорее всего, больше не будет. И почти и не было.
Был и еще один аналогичный феномен - моторы GDI от Mitsubishi. Середина 90-х(!) и первые в мире крупносерийные моторы с нереальным беднением смеси и непосредственным впрыском. Желающие ознакомится с реальной технической подоплекой гуглят. Мы же рассматриваем мотор живьем, за что благодарим читателя блога:
Из всей теории нечеловеческих улучшений, интереснее всего выглядит именно выделенное в таблице:
Как вы понимаете, самый "страшный" режим, это те самые фантастические забеднения в 30-40:1 (реальное забеденение более 100%!), чем уж точно никто более на рынке никогда не страдал хвастался. Это вам не "Скайактив", какой-нибудь, где все декларируемые цифры - косвенные... Тут бить, если что, будут не по паспорту, а прямо по фантастическим цифрам... впечатляющим цифрам забеднения смеси аж в 2-2,5 раза, в то время, как большинство автомобилей в аналогичном режиме нагрузки работают или около стехиметрии, или процентов на 10% дальше от нее.
Вот лучшее, что удалось вытащить из более чем десятка проверенных машин - BMW N52 с 12% забеднения, после сброса всех коррекций:
А BMW N63 с новыми форсунками, удаленным катализатором,
после сброса всех коррекций, какое-то время показывает:
То есть, смотрите: +10-20% забеднения смеси (17:1) на холостом ходу без нагрузки, вполне себе достижимы, но никакой проблемой и, тем более, целью современными производителями не считаются - спустя какое-то время, мозг это забеднение обязательно уберет, оставив примерно +5-7%.
Вообще считается, что смесь беднее 20:1 (+30% забеднения) горит очень плохо, на что и упирает маркетинг технологии GDI - мол, им-то удалось! Жаль, кстати, что сравнения с Формулой-1, в этом смысле, оказались неуместны - маркетологическое раздолье бы было бы беспредельно, если бы сверхобедненный воздухом этап Формулы-1 принимала бы Луна.
Итак, начинается самое интересное:
GDI прямо в момент заезда показала нам... совершенно обычные цифры, "как у всех".
Попробовал было грубо проверить реальную температуру выхлопа (раз смесь обещают бедную) на предмет аномалий... Увы, все оказалась вполне традиционно, сравнимо с рядом стоящими авто.
Дело все в том, что режим сильного обеднения она действительно иногда включает, но делает это примерно раз в 4-5 минут, и вот тут, конечно, цифры демонстрируются удивительные:
То есть, происходит реальное забеднение смеси в 2 раза: соотношение около 30:1, которое длится примерно минуту-две.
Чтобы было нагляднее, переключаем в режим отображения кислорода на выходе и видим, что кислорода в смеси действительно полно, буквально как в дизельном выхлопе:
Молодцы те, кто отметил странный рост содержания угарного газа, катализатор успел подостыть, поэтому растет не только CO, но и углеводороды:
Причем, CH растет не только по причине остывшего катализатора - а именно по причине бедной смеси.
Напомню вот такую табличку, в которой много полезного, но также отмечен и рост выбросов углеводородов, сопутствующий забеднению смеси:
Теперь разбираемся, ради чего все это.
Делаем просто: смотрим на реальное потребление топлива в обычном режиме, близком к стехиометрии:
Теперь смотрим на потребление топлива в режиме экстремального обеднения:
Знакомые с математикой зададут вопрос: смесь беднее в два раза, а расход топлива снижен лишь раза так в полтора... причина?!
Объяснение простое: в режиме бедной смеси, обороты возрастают примерно с 650 до 850. То есть, арифметика примерно такова: (0,98/2)*(850/650) и равняется как раз тому, что вы видите на экране. Делается это, очевидно, чтобы поддержать горение в таком сложном режиме - попросту не заглохнуть!
Но давайте-ка сравним это с обычным потреблением обычного исправного двигателя схожего объема, работающим в обычном режиме, оснащенного обычными форсунками:
То есть, в обычном режиме, потребление у обычного двигателя даже НИЖЕ.
Существует почти универсальная эмпирическая формула - один цилиндр будет потреблять примерно 0,15 л топлива в час. То есть, обычный 4-х цилиндровый мотор объемом 2 л будет потреблять примерно 0,6 л/час без нагрузки. Если объем поменьше - несколько масштабируйте по объему, но аккуратно - начинают влиять нелинейные факторы - конструктивные обороты холостого хода, наличие/отсутствие АКПП, и всякие прочие механические и конструктивные нелинейности... реальный предел, средний по индустрии - 0,4-0,5 л/ч.
Но этого мне показалось мало, берем обычное авто, цепляем на него внешнее питание:
И начинаем беднить смесь, попросту вырабатывая топливо/сбрасывая давление...
...внимание, обычный мотор, с обычными оборотами холостого, глохнет при коэффициенте избытка воздуха не менее, чем 1,7-1,8 (смесь 25:1):
FAQ:
1.Что такое Mitsubishi GDI?
Это известный в прошлом, скороспелый технический казус (ну или "достижение") от японских пионеров систем управления питанием двигателей. Действительно, это был первый серийный микропроцессорный непосредственный впрыск (до 50 атм), с плюшкой-пряником - неким режимом "сверхбеднения" смеси, как логичным продолжением истории с применением непосредственного впрыска - а иначе-то ЗАЧЕМ?! Просто об этом, на данный момент, все уже "забыли" (не знали?). Примерно также произошло, как и несколько позже с "LongLife" у моторных масел - то 10 лет к ряду гордимся "достижением", а после делаем вид, что и не было-то ничего такого... Вот и сейчас, от сложных режимов горения смеси, повсеместно остался только лишь сам непосредственный впрыск - средство отделилось и навсегда отдалилось от цели. Остался вопрос: а зачем нам такой впрыск без забеднения смеси?!
2.Ну а как же заявленные вместе с этим "мощность", "момент", "экономия", "экология" и так далее... ради чего все затевалось, так сказать?!
Действительно, если внимательно вчитаться в рекламу, там обещано все, что только можно, как этим производителем, так и многими другими, кто в последствии перехватил знамя инноваций (это почти все ведущие производители, на момент написания статьи). На самом же деле, ни литровая мощность, ни "момент к объему" (мною введенный и многократно объясненный коэффициент), ни экономия, ни экология, не говоря уже о надежности, ничуть не опережают такую действительно передовую (без тени иронии) конструкцию, как, например, серийные моторы BMW M50 (и S54, вершина его развития). Конструкцию, на минуточку, 1990 года! В которой есть почти все действенное и полезное, но нет ни одной "лишней" детали. И на фоне конкретно этой конструкции, непосредственный впрыск, вкупе с "особыми" режимами работы, не дает ровным счетом никаких преимуществ. Сливает по всем статьям. В это же время, конкуренты создавали действительно эффективные конструкции (смотрим многие моторы от Honda, включая Civic 1,6 Vti, S2000 и другие гражданские модели).
3.Погодите, во всех презентациях как раз-таки написано, что в режиме "продувки" ("STICH F/B") смесь близка к стехиометрии, а вот на холостом двигатель почти постоянно работает в режиме т.н. "сверхобеднения"...
Отлично, тогда при помощи газоанализатора и сканера OBDII, коих сейчас не в пример больше, чем в 1995 году, продемонстрируйте нам это, опровергнув приведенные выше измерения: с удовольствием дополню этот материал тем, что компания Mitsubishi так и не пожелала продемонстрировать миру в течение уже более чем 20 лет и теперь уже точно никогда не покажет. И на поверку, к тому же, все оказалось ровно наоборот - режим "продувки" насквозь забедненный и горение поддерживается тупым поднятием оборотов. Режим постоянного холостого - полностью стехиометрический, с абсолютным расходом топлива аж 0,9-1 л/час, что примерно на 30-40% выше типичных современных моторов схожего литража!
4.Ну а может (и про это многократно написано в Сети), существуют разного рода "внутрияпонские" прошивки и прошивки для разных стран. У них-то как раз так, как обещано?!
Несмотря на полученный результат, пока не могу этого полностью исключить, но рассмотренный конкретный автомобиль демонстрирует ровно то, что во всех подробностях расписано выше. И работает именно так, как работает: ровно наоборот от рекламных заявлений и хуже любого современного сравнимого мотора. То есть, в два раза хуже ожидаемого...
5.О чем же статья, в таком случае?
Материал посвящен не опровержению эффективности и экономичности технологии непосредственного впрыска и GDI в частности (это уже давно не требуется опровергать - самой технологии уже не существует, также не существует ни одного довода "за", а все сравнительные изобличающие данные общедоступны), а только одному лишь уникальному режиму "сверхобедненного горения", который не стал повторять ни один производитель. Ни один! Более того, сама Mitsu отказалась не только от беднения, но и вообще от непосредственного впрыска - 10 лет и раскаяние, примерно такое же, как с LongLife у моторных масел.
6.Ну как бы то ни было, "сверхбедное горение", как видно, реально существует на практике и доказано "в металле" японскими инженерами в 1995 году, первыми в мире!
Именно так, только со следующими уточнениями:
1.Оно бесполезно на практике - не дает ни экологии, ни экономии. Это уже доказано до меня рынком, реальной эксплуатаций и даже не подлежит обсуждению.
2.Вы едва уложитесь с ними в "карбюраторную" норму по выбросу углеводородов и соединений азота.
3.Обыкновенное и никак(!) не подготовленное авто, позволяет работать почти в том же режиме. Безо всякой подготовки.
4.Все достижение (в рассматриваемом выше случае) достигнуто не только и не сколько ухищрениями на уровне железа, системы питания и искусства программирования, сколько тупым поднятием оборотов. Тупым, блин, поднятием оборотов.
7.Но все же эти моторы относительно экономичны...
В лучшем случае, только относительно аналогичных моторов этого же производителя того периода, процентов на 10. Ничуть не экономичнее любых вменяемых аналогов - 8-9 литров на сотню (для Carisma) в режиме пробочного городского цикла - полный аналог потребления любых других малолитражек. Это тем смешнее, что GDI в рекламе на полном серьезе противопоставлялось дизелю!
8.Одним словом...
Полное ничего и сбоку бантик, в виде дорогой и ненадежной топливной аппаратуры, системы EGR (выхлоп на впуск), сложной системы нейтрализации выбросов соединений азота. Но самый прикол, что причиной отказа от технологии снова назвали...серу в топливе! Типа, она губительна для топливной аппаратуры! Сера = СМАЗКА, она не может "корябать" ТНВД! Очередная сказочка, чтобы слить долой всю технологию с глаз долой на тормозах - типа топливо виновато (точно также слили сырой по технологии "Никасил")!
9.В сухом остатке...
Если не найдется опровергающей информации, GDI представляет собой маркетологическую шляпу с более чем двадцатилетней бородой, попытку красиво продвинуть непосредственный впрыск в бензиновом моторе. Да, под видом "продувки" смесь действительно забедняется (относительная экономия), в движении же с частичной нагрузкой, тоже самое реализуется в меньшей мере, но уже, разумеется, без требуемого поднятия оборотов... Ни о каком длительном горении бедной смеси, качественном регулировании, экономии и экологии не идет и речи. Последнее, повторюсь, даже не нужно доказывать. Пока остановлюсь на версии двадцати лет незамутненного маркетингового вранья...
10.P.S.Для тех, кто вообще ничего не понял.
Смесь в обычном исправном бензиновом автомобиле двигается от "богатой до бедной" примерно в диапазоне 11-18 и далее:1. Легко и непринужденно. И на холостом и в движении. В любом двигателе, в зависимости от режима его работы. Если бы(!) дальнейшее забеднение помогало бы в некоторых(!) режимах (а их немного в т.ч. и по длительности) что-то улучшить, то все пытались бы по-максимуму выжать такие режимы хотя бы на холостом, не прибегая к сложным системам подачи топлива, формам поршня и так далее. Даже этого не наблюдается на практике! Интересно почему, но тем не менее - не наблюдается. Mitsu со своим GDI и еще пара компаний, в свое время, обещает (-ли) фантастические (по ненужности) цифры - 30-40:1 в режиме холостого. Прежде, чем исследовать этот вопрос повторно и более глубоко, найдите сканер с вычислением реального расхода и попробуйте выжать из данного мотора цифры ниже 0,6 л/ч на холостом в любом режиме. Если сравнивать с обычным современным мотором 2,0, то при забеднении 30:1, мы ожидаем увидеть впечатляющие 0,4-0,3 л в час. И тогда это действительно - повод для разговора. Как только увидите - сразу звоните мне. Измерять будем уже мерной емкостью, а не электронно. Это уже будет круто. Но самый прикол, что даже такие чудеса не позволят экономить топливо - для дизельной экономии (честные -30%), мотор должен постоянно работать в бедном режиме, как это почти всегда и делает дизельный мотор. Оттуда и экономия. И попытки отойти от стехиметрии чуть-чуть, ненадолго и суперсложными усилиями, никогда бензин в дизель не превратят, уж простите.