Как работает инжектор. Центральный впрыск топлива

11.04.2019

Данная система подачи топлива, устанавливаемая на современных бензиновых двигателях. Эта система подачи топлива постепенно вытесняет систему питания . Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными двигателями .

В конце 60х-начале 70х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами, среди которых значительную часть составляли автомобилей. До этого времени состав продуктов 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, всасывания 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 остается много несгоревшего топлива. Описанные режимы работы двигателя резко повышают содержание токсических соединений 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-научному, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшие . 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 . 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 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 перечисленного, 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.

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 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.

Непосредственный впрыск 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» (в народе - инжектор) 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 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.

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 . 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 сильно обедненной 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 топливом, чему менее подвержены селективные. В соответствии с этим, накопительные катализаторы устанавливаются 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.

Многие владельцы современных автомобилей задаются вопросом: «Как работает инжекторный двигатель?». Незнание этого вопроса происходит, во-первых, из-за того, что далеко не все автовладельцы хорошо изучали физику в школе (на уроках физики рассматривается устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания)

А во-вторых, в наше время совершенно необязательно досконально знать автомобиль, чтобы комфортно ездить на нём – в случае поломки, её всегда можно отдать в сервис. Однако находятся и сейчас заинтересованные автолюбители, которые желают знать о своей машине как можно больше, и наша статья предназначена как раз для таких.

Как работает инжекторный двигатель? Прежде всего стоит отметить, что инжекторный – это один из видов двигателя внутреннего сгорания, ставшего подлинной технической революцией. Начать наш рассказ с устройства и принципа работы двигателя внутреннего сгорания.

История создания и принцип работы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором сгорание топлива, за счёт которого выделяется энергия, происходит непосредственно в нем.

Наиболее распространены сегодня четырёхтактные двигатели , которые работают по следующей схеме: сначала производится впуск топливно-воздушной смеси, потом её сжатие, затем следует рабочий ход поршня и последним этапом является выпуск получившихся в результате сгорания газов.

Поскольку в двигателе внутреннего сгорания рабочим является только третий такт (рабочий ход поршня), производители таких силовых агрегатов включают в состав несколько цилиндров (как правило, 4, ), соседние друг с другом цилиндры работают с отставанием в один такт, чтобы обеспечивать постоянную работу двигателя.

Карбюратор

Чтобы двигатель внутреннего сгорания получал удобоваримую для работы топливно-воздушную смесь, инженерам нужно было придумать специальное устройство, которое бы прямо во время движения приготавливало такую смесь и передавало её в двигатель. И такое устройство было изобретено – им стал карбюратор.

Карбюраторные двигатели довольно долго занимали лидирующие положение на рынке двигателей, пока производители не начали задумываться об экологии, и вот тут-то выяснилось – карбюраторные очень сильно загрязняют природу, да и мощность была невысокая, а значит, нужно разработать принципиально новый способ подачи топливно-воздушной смеси.

Инжектор

Инжектор – одно из изобретений, резко изменивших всю автомобильную промышленность. В отличие от карбюратора, приготовлявшего воздушно-топливную смесь за пределами двигателя, при инжекторной системе топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, за счёт чего повышается мощность (инжекторные двигатели примерно на 10% мощнее, чем карбюраторные).

В общих чертах принцип работы инжекторного двигателя можно описать так: топливо впрыскивается через форсунки либо в коллектор, где происходит смешение топлива и воздуха, либо, как на большинстве современных автомобилей, прямо в камеру сгорания. Современные инжекторные двигателя делятся на два типа:

Моновпрысковые – всё топливо впрыскивается через общие форсунки, а затем распределяется по камерам сгорания;
Двигатели с распределённым впрыском – каждый поршень имеет свою собственную форсунку, через которую в него попадает топливо, смешение топлива с воздухом в данном случае происходит непосредственно перед сгоранием.

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.

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.

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)

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.

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

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.

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.

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.

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.

Внедрение в автомобилестроение началось со второй половины ХХ-в и применили инжектор на а/м Goliath GP700 Sport в 1951г. Массовое применение инжекторной системы началось в автомобилестроении в 80-х гг.

Компьютеризация и внедрение в автомобилестроение электронных систем не прошло не замеченным и для инжектора. В настоящее время ни один современный завод не выпускает инжекторные двигатели без электронной системы называемой электронным блоком управления (ЭБУ), электронная система управления двигателем (ЭСУД) или контроллер, все они являются одним прибором, в простонародии их называют «мозгами». Исходя из выше сказанного, инжектор можно характеризовать так - это система подачи топлива, управляемая мозгами, которые, на основании полученных данных от информационных приборов (датчиков), корректируют дозу, момент и частоту впрыска. Из этого определения следует, что ЭБУ это одна из главных составляющих инжектора. Ниже мы рассмотрим системы управляемые контроллером и датчики, от которых приходят данные.
В чем же преимущества инжекторной системы перед карбюратором:

уменьшение расхода топлива (внедрение требований к выбросу углеводорода) что в основном побудило автопроизводителей;
повышение мощности при равных объемах ДВС (приблизительно на 10%);
автоматическая регулировка системы впрыска. Если кто помнит в карбюраторе эту функцию выполнял подсос, регулировочные винты и т.д.

Какие же классификации инжекторной системы бывают:

1. Моновпрыск (центральный впрыск, или одноточечный впрыск) - где одна форсунка осуществляет подачу во впускной тракт (коллектор) на все цилиндры, находящийся на месте карбюратора. В простонародности называют «электронный карбюратор». Сейчас его встретишь только на довольно старых машинах.
2. Распределённый впрыск (многоточечный впрыск) т. е. устанавливается отдельная форсунка во впускном тракте каждого цилиндра или непосредственно осуществляет подачу топлива в камеру сгорания.

В свою очередь распределенный впрыск делится на:
1) Одновременный. За один оборот коленчатого вала все форсунки отрабатывают одновременно. Данная система впрыска встречается редко.
2) Попарно-параллельный. За один оборот коленчатого вала, форсунки отрабатывают парами, т. е. каждая пара срабатывает один раз за оборот. Как и предыдущая классификация система впрыска редко встречается, но может быть вызвана, на системе с последовательным впрыском, неисправным датчиком.
3) Фазированный или последовательный. За один рабочий цикл каждая форсунка открывается один раз непосредственно перед тактом впуска и регулируется отдельно. На данный момент этот тип выпускают практически все авто производители и он является самым массовым. Отличие непосредственного впрыска топлива от выше перечисленных заключается в том, что впрыск происходит непосредственно в цилиндр, где имеется возможность управлять фазой и длительностью впрыска. Давление форсунок данной системы может достигать 200 атмосфер.
Минусами данной системы являются:

высокая стоимость ремонта;
высокая стоимость узлов;
низкая ремонтопригодность элементов;

В отличие от предшественников, данный тип впрыска приводит к закоксовыванию впускного(-ых) клапана(-ов), по причине не омывания топливом, который(-ые) в свою очередь очищались им.
Схема работы инжектора состоит в подаче данных на контроллер от датчиков (основные):

Датчик коленчатого вала (ДКВ), сообщает контроллеру о частоте, положении и направлении;
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ, волюметр), предназначен для оценки количества всасываемого воздуха и определение его температуры;
Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ), служит для управлением фазой впрыска и зажигания;
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), предназначен для определения нагрузки на двигатель в зависимости от открытия ДЗ, наполнения цилиндров и оборотов;
Датчик кислорода в отработавших газах (лямбда-зонд), предназначен для определения в системе выхлопных газов не сгоревшего углеводорода и в связи с этим изменяется время впрыска и происходит корректировка зажигания;
Датчик детонации (ДД), предназначен для определения детонации;
Датчик распределительного вала (ДРВ) или Датчик Фазы (ДФ), служит для точного синхронного впрыска. При аварийном режиме двигателя или отсутствие такого датчика, система переходит на попарно - параллельную (групповую) подачу топлива;
Датчик температуры всасываемого воздуха, может быть установлен отдельно, или сразу встроен в ДМРВ.

На основе полученных данных с информационных датчиков, ЭБУ управляет следующими системами (основные):

форсунками - предназначены для впрыска топлива;
электро бензонасосом - служит для образования давления в системе подачи топлива;
модулем зажигания (МЗ) - предназначен для искрообразования на свече. В последнее время на каждую свечку идет свой МЗ;
регулятором холостого хода (РХХ или ХХ) предназначен для поддержании заданных оборотов ХХ;
вентилятором системы охлаждения двигателя, управляется по сигналам ДТОЖ.

Недостатками инжекторной системы является: низкая ремонтопригодность;

требовательность к топливу;
необходимость специального оборудования для определения неисправности;
высокая стоимость элементов (не для каждого типа инжектора).
точно определить неисправность и диагностировать инжекторный двигатель может только специалист.

Основной проблемой инжекторных двигателей является выход из строя датчиков, которая решается заменой. На примере датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), признаки неисправности:
сигнальная лампа о неисправности двигателя;
слабая динамика; плавающие обороты двигателя на холостом ходу;
невозможность завести горячий двигатель.
Проверить исправность (ДМРВ) можно несколькими способами:
Диагностическим оборудованием;
Отключение (ДМРВ). В этом случае система управления двигателем начинает работать в аварийном режиме;
Замена на заведомо исправный;
Визуальный осмотр.

Переход с карбюраторной системы подачи топлива на инжекторную получился более чем удачным, хоть и имеются у этой системы недостатки. Если стоит выбор между инжектором и карбюратором, однозначно отвечу, выбирайте первое. Если выбирать между последовательный и непосредственным то я лично выбираю последовательный впрыск, по причине меньших проблем.

На вопрос о том, как каждый водитель выбирает автомобиль для себя, ответить очень трудно. У каждого свои критерии оценки: кто-то ориентируется на свой достаток, кто-то отдает предпочтение конкретной марке автомобилей, а кто-то намертво привязан к определенным системам функционирования машины.

Так, многие, даже покупая подержанный автомобиль, все равно стремятся выбирать те модели, на которых установлен механический инжектор. Об этой системе можно отзываться по разному. Для кого-то она самая простая, а для кого-то самая проблемная. Но чтобы делать такие оценки, необходимо очень детально ознакомиться с этим устройством, что мы и собираемся сделать в сегодняшней статье.

1. Виды механических инжекторов, которые еще встречаются на старых моделях автомобилей.

Наиболее известным автомобилем, на котором раньше устанавливался механический инжектор, сегодня является «Ауди 100». Как и любая топливная система, это устройство предназначено для обеспечения бесперебойной подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания двигателя. Как принудительный впрыск топлива в цилиндры, так и отслеживание параметров горючей смеси и образование этой смеси в устройстве отслеживается исключительно благодаря механическим устройствам. Только лишь на некоторых моделях авто механический инжектор совмещается с электрическими сигналами, но зачастую он лишен всякой электроники.

Ели говорить кратко, то механический инжектор – это устройство топливной системы автомобиля, которое несет ответственность за подачу топлива в цилиндры мотора. Чтобы мотор работал правильно, топливо, а вернее, топливно-воздушная смесь должна постоянно сгорать. Для этого нужно соблюдать правильные пропорции соотношения бензина и воздуха. Именно это и обеспечивает механический инжектор: благодаря безостановочному распылению топлива оно может смешиваться с воздухом в оптимальных соотношениях. Осуществляется процесс распыления в такой системе благодаря форсункам.

Однако, механические инжекторы уже давно ушли с конвейера, и на смену им пришли электронные устройства. Чем же они отличаются друг от друга? Главное отличие – сила, которая заставляет форсунки открываться и распрыскивать топливо. В механическом варианте это происходит благодаря давлению, которое специально создается в системе, а в электронном форсунки открываются благодаря электронному импульсу. Здесь и раскрывается минус механических устройств: обороты двигателя в таких автомобилях напрямую зависят от того, какое давление удерживается в топливной системе. По сути, за управление механическими форсунками отвечает дозатор механического инжектора.

Электронный инжектор – более умное устройство, потому что открыванием и закрыванием форсунок здесь «ведает» электронный блок управления автомобиля. Но все же, со временем оснащать электроникой начали и механические инжекторы. В частности, могут устанавливаться специальные датчики для контроля и корректировки подачи топлива на форсунки, ориентируясь уже не на давление в топливной системе, а на показания датчиков температуры и выхлопных газов.

Также, сам состав горючей смеси может корректироваться на основании положения педали акселератора. Но в любом случае, именно давление является основным фактором, который обеспечивает работоспособность механического инжектора. Этот показатель может находиться в пределах 4-6,5 атмосфер.

Механические инжекторы могут быть представлены в разных вариантах. Как и любое другое устройство, его неоднократно совершенствовали и меняли конструкцию. Естественно, что все изменения были направлены только на то, чтобы сделать устройство как можно лучше и практичнее. Но виды механических инжекторов не так разнообразны, и их можно назвать только три:

K-Jetronic.

Первый указанный в списке и является первым полноценным механическим инжектором, который начали активно применять в конструировании автомобилей. Именно на примере K-Jetronic мы немного ниже и расскажем об устройстве механического инжектора, поскольку все остальные виды так или иначе создавались на его основе и мало чем отличаются.

2. Принцип работы механического инжектора автомобиля.

Прежде чем посвящать вас в основные тонкости функционирования механического инжектора, стоит обратить ваше внимание на еще одно название этого устройства – моновпрыск. Только пришел первым на смену карбюраторным двигателям, а уже позднее, когда его начали модифицировать и совершенствовать, это устройство начали называть механическим инжектором. Но ближе к делу.

Используются механические инжекторы только на тех двигателях, которые работают на бензине. Основу такой системы составляет форсунка, которая открывается под давлением в топливной системе. Но не менее важным элементом этого устройства является и дроссельная заслонка. Именно благодаря ей дозируется подача воздуха в камеру сгорания, что позволяет создавать оптимальную топливно-воздушную смесь и обеспечить стабильную работу двигателя.

Вообще, принцип работы механического инжектора очень сильно критикуется. Основная причина, по которой он был снят с производства, заключается в том, что автомобили с таким устройством слишком сильно загрязняют окружающую среду. Поскольку нормы выхлопных газов за рубежом очень строго контролируются, то моновпрыск по сути стал запрещенным. Однако, при правильной настройке всех элементов, и такой инжектор может работать в соответствии со всеми экологическими нормами. В частности, очень важно, чтобы угол открытия дроссельной заслонки правильно соотносился с частотой вращения коленчатого вала.

Основными факторами, от которых зависит функционирования механического инжектора, являются таковые:

Соотношение между объемом потока воздуха и его массой;

Угол открытия дроссельной заслонки;

Показатель давления в топливной системе автомобиля.

3. Устройство механического инжектора автомобиля: основные составляющие элементы и их характеристики.

Как уже говорилось выше, рассказать об устройстве механического инжектора мы хотим на примере K-Jetronic . Познакомиться лично с ней вы можете на автомобилях «Ауди 100». Чтобы у вас сложилось полноценное представление и о работе, и об устройстве механического инжектора, мы подробно расскажем о каждом его элементе.

Данный элемент механического инжектора представляет собой совокупность камер и плунжера. Именно благодаря им и осуществляется регуляция количества бензина, который подается в цилиндры двигателя. Непосредственная регулировка осуществляется благодаря степени открытия клапанов каждой камеры.

Также, от каждой камеры к форсункам инжектора отходят специальные трубки. Когда увеличивается угол открытия дроссельной заслонки, параллельно повышается и разрежение, которое поднимает напорный диск. Поскольку он связан с плунжером при помощи рычага, плунжер также поднимается. Все это и приводит к тому, что клапан каждой камеры открывается и осуществляется подача бензина.

Несложно сделать вывод, что количество сгораемого бензина в такой системе напрямую зависит от того, сколько воздуха расходуется для создания воздушно-топливной смеси. А изменяется расход воздуха благодаря повороту дроссельной заслонки, управление которой осуществляется через педаль акселератора.

Реле температуры

Данный элемент представлен в виде биметаллической пластины. Под воздействием температуры, то есть в результате нагрева, она имеет возможность деформироваться. Когда запускается холодный двигатель, контакт реле находится в замкнутом положении. Благодаря этому сквозь него может проходить ток, который в свою очередь воздействует на клапан форсунки и дополнительно обогащает воздушно-топливную смесь. Однако под влиянием тока нагревается реле температуры, что в итоге приводит к размыканию контакта реле и отключению форсунки.

Винт качества

Чтобы двигатель автомобиля работал правильно и бесперебойно, соотношение бензина и воздуха в горючей смеси должно соответствовать строгим нормам. Вот именно эту норму и регулирует такой элемент как винт качества. Если он работает неправильно, то расход топлива может вырасти в разы. Данный винт находится в постоянном вращении, благодаря чему возможно изменение высоты подъема плунжера, а также проходного сечения клапанов всех камер распределения механического инжектора. Расположен данный винт между штоком плунжера и рычагом расходомера.

Винт количества (регулировочный винт)

Когда двигатель работает на холостом ходу, водитель не нажимает на педаль газа, что держит дроссельную заслонку в закрытом состоянии. Из всего этого следует, что в камеру сгорания двигателя не поступает воздух через привычный канал, а значит, нужен дополнительный. Роль такового и выполняет канал холостого хода, который создается благодаря регулировочному винту. Кроме того, при помощи винта количества можно менять холостые ходы двигателя автомобиля с механическим инжектором. Однако без особой надобности баловаться этим винтом не рекомендуется.

По сути, это главный элемент любой инжекторной системы. Количество форсунок строго соответствует количеству цилиндров двигателя, поскольку на каждый цилиндр приходится по одной форсунке. Они устанавливаются на цилиндры таким образом, чтобы не допускать образования пробок и одновременно с этим обеспечивать теплоизоляцию.

Если говорить об автомобиле «Ауди 100», то форсунка на его двигателе выполнена в виде механического клапана. Принцип его действия достаточно простой: чтобы попасть в цилиндр, бензину приходится преодолевать усилие пружины, которая прижимает клапан-форсунку. Усилие пружины подбирается специально, чтобы форсунка открывалась только тогда, когда уровень давления достигает 3,5 Атмосфер.

При этом впрыск топлива осуществляется периодически. Как это возможно? Просто в верхних камерах распределителя постоянно образуются кратковременные снижения давления, что и вызывает перерывы в работе форсунок. Если система исправна, то каждая форсунка срабатывает при одинаковом уровне давления.

Регулятор противодавления

Работа этого устройства базируется на том, чтобы понижать противодавление, которое возникает в распределителе. Благодаря этому открываются клапаны из камер, и поступает больше горючего. Важно отметить, что камеры распределителя разделены при помощи мембраны и классифицируются как верхние и нижние. В нижних камерах давление создается при помощи насоса, который совместно с пружиной закрывает клапаны. Если же давление упадет, то и мембрана упадет вниз, что приведет к открытию клапанов.

Элементы, которые поддерживают давление в топливной системе автомобиля

Таковыми являются устройства, которые, по сути, не совсем и относятся к конструкции самого механического инжектора. Это аккумулятор и регулятор давления в топливной системе, клапаны форсунок и бензонасос. Первый из них поддерживает величину давления на необходимом уровне после того как был остановлен горячий двигатель. Длится это в течение непродолжительного периода времени и нужно для того, чтобы не допускать образования пробок.

Что касается , то он самостоятельно регулирует давление при помощи двух клапанов: предохранительного и пропускного. Открытие пропускного клапана провоцируется достижением рабочей величины давления, а пропускной открывается только тогда, когда давление становится очень большим. Клапаны форсунок способны удерживать давление только в том случае, если оно ниже 3,5 Атмосфер.

Пусковая форсунка

Чтобы произошел запуск холодного двигателя с механическим инжектором, на Ауди 100 подача дополнительной порции бензина осуществляется при помощи электромагнитной пусковой форсунки. Ее включение осуществляется при замкнутых контактах реле температуры. Отключается она тогда, когда реле нагревается, и размыкаются его контакты. Также реле температуры может включать дополнительный клапан противодавления.

Установлена пусковая форсунка непосредственно перед дроссельной заслонкой и основными элементами инжектора. При нормальном функционировании двигателя она находится в закрытом состоянии, что возможно благодаря наличию пружины. Вот и все устройство механического инжектора. В целом оно совсем не сложное, однако, без электрического питания функционирование системы не является идеальным.

Подписывайтесь на наши ленты в