ガソリンエンジン用の燃料噴射システム。最新の内燃エンジンの燃料噴射システム: ガソリンおよびディーゼルシステム

26.06.2020

その他

キャブレター付きガソリンエンジンを搭載した車両の主な欠点は、車両内の燃料が完全に燃焼しないことです。機械の環境への優しさ、出力、効率は燃料供給の動作特性によって決まるため、動作モードに焦点を当ててこのプロセスを制御する装置が必要です。

このようなユニットは噴射システムと呼ばれます。噴射エンジンでは、燃料が所定の時間に所定の量で供給されます。ガソリンおよびディーゼルエンジン用に、さまざまな設計の燃料噴射システムが開発されてきました。

噴射システムの分類と設計

噴射機構の違いは、ガソリンと空気の混合気を作る方法によって決まります。

分類は主に注射の種類に従って行われます。

中央注入。
分配的;
すぐに;
組み合わせた。

集中噴射（単回噴射）

このシステムはキャブレターを置き換え、1 つのノズルで動作します。シングルインジェクションは環境基準に適合しないためほとんど使用されておらず、非常に古い車に使用されています。しかし、これらの機構は、吸気マニホールド内の空気交換が良好な場所にノズルが配置されているため、シンプルで信頼性が高くなります。

モノシステムの要素:

圧力調整器 - エアポケットの形成を防ぎ、0.1 MPa の一定圧力を保証します。
インジェクター – マニホールドへのガソリンの供給を確保します。
スロットルバルブ (機械式、電気式) – 空気供給を調整します。
制御ユニット（メモリ、マイクロプロセッサ） - 注射に必要な情報が含まれています。
温度センサー、クランクシャフトの状態、スロットルバルブ。

このタイプはより現代的で環境に優しいものです。ただし、唯一の特徴は、このシステムでは各シリンダーに独自のインジェクターがすでに装備されていることです。それのみがインテークマニホールドにも取り付けられており、それぞれが独自の別個のパイプにのみ取り付けられています。電子システムが燃料投与量を制御します。この点で最も進歩的なノズルはボッシュのものです。

直接噴射

ガソリンと空気は燃焼室に直接供給されます。直接噴射システムの利点は、燃料混合物の成分を正確に計算できることです。燃料混合物のほぼ 100% の燃焼により、環境に有害な排出物の割合が削減されます。

機構構造 直接噴射:

ガソリン供給ポンプ。
圧力調整装置;
安全弁を備えたスロープ。
圧力パラメータを表示するセンサー。
インジェクター。

欠点:

燃料の品質組成に対する高い要求。
メーカー向けの複雑な設計。
必要な圧力は5MPaからです。

しかし、このタイプの噴射システムは最も近代的で有望です。

複合噴射

排出ガスを削減し、ユーロ 6 要件を満たすために、フォルクスワーゲンは分配と直接噴射を組み合わせた複合噴射システムを開発しました。制御ユニットシステムは、動作モードに基づいて 1 つずつ起動されます。この電力システムは環境安全性の観点から最も期待されています。

組み合わせたデバイスは次のもので構成されます。

燃料供給ポンプ。
直接機構の一部（燃焼室に設置されたインジェクター、20 MPaの圧力を維持するランプ）。
分配システムの要素 (マニホールドチャネルに取り付けられたインジェクター、低圧ランプ)。

動作原理

単一ノズルを備えた噴射エンジンユニットは、次のスキームに従って動作します。

エンジンが始動します。
センサーは情報を読み取り、制御ユニットに送信します。
実際のデータが基準データと比較され、インジェクターが開く瞬間が計算されます。
信号が電磁コイルに送信されます。
ガソリンは空気と混合するためにマニホールドに供給されます。
混合燃料はシリンダーに供給されます。

分散注入によるユニットの機能:

空気がモーターに供給されます。
センサーは音量、温度、クランクシャフトの性能、ダンパーの位置を決定します。
供給される空気に対する燃料の量は制御ユニットによって計算されます。
信号がインジェクターに送信されます。
プログラムされた時間に開きます。
ガソリンはマニホールド内で空気と混合され、混合気はシリンダーに供給されます。

分散噴射の動作原理に関するトレーニングビデオ

直噴の動作原理は次のとおりです。 ガソリンと空気を混合する方法:

層ごとに。
化学量論的;
同種の。

レイヤーごと混合速度は中速、空気供給速度は高速で、ガソリンがノズルからシリンダーに供給され、空気と混合すると点灯します。

混ぜるとき 化学量論的たとえば、ガスを押した瞬間にプロセスが始まります。スロットルバルブが開き、ガソリンと空気が同時に供給され完全燃焼します。

混ぜるとき 同種のこのタイプでは、まずシリンダー内で空気の動きが生じ、次にガソリンが噴射されます。

直噴インジェクターの動作原理を動画で解説

組み合わせたシステムの動作は、モーターの負荷に完全に依存します。

直接噴射は始動時、暖機時、最大負荷時に開始され、噴射回数はモードによって異なります。
頻繁に停止しながら中速走行中に分散噴射が開始されます。

分散噴射では、直接ノズルが定期的に開きます。これにより目詰まりを防ぎます。

インジェクションシステムはガソリンエンジンだけでなくディーゼルエンジンにも搭載されています。最初のものは、ガソリンと空気の混合物が火花によって点火されるため、火花エンジンと呼ぶことができます。

基本的な障害

ほとんどの場合、注入の失敗は、次のようないくつかの誤動作によって現れます。

エンジンが始動しない（メインリレーが故障し、ポンプが動作せず、インジェクターに電圧がない）。
冷えたエンジンは不安定に動作します (温度センサーが故障しています)。
移行中にモーターがうまく動作しません（ポンプまたはインジェクターに欠陥がある）。
エンジンが停止します（燃料システムが故障し、吸気口が減圧されました）。

長所と短所

他のシステムと同様に、ここにも利点と欠点があります。

インジェクターの利点 (キャブレターと比較した場合):

燃料消費量を2倍に削減。
力の増加。
簡素化された（自動化された）起動。
簡単なコントロール。
毒素の放出を数倍減少させます。
自動調整によりメンテナンスが簡素化されます。
修理は部品の交換に帰着します。
噴射要素をエンジンの側面に配置することによりボンネットの高さを低くする。
大気圧や車両位置の影響を受けません（ロール中にキャブレターの動作が中断されます）。

インジェクションシステムの欠点:

比較的高い生産価格。
ガソリンの品質に対する高い要求。
診断のための特別な機器の必要性。
電気への依存。
加圧されたガソリンが供給されるため、事故時に火災が発生する可能性が高くなります。

最後の欠点は、衝撃時にフィードをオフにするコントローラーを取り付けることで部分的に補われます。

数種類の噴射システムにより、80 年代以降に生産されたほとんどの乗用車に装備することが可能になりました。制御は機械式または電子式で、燃料は連続またはパルスで供給できます。

燃料噴射システムの構造や動作原理に関係なく、電源の操作を拒否し、不必要にマスを切断せず、牽引による始動を行わない場合、修理せずに長持ちします。インジェクションシステムは湿気を許容しないため、冬に水が侵入すると、インジェクターが故障する可能性が高くなります。燃料はきれいでなければなりません。ポンプの前に取り付けられたフィルターの状態に特別な注意を払う必要があります。燃料に不純物が含まれていると、ポンプと制御システムがすぐに故障します。

燃料噴射システムは、厳密に定義された時点で内燃エンジンに燃料を投与するために使用されます。このシステムの特性により、電力、効率が決まります。注入システムにはさまざまな設計や設計があり、それによって効率と適用範囲が決まります。

出演の略歴

燃料噴射システムは、大気中への汚染物質の排出レベルの増加に対応して、70年代に積極的に導入され始めました。これは航空機産業から借用されたもので、キャブレターエンジンに代わる環境的に安全な代替品でした。後者には機械的な燃料供給システムが装備されており、圧力差によって燃料が燃焼室に入りました。

最初の噴射システムはほぼ完全に機械式であり、効率が低いという特徴がありました。その理由は、技術の進歩が不十分であり、その可能性を十分に発揮できなかったことにあります。 90 年代後半、電子エンジン制御システムの開発により状況は変わりました。電子制御ユニットは、シリンダーに噴射される燃料の量と混合気の成分の割合を制御し始めました。

ガソリンエンジン用噴射システムの種類

燃料噴射システムには主にいくつかの種類があり、混合気の形成方法が異なります。

単回注入または集中注入

モノインジェクションシステムの動作スキーム

中央噴射方式では、インテークマニホールド内に噴射が存在します。このような噴射システムは古い乗用車にのみ搭載されています。これは次の要素で構成されます。

圧力調整器 - 0.1 MPa の一定の作動圧力を提供し、エアポケットの発生を防ぎます。
噴射ノズル - エンジンの吸気マニホールドにガソリンをパルス噴射します。
— 供給される空気の量を調整します。機械式または電気式の駆動装置を備えている場合があります。
制御ユニット - マイクロプロセッサと燃料噴射特性の参照データを含むメモリユニットで構成されます。
エンジンのクランクシャフト位置、スロットル位置、温度などのセンサー

1 つのインジェクターを備えたガソリン噴射システムは、次のスキームに従って動作します。

エンジンは作動しています。
センサーはシステムの状態に関する情報を読み取り、制御ユニットに送信します。
取得されたデータは基準特性と比較され、この情報に基づいて、制御ユニットはノズルが開く瞬間と時間を計算します。
信号が電磁コイルに送られてインジェクターが開き、燃料が吸気マニホールドに供給され、そこで空気と混合されます。
燃料と空気の混合物がシリンダーに供給されます。

マルチポートインジェクション(MPI)

分散噴射システムは同様の要素で構成されていますが、この設計ではシリンダーごとに個別のインジェクターがあり、同時に、ペアで、または一度に 1 つずつ開くことができます。空気とガソリンの混合はインテークマニホールド内でも発生しますが、単回噴射とは異なり、燃料は対応するシリンダーの吸気管にのみ供給されます。

分散注入によるシステムの動作図

制御は電子的に行われます（KE-ジェトロニック、L-ジェトロニック）。これらは、広く使用されている汎用の Bosch 燃料噴射システムです。

分散噴射の動作原理:

エンジンに空気が供給されます。
多数のセンサーを使用して、空気の量、その温度、クランクシャフトの回転速度、およびスロットル位置パラメーターが決定されます。
受信したデータに基づいて、電子制御ユニットは供給される空気量に最適な燃料量を決定します。
信号が与えられ、対応するインジェクターが必要な時間だけ開きます。

直接燃料噴射 (GDI)

このシステムは、高圧下で個別のインジェクターを介して各シリンダーの燃焼室にガソリンを直接供給し、同時に空気も供給されます。この噴射システムは、エンジンの動作モードに関係なく、最も正確な混合気の濃度を提供します。この場合、混合物はほぼ完全に燃焼し、それによって大気中への有害な排出量が減少します。

直噴システム作動図

この噴射システムは設計が複雑で燃料の品質に左右されやすいため、製造と運用にコストがかかります。インジェクターはより過酷な条件で動作するため、このようなシステムが正しく動作するには、少なくとも 5 MPa の高い燃料圧力を確保する必要があります。

構造的には、直接噴射システムには次のものが含まれます。

高圧燃料ポンプ。
燃圧制御。
燃料レール。
安全弁 (システム要素を許容レベルを超える圧力上昇から保護するために燃料レールに取り付けられています)。
高圧センサー。
インジェクター。

ボッシュのこのタイプの電子噴射システムは、MED-Motronic と呼ばれます。その動作原理は、混合物の形成の種類によって異なります。

レイヤーごと - 低速および中程度のエンジン速度で実装されます。空気は燃焼室に高速で供給されます。燃料が噴射され、途中で空気と混合しながら点火します。
化学量論的。アクセルペダルを踏むとスロットルバルブが開き、空気の供給と同時に燃料が噴射され、混合気が点火して完全燃焼します。
同種の。吸気行程中にガソリンが噴射される間、シリンダー内で激しい空気の動きが引き起こされます。

ガソリンエンジンでは、これは噴射システムの進化において最も有望な方向です。 1996 年に三菱ギャラン乗用車に初めて搭載され、現在ではほとんどの大手自動車メーカーが自社の車に搭載しています。

読むのに 5 分です。

この記事では、燃料噴射システムなどの道路車両の部品に関する主要な情報をすべて説明します。今すぐ読み始めましょう！

この記事では、次のようなよくある質問に対する答えを簡単に見つけることができます。

注射システムとは何ですか?またどのように機能しますか?
注入スキームの主な種類。
燃料噴射とは何ですか?それがエンジンの性能にどのような影響を及ぼしますか?

燃料噴射システムとは何ですか?またその仕組みは何ですか?

現代の自動車にはさまざまなガソリン供給システムが装備されています。燃料噴射システム、または噴射システムとも呼ばれるシステムは、ガソリン混合物を供給します。最新のエンジンでは、噴射システムがキャブレターの電源に完全に取って代わりました。それにもかかわらず、それぞれに独自の長所と短所があるため、今日に至るまで、どちらが優れているかについてドライバーの間で単一の意見はありません。燃料噴射システムの動作原理と種類を理解する前に、その要素を理解する必要があります。したがって、燃料噴射システムは次の基本要素で構成されます。

スロットルバルブ;
受信機;
4つのノズル。
チャネル。

次に、エンジンへの燃料供給システムの動作原理を見てみましょう。空気の供給はスロットルバルブで調整され、4つに分けられる前にレシーバーに溜まります。レシーバー内の総質量流量または圧力が測定されるため、空気質量流量を正確に計算するにはレシーバーが必要です。レシーバーは、空気消費量が多いときにシリンダーの空気不足の可能性を排除し、始動時の脈動を滑らかにするのに十分なサイズでなければなりません。 4 つのインジェクターは、吸気バルブのすぐ近くのチャネルに配置されています。

燃料噴射システムはガソリンエンジンとディーゼルエンジンの両方に使用されます。さらに、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンのガソリン供給の設計と動作原理には大きな違いがあります。ガソリンエンジンでは、燃料供給の助けを借りて均一な混合気が形成され、火花によって強制的に点火されます。ディーゼルエンジンでは、混合燃料が高圧で供給され、混合燃料が熱風と混合されてほぼ即座に点火します。圧力によって、噴射される混合燃料の量が決まり、したがってエンジン出力が決まります。したがって、エンジン出力は圧力に正比例します。つまり、燃料供給圧力が高いほどエンジン出力は大きくなります。燃料混合図は車両の不可欠な部分です。あらゆる噴射スキームの主な動作「器官」はノズルです。

ガソリンエンジンの燃料噴射システム

混合気の形成方法に応じて、中央噴射式、直接式、分散式などの方式があります。ポートおよび中央噴射システムはプレ噴射方式です。つまり、それらへの噴射は、吸気マニホールドにある燃焼室に到達することなく行われます。

集中噴射（またはシングル噴射）は、インテークマニホールドに取り付けられた単一のインジェクターを使用して行われます。現時点では、このタイプのシステムは製造されていませんが、依然として乗用車に搭載されています。このタイプは非常にシンプルで信頼性が高いですが、燃料コストが増加し、環境性能が低くなります。

分配燃料噴射とは、気筒ごとに独立した燃料インジェクターを通じて混合燃料をインテークマニホールドに供給することです。空気と燃料の混合物がインテークマニホールド内に形成されます。これは、ガソリンエンジンで最も一般的な混合燃料噴射方式です。分散型の第一の主な利点は効率です。さらに、1 サイクルでの燃料のより完全な燃焼により、このタイプの噴射を備えた機械は、有害な排出物による環境への害が少なくなります。燃料混合物を正確に投与することで、極端な条件下での運転中に予期せぬ故障が発生するリスクがほぼゼロに減少します。このタイプの噴射システムの欠点は、設計が非常に複雑で、完全に電子機器に依存していることです。コンポーネントの数が多いため、このタイプの修理と診断はカーサービスセンターでのみ可能です。

最も有望な燃料供給方式の 1 つは、直接燃料噴射システムです。混合気はすべてのシリンダーの燃焼室に直接供給されます。この供給方式により、すべてのエンジン動作モードの動作中に混合気の最適な組成を生成し、圧縮レベル、燃料効率を向上させ、出力を向上させ、有害な排出物を削減することが可能になります。このタイプの注入の欠点は、設計が複雑であることと、操作要件が高いことです。排気ガスとともに大気中への粒子状物質の排出レベルを削減するために、単一の内燃エンジンにガソリンを直接分散供給する方式を組み合わせた複合噴射が使用されます。

エンジンの燃料噴射は電子的または機械的に制御できます。電子制御が最善であると考えられており、可燃性混合物を大幅に節約し、有害な排出物を削減します。回路内の燃料混合物の噴射は、パルス的または連続的に行うことができます。最も有望で経済的なのは、最新のタイプをすべて使用するパルス燃料噴射です。エンジンでは、この回路は通常、点火と組み合わされて、燃料供給と点火の複合回路を形成します。燃料供給回路の機能の調整は、エンジン制御回路のおかげで確実に行われます。

この記事が問題の解決策を見つけるのに役立ち、このトピックに関連するすべての質問に対する回答が得られたことを願っています。交通ルールを守って旅行の際は気をつけてください！

今日のガソリンエンジンの直接燃料噴射システムは、最も先進的かつ現代的なソリューションです。直噴式の最大の特徴は、燃料がシリンダーに直接供給されることです。

このため、このシステムは直接燃料噴射とも呼ばれます。この記事では、直噴エンジンがどのように機能するのか、またそのような設計にはどのような利点と欠点があるのかを見ていきます。

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直接燃料噴射: 直接噴射システム設計

前述したように、これらのタイプの燃料はエンジンの燃焼室に直接供給されます。これは、インジェクターがガソリンを噴射してから混合気がシリンダーに入るのではなく、燃料を燃焼室に直接噴射することを意味します。

最初の直噴ガソリンエンジンが作られました。その後、この方式は広く普及し、その結果、今日ではこのような燃料供給システムが多くの有名な自動車メーカーのラインナップに組み込まれています。

例えば、VAG の懸念では、直接燃料噴射を採用した大気エンジンやターボチャージャー付きエンジンを搭載したアウディやフォルクスワーゲンの多くのモデルが発表されました。直噴エンジンは、BMW、フォード、GM、メルセデスなどでも製造されています。

直接燃料噴射は、システムの高効率 (分散噴射と比較して約 10 ～ 15%) に加え、シリンダー内の作動混合気のより完全な燃焼と排気ガスの毒性の低減により、非常に普及しました。

直噴システムの設計上の特徴

そこで、いわゆる層状噴射を備えた FSI エンジンを例に挙げてみましょう。システムには次の要素が含まれます。

高圧回路;
ガソリン;
圧力調整器。
燃料レール。
高圧センサー;
噴射ノズル。

まずは燃料ポンプから始めましょう。このポンプは高圧を生成し、その圧力下で燃料が燃料レールおよびインジェクターに供給されます。ポンプにはプランジャーがあり (複数のプランジャー、またはロータリータイプのポンプでは 1 つのプランジャーがあります)、吸気カムシャフトによって駆動されます。

RTD (燃料圧力レギュレーター) はポンプに統合されており、インジェクターの噴射に対応する燃料の適量供給を担当します。インジェクターに燃料を分配するには、燃料レール（燃料レール）が必要です。また、この要素の存在により、回路内の燃料の圧力サージ（脈動）を回避できます。

ちなみに、この回路ではレールにある特別なヒューズバルブが使用されています。このバルブは、燃料圧力が高くなりすぎるのを防ぎ、システムの個々の要素を保護するために必要です。燃料が加熱されると膨張する傾向があるため、圧力の上昇が発生する可能性があります。

高圧センサーは、燃料レール内の圧力を測定するデバイスです。センサーからの信号はセンサーに送信され、燃料レール内の圧力を変化させることができます。

噴射ノズルに関しては、このエレメントは燃焼室内に燃料をタイムリーに供給して霧化し、必要な燃料と空気の混合物を生成します。説明したプロセスは制御下で行われることに注意してください。このシステムは、各種センサー群、電子制御ユニット、アクチュエーターなどから構成されています。

直噴システムについて言えば、高圧燃圧センサーとともに、DPRV、インテークマニホールド内の気温センサー、冷却水温度センサーなどがその作動に使用されます。

これらのセンサーの動作により、ECU は必要な情報を受信し、その後ユニットがアクチュエーターに信号を送信します。これにより、ソレノイドバルブ、インジェクター、安全バルブ、その他多くの要素の調整された正確な動作を実現することが可能になります。

直噴燃料噴射システムはどのように機能するのでしょうか?

直接噴射の主な利点は、さまざまなタイプの混合物形成を実現できることです。言い換えれば、このようなパワーシステムは、エンジンの運転モード、温度、内燃機関の負荷などを考慮して、作動混合気の組成を柔軟に変更することができます。

層ごとの混合物形成、化学量論的混合物形成、および均一混合物形成を区別する必要があります。最終的に最も効率的な燃料消費を可能にするのは、この混合物の形成です。内燃エンジンの動作モードに関係なく、混合気は常に高品質であることが判明し、ガソリンが完全に燃焼し、エンジンがより強力になり、同時に排気ガスの毒性が軽減されます。

層ごとの混合気の形成は、エンジン負荷が低または中、クランクシャフト速度が低いときに作動します。簡単に言うと、このようなモードでは、コストを節約するために混合気がやや薄めになります。化学量論的混合物の形成には、濃すぎずに容易に可燃性の混合物を調製することが含まれます。
均一な混合気の形成により、エンジンの高負荷時に必要となる、いわゆる「パワー」混合気を得ることが可能になります。希薄で均質な混合気では、コストをさらに節約するために、パワーユニットは過渡モードで動作します。
成層混合気モードが作動すると、スロットルバルブは大きく開き、吸気フラップは閉じます。燃焼室に空気が高速で供給されるため、空気の流れに乱れが生じます。燃料は圧縮行程の終わりに向かって噴射され、点火プラグが配置されている領域に噴射されます。

点火プラグに火花が発生する少し前に、空気過剰率が 1.5 ～ 3 の混合気が形成されます。その後、混合物は火花によって点火されますが、点火ゾーンの周囲には十分な量の空気が残ります。この空気は温度の「断熱材」として機能します。

均一な化学量論混合気の形成を考慮すると、このプロセスは吸気フラップが開いているときに発生し、同時にスロットルバルブも (アクセルペダルの踏み込み具合に応じて) ある角度または別の角度に開いています。

この場合、燃料は吸気行程中に噴射され、均一な混合気が得られます。過剰空気の係数は 1 に近い値になります。この混合物は容易に点火し、燃焼室の容積全体が完全に燃焼します。

スロットルバルブが完全に開き、吸気フラップが閉じると、希薄で均一な混合気が生成されます。この場合、シリンダー内では空気が活発に移動し、吸気行程中に燃料噴射が行われる。 ECM は過剰空気を 1.5 に維持します。

きれいな空気に加えて、排気ガスを加えることができます。これは仕事のおかげで起こります。その結果、エンジンに損傷を与えることなく、排気ガスがシリンダー内で再び「燃え尽き」ます。同時に、大気中への有害物質の排出レベルも削減されます。

結果はどうなりましたか?

ご覧のとおり、直噴により低燃費だけでなく、低・中・高負荷モードのいずれにおいても優れたエンジン性能を発揮します。換言すれば、直噴の存在は、内燃機関のすべての運転モードにおいて最適な混合気組成が維持されることを意味する。

欠点としては、直噴の唯一の欠点は、修理時の複雑さの増加とスペアパーツの価格、および燃料の品質と燃料フィルターとエアフィルターの状態に対するシステムの感度が高いことです。

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ほぼすべての自動車の最も重要なオペレーティングシステムの 1 つは燃料噴射システムです。これは、特定の瞬間にエンジンが必要とする燃料の量がこのシステムのおかげで決定されるためです。今日は、いくつかのタイプの例を使用してこのシステムの動作原理を説明し、既存のセンサーとアクチュエーターについても説明します。

1. 燃料噴射システムの特徴

現在製造されているエンジンでは、キャブレターシステムは長い間使用されておらず、より新しく改良された燃料噴射システムに完全に置き換えられています。燃料噴射は、通常、車両エンジンのシリンダー内に液体燃料を定量的に供給するシステムと呼ばれます。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの両方に取り付けることができますが、設計と動作原理が異なることは明らかです。ガソリンエンジンで使用すると、噴射中に均一な混合気が現れ、点火プラグの影響で強制的に点火します。

ディーゼルエンジンタイプの場合、燃料噴射は非常に高い圧力の下で実行され、必要な部分の燃料が熱風と混合され、ほぼ即座に点火されます。噴射される燃料の量、同時にエンジンの総出力は噴射圧力によって決まります。したがって、圧力が高くなるほど、パワーユニットの出力も高くなります。

現在、このシステムにはかなりの種類の多様性があり、主なタイプとしては、直接噴射システム、単噴射システム、機械式システム、分散システムなどがあります。

直接燃料噴射システムの動作原理は、ノズルを使用して液体燃料がエンジンシリンダー (たとえば、ディーゼルエンジンなど) に直接供給されることです。この方式は、第二次世界大戦中に軍用航空で初めて使用され、戦後の一部の自動車で使用されました (最初のモデルは Goliath GP700 でした)。しかし、当時の直噴システムは、作動に必要な高価な高圧燃料ポンプと独自のシリンダーヘッドが原因で十分な普及を得ることができませんでした。

その結果、エンジニアはシステムの動作精度と信頼性を決して達成できませんでした。 20 世紀の 90 年代初頭になって初めて、環境基準の厳格化により、直接噴射への関心が再び高まり始めました。このようなエンジンの生産を最初に開始した企業の中には、次のようなものがあります。 三菱、メルセデス・ベンツ、プジョー・シトロエン、フォルクスワーゲン、BMW。

一般に、直噴はパワーシステムの進化の頂点と言えるでしょう...このようなエンジンは燃料品質の点で非常に要求が高く、希薄混合気を使用すると窒素酸化物も大量に排出されます。エンジン設計を複雑にすることで対処する必要があります。

シングルポイントインジェクション (「モノインジェクション」または「セントラルインジェクション」とも呼ばれます) は、20 世紀の 80 年代にキャブレターの代替として使用され始めたシステムです。特に動作原理が非常に似ているためです。 : 空気流はインテークマニホールド中に燃料液体と混合されますが、複雑で敏感なキャブレターはインジェクターに置き換えられました。もちろん、システム開発の初期段階では電子機器はまったくなく、ガソリンの供給は機械装置によって制御されていました。しかしながら、いくつかの欠点にもかかわらず、噴射の使用は依然としてエンジンの出力レベルをはるかに高め、燃料効率を大幅に向上させた。

そしてすべて同じノズルのおかげで、液体燃料をより正確に投与し、小さな粒子に噴霧することが可能になりました。空気との混合の結果、均一な混合物が得られ、車の運転条件やエンジンの動作モードが変化すると、その組成はほぼ瞬時に変化しました。確かに、いくつかの欠点もありました。たとえば、ほとんどの場合、ノズルは以前のキャブレターの本体に取り付けられており、かさばるセンサーによりエンジンの「呼吸」が困難になっていたため、シリンダーに入る空気の流れは大きな抵抗にさらされました。理論的には、このような欠陥は簡単に解消できますが、燃料混合物の分配が不十分なため、当時は誰も何もすることができませんでした。おそらくこれが、現代においてシングルポイント注射が非常に珍しい理由です。

機械式噴射システムは 20 世紀の 30 年代後半に登場し、航空機の燃料供給システムに使用され始めました。それは、高圧燃料ポンプと個々のシリンダーごとに密閉型インジェクターを使用する、ディーゼル由来のガソリン噴射システムの形で提示されました。それらを車に取り付けようとしたところ、設計が非常に複雑でコストが高かったため、キャブレター機構の競争に耐えられないことが判明しました。

1949 年に初めて低圧噴射システムがメルセーデス車に搭載され、すぐに性能特性の点でキャブレター式燃料システムを上回りました。この事実は、内燃機関を搭載した自動車のガソリン噴射のアイデアのさらなる開発に刺激を与えました。価格政策と動作の信頼性の観点から、この点で最も成功したのはBOSCHの機械システム「K-Jetronic」でした。その大量生産は 1951 年に確立され、すぐにヨーロッパの自動車メーカーのほぼすべてのブランドに普及しました。

燃料噴射システムのマルチポイント (分散) バージョンは、個々のシリンダーの吸気管に取り付けられた個別のノズルの存在によって以前のシステムと異なります。その役割は、燃料を吸気バルブに直接供給することです。つまり、燃料混合物が燃焼室に入る直前に準備されることになります。当然のことながら、そのような条件下では、各シリンダーの組成は均一であり、品質はほぼ同じになります。その結果、エンジン出力と燃費が大幅に向上し、排気ガスの毒性レベルが低減されます。

分散型燃料噴射システムの開発の過程では、時には特定の困難に遭遇することもありましたが、それでも改良が続けられました。初期段階では、以前のバージョンと同様に機械的に制御されていましたが、電子機器の急速な発展により効率が向上しただけでなく、モーター設計の他のコンポーネントと動作を調整する機会も与えられました。したがって、最新のエンジンは、必要に応じてドライバーに故障について信号を送り、独立して緊急動作モードに切り替えるか、セキュリティシステムのサポートを受けて、制御における個々のエラーを修正できることがわかりました。しかし、システムはこれらすべてを特定のセンサーの助けを借りて実行します。センサーは、システムの一部または別の部分の活動のわずかな変化を記録するように設計されています。主なものを見てみましょう。

2. 燃料噴射システムセンサー

燃料噴射システムのセンサーは、情報を記録してアクチュエーターからエンジン制御ユニットに送信し、またその逆に送信するように設計されています。これには次のデバイスが含まれます。

その感応要素は排気 (排気) ガスの流れの中に配置されており、動作温度が摂氏 360 度に達すると、センサーは独自の EMF を生成し始めます。この EMF は、排気ガス中の酸素の量に正比例します。実際には、フィードバックループが閉じている場合、酸素センサーの信号は 50 ～ 900 ミリボルトの間で急速に変化する電圧になります。電圧が変化する可能性は、化学量論点付近で混合物の組成が常に変化することによって引き起こされ、センサー自体は交流電圧の生成には適していません。

電源に応じて、発熱体へのパルス電力供給と定電力供給の 2 種類のセンサーがあります。パルスバージョンでは、酸素センサーは電子制御ユニットによって加熱されます。ウォームアップしていない場合、内部抵抗が高く、独自の EMF を生成できなくなります。つまり、コントロールユニットは指定された安定した基準電圧のみを「認識」します。センサーが暖まると、内部抵抗が減少し、センサー自体の電圧を生成するプロセスが開始され、これがすぐに ECU に認識されます。制御ユニットにとって、これは混合組成を調整するために使用する準備ができているという信号です。

車のエンジンに入る空気の量の推定値を取得するために使用されます。これは電子エンジン制御システムの一部です。このデバイスは、気温センサーや大気圧センサーなど、測定値を調整する他のセンサーと組み合わせて使用できます。

エアフローセンサーは、電流によって加熱される 2 本のプラチナフィラメントで構成されています。 1 つのスレッドはそれ自体に空気を通し (この方法で冷却します)、2 つ目のスレッドは制御要素です。最初のプラチナスレッドを使用して、エンジンに入る空気の量が計算されます。

エアフローセンサーから受け取った情報に基づいて、ECU は所定のエンジン動作条件で理論空燃比を維持するために必要な燃料の必要量を計算します。さらに、電子ユニットは受信した情報を使用してモーターの動作点を決定します。現在、空気の質量流量を制御するセンサーには、超音波、風見鶏 (機械式)、熱線など、いくつかの異なるタイプがあります。

冷却水温度センサー (CTS)。これはサーミスタ、つまり電気抵抗が温度インジケーターに応じて変化する抵抗器の形をしています。サーミスタはセンサ内部にあり、温度計の負の抵抗係数（加熱により抵抗力が減少する）を表します。

したがって、冷却剤温度が高い場合、センサー抵抗は低くなり (摂氏 130 度で約 70 オーム)、低温ではセンサー抵抗が高くなります (摂氏 -40 度で約 100800 オーム)。他のほとんどのセンサーと同様、このデバイスは正確な結果を保証しません。つまり、冷却水温度センサーの抵抗の温度インジケーターへの依存性についてのみ説明できます。一般に、説明されているデバイスは実際には故障しませんが、場合によっては重大な「間違い」があります。

. スロットルパイプに取り付けられ、バルブ自体の軸に接続されます。これは 3 つの端を持つポテンショメータの形で表されます。一方には正の電力 (5V) が供給され、もう一方はグランドに接続されます。 3 番目のピン (スライダーから) は出力信号をコントローラーに送信します。ペダルを踏みながらスロットルバルブを回すとセンサー出力電圧が変化します。スロットルバルブが閉状態にある場合、その電圧は 0.7 V 未満であり、バルブが開き始めると電圧が増加し、全開位置では 4 V 以上になるはずです。センサーとコントローラーは、スロットルバルブの開度に応じて燃料供給量を補正します。

コントローラー自体がデバイスの最小電圧を決定し、それをゼロ値として扱うことを考慮すると、このメカニズムは調整の必要がありません。一部の自動車愛好家によると、スロットルポジションセンサー (国産の場合) はシステムの中で最も信頼性の低い要素であり、定期的な交換 (多くの場合 20 km 後) が必要です。すべて問題ないのですが、特に高品質のツールがなければ、交換はそれほど簡単ではありません。重要なのは固定方法です。通常のドライバーでは底部のネジを外すことはできそうにありませんし、外せたとしても非常に困難です。

さらに、工場で締め付けられると、ネジはシーラント上に「固定」され、ネジを緩めるときにキャップが外れるような方法で「密閉」されます。この場合、スロットルアセンブリ全体を完全に取り外すことをお勧めします。最悪の場合、スロットルアセンブリが作動状態にないことが完全に確信できる場合に限り、無理に取り外す必要があります。

. クランクシャフトの速度と位置に関する信号をコントローラーに送信する役割を果たします。この信号は、クランクシャフトの回転中にセンサーによって生成される一連の繰り返し電圧パルスです。受信したデータに基づいて、コントローラーはインジェクターと点火システムを制御できます。クランクシャフトポジションセンサーは、クランクシャフトプーリー（58枚の歯が円形に配置されている）から1ミリメートル（+0.4ミリメートル）の距離にあるオイルポンプカバーに取り付けられています。

「同期パルス」を生成できるようにするために、プーリーの歯は 2 つありますが、実際には 56 個あります。ディスクの歯が回転すると、センサーの磁場が変化し、パルス電圧が生成されます。。センサーからのパルス信号の性質に基づいて、コントローラーはクランクシャフトの位置と速度を決定することができ、それにより点火モジュールとインジェクターの動作の瞬間を計算することが可能になります。

クランクシャフトポジションセンサーは、ここで挙げたセンサーの中で最も重要であり、この機構に故障が発生すると、車のエンジンが作動しなくなります。 スピードセンサー。このデバイスの動作原理はホール効果に基づいています。その仕事の本質は、車両の駆動輪の回転速度に正比例する周波数で電圧パルスをコントローラーに送信することです。ハーネスブロックの接続コネクタに基づいて、すべてのスピードセンサーにいくつかの違いがある場合があります。たとえば、角型コネクタは Bosch システムで使用され、丸型コネクタは January 4 および GM システムに対応します。

速度センサーからの発信信号に基づいて、制御システムは燃料カットしきい値を決定したり、電子車両速度制限を設定したりできます (新しいシステムで利用可能)。

カムシャフトポジションセンサー（または「位相センサー」とも呼びます）は、カムシャフトの角度を決定し、対応する情報を車両の電子制御ユニットに送信するように設計されたデバイスです。その後、受信したデータに基づいて、コントローラーは点火システムと各シリンダーへの燃料供給を制御することができ、これが実際の動作となります。

ノックセンサー内燃機関の爆発衝撃を検索するために使用されます。構造的な観点から見ると、これはシリンダーブロック上に配置されたハウジングに封入された圧電セラミックプレートです。現在、ノックセンサーには、共鳴式と最新のブロードバンド式の 2 種類があります。共振モデルでは、信号スペクトルの一次フィルタリングはデバイス自体の内部で実行され、その設計に直接依存します。したがって、エンジンの種類が異なれば、共振周波数が異なるノックセンサのモデルも使用されることになる。広帯域タイプのセンサーは爆発騒音範囲でスムーズな応答を示し、信号は電子制御ユニットによってフィルター処理されます。現在、共鳴ノックセンサーは量産車モデルには取り付けられていません。

絶対圧センサー。気圧の変化や高度の変化によって発生する気圧の変化を追跡します。気圧は、エンジンがクランキングを開始する前に、イグニッションがオンになったときに測定できます。電子制御ユニットを使用すると、エンジンの運転中、つまりエンジン回転数が低く、スロットルバルブがほぼ完全に開いているときに、気圧データを「更新」することができます。

また、絶対圧センサーを使用することで、吸気管内の圧力変化を計測することが可能です。圧力の変化は、エンジン負荷とクランクシャフト速度の変化によって生じます。絶対圧力センサーはそれらを特定の電圧を持つ出力信号に変換します。スロットルが閉じた位置にある場合、絶対圧力出力は比較的低い電圧信号を生成しますが、スロットルを広く開くと高電圧信号を生成します。高い出力電圧が現れるのは、大気圧と全開時の吸気管内の圧力との対応関係で説明されます。配管内の圧力は、センサー信号に基づいて電子制御ユニットによって計算されます。圧力が高いことが判明した場合は、燃料流体の供給量を増やす必要があり、圧力が低い場合は、逆に、燃料流体の供給量を減らす必要がある。

(ECU)。これはセンサーではありませんが、説明されているデバイスの動作に直接関係しているため、このリストに含める必要があると考えました。 ECUは燃料噴射システムの「中枢」であり、各種センサーから受け取る情報データを常に処理し、それに基づいて出力回路（電子点火装置、インジェクター、アイドルエアコントロール、各種リレー）を制御します。コントロールユニットにはシステムの異常を認識し、「CHECK ENGINE」警告灯を使用してドライバーに警告する診断システムが組み込まれています。さらに、故障の特定の領域を示す診断コードをメモリに保存するため、修理作業がはるかに簡単になります。

ECU には 3 種類のメモリが含まれています。プログラマブル読み取り専用メモリ (RAM および EEPROM)、ランダムアクセスメモリ (RAM または RAM)、および電気的にプログラマブルメモリ (EEPROM または EEPROM)。 RAM は、測定結果、計算、中間データを一時的に保存するためにユニットのマイクロプロセッサによって使用されます。このタイプのメモリはエネルギー供給に依存しているため、情報を保存するには一定の安定した電源が必要です。停電が発生した場合、RAM 内のすべてのトラブルシューティングコードと計算情報は即座に消去されます。

PROM には、必要なコマンドのシーケンスとさまざまな校正情報を含む一般的なオペレーティングプログラムが保存されます。前のオプションとは異なり、このタイプのメモリは揮発性ではありません。 EEPROM は、イモビライザー (盗難防止システム) のパスワードを一時的に保存するために使用されます。コントローラーがイモビライザー制御ユニット (存在する場合) からこれらのコードを受信した後、EEPROM に既に保存されているコードと比較され、エンジンの始動を許可または禁止する決定が行われます。

3. 噴射システムアクチュエーター

燃料噴射システムのアクチュエータは、インジェクタ、燃料ポンプ、点火モジュール、アイドル速度コントローラ、冷却ファン、燃料消費信号、および吸着器の形で表されます。それぞれを詳しく見てみましょう。ノズル。規格化された性能の電磁弁として機能します。特定の動作モードに対して計算された一定量の燃料を噴射するために使用されます。

ガソリンポンプ。これは燃料を燃料レールに移動させるために使用され、その圧力は真空機械式圧力調整器を使用して維持されます。システムの一部のバージョンでは、燃料ポンプと組み合わせることができます。

点火モジュール火花プロセスを制御するために設計された電子デバイスです。エンジンシリンダー内の混合気に点火するための 2 つの独立したチャネルで構成されています。このデバイスの最新の修正バージョンでは、低電圧要素が ECU で定義されており、高電圧を得るために、2 チャンネルのリモート点火コイルが使用されるか、点火プラグ自体に直接配置されたコイルが使用されます。。

アイドルスピードレギュレーター。その役割は、アイドルモードで指定された速度を維持することです。レギュレーターは、スロットルボディ内のエアバイパスチャネルを制御するステッピングモーターの形で提供されます。これにより、特にスロットルが閉じているときに、エンジンの動作に必要な空気の流れが提供されます。冷却システムファンは、名前が示すように、部品の過熱を防ぎます。これは、冷却水温度センサーからの信号に応答する ECU によって制御されます。通常、オン位置とオフ位置の差は 4 ～ 5°C です。

燃費信号– 計算された使用燃料 1 リットルあたり 16,000 パルスの比率でトリップコンピューターに送信されます。もちろん、インジェクターを開くのに費やした合計時間に基づいて計算されるため、これらはおおよそのデータにすぎません。さらに、測定誤差の仮定を補償するために必要な特定の経験的係数が考慮されます。計算の不正確さは、範囲の非線形部分でのインジェクターの動作、非同期燃料戻り、およびその他の要因によって引き起こされます。