Принцип работы инжекторного двигателя внутреннего сгорания. Устройство форсунки инжектора - что подает топливо в мотор

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.

В данной статье будет рассмотрен принцип работы инжектора и всех его основных узлов. Это достаточно перспективная система, которая на данный момент используется на всех автомобилях, независимо от их ценовой группы. Но ведь не стоит забывать о том, что впервые такие конструкции начали использоваться массово в 70-х и 80-х годах. Причем поначалу инжекторы были без использования электронных компонентов. Конечно, они могли присутствовать, но в минимальном количестве. Также стоит провести сравнение инжекторной и карбюраторной системы впрыска топлива.

Карбюратор против инжектора

Пожалуй, среди поклонников карбюратора остаются лишь те, которые любят стартовать со светофора. Причина - карбюратор позволяет на низах развить большой крутящий момент и мощность. Инжекторная система впрыска, даже идеально настроенная, рядом не стоит. Простота карбюратора и стоимость обслуживания тоже дают небольшое преимущество. Но вот что касается мощности и крутящего момента на высоких оборотах, то инжектор здесь выигрывает, причем с большим отрывом. Другими словами, при совершении обгона ваш автомобиль более приемистым будет в том случае, если установлен инжекторный впрыск. Также имеется возможность увеличения мощности путем установки турбины - устройства, способного нагнетать в систему впрыска избыточное давление воздуха. За счет этого повышается мощность двигателя во много раз. Конечно же, страдает ресурс, но чем не пожертвуешь ради эффектной езды?

Этапы развития инжекторного впрыска

На знаменитых «сигарах» «Ауди 100» использовался механический инжектор. Принцип работы его можно сравнить с системой топливоподачи в дизельных моторах. При помощи механического насоса и такого же привода форсунок производилась подача топливовоздушной смеси в камеры сгорания. Конечно, нельзя не упомянуть и о переходном звене - карбюраторах с электронным управлением. Использовались они на малом количестве автомобилей, причем исключительно японского производства. Жители Страны восходящего солнца очень любят разнообразные электронные гаджеты и по сей день. Но электронные карбюраторы были недолго популярны, в конце 80-х началась их эра и моментально закончилась. Между прочим, на автомобилях ВАЗ-2110, например, устанавливались карбюраторы без тросика «подсоса». Регулировка подачи воздуха осуществлялась автоматически, при помощи специальной заслонки, которая меняла свое положение по мере прогрева двигателя. Но сегодня большую популярность получили инжекторы, конструкции которых стали уже классическими. Вот их и стоит рассмотреть более детально, разобрать по составляющим.

Топливный насос

Это сердце всей топливной системы, так как с его помощью происходит циркуляция бензина. Состоит он из следующих элементов:

1. Фильтр (в народе называется он «памперс», так как имеет завидное сходство).
2. Электродвигатель постоянного тока.
3. Помпа, приводимая в движение двигателем.
4. (конструктивно он объединен с топливным насосом).

Располагается насос непосредственно в баке, крепится при помощи гаек. Доступ к нему можно получить, если поднять заднее сиденье. Во всех автомобилях, будь то старенькая «десятка» либо же новая «японка», находится бензонасос именно под сиденьем. Конечно, снятие и установка будут производиться на всех машинах по-разному. От насоса к рампе проложена топливная магистраль. Она должна выдерживать большое давление, поэтому всегда следите за ее состоянием. Параллельно этой магистрали прокладывается трубка, которая возвращает избытки бензина обратно в бак. Довольно прост принцип работы бензонасоса. Инжектор функционирует за счет избыточного давления, создаваемого помпой.

Топливная рампа

Она устанавливается непосредственно на двигателе. Ее миссия заключается в том, чтобы удерживать в себе смесь бензина и воздуха под определенным давлением. Именно в ней происходит процесс соединения двух составляющих горючей смеси - бензина и воздуха. Причем пропорция всегда должна быть одинаковой - 14 частей воздуха на одну бензина. Только в таком случае двигатель будет работать максимально устойчиво, стабильно, экономично. К рампе произведено подключение таких механизмов, как дроссельная заслонка, электромагнитные форсунки, клапан сброса. Между прочим, именно в топливной рампе производится установка датчика давления топлива. Но про него и все остальные электронные компоненты будет рассказано дальше. Стоит заметить, что инжектор Вентури, принцип работы которого аналогичен рассмотренной в статье системе, имеет очень широкое применение, причем не только в автомобилях.

Форсунки

При помощи этих устройств производится подача топливовоздушной смеси в камеры сгорания всех цилиндров. Что же это за механизмы? Если вы знаете сносно конструкцию карбюраторов, то вспомните про электромагнитный клапан. Вот именно у него конструкция очень похожа на ту, которую вы можете видеть у форсунок. У них имеется обмотка, на которую подается постоянное напряжение. Игольчатый клапан при подаче напряжения открывает путь для прохождения топлива. Вся эта смесь под давлением распыляется в камеры сгорания. Обратите внимание, что форсунки должны распылять топливо таким образом, чтобы оно заполняло как можно больше камеру сгорания. Прост в понимании принцип работы форсунки инжектора, с ее помощью производится распыление. Топливовоздушная смесь в этот момент похожа на туман, в определенном объеме воздуха бензин находится во взвешенном состоянии. Следовательно, воспламенение происходит намного быстрее и лучше, нежели в случае с карбюраторной системой.

Дроссельная заслонка

Откройте капот автомобиля и внимательно посмотрите, что находится под ним. Вы увидите воздушный фильтр, который обычно прикручен к «телевизору» - передней части машины. От него идет небольшой патрубок, соединенный с отрезком пластиковой трубы, к которому подключены провода. Это датчик, который измеряет расход двигателем воздуха. А вот после него находится заслонка. С ее помощью происходит регулировка подачи воздуха в топливную рампу. Но тут нужно взглянуть на принцип работы инжектора. Ведь необходимо заметить, что при полностью закрытой заслонке небольшая часть воздуха все равно поступает в топливную систему, чтобы обеспечить оптимальное значение числа оборотов двигателя. И происходит это при помощи одного специфического исполнительного механизма - регулятора холостого хода (неправильно его называть датчиком, так как это шаговый электродвигатель, он никаких измерений не производит). Этот механизм открывает и закрывает при необходимости канал, по которому поступает воздух в топливную рампу.

Электронный блок управления

Без этого элемента инжекторной системы впрыска двигатель работать не сможет. Впрочем, иногда, даже если он и стоит, то это вовсе не означает, что двигатель будет заводиться и отменно работать. А дело все в том, что электронный блок управления построен на микропроцессоре. И он специально программируется для работы в качестве модуля управления всеми исполнительными устройствами на основании данных, полученных от датчиков. Следовательно, электронный блок управления должен иметь программу, написанную по определенному алгоритму. Причем этот алгоритм должен быть четким, чтобы микроконтроллер точно знал, что ему необходимо сделать, если, например, появится сигнал с без которого не может существовать ни один современный инжектор. Принцип работы двигателя как с инжектором, так и с карбюратором остается неизменным.

Датчики в автомобиле

Чтобы правильно и своевременно подать топливо во все цилиндры, а также импульсы на электроды свечей зажигания, необходимо максимально точно считывать все параметры работы двигателя. В частности, важно знать, какая частота вращения у коленчатого вала. Также не помешают данные о том, какое давление в топливной рампе. Если же необходима остановка двигателя в автоматическом режиме при недостаточной смазке, то производится подключение датчика давления масла. При этом нужно прописывать его функции в алгоритме блока управления, конечно же, принцип работы инжектора в таком случае немного изменится. Также следует знать и про детонацию, ведь она многое может сказать о том, насколько правильно функционирует двигатель внутреннего сгорания. В современных автомобилях контролируется даже состав газа в выхлопной системе. Это происходит при помощи двух датчиков кислорода. И самое главное - это, конечно же, расход воздуха. Без знания этого параметра попросту невозможно осуществить правильное смесеобразование.

Заключение

Несмотря на кажущуюся сложность конструкции, принцип работы инжектора ВАЗ-2110, как и любого другого автомобиля, очень простой. Можно даже провести аналогию с обычным компрессором, оснащенным краскопультом. Конечно, это будет упрощенный вариант системы, форсунка только одна, блока управления сложного нет. Но суть примерно такая же. Проще разобраться с процессами, протекающими в двигателе с инжекторной системой впрыска, нежели исследовать разнообразные завихрения и перепады давления в карбюраторной. А если досконально изучить конструкцию, то вам не будет страшна никакая поломка датчиков всей системы управления.

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.

Инжектор (форсунка) – это элемент системы впрыска горючей смеси в двигатель транспортного средства. Иногда под понятием «инжектор» подразумевается вся система впрыска топлива.

Его предназначение – подача топлива дозами к двигателю, распыление топлива, приготовление воздушно-топливной смеси. Сегодня инжекторы устанавливают в системы впрыска двигателей большинства современных автомобилей, и бензиновых, и дизельных.

1. Виды инжекторов

Различают такие виды инжекторов по способу впрыска горючей смеси:

Электромагнитные.

Электрогидравлические.

Пьезоэлектрические.

Рассмотрим более детально каждый из видов.

Электромагнитный инжектор – обычно, такие инжекторы ставят на бензиновые двигатели (также и на те, что имеют систему непосредственного впрыска). Устройство этого типа инжекторов очень простое и включает сопло, электромагнитный клапан и иглу.

Процесс работы электромагнитного инжектора можно описать следующим образом. В нужный момент электронный блок подаёт напряжение на обмотку клапана. Создаётся электромагнитное поле, преодолевающее силу пружины и втягивающее якорь с иглой, что освобождает сопло. Потом производится впрыск топлива. Во время исчезновения напряжения, игла инжектора возвращается в исходное положение с помощью пружины.

Электрогидравлический инжектор – обычно, используют в дизельных двигателях (также в тех, которые оборудованы системой для впрыска Common Rail). Конструкция такого инжектора соединяет электромагнитный клапан, камеру управления, дроссели (впускной и сливной).

Электрогидравлические инжекторы работают на основе использования давления топлива во время впрыска и при его прекращении. По умолчанию клапан закрыт, а игла прижата к седлу давлением топлива на поршень. При этом впрыск не происходит, а давление на игле будет меньше давления, передаваемого на поршень. По сигналу из электронного блока открывается сливной дроссель, так как срабатывает электромагнитный клапан.

Топливо при этом течёт в сливную магистраль, а впускной дроссель не может быстро выровнять давление во впускной магистрали и камере управления. Из-за этого снижается давление на поршень. Что касается давления на иглу, то оно не меняется. Под действием такого давления игла поднимается и топливо впрыскивается.

Пьезоэлектрический инжектор – на сегодня это самый продвинутый прибор для впрыска топлива. Такой вид инжекторов устанавливают на дизельных двигателях с системой Common Rail. Они управляются с использование пьезоэффекта, основанном на том, что длина пьезокристалла меняется под напряжением.

Конструктивно пьезоэлектрический инжектор из пьезоэлемента и толкателя (переключает клапан и иглу в корпусе).

В основе работы этого вида инжекторов использован гидравлический принцип. В начальном положении игла за счёт давления топлива, посажена на седло. Когда на пьезоэлемент поступает сигнал, то его длина увеличивается, и он даёт усилие на толкатель , при чём происходит открытие клапана, и топливо идёт в сливную магистраль. Давление на иглу в верхней части падает, а за счёт давления в нижней части, игла поднимается и топливо впрыскивается. Количество топлива, которое нужно впрыснуть, определяется исходя из давления топлива в топливной рампе и длительности действия на пьезоэлемент.

Пьезоинжекторы срабатывают быстрее в четыре раза, нежели электромагнитные, что даёт возможность многократно впрыска в один цикл и точечной дозировки топлива.

Системы впрыска топлива в зависимости от количества инжекторов и мест подачи топлива подразделяются на такие виды:

Одноточечные (моновпрыск) – во впускном коллекторе предусмотрено всего один инжектор на все цилиндры.

Многоточечные (распределённые) – у каждого отдельного цилиндра присутствует индивидуальный инжектор, осуществляющий подачу топлива коллектору.

Непосредственные (прямого впрыска) – подача топлива осуществляется прямо в цилиндры при помощи инжекторов. Системы непосредственного впрыска дают самый лучший результат работы двигателя

2. Основные элементы инжекторной системы и принцип работы

Инжекторная система состоит из таких элементов:

Электрический бензонасос (осуществляет подачу топлива на инжектор).

Регулятор давления (даёт возможность поддерживать разницу в давлении на инжекторах и воздуха впускного коллектора).

Контроллер (делает обработку информации от разных датчиков и управляет системой зажигания и подачи топлива).

Датчики (передают контроллеру необходимую информацию для работы всей системы; в систему входят датчики детонации, температуры, коленчатого вала и т. д.). Инжектор (осуществляет впрыск топлива в двигательную систему).

Главными составляющими инжектора являются топливный фильтр, пружина, якорь, игла, штифт, электромагнитная обмотка, корпус, электрический контакт и уплотнительное кольцо. Самый важный элемент инжектора (форсунки) – сопло.

Рассмотрим принцип работы инжекторной системы.

Бензонасос создаёт давление и топливо, под этим давлением, подаётся на инжекторы. Клапан инжектора открывается и топливо попадает в коллектор (либо сразу в цилиндр, если впрыск прямой). Чем дольше клапан находится в открытом состоянии, тем большее количество топлива впрыскивается в цилиндр и, тем выше будут обороты двигателя. Длительностью открытия клапана управляет контроллер на основе информации, полученной из датчиков.

Эти датчики собирают информацию о всех параметрах работы двигателя – оборотах коленвала, температуре жидкости для охлаждения, расходе воздуха, скорости движения автомобиля , степени открытия дросселя, детонации, напряжении бортовой сети и других. Вся эта информация помогает выбрать самый оптимальный режим работы двигателя в любых условиях нагрузки.

За инжектором обязательно нужно ухаживать, чтобы он исправно работал. Во-первых, его регулярно нужно промывать (каждые 20-25 тыс. км), а во-вторых – заправлять автомобиль качественным бензином. Если долго не промывать инжектор, он может закоксоваться и тогда его вовсе придётся поменять. Содержание в топливе примесей и смол также не пойдёт на пользу инжекторам.

3. Краткая история инжектора

Принципы работы двигателя с инжекторной системой были известными ещё в конце 19 века, но ввиду сложной конструкции о таких двигателях долгое время не вспоминали.

Применение инжекторов в системах впрыска обусловил топливный кризис в 70-х годах и всеобщее внимание к окружающей среде в 80-х годах прошлого века. Карбюраторные двигатели выбрасывали в воздух очень много вредных отработанных веществ из-за сильного обогащения горючей смеси. Для уменьшения количества этих выбросов нужно было полностью менять двигательную систему.

Считается, что инжекторная система впрыска топлива родилась в 1951 году, когда корпорация Bosch установила такую систему на двухтактный двигатель Goliath 700 Sport. В 1954 году подобную систему установили на Mercedes-Benz 300 SL. А в 1967 году создали первый инжектор с электронным управлением.

Первые инжекторные двигатели были очень капризными и имели сложную механику. Зато такие отличались экологичностью и тяговитостью, а по своим характеристикам во многих аспектах превосходили карбюраторные системы.

Массовое же внедрение инжекторов началось с конца 70-х годов 20 века. Настоящий же «золотой век» инжекторов наступил в конце 20-го века с приходом электроники в автомобилестроение.

Сегодня двигатели с карбюраторными системами уже стали архаизмом. Современные транспортные средства оснащаются инжекторными системами впрыска топлива. Первые десять лет 21-го века почти завершили вытеснение карбюраторов в пользу инжекторов.

4. Плюсы и минусы инжекторов

Плюсы инжекторных систем:

Уменьшают расходы топлива благодаря правильной дозировке топлива.

Выхлопные газы с такими системами менее токсичны вследствие верно приготовленной воздушно-топливной смеси.

Повышают мощность двигателя на 8-10% (цилиндры наполняются более объёмно, а угол опережения зажигания установлен оптимально).

Система в автоматическом режиме корректирует параметры смеси при изменении нагрузок.

Не зависит от погодных условий.

Легко приводится в действие.

Минусы инжекторных систем:

Невысокая ремонтопригодность элементов системы в случае её поломки.

Высокая стоимость отдельных узлов системы и её ремонта.

Подписывайтесь на наши ленты в

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

← Вернуться