Инжекторный двигатель – дальнейшая ступень в истории развития ДВС. Компоненты системы питания инжекторного двигателя и разновидности конструкций

Использование устройств с подобным алгоритмом действия поначалу коснулся авиастроительного производства. Ужесточение экологических норм привело к тому, что многие производители автомобилей отказались от применения карбюраторных двигателей, дальнейшее усовершенствование которых не приводило к желаемому результату.

Управление системой впрыскивания топлива проводится автоматизированной системой или бортовым компьютером. Проводится проверка состояния воздушно-топливной смеси и при ее соответствии происходит последовательный впуск топлива непосредственно во впускной клапан. Так обеспечивается более точный расход, а также быстрое сгорание топлива.

Устройство инжекторного двигателя можно охарактеризовать выполнением следующей последовательности:

1. Нажатие на педаль газа открывает дроссельную заслонку. Это обеспечивает поступление воздуха в двигатель.
2. Компьютер анализирует объем поступающего воздуха (в зависимости от усилия нажатия педали), после чего дает команду для подачи оптимального объема топлива.
3. Специальный датчик контролирует количество поступающего в двигатель кислорода и его соответствие объему топлива.
4. Топливный нанос перекачивает необходимый объем, после чего происходит его впрыск под давлением. В результате образуется мелкодисперсный туман, который быстро сгорает, приводя в движение механизмы вращения движущихся частей мотора.

Даже упрощенная схема показывает, насколько сложным является процесс движения автомобиля. Работа двигателя инжектора представляет собой замкнутую систему, в которой значение имеет каждая деталь. При выходе из строя любой составляющей, сигнал об этом поступает на электронную систему, после чего компьютер сам принимает решение о возможность дальнейшего движения. Это одновременно является достоинством и недостатком такого механизма, ведь при измененных условиях труда раскачать «вручную» систему не получиться, придется обращаться за квалифицированной помощью.

В чём особенности устройства?

Как показывает приведенная информация, главным отличием от более старых карбюраторных моделей является автоматическая подача топлива. Это ключевой момент, определяющий преимущества использования инжекторного устройства. Кроме того, существует еще несколько пунктов, которые выгодно отличают разницу между инжектором и карбюратором.

Ключевые отличия:

• За счет того, что в карбюраторном двигателе создается определенный уровень давления, позволяющий засасывать воздушно-топливную смесь, а в инжекторе она подается автоматически, экономится мощность отдачи. Это позволяет в целом увеличить производительность авто на 10%. Показатель небольшой, но при длительной эксплуатации это существенная экономия топлива.
• Быстрое реагирование на изменение условий движения. В инжекторе практически моментально происходит увеличение или уменьшение подачи топлива. Это позволяет маневрировать на дороге гораздо быстрей.
• Система впрыскивания топлива обеспечивают легкий запуск двигателя.
• Инжекторное устройство менее чувствительно к измененным погодным условиям. Расход топлива будет экономиться за счет того, что не требуется длительный прогрев двигателя.
• Также такие устройства соответствуют более строгим современным экологическим стандартам. Уровень вредных выбросов, как правило, ниже на 50-70%, что в современном мире просто необходимо.

Среди главных недостатков - полная зависимость системы от исправности всех элементов. Инжектор снабжен несколькими датчиками, которые анализируют параметры топлива и условия эксплуатации. При выходе электроники из строя может понадобиться дорогостоящий ремонт.

Также при эксплуатации авто с инжекторным двигателем необходимо тщательней следить за состоянием используемого топлива. Форсунки, обеспечивающие подачу и распыление воздушно-топливной смеси, часто забиваются при использовании некачественного бензина. Вместе с тем, этот критерий очень сложно контролировать, особенно при длительной поездке, когда приходится заправляться на непроверенных точках. К недостаткам также можно отнести дорогостоящий ремонт в случае поломок. Самостоятельная починка электронной части на практике оказывается неудачным решением и может привести к необходимости восстановления системы, а это стоит немало.

Главным центром управления инжектора является ЭБУ - электронный блок управления. В его задачи входит непосредственный контроль над работой всех систем, расходом и подачей топлива, а также сигнализирование о возможных неполадках в работе автомобиля. Отчеты о возможных сбоях в системе и алгоритм правильной работы храниться в специальных ячейках памяти,

В зависимости от модели, обычно есть три типа памяти устройства:

1. ППЗУ требует однократного программирования, после чего сохраняются все алгоритмы действия для управления системой. Чип хранится на плате блока, при необходимости подлежит замене. Информация не подлежит удалению при сбоях сети, корректированию не поддается.
2. ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Относится к временному хранилищу файлов. Также служит местом для расчета и анализа полученной информации. Располагается ОЗУ на печатной плате блока, при сбоях в сети информация стирается.
3. ЭПЗУ представляет собой электрически программируемое запоминающее устройство. В основном используется для хранения информации для противоугонной системы (коды и пароли владельца). При нарушении ввода данных, двигатель не заведется. Такое хранилище не зависит от данных сети, информация сохраниться при любых ситуациях.

Заслонка, позволяющая контролировать впрыск топлива в систему, называется форсункой. Используется два типа системы подачи топлива. Моновпрыск сейчас практически не используется. При таком расположении форсунки топливо подается вне зависимости от открытия впускного клапана двигателя. К тому же, такое управление мало контролируется электроникой. Второй вид - распределительный впрыск представлен более совершенной системой. Благодаря нескольким форсункам, расположенным непосредственно вблизи каждого цилиндра, происходит направленный доступ горючего. Такая система четко регламентирует подачу топлива, а также увеличивает производительность двигателя. Тип управления инжектором также определяется ЭБУ и может быть точечным и последовательным.

Каталитический нейтрализатор

Этот элемент системы инжекторного двигателя предназначен для контроля выхлопов авто. Для его работы необходим датчик содержания кислорода в выхлопных газах (лямбда-зонд). При превышении допустимых значений проводится корректировка впрыска топлива, а также проводится процесс рециркуляции отработанных газов. Кроме того, в системе предусмотрены специальные катализаторы, уменьшающие содержание вредных примесей после сжигания топлива.

Датчики

Сложная система электронного управления подразумевает проверку и регулировку нескольких датчиков. При выходе из строя хотя бы одного элемента, ЭБУ выдает ошибку.

Основные датчики инжекторного двигателя:

• ДМРВ (датчик массового расхода воздуха). Обеспечивает информацию о массе воздуха, поступающего в двигатель.
• Лямбда-зонд (датчик кислорода). Определяет содержание кислорода в воздушно-топливной смеси. При помощи такой информации ЭБУ может выявить изменения топливной смеси и откорректировать ее значения.
• Датчик дроссельной заслонки. Контролирует положение дроссельной заслонки, согласно которому блок управления может реагировать, увеличивая или сокращая подачу топлива по мере необходимости.
• Датчик напряжения. Контролирует напряжение бортовой сети машины. Показания датчика при необходимости заставляют блок управления увеличить число оборотов холостого хода, если напряжение понижено (чаще всего при высоких электрических нагрузках).
• Датчик контроля температуры охлаждающей жидкости. Дает сигнал о прогреве двигателя, после чего ЭБУ запускает работу других систем.
• Датчик абсолютного давления. Следит за показателем давления во впускном коллекторе. От количества воздуха, которое поступает в двигатель, меняется потребление топливной смеси. Также этот показатель используется при определении производительности авто.
• Датчик вращения коленвала. Скорость вращения коленчатого вала – один из определяющих факторов, которые влияют на расчет необходимой длительности импульса.

Преимущества инжектора уже оценили многие автолюбители. Снижается расход топлива, повышается производительность автомобиля, а также облегчается процесс его управления. Работа инжекторного двигателя обеспечивается непосредственным впрыском топлива в систему, на основании проанализированных данных о параметрах топливной смеси и режиме эксплуатации двигателя. Как работает инжекторный двигатель, его преимущества и недостатки по сравнению с карбюраторным устройством рассмотрены в нашей статье.

На смену карбюраторным автомобилям уже давно пришли инжекторные. И хоть оба вида транспортных средств одинаково часто встречаются на отечественных дорогах, принцип устройства последнего вызывает куда больше вопросов. Эта обзорная статья разъяснит устройство инжектора, в чём преимущества и особенности его функционирования.

Что такое инжектор

Под термином «инжектор» понимают отдельно установленную на мотор форсунку или конкретную часть целостной системы транспортного средства, служащую для распределения топливной смеси. Впрыскивание топлива происходит или сразу в цилиндры мотора, или в его впускной коллектор. В этом и есть основное отличие между инжекторными и карбюраторными агрегатами.
Исходя из места установки форсунки, выделяют несколько разновидностей этих устройств. Любая из них будет обеспечивать либо точечную подачу топливной смеси в мотор машины, либо его местонахождение в камере сгорания для дальнейшего получения топливно-воздушной смеси.

Неважно, какое топливо «предпочитает» ваш автомобиль - этот конструктивный элемент одинаково успешно функционирует как на дизельных, так и на бензиновых разновидностях транспортных средств.

История возникновения

Первыми установкой инжекторов на транспортные средства занялись специалисты компании «Bosh», установившие инжекторный двигатель на купе Goliaath 700 Sport . Это случилось ещё в 1951 году, а уже через 3 года их примеру последовали представители компании «Mercedes». Это первые успешные опыты использования инжекторов на автомобильном транспорте.
Имеются сведения и о том, что установки такого типа применялись ещё раньше: примерно в 30-х годах ХХ века, преимущественно на технике боевой авиации. Разумеется, первые инжекторы нельзя было назвать идеальными, поскольку с возлагаемой на них функцией увеличения мощности мотора они справлялись плохо, а экономия топлива и высокая экологичность машин в те времена мало кого интересовали.

После того как в 40-х годах начали использоваться реактивные двигатели, об инжекторных моторах на время забыли, тем более что КПД первых таких устройств был невысоким. Не считая установки инжекторов на машины компаний «Bosh» и «Mercedes», можно сказать, что полноценное возрождение этих устройств состоялось лишь в 80-х, когда их начали массово внедрять уже в автомобильную промышленность.
Значительную роль в таком «воскрешении» сыграла необходимость снижения токсичности выбрасываемых в атмосферу газов, которая и заставила инженеров немного модернизировать старые модели инжекторов. Это у них хорошо получилось, поскольку именно такой тип двигателей встречается на большей части современных автомобилей.

Знаете ли вы? Первый предок современного автомобиля «увидел» мир в 1768 году. Это была паросиловая машина, способная перевозить людей, но лишь отдалённо напоминавшая современные автомобили. Первое транспортное средство, движение которого обеспечивалось ДВС и уже больше напоминало привычную для нас машину, было представлено общественности только в 1806-м.

Типы инжекторных форсунок

Сегодня выделяют два основных их типа. Инжекторная форсунка бывает электронная и механическая. В первом случае топливная смесь проходит сразу к форсункам, а затем при участии электронного блока управления дозируется и направляется в камеру сгорания. Такой вариант больше удобен при постоянной эксплуатации транспортного средства, поэтому практически всегда устанавливаются на новые автомобили.
В случае с механическим инжектором речь идёт об узле без ЭБУ, где регулировка подачи топлива в двигатель выполняется посредством клапанов (в зависимости от уровня открытости форсунки подготавливают и соответствующее количество топливной смеси). Первые инжекторы были именно такого типа, они до сих пор встречаются на старых моделях автомобилей. На новых транспортных средствах устанавливаются только электронные варианты.

Существует классификация электронных форсунок, основывающихся на способе впрыска топлива. Выделяют такие три разновидности:

Устройство

Одно из самых простых деталей сложной системы автомобиля - инжекторная система. Сюда входят:

Что же касается самой форсунки, то всё зависит от конкретного типа. К примеру, электромагнитная состоит из якоря электромагнита, сопла, уплотнения, иглы, обмотки возбуждения, пружины, сетчатого фильтра и разъёма электромагнитного. Все эти детали находятся в общем корпусе.

Важно! Чтобы обеспечить стабильную и бесперебойную работу инжектора, стоит периодически проверять чистоту форсунок (особенно если для заправки авто использовалось низкокачественное топливо).

В электрогидравлической форсунке вы не найдёте сетчатый фильтр, там в дополнение к остальным составляющим идут:

В пьезоэлектрической форсунке, помимо основных составляющих, имеются ещё клапан переключения и нагнетательный канал, принимающие непосредственное участие в её работе. Несмотря на то что работа инжекторов разных видов имеет определённые отличия, основной принцип их деятельности практически одинаковый.

Знаете ли вы? Первый ЭБУ появился практически одновременно с самим инжектором, а именно в 1939 году. Тогда он мало напоминал современное устройство и использовался только в системе работы авиационного мотора Kommandogerat.

Как работает

Если опустить незначительные детали, то работа инжектора будет состоять из этапов, которые тесно взаимосвязаны между собой:

1. Измерения массы поступающего воздуха с помощью специального датчика.
2. Передачи полученных сведений в ЭБУ инжектора (к нему же поступают данные и от других датчиков: температурного, дроссельного, измеряющего скорость вращения коленного вала).
3. Расчёта компьютером необходимого количества топливной жидкости после анализа сведений от датчиков.
4. Воздействия электрического разряда установленной продолжительности на форсунки, что способствует их открытию и передаче топлива из магистрали в коллектор.

Видео: как работает инжектор Самая сложная составляющая всей системы - её «мозг» (ЭБУ), представлен он в виде мини-компьютера. Содержит программу, предназначенную для быстрого анализа всех параметров функционирования мотора и соответствующей реакции на имеющиеся изменения.

Поэтому, чтобы обеспечить адекватную работу инжектора, незаменимыми будут каталитический нейтрализатор (дожигает несгоревшие топливные частицы) и кислородный датчик (отправляет блоку управления данные о состоянии топливной смеси и токсичности выхлопа). Без этой информации работа всего устройства будет некорректной.

Достоинства и недостатки

Несомненно, каждое устройство имеет некоторые недостатки. Но если они не усложняют человеку жизнь, то и переживать особо не стоит. Инжектор характеризуется множеством «сильных» сторон. Среди плюсов таких систем можно выделить:

• экономию расхода топливной смеси (в сравнении с карбюраторными двигателями);
• прирост мощности агрегата (и при сниженных рабочих оборотах в частности);
• упрощённый и полностью автоматизированный запуск мотора;
• оптимальное поддержание необходимых оборотов на холостом ходу;
• расширенные возможности в вопросе управления работой мотора;
• отсутствие необходимости ручной регулировки системы впрыска;
• снижение токсичных отходов в выбрасываемых газах;
• хорошая защита транспортного средства от возможного угона;
• отсутствие взаимозависимости между работой агрегата и атмосферным давлением, что упрощает эксплуатацию автомобиля в горах или в другой местности с возможными перепадами давления.

Достоинства перечислены, но это не означает, что «сюрпризов» не будет. Вот почему важно учитывать и недостатки. Что касается их, то тут нельзя не отметить:

• высокие требования к составу используемой топливной смеси;
• необходимость использования специального оборудования при диагностике и дальнейшем обслуживании инжекторных моторов;
• высокую зависимость от электропитания и повышенную чувствительность к постоянному напряжению;
• очень высокое давление топливной смеси, а это значит, что при аварии велика вероятность возгорания и взрыва (в современных автомобилях для предупреждения таких нежелательных последствий устанавливается контроллер).

Конечно, инжектор нельзя назвать простым устройством, но, учитывая его роль в приросте мощности и экологичности двигателя, стоит задуматься над приобретением автомобиля именно такого типа, тем более что ремонт инжекторного агрегата - сегодня уже не проблема. Определить, что не так с инжекторным приспособлением, просто: при запуске двигателя автомобиля наблюдаются сбои. Изучив статью, некоторые из них получится устранить самостоятельно.

Подписывайтесь на наши ленты в

С течением времени азы автомобилестроения менялись и становились всё более далёкими от своих истоков. Так, топливная система транспортных средств подвергалась постоянной модернизации до тех пор, пока не появился универсальный инжектор, используемый в конструкции большинства бензиновых машин и сегодня. Инжекторное питание мотора топливом, по сути, особых премудростей и сложностей не имеет, однако для понятия принципов и смысла его функционирования не лишним будет ознакомиться с таковым более подробно. Именно о типовой конструкции и работе современных инжекторов пойдёт речь в сегодняшнем материале. Интересно? Обязательно «листайте» страницу ниже.

Немного истории

Несмотря на свою популяризацию лишь в середине 80-х годов 20 века, топливный инжектор появился гораздо раньше. По официальным данным, первые инжекторные установки подпитки мотора начали тестироваться и использоваться ещё в начале 30-х годов прошлого столетия. В те времена устройство и работа инжектора были до боли примитивны, поэтому использовались данные узлы лишь на относительно не прихотливых агрегатах из сферы боевой авиации. В общих чертах, топливораспределительные механизмы тех годов представляли собой полностью механическую конструкцию и довольно-таки неплохо выполняли возложенные на них функции.

Отметим, что первое предназначение инжекторов крылось не в уменьшении количества потребляемого транспортом топлива или улучшение экологичности выхлопных газов, а в увеличении мощности двигателей. Отчасти инжекторные системы в этом плане себя оправдывали, но в начале 40-х годов в военной сфере активно начали использоваться реактивные моторы, поэтому первые вмиг потеряли имеющуюся актуальность. Вдобавок ко всему работа инжекторов механического типа не позволяла получать максимальный КПД от моторов летательных средств, ибо карбюраторы на тот момент были более гибкими в плане подстройки под режим работы двигателя.

Однако «вторая жизнь» топливной системы на основе инжектора началась с середины 80-х годов, они постепенно становились завсегдатаями автомобилестроительной сферы. Большую роль тут сыграло не уникальное устройство узла, а возможность снижения выброса вредных веществ в выхлопных газах при его использовании. К слову, старые механические инжекторы сильно отставали по всем параметрам от имеющихся карбюраторов, поэтому автомобильные инженеры были вынуждены в корне переделать конструкцию инжекторной системы питания. Отметим, у них это получилось, ведь недаром именно инжекторы остаются основными комплектующими топливосистем автомобилей.

Устройство и принципы работы инжектора

Инжектор (от английского – «injector») – в общем понятии, это устройство в виде струйного насоса, которое предназначено для нагнетания жидкостных, полужидкостных или газовых масс в некоторую ёмкость. В случае с автомобильным инжектором особенностей в интерпретации данного понятия не имеется. Единственное, что под инжекторным узлом в конструкции машины понимается не отдельный насос (форсунка), а их совокупность совместно с другими узлами, которые формируют единую топливную систему. Типовой вариант устройства автомобильного инжектора соответствует следующей схеме:

Управление инжектором, проще говоря, представленным выше насосом, осуществляется специальным блоком с электронной микросхемой. Именно он, основываясь на показаниях множества датчиков по типу идентификаторов оборотов, положения коленвала или температуры двигателя, осуществляет дозировку и грамотный впрыск топлива в камеры сгорания мотора.

Типовое устройство инжектора как единой системы предполагает совокупное использование следующих элементов:

• форсунки и соединённые с ними камеры инжектора (то есть несколько отмеченных выше насосов, объединённых в синхронизированную систему);
• блок управления (электронный мозг любой инжекторной системы , естественно, осуществляющий управление инжектором);
• каталитический нейтрализатор (иначе называемый «дожигателем», который дожигает всё топливо, не догоревшее внутри мотора и вышедшее из камер сгорания вместе с выхлопными газами);
• дополнительные узлы (проводка, соединяющая форсунки и блок управления, топливопровода, обеспечивающие доставку горючего до распределительного механизма, бензонасос и тому подобное).

Как видите, работа инжектора устроена без особых сложностей. Конечно, ремонтировать такую топливную систему отнюдь не просто, но понять принципы её работы можно вполне и без всяких проблем.

Интересно! Впервые инжекторы изложенного выше описания были применены немецкими компаниями – Bosch и Mercedes-Benz, в 1951 и 1954 года соответственно. Поначалу, подобные системы были дороги и бессмысленны в использовании из-за наличия привычных всем карбюраторов , однако с появлением более экологических требований к безопасности выхлопов топовые автоконцерны начали активно использовать именно инжекторы.

Виды и технические характеристики инжекторных систем

На сегодняшний день официально используемыми в автомобильной сфере считаются всего два вида инжекторов:

• Электронный инжектор. Узел подобного вида работает строго по описанному выше принципу. То есть, топливо доставляется до форсунок, а далее посредством использования электронного блока управления происходит его верная дозировка и грамотная подача в камеры сгорания мотора. Работа инжекторов электронного типа наиболее удобна для беспроблемной эксплуатации любого автомобиля, поэтому именно они используются в конструкции практически всех современных автомобилей;
• Механический инжектор. Этот же узел лишён головного управления в виде электронного «мозга». Если быть точнее, то работа инжектора механического типа основана на регулировке подачи горючего в мотор при помощи его клапанов (происходит дозировка посредством соединения форсунок с клапанами специальными трубками, первые, исходя из степени открытости вторых, подают оптимальное количество топлива в двигатель). Узлы с таким устройством считались некоторой инновацией в «инжекторной» сфере, однако в короткие сроки успели доказать свою несостоятельность и по сей день в серийном выпуске машин не применяются.

Вне зависимости от вида узла у него принято выделять основные свойства. На сегодняшний день среди технических характеристик инжектора стоит выделить один момент, а точнее – способ впрыска горючего в мотор. Безусловно, форсунки в любой инжекторной системе осуществляют непосредственный впрыск топлива в цилиндры (впускной коллектор), однако принципы доставки бензина могут отличаться. Так, существуют инжекторы:

• С моновпрыском (центральным впрыском). В таких системах имеется лишь одна форсунка, которая и подаёт топливо в мотор. Сегодня инжекторы с моновпрыском не используются, поэтому заострять внимание на них нет необходимости;
• С распределённым впрыском – самые используемые на данный момент. Их конструкция предполагает, что инжектор состоит из n-ого количества форсунок, которые подают топливо в каждый отдельный цилиндр. Среди инжекторных систем с распределённым впрыском выделяют несколько подтипов, а точнее:
  • непосредственный впрыск (часто называемый прямым) – горючее поступает в камеру сгорания напрямую;
  • одновременный впрыск – топливо подаётся синхронно всеми форсунками в каждый цилиндр двигателя;
  • попарно-параллельный впрыск – горючее поступает по парной схеме работы форсунок (то есть, один насос работает на «впуск», другой — на «выпуск»);
  • фазированный впрыск – подача бензина осуществляется исключительно на «впуск» при любом режиме работы.

Стоит отметить, что столь большое разнообразие инжекторов лишь отчасти оправдано, так как в подавляющем числе случаев используются системы либо с непосредственным, либо с одновременным видами впрыска.

Достоинства и недостатки инжекторов

В завершение сегодняшнего материала не лишним будет обратить внимание на то, чем инжектор хорош, а в чём способен доставить хлопот любому автомобилисту. Начнём, наверное, с достоинств инжекторных систем, которые включают в себя следующие положения:

• Экономичность. Однозначно можно сказать, что инжекторы работают исключительно на своего «хозяина» по сравнению с теми же карбюраторами. Удивительно, но в некоторой степени схожие топливораспределительные узлы при одинаковых режимах работы мотора поставляют в него меньшее количество топлива. Во многом это связано с продуманным устройством инжектора и наличием у него электронного управления;
• Получение большего КПД от двигателя. Опять же, удивительно. Несмотря на меньшее количества подаваемого топлива в мотор, при использовании инжектора получается добиться от силового агрегата большей мощности. Это также связано с грамотно организованным устройством узла, а особенно – его электронной составляющей;
• Экологичность. Тут всё предельно просто, ибо в структуре любого инжектора имеется каталитический нейтрализатор, которые и придаёт ему большей экологичности, дожигая недогоревшее в моторе топливо;
• Стабильность в плане работы. Повторимся, из-за грамотно организованного устройства инжекторы совершенно независимы в своём функционировании от погодных условий или подобных моментов.

Среди недостатков инжекторных систем стоит выделить лишь один аспект, а именно – их ремонт и отчасти эксплуатацию. В этом плане инжекторы довольно-таки прихотливы и неудобны для своих владельцев. В частности при желании успешно использовать узел подобного типа любому автомобилисту требуется:

• быть готовым к дорогому ремонту в случае поломки;

В конце 60х-начале 70х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами, среди которых значительную часть составляли выхлопные газы автомобилей. До этого времени состав продуктов сгорания двигателей внутреннего сгорания никого не интересовал. В целях максимального использования воздуха в процессе сгорания и достижения максимально возможной мощности двигателя состав смеси регулировался с таким расчетом, чтобы в ней был избыток бензина.

В результате в продуктах сгорания совершенно отсутствовал кислород, однако оставалось несгоревшее топливо, а вредные для здоровья вещества образуются главным образом при неполном сгорании. В стремлении повышать мощность конструкторы устанавливали на карбюраторы ускорительные насосы, впрыскивающие топливо во впускной коллектор при каждом резком нажатии на педаль акселератора, т.е. когда требуется резкий разгон автомобиля. В цилиндры при этом попадает чрезмерное количество топлива, не соответствующее количеству воздуха.

В условиях городского движения ускорительный насос срабатывает практически на всех перекрестках со светофорами, где автомобили должны то останавливаться, то быстро трогаться с места. Неполное сгорание имеет место также при работе двигателя на холостых оборотах, а особенно при торможении двигателем. При закрытом дросселе воздух проходит через каналы холостого хода карбюратора с большой скоростью, всасывая слишком много топлива.

Из-за значительного разрежения во впускном трубопроводе в цилиндры засасывается мало воздуха, давление в камере сгорания остается к концу такта сжатия сравнительно низким, процесс сгорания чрезмерно богатой смеси проходит медленно, и в выхлопных газах остается много несгоревшего топлива. Описанные режимы работы двигателя резко повышают содержание токсических соединения в продуктах сгорания.

Стало очевидно, что для понижения вредных для жизнедеятельности человека выбросов в атмосферу надо кардинально менять подход к конструированию топливной аппаратуры.

Для снижения вредных выбросов в систему выпуска было предложено устанавливать каталитический нейтрализатор отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух/бензин 14,7:1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводило к падению эффективности его работы и ускоренному выходу из строя. Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили. Альтернативой могли стать только системы впрыска.

Первые системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля. Этот результат вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы. Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий.

Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь — в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-зонд. Данная система разрабатывалась уже с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). По сигналам датчика кислорода ЭБУ корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси.

На сегодняшний день инжекторный (или, говоря по-русски, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшую
карбюраторную систему. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля
(динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

• точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход.
• снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов.
• увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%. Происходит за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.
• улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси.
• легкость пуска независимо от погодных условий.

Устройство и принцип работы (на примере электронной системы распределенного впрыска)

В современных впрысковых двигателях для каждого цилиндра предусмотрена индивидуальная форсунка. Все форсунки соединяются с топливной рампой, где топливо находится под давлением, которое создает электробензонасос. Количество впрыскиваемого топлива зависит от продолжительности открытия форсунки. Момент открытия регулирует электронный блок управления (контроллер) на основании обрабатываемых им данных от различных датчиков.

Датчик массового расхода воздуха служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик положения дроссельной заслонки служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и для управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя.

Датчик положения коленвала служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах. Информация, которую выдает датчик, используется электронным блоком управления для корректировки количества подаваемого топлива. Датчик кислорода используется только в системах с каталитическим нейтрализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода- до катализатора и после него).

Датчик детонации служит для контроля за детонацией. При обнаружении последней ЭБУ включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания.

Здесь перечислены только некоторые основные датчики, необходимые для работы системы. Комплектации датчиков на различных автомобилях зависят от системы впрыска, от норм токсичности и пр.

Про результатам опроса определенных в программе датчиков, программа ЭБУ осуществляет управление исполнительными механизмами, к которым относятся: форсунки, бензонасос, модуль зажигания, регулятор холостого хода, клапан адсорбера системы улавливания паров бензина, вентилятор системы охлаждения и др. (все опять же зависит от конкретной модели)

Из всего перечесленного, возможно, не все знают, что такое адсорбер. Адсорбер является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 запрещен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг. На неработающем двигателе пары бензина попадают в адсорбер из бака и впускного коллектора, где происходит их поглощение. При запуске двигателя адсорбер по команде ЭБУ продувается потоком воздуха, всасываемого двигателем, пары увлекаются этим потоком и дожигаются в камере сгорания.

Типы систем впрыска топлива

В зависимости от количества форсунок и места подачи топлива, системы впрыска подразделяются на три типа: одноточечный или моновпрыск (одна форсунка во впускном коллекторе на все цилиндры), многоточечный или распределенный (у каждого цилиндра своя форсунка, которая подает топливо в коллектор) и непосредственный (топливо подается форсунками непосредственно в цилиндры, как у дизелей).

Одноточечный впрыск проще, он менее начинен управляющей электроникой, но и менее эффективен. Управляющая электроника позволяет снимать информацию с датчиков и сразу же менять параметры впрыска. Немаловажно и то, что под моновпрыск легко адаптируются карбюраторные двигатели почти без конструктивных переделок или технологических изменений в производстве. У одноточечного впрыска преимущество перед карбюратором состоит в экономии топлива, экологической чистоте и относительной стабильности и надежности параметров. А вот в приёмистости двигателя одноточечный впрыск проигрывает. Еще один недостаток: при использовании одноточечного впрыска, как и при использовании карбюратора до 30% бензина оседает на стенках коллектора.

Системы одноточечного впрыска, безусловно, являлись шагом вперед по сравнению с карбюраторными системами питания, но уже не удовлетворяют современным требованиям.

Более совершенными являются системы многоточечного впрыска , в которых подача топлива к каждому цилиндру осуществляется индивидуально. Распределенный впрыск мощнее, экономичнее и сложнее. Применение такого впрыска увеличивает мощность двигателя примерно на 7-10 процентов. Основные преимущества распределенного впрыска:

• возможность автоматической настройки на разных оборотах и соответственно улучшение наполнения цилиндров, в итоге при той же максимальной мощности автомобиль разгоняется гораздо быстрее;
• бензин впрыскивается вблизи впускного клапана, что существенно снижает потери на оседание во впускном коллекторе и позволяет осуществлять более точную регулировку подачи топлива.

Как очередное и эффективное средство в деле оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового двигателя реализует простые
принципы. А именно: более тщательно распыляет топливо, лучше перемешивает с воздухом и грамотней распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. В итоге двигатели с непосредственным впрыском потребляют меньше топлива, чем обычные «впрысковые» моторы (в особенности при спокойной езде на невысокой скорости); при одинаковом рабочем объеме они обеспечивают более интенсивное ускорение автомобиля; у них чище выхлоп; они гарантируют более высокую литровую мощность за счет большей степени сжатия и эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах. В то же время они нуждаются в качественном бензине с низким содержанием серы и механических примесей, чтобы обеспечить нормальную работу топливной аппаратуры.

А как раз главное несоответствие между ГОСТами, ныне действующими в России и Украине, и евростандартами- повышенное содержание серы, ароматических углеводородов и бензола. Например, российско-украинский стандарт допускает наличие 500 мг серы в 1 кг топлива, тогда как «Евро-3»- 150 мг, «Евро-4»- лишь 50 мг, а «Евро-5»- всего 10 мг. Сера и вода способны активизировать коррозионные процессы на поверхности деталей, а мусор является источником абразивного износа калиброванных отверстий форсунок и плунжерных пар насосов. В результате износа снижается рабочее давление насоса и ухудшается качество распыления бензина. Все это отражается на характеристиках двигателей и равномерности их работы.

Первой применила двигатель с непосредственным впрыском на серийном автомобиле компания Mitsubishi. Поэтому рассмотрим устройство и принципы действия непосредственного впрыска на примере двигателя GDI (Gasoline Direct Injection). Двигатель GDI может работать в режиме сгорания сверхобедненной топливовоздушной смеси: соотношение воздуха и топлива по массе до 30-40:1.

Максимально возможное для традиционных инжекторных двигателей с распределенным впрыском соотношение равно 20-24:1 (стоит напомнить, что оптимальный, так называемый стехиометрический, состав — 14,7:1) — если избыток воздуха будет больше, переобедненная смесь просто не воспламенится. На двигателе GDI распыленное топливо находится в цилиндре в виде облака, сосредоточенного в районе свечи зажигания.

Поэтому, хотя в целом смесь переобедненная, у свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и легко воспламеняется. В то же время, обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая. Последнее обстоятельство позволяет повысить степень сжатия, а значит увеличить и мощность, и крутящий момент. За счет того, что при впрыскивании и испарении в цилиндр топлива, воздушный заряд охлаждается — несколько улучшается наполнение цилиндров, а также снова снижается вероятность возникновения детонации.

Основные конструктивные отличия GDI от обычного впрыска:

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Механический насос (подобный ТНВД дизельного двигателя) развивает давление в 50 бар (у инжекторного двигателя электронасос в баке создает в магистрали давление около 3-3,5 бар).

• 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.
• Поршень. В днище особой формы сделана выемка, при помощи которой топливо-воздушная смесь направляется в район свечи зажигания.
• Впускные каналы. На двигателе GDI применены вертикальные впускные каналы, которые обеспечивают формирование в цилиндре т.н. «обратного вихря», направляя топливовоздушную смесь к свече и улучшая наполнение цилиндров воздухом (у обычного двигателя вихрь в цилиндре закручен в противоположную сторону).

Режимы работы двигателя GDI

Всего предусмотрено три режима работы двигателя:

• Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия).
• Мощностной режим (впрыск на такте впуска).
• Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия) (применяется на евромодификациях).

Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия). Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и при движении за городом с постоянной скоростью (до 120 км/ч). Топливо впрыскивается компактным факелом в конце такта сжатия в направлении поршня, отражается от него, смешивается с воздухом и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь чрезвычайно обеднена, заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа двигателя на сильнообедненной смеси поставила новую проблему — нейтрализацию отработавших газов. Дело в том, что при этом режиме основную их долю составляют оксиды азота, и поэтому обычный каталитический нейтрализатор становится малоэффективным. Для решения этой задачи была применена рециркуляция отработавших газов (EGR-Exhaust Gas Recirculation), которая резко снижает количество образующихся оксидов азота и установлен дополнительный NO-катализатор.

Система EGR «разбавляя» топливо-воздушную смесь отработавшими газами, снижает температуру горения в камере сгорания, тем самым «приглушая» активное образование вредных оксидов, в том числе NOx. Однако обеспечить полную и стабильную нейтрализацию NOx только за счет EGR невозможно, так как при увеличении нагрузки на двигатель количество перепускаемых ОГ должно быть уменьшено. Поэтому на двигатель с непосредственным впрыском был внедрен NO-катализатор.

Существует две разновидности катализаторов для уменьшения выбросов NOx — селективные (Selective Reduction Type) и
накопительного типа (NOx Trap Type). Катализаторы накопительного типа более эффективны, но чрезвычайно чувствительны к высокосернистым топливам, чему менее подвержены селективные. В соответствии с этим, накопительные катализаторы устнавливаются на модели для стран с низким содержанием серы в бензине, и селективные — для остальных.

Мощностной режим (впрыск на такте впуска). Так называемый «режим однородного смесеобразования» используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. Топливо впрыскивается на такте впуска коническим факелом, перемешиваясь с воздухом и образуя однородную смесь, как в обычном двигателе с распределенным впрыском. Состав смеси — близок к стехиометрическому (14,7:1)

Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия). Этот режим позволяет повысить 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 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.

Почему этот режим введен только для автомобилей для европейского рынка? Да потому что для Японии присущи невысокие скорости движения и постоянные пробки, а Европа- это протяженные автобаны и высокие скорости (а следовательно, высокие нагрузки на двигатель).

Компания Mitsubishi стала пионером в применении непосредственного впрыска топлива. На сегодняшний день аналогичную технологию используют Mercedes (CGI), BMW (HPI), Volkswagen (FSI, TFSI, TSI) и Toyota (JIS). Главный принцип работы этих систем питания аналогичен– подача бензина не во впускной тракт, а непосредственно в камеру сгорания и формирование послойного либо однородного смесеобразования в различных режимах работы мотора. Но подобные топливные системы имеют и различия, причем иногда довольно существенные. Основные из них – рабочее давление в топливной системе, расположение форсунок и их конструкция.

2250 Просмотров

Которая пришла на смену карбюраторам. О преимуществах и минусах ее можно спорить бесконечно, так как среди автомобилистов имеются приверженцы обеих , а сегодня мы поговорим, как устроен инжектор. Эти знания пригодятся всем автолюбителям, чей автомобиль оснащен данным узлом. Никогда не помешает знать, как функционирует и из каких элементов состоит инжектор, так как могут возникнуть ситуации, требующие его ремонта.

О форсунках и принципе действия

По сути инжектор в автомобиле – это форсунка, которая служит для распыления не только жидкостей, в нашем случае топлива, но и газа. Впервые такая технология была применена еще в 1951-ом году, однако на протяжении долгого времени ее не использовали в автомобилестроении из-за сложной конструкции.

Уже в конце прошлого века инжекторы стали широко распространяться, так как эксплуатационные показатели этих систем во многом превосходили всем привычные уже карбюраторы. В итоге уже в первое десятилетие текущего года эта система практически полностью вытеснила карбюраторы с рынка. Многие современные автомобили оснащены инжектором с распыленным впрыском.

Как это работает?

Инжектор служит для осуществления подачи топливной смеси исключительно посредством прямого топливного впрыска, который осуществляется через одну или несколько форсунок. Топливо попадает изначально во впускной тракт мотора или же напрямую в рабочий цилиндр силового агрегата. Все авто, оснащенные такой инновационной системой питания, называют инжекторными. Классификация такого впрыска всегда зависит строго от того, какой именно принцип действия, место расположения узла, а также количества форсунок. Что касательно моновпрыска, то эта система примечательна тем, что смеси осуществляется исключительно одной форсункой во все работающие цилиндры ДВС.

Чаще всего такая инновационная система питания мотора автомобиля монтируется на , то есть на место, где обычно устанавливали такое устройство, как карбюратор. В отрасли автомобилестроенич данная система уже не востребована и считается устаревшей. Многие современные машины оснащены системами , то есть на каждый цилиндр приходится по одной форсунке.

Примечательно, что впрыск может быть одновременным, что есть топливная смесь посредством форсунок будет одновременно попадать в цилиндры, а также парно-параллельным, когда механический привод открывает форсунки попарно.

В таком случае одна из форсунок срабатывает на впрыске, а другая на выпуске. Чаще всего этот тип впрыска применяется на этапе запуска силового агрегата, а также при неисправностях именно датчика положения распредвалов.

Принцип работы инжектора любого автомобиля всегда базируется на применении сигналов, приходящих на форсунки с микроконтроллера, а они считывают данные с многочисленных электронных датчиков. Они собирают данные о интенсивности вращения коленчатого вала, мгновенном расходе воздуха, температуры мотора, а также положении дроссельной заслонки.

Центральный контроллер обрабатывает все эти данные и уже потом определяет, как именно осуществлять подачу топлива и когда это делать, а также управлять зажиганием топливной смеси. Из этого следует, что система современного инжектора постоянно меняет алгоритм работы с учетом показаний многочисленных датчиков.

Что включает в себя инжектор?

• Бензонасос – устройство, которое под давлением качает топливо из бака;
• Электронный блок управления – устройство, руководящее впрыском на основании данных датчиков;
• Устройство для нагнетания определенного давления на форсунках;
• Комплект форсунок или одна моно-форсунка;
• Пакет датчиков.

Принцип работы инжектора и его устройство предельно просто и понятно, однако и здесь есть характерные особенности, которые все поклонники карбюраторного впрыска относят к недостаткам. Например, стоимость отдельных узлов инжектора достаточно велика, что вызывает немало осложнений на этапе ремонта системы. В целом и ремонтопригодность здесь низкая, а требования к качеству топливной смеси очень высокие.

Диагностировать неисправности инжектора можно, но для этого требуется специальное оборудование, стоимость которого тоже велика.

О том, как работает инжектор в автомобиле, можно говорить достаточно долго, если вникать в работу каждого датчика и центрального контроллера. Стоит отметить, что во всех авто настройки работы системы питания кардинально отличаются, поэтому их нельзя обобщать.

Об основных проблемах

Главная проблема кроется в постоянном выходе из строя разных датчиков. Механический ремонт не всегда может помочь, так как такое оборудование по большому счету — микроконтроллеры. Например, датчик ДМРВ, который определяет моментальный расход воздуха нередко выходит из строя. Определить это явление можно по сигнальной лампе на панели приборов, снижению динамики разгона, а также по сложностям с пуском силового агрегата, когда тот прогрет.

Также имеет смысл по возможности использовать диагностическое оборудование для автомобиля. По визуальному осмотру не всегда можно выявить неисправность. Если под рукой имеется запасной аналог, то стоит попробовать установить его. При отключении от сети ДМРВ мотор начинает работать в аварийном режиме. Если при этом мотор будет работать так же, как и работал, то однозначно датчик попадает под замену.

Однозначно можно сказать, что глобальный переход с карбюраторного впрыска на инжекторы получился весьма успешно, несмотря на многочисленные недостатки этой технологии. Многие сегодня отказываются от , отдавая предпочтение инжектору, так как он намного надежнее.

Почему выбирают инжектор?

Устройство этой системы понятно не каждому, но многие автомобилисты склонным к мнению, что расход топлива автомобиля с инжектором ниже. На практике такое бывает редко, поскольку форсунки изначально ставились не для экономии, а с целью обеспечения равномерного впрыска топливной смеси во все цилиндры и в строго определенный момент.

Если эта система питания автомобиля со временем начинает работать неправильно, то ее ремонт может обойтись достаточно дорого, так как устройство датчиков и форсунок довольно сложное. Многие детали попросту не подлежат восстановления.

Заключение

В итоге приходится тратить немало денег на их замену в автосервисе. Форсунки автомобиля могут иметь разную конструкцию и размер, а время от времени их нужно прочищать, так как качество топлива в нашей стране довольно низкое.

Устройство форсунок такое, что чистить их намного сложнее, чем тот же карбюратор, поэтому справиться с этой работой самостоятельно не получится. Как видите, недостатков и сложностей тут немало, но вот только автомобилисты все же предпочитают инжектор. Когда система работает исправно, а состояние мотора автомобиля удовлетворительное, то никаких проблем не возникнет. Расход топлива может не быть минимальным, но станет стабильным.