Двигатель внутреннего сгорания - весьма сложный и технологичный агрегат. С годами его конструкция совершенствуется, появляются новые системы и механизмы. Еще недавно на улицах можно было встретить карбюраторные автомобили. Сейчас даже «девятки» ездят на инжекторе. Считается, что это более современная система питания, которая позволяет увеличить производительность силового агрегата и снизить расход топлива. Не каждый знает, как работает инжектор. Что это такое, из чего состоит — узнаем из данного материала. Также рассмотрим особенности данной конструкции и принципы ее работы.
Характеристика
Название происходит от английского слова Inject, что дословно переводится как «впрыскивать». Что это такое - инжектор?
Это специальная форсунка, что устанавливается на двигатель внутреннего сгорания и является частью его системы питания, более усовершенствованный аналог карбюратора. Основная задача клапана инжектора - это распыление топливно-воздушной смеси в камере сгорания.
Впервые такая система была внедрена в начале 50-х годов на двухтактном двигателе купе Goliath 700. Спустя небольшое время начала появляться на «Мерседесах» (в том числе на модели 300 SL). Однако массовое вытеснение карбюраторов произошло лишь в 70-х годах. Немецкие производители начали использовать механический инжектор (также известный как «К-Джетроник»). С годами система получила электронное управление.
Инжектор на ВАЗе
До автомобилей ВАЗ он добрался лишь в нулевых годах. Первым автомобилем с таким мотором стала отечественная «десятка». Далее производитель начал устанавливать инжектор на ВАЗ-2114, 21099 и прочие модели. Эра карбюраторов прекратила свое существование.
Устройство инжектора
Если рассматривать саму форсунку, то она состоит из нескольких элементов:
- Фильтра тонкой очистки.
- Нажимной пружины.
- Электромагнита.
- Коннектора.
- Обмотки электромагнита.
- Резиновых уплотнителей.
- Иглы-клапана.
- Защитного кожуха.
Находится она между топливной рейкой и впускным коллектором.
Кроме этого, форсунка взаимодействует со следующими деталями:
- Топливным насосом (погружного типа, с электрическим приводом).
- Регулятором давления.
- Электронным блоком (основной управляющий элемент).
- Различными датчиками (температуры ДВС и концентрации СО в газах).
В зависимости от типа, инжектор (что это такое, мы уже знаем) может осуществлять подачу топлива напрямую в цилиндр либо во впускной коллектор. Последняя схема практиковалась на автомобилях с моновпрыском. Но вскоре автопроизводители перешли на более усовершенствованный, распределенный впрыск. В таком случае для каждого цилиндра стоит своя форсунка.
Принцип работы любого инжектора (8-клапанного ВАЗа в том числе) состоит в подаче бензина с воздухом через специальный клапан. А далее эта смесь поджигается свечей в камере, и поршень производит полезную работу.
Типы распределенного впрыска
Существует несколько способов подачи топлива на автомобилях с распределенным впрыском:
- Одновременный. В таком случае все инжекторы одновременно подают порцию бензина.
- Парно-параллельный. Клапан форсунок открывается парно. Так, одна открывается перед выпуском, другая - перед впрыском.
- Фазированный. В данном случае клапан инжектора открывается перед тактом впрыска.
- Прямой. Здесь подача смеси осуществляется прямо в камеру сгорания.
Чтобы состоялся впрыск, необходимо обеспечить в конструкции соответствующее давление. Его вырабатывает погружной электрический бензонасос. Находится он в баке. А количество подаваемого топлива и момент открытия клапана регулируются электронным блоком управления и датчиками, считывающими необходимую информацию.
На современных авто работа инжектора (2110 ВАЗ — не исключение) зависит от установленной в ЭБУ программы. Она может быть «залита» нештатно. Если речь идет об отечественных ВАЗах, то это «Январь» (обычно версии 5,1). Для чего это делается? Перепрошивка электронного блока позволяет более рационально использовать топливо и энергию для работы и движения автомобиля. В результате инжектор на 8 клапанов работает не хуже, чем 16-клапанный.
О вспомогательных элементах
Одного блока управления недостаточно для корректной работы инжектора. Поэтому такие авто оснащаются дополнительно каталитическим нейтрализатором и лямбда-зондом. Для чего нужен первый элемент? Он необходим для дожигания несгоревшего бензина, который вылетает из камеры вместе с отработавшими газами (последние также фильтруются, проходя сквозь соты внутри). Ресурс катализатора составляет около 120 тысяч километров. Часто соты элемента оплавляются, и газы не в состоянии пройти через них в полной мере. Это происходит из-за обогащенной смеси, которую подает инжектор. Что это такое? Данная смесь имеет большую концентрацию топлива в себе, нежели положено нормой. Ввиду этого часть бензина догорает в выпускной системе.
Лямбда-зонд тоже взаимодействует с инжектором. Что это такое? Это датчик, который измеряет концентрацию кислорода в отработавших газах. Устанавливается он в выхлопной системе. На основании показаний лямбды блок определяет, в какой пропорции готовить смесь инжектору. В идеале значение должно составлять около единицы. Если показания не соответствуют норме, смесь будет богатой или бедной. В обоих случаях это вредно для двигателя.
Неисправности
Существуют ли неисправности у инжектора? Несмотря на свою технологичность, эта система тоже имеет свои слабые места. Так, инжектор сильно подвержен загрязнениям. Он плохо «переваривает» бензин сомнительного происхождения. Часть отложений остается внутри форсунки. Это происходит при испарении топлива после выключения ДВС. Так, форсунка остается все еще «мокрой». Пары бензина испаряются, а более тяжелые фракции остаются внутри. Они не в состоянии пройти через сетку, из-за чего форсунка начинает лить, а не распылять топливо. Это заметно при работе силового агрегата. Мотор начинает троить, не держит обороты, а машина плохо идет на разгон.
Можно ли вернуть нормальную работу инжектора? Для этого необходимо произвести его чистку. Процесс выполняется двумя способами:
- На месте, не снимая форсунки. В данном случае используется специальная присадка в бак.
Она смешивается с топливом и по идее разжижает грязь на сетке. Но, как показывает практика, результат от такого применения оставляет желать лучшего. Вдобавок, можно повредить резиновые элементы системы и насос, поскольку присадка содержит в себе много химии и весьма агрессивна.
- Со снятием и разборкой. Это более эффективный метод. Но такую чистку лучше производить на стенде. В последнее время популярной стала ультразвуковая чистка инжектора. Как отмечают отзывы, она весьма эффективна. С инжектора удаляется вся грязь и ненужный налет.
Протекание форсунок
Перечисляя неисправности, стоит отметить такую вещь, как протекание форсунок. Инжектор становится негерметичным ввиду износа седла клапана. Это происходит на пробеге за 200 тысяч. Также форсунка течет из-за попадания нагара между седлом или иглой. В результате клапан не в состоянии полностью закрыться, и часть топлива проникает в камеру сгорания. Это сопровождается повышенным расходом топлива, неприятным запахом выхлопа и падением мощности двигателя.
Какой инжектор выбрать?
Если предстоит покупка подержанного авто, стоит поинтересоваться, какой впрыск у данного двигателя. Много автомобилей 90-х оснащены единой форсункой. Это так называемый моновпрыск. Особых проблем он не вызывает, но при возможности стоит выбирать авто с распределенным впрыском. Такая система более надежная и простая в ремонте. Какой инжектор выбирать не стоит, так это механический с приставкой «Джетроник».
Им укомплектовывали «Мерседесы» в 80-х и начале 90-х годов. Систему очень трудно настроить. Некоторые даже производят замену механического инжектора на электронный. Но стоит это около 400 долларов. Поэтому если и выбирать автомобиль с инжектором, то только с распределенным впрыском, где для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка с электронным управлением.
Заключение
Итак, мы выяснили, что такое инжектор, как он работает и в чем его особенности. Система весьма технологична и позволяет производить более точное смесеобразование и равномерное распыление бензина, нежели в карбюраторе. При использовании качественного топлива инжектор прослужит очень долго. Система не требует каких-либо настроек и регулировок, как карбюратор. Вдобавок на том же полуторалитровом моторе можно получить больше крутящего момента и снизить расход. Поэтому такая система обрела столь широкую популярность и признание среди автомобилистов.
Сейчас практически на любом бензиновом моторе легкового автомобиля, используется инжекторная система питания, которая пришла на смену . Инжектор благодаря ряду рабочих характеристик превосходит карбюраторную систему, поэтому он является более востребованным.
Немного истории
Активно устанавливаться такая система питания на автомобилях стала со средины 80-х годов, когда начали вводиться нормы экологичности выбросов. Сама идея инжекторной системы впрыска топлива появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.
Первые инжекторные системы применялись в боевой авиации. На то время, это была полностью механическая конструкция, которая вполне неплохо выполняла свои функции. С появлением реактивных двигателей, инжекторы практически перестали использоваться в военной авиатехнике. На автомобилях же механический инжектор особо распространения не получил, поскольку он не мог полноценно выполнять возложенные функции. Дело в том, что режимы двигателя автомобиля меняются значительно чаще, чем у самолета, и механическая система не успевала своевременно подстраиваться под работу мотора. В этом плане карбюратор выигрывал.
Но активное развитие электроники дало «вторую жизнь» инжекторной системе. И немаловажную роль в этом сыграла борьба за уменьшение выброса вредных веществ. В поисках замены карбюратору, который уже не соответствовал нормативам экологии, конструкторы вернулись к инжекторной системе впрыска топлива, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.
Что такое инжектор и чем он хорош
Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.
Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:
- Экономичность расхода;
- Лучший выход мощности;
- Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
- Легкость пуска мотора при любых условиях.
И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.
Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя
Виды инжекторов
Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электронные элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.
Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же .
Всего существует три типа инжекторных систем впрыска, различающихся по типу подачи топлива:
- Центральная;
- Распределенная;
- Непосредственная.
1. Центральная
Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.
Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.
2. Распределенная
Распределенный впрыск топлива
Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У такого типа инжекторных двигателей топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.
Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.
К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.
3. Непосредственная
Система непосредственного впрыска топлива
Система непосредственного впрыска на данный момент – самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.
Конструкция и принцип работы инжектора
Поскольку система распределенного впрыска – самая распространенная, то на именно на ее примере рассмотрим конструкцию и принцип работы инжектора.
Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную. Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.
Механическая составляющая инжектора
Система питания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
К механической части инжектора относится:
- топливный бак;
- электрический ;
- фильтр очистки бензина;
- топливопроводы высокого давления;
- топливная рампа;
- форсунки;
- дроссельный узел;
Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.
Видео: Инжектор
Принцип работы инжектора
Что касается назначения каждого из них, то все просто. Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.
Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.
Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.
Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.
С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.
Электронная составляющая
Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.
Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:
- . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
- Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
- (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
- Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
- (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
- . Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
- Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
- Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока;
Теперь коротко от том, как все работает. Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от все датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.
Что касается подачи топлива, то на основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.
При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.
Инжектор (или форсунка) нужен для точечной подачи топлива в двигатель, его распыления в камере сгорания, а так же образования воздушно-топливной смеси.
Инжектор пришел на смену карбюратору из-за несостоятельности последнего. На современных машинах форсунка используется повсеместно, причем как на бензиновых, так и на дизельных движках.
Виды инжекторов
В зависимости от способа подачи топлива в двигатель различают три вида форсунок.
Электромагнитная форсунка. Подобный инжектор пользуется популярностью на бензиновых двигателях. Устройство форсунки включает сопло и электромагнитный клапан с иглой. Работа инжектора осуществляется благодаря постоянному заложенному алгоритму. Блок управления подает напряжение на обмотку клапана. Электромагнитное поле, образованное этим действием, преодолевает усилие пружины и втаскивает иглу. Освобождается сопло, через которое впрыскивается топливо. После этого напряжение уходит, игла форсунки возвращается на седло.
Электрогидравлическая форсунка. Такой инжектор используют на дизельных движках. Устройство форсунки объединяет камеру управления, дроссели (сливной и впускной), а так же электромагнитный клапан.
В начальном положении игла форсунки прижата давлением топлива на поршень к седлу, клапан закрыт и обесточен. Затем из электронного блока управления подается команда на клапан, он открывает сливной дроссель. Через него топливо вытекает в сливную магистраль из камеры управления. Впускной же дроссель препятствует скорому выравниванию давлений во впускной магистрали и камере управления. Вследствие этого давление на поршень падает, а на иглу не меняется, поэтому и происходит впрыск топлива.
Пьезоэлектрическая форсунка.
Быстрота срабатывания, точность дозировки впрыскиваемого топлива, а так же возможность его многократного впрыска: все эти параметры позволяют назвать пьезоэлектрический инжектор лучшей форсункой из имеющихся устройств на данный момент. Сделана форсунка на основе пъезокристалла, включает в себя переключающий клапан, иглу, толкатель.
Работа пьезоэлектрического инжектора основана на принципе гидравлики. В начальном положении игла сидит на седле с помощью высокого топливного давления. На пьезоэлемент подается электрический сигнал, что увеличивает его длину. Усилие переходит на поршень, раскрывается переключающий клапан и топливо подается в сливную магистраль. Игла поднимается за счет разницы давлений в нижней части и собственно на иглу, происходит впрыск топлива в двигатель.
Принцип работы инжектора
Наука далеко шагнула вперед, и в отличие от движков старого типа, под каждый из цилиндров ставят отдельный инжектор. Они соединяются между собой топливной рампой, а за каждой из форсунок находится топливо, которое под давлением подает электронный бензонасос. Инжектор оборудован электромагнитным клапаном. Когда он открывается, топливо впрыскивается либо в коллектор, либо в цилиндр, если стоит система прямого впрыска. Чем дольше клапан остается раскрытым, тем больше топлива попадает в цилиндр, и тем выше будут обороты движка. В современных авто за эту систему отвечает электроника. Электронный блок работает на основании сведений от множества датчиков (о них мы расскажем ниже). Эта информация позволяет настраивать двигатель в соответствии с любой нагрузкой, при любой температуре и при любых его оборотах.
Теперь поговорим об основных датчиках, координирующих работу инжектора. Одним из них является датчик температуры охлаждающей жидкости. Он отвечает за коррекцию подачи топлива и управление электрическим вентилятором. В случае поломки датчик перестанет подавать данные в блок, а двигатель будет работать согласно запрограммированным данным. Они берутся из таблиц и полностью зависят от времени работы движка.
Далее рассмотрим датчик массового наполнения. Он регулирует цикловое наполнение цилиндра. Это устройство рассчитывает массовый расход воздуха и переводит это число в цикловое наполнение. При выходе датчика из строя, расчет наполнения будет проходить по аварийным таблицам, а данные датчика – игнорироваться.
Датчик кислорода вычисляет концентрацию кислорода в выхлопных газах. Эти сведения электронный блок употребляет для корректировки топливных объемов. Но не все системы оборудованы этим устройством. Датчик устанавливают в системы Евро 2 и Евро 3, в зависимости от норм токсичности.
Датчик дроссельной заслонки регулирует положение заслонки в зависимости от циклового наполнения и оборотов движка. Этот датчик уменьшает нагрузку на двигатель.
Датчик детонации контролирует детонацию. В его функции входит запуск автоматического гашения детонации и корректировка угла опережения зажигания.
Датчик коленвала – единственное устройство, при выходе из строя которого система не заработает, соответственно, машина не заведется. При выключении остальных датчиков автомобиль поедет, и можно добраться до СТО самостоятельно.
Конечно же, в этом списке не все датчики инжектора, но основные мы перечислили. К тому же, их количество и комплектация зависят от системы впрыска и основных норм токсичности.
История появления инжекторов
На дворе были 70-е и автомобилисты особо не задумывались о вопросах экологии и экономии. Бензин был дешевый, и многолитровые автомобили употребляли его в неограниченных количествах. Воздух был чище, а природные залежи нефти казались неистощимыми. Но ситуация менялась. Новые промышленные предприятия загрязняли окружающую среду, к этому добавлялись и выхлопные газы автомобиля. К тому же, неожиданно возник нефтяной кризис. И люди стали искать из этого выход.
Перед конструкторами встали два вопроса: как снизить расход бензина и как уменьшить выбросы в окружающую среду. Для того чтобы понять, что привело их к инжектору, рассмотрим устройство карбюратора. В ДВС сгорает рабочая смесь, состоящая из топлива и бензина. Для её полного сгорания соотношение веществ нужно привести к 14,7:1. Эта смесь является стехиометрической, то есть, нормальной. Если же в этой смеси уменьшить объем воздуха, то она станет называться богатой. В двигателе она сгорает не полностью, а её ядовитые остатки выбрасываются в атмосферу. Именно эта богатая смесь образуется в карбюраторах при разгоне и торможении машины, а так же при работе на холостом ходу. К тому же, в карбюраторных двигателях повышенный расход топлива: во время его пути из карбюратора в цилиндр на стенках впускного коллектора оседает около 30% рабочей смеси.
Зная эти минусы, конструкторы должны были разработать топливную систему с точной подачей топлива и полным его сгоранием. Но карбюратору это было не под силу, т.к. в его основе лежит механическое устройство. Поэтому нужно было изобретать новую систему, а не усовершенствовать старую. И тогда конструкторы пришли к идее о системе впрыска. Она обеспечивает точную подачу бензина, а чем меньше размер «капель», тем лучше они соединяются с воздухом. Рабочая смесь выходит однородной и лучше сгорает в двигателе. Для снижения выброса отходов, в топливную инжекторную систему стали устанавливать каталитический нейтрализатор. Но возникала новая проблема. Катализатор – система нежная и дорогая. Он устанавливался в выхлопной части системы, а из-за изменения параметров системы впрыска, связанных с износом, в катализатор попадало топливо. Там оно догорало и выводило катализатор из строя. Поэтому конструкторы установили в систему датчики, управляющие впрыском и составом топлива. Для того чтобы ими руководить, потребовался электронный блок управления. Такая система с интеллектуальным управлением появилась в 1973 году.
С целью сокращения вредных выбросов и повышения экономичности двигателей автомобильная топливная система в последние годы серьезно изменилась. Например, в США от карбюраторов отказались ещё в 1990 году. Системы впрыска топлива появились ещё в середине ХХ века, а на серийных автомобилях европейских производителей их начали применять примерно с 1980-х.
На сегодняшний день все новые автомобили оснащаются именно инжекторными двигателями. В этой познавательной статье мы рассмотрим принцип работы инжектора и его устройство. Вы сможете узнать, как топливо попадает в цилиндр двигателя. Устройство двигателя с системой впрыска – очень актуальная тема для современного автолюбителя, поэтому устраивайтесь поудобнее и начинаем!
Карбюратор «сдаёт позиции»
После появления двигателя внутреннего сгорания карбюратор использовался для подачи топлива в двигатель. В такой технике как бензопилы и газонокосилки это устройство применяется до сих пор. Но в процессе эволюции автомобиля карбюратору становилось всё сложнее и сложнее удовлетворять многим требованиям к эксплуатации.
Например, для того чтобы соответствовать ужесточающимся экологическим нормам были введены каталитические нейтрализаторы (). Катализатор эффективен лишь в случае тщательного контроля топливно-воздушной смеси. Кислородные датчики (как их проверяют мы уже писали – ) отвечают за контроль количества кислорода в выхлопных газах. Эта информация используется и электронным блоком управления двигателем (ЭБУ) для регулировки пропорции воздух/топливо в режиме реального времени.
В итоге получается замкнутая система управления , которую невозможно было реализовать с использованием карбюраторов. В течение короткого периода времени выпускались карбюраторы с электронным управлением, но они были ещё более сложными, чем чисто механические устройства.
Сначала карбюраторы были заменены системой впрыска топлива в корпусе дроссельной заслонки (также известна как одноточечная система впрыска или система центрального впрыска топлива). В них форсунки были расположены в корпусе дроссельной заслонки. Это было простое решение для замены карбюратора, поэтому автопроизводителям не пришлось вносить изменения в конструкцию двигателей.
Со временем, в процессе появления новых двигателей, система центрального впрыска топлива была заменена многоточечной системой впрыска топлива (также известна как система последовательного впрыска ). В этих системах используется отдельная топливная форсунка для каждого цилиндра. Как правило, они расположены так, чтобы распылять топливо прямо на впускной клапан. Эти системы обеспечивают более точное дозирование топлива и быструю реакцию. Пришло время подробнее изучить принцип работы инжектора.
Когда вы давите на газ
Педаль газа в вашем автомобиле подключена к дроссельной заслонке. Речь идет о клапане, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Так что педаль газа на самом деле является педалью воздуха.
Когда вы нажимаете на педаль газа, дроссельная заслонка открывается больше, в результате чего двигатель получает больше воздуха. Блок управления двигателем (ЭБУ, компьютер, управляющий всеми электронными компонентами двигателя) «замечает» открытую дроссельную заслонку и увеличивает подачу топлива для приготовления оптимальной топливно-воздушной смеси. Очень важно, чтобы подача топлива увеличивалась сразу после открытия дроссельной заслонки. В противном случае, некоторая часть воздуха окажется в цилиндрах без достаточного количества топлива.
Датчики контролируют содержание кислорода в выхлопных газах, а также количество воздуха, поступающего в двигатель. ЭБУ использует эти данные для максимально точного выбора соотношения воздуха и топлива. Как работает инжектор на современных автомобилях?
Форсунка
Топливная форсунка (инжектор) – это клапан с электронным управлением. Подачу топлива к этому клапану обеспечивает топливный насос. Форсунка может открываться/закрываться много раз в секунду.
Когда форсунка находится под напряжением, электромагнит перемещает поршень, открывающий клапан, в результате чего происходит впрыск топлива под давлением через крошечное сопло. Насадка предназначена для распыления топлива. Появляется мелкий туман, который легко сгорает.
Количество топлива, которое подается в двигатель, зависит от того, сколько времени форсунка остается в открытом положении. Данный показатель называют длительностью или шириной импульса, он управляется ЭБУ.
Форсунки установлены во впускном коллекторе таким образом, чтобы распылять топливо прямо на впускные клапана. Трубка, которая поставляет топливо к каждой из форсунок под определенным давлением, называется топливной рампой.
Для того чтобы определить оптимальное количество топлива, блок управления двигателя получает сигналы от множества датчиков. Рассмотрим самые важные из них.
Устройство инжекторного двигателя – основные датчики
Для выбора оптимального количества топлива в различных условиях эксплуатации ЭБУ двигателя следит за показаниями различных датчиков. Вот лишь несколько основных:
- Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ). Сообщает блоку управления массу воздуха, поступающего в двигатель.
- Датчик (-и) кислорода (). Контролирует содержание кислорода в выхлопных газах. С помощью полученной от него информации ЭБУ может выявить богатую или бедную топливную смесь и внести соответствующие коррективы.
- Датчик положения дроссельной заслонки. Следит за положением дроссельной заслонки (она влияет на подачу воздуха в двигатель), благодаря чему блок управления может оперативно реагировать на изменения, увеличивая либо сокращая расход топлива по мере необходимости.
- Датчик температуры охлаждающей жидкости. Помогает ЭБУ определить, когда двигатель достиг оптимальной рабочей температуры.
- Датчик напряжения. Следит за напряжением бортовой сети автомобиля. В зависимости от показаний датчика блок управления может увеличить число оборотов холостого хода двигателя, если напряжение падает (такое бывает при высоких электрических нагрузках).
- Коллекторный датчик абсолютного давления. Анализирует давление воздуха во впускном коллекторе. Количество воздуха, поступающего в двигатель, является хорошим показателем того, сколько энергии он вырабатывает. Чем больше воздуха поступает в двигатель, тем ниже давление в коллекторе. Этот показатель используется для определения количества производимой энергии.
- Датчик скорости вращения коленчатого вала. Скорость вращения коленвала – один из факторов, влияющих на расчет требуемой длительности импульса.
Существует два основных типа управления многоточечными системами впрыска : топливные форсунки могут открываться одновременно или каждая из них может открываться только перед открытием впускного клапана соответствующего цилиндра (это называется последовательный многоточечный впрыск топлива).
Преимущество последовательного впрыска топлива заключается в том, что система может реагировать на любые действия водителя быстрее, поскольку с момента выполнения действия она ждет лишь очередного открытия впускного клапана. Системе не нужно ждать полного вращения двигателя. Разобраться в работе инжектора мы смогли, но кто всем этим «руководит»?
Управление работой двигателя
Алгоритмы, управляющие двигателем, являются довольно сложными. Существует множество требований, которым силовой агрегат должен удовлетворять. Например, это касается показателя вредных выбросов или требований топливной .
Блок управления двигателем использует формулу и множество таблиц соответствия для установки длительности импульса в определенных условиях эксплуатации. Формула представляет собой сочетание многих факторов, умноженных друг на друга. Мы рассмотрим упрощенную формулу определения длительности импульса топливной форсунки . В этом примере наша формула будет состоять лишь из трех показателей, в то время как в реальности обычно учитывается свыше сотни параметров.
Длительность импульса = (Длительность базового импульса) x (Фактор A) x (Фактор B)
Для расчета длительности импульса электронный блок сначала выполняет поиск длительности базового импульса в соответствующей справочной таблице. Базовая длительность импульса – это функция от частоты вращения двигателя (RPM) и нагрузки (она вычисляется из абсолютного давления в коллекторе). Например, частота вращения двигателя 2000 оборотов в минуту, а показатель нагрузки равен 4. В таблице необходимо найти число в месте пересечения показателей 2000 и 4. Получается 8 миллисекунд.
| Частота вращения двигателя | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1,000 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 2,000 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 3,000 | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 |
| 4,000 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
В следующих примерах А и В представляют собой параметры, которые блок управления получает от датчиков. Допустим, что А – это температура охлаждающей жидкости, а B – уровень содержания кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100, а уровень кислорода – 3, справочные таблицы свидетельствуют о том, что фактор А = 0,8, а фактор B = 1,0.
| A | Фактор A | B | Фактор B | |
| 0 | 1.2 | 0 | 1.0 | |
| 25 | 1.1 | 1 | 1.0 | |
| 50 | 1.0 | 2 | 1.0 | |
| 75 | 0.9 | 3 | 1.0 | |
| 100 | 0.8 | 4 | 0.75 |
Таким образом, поскольку нам известно, что длительность базового импульса – это функция от нагрузки и частоты вращения двигателя, а длительность импульса = (длительность базового импульса) x (фактор A) x (фактор B) , общая длительность импульса в нашем примере равна:
8 х 0,8 х 1,0 = 6,4 мс
На этом примере видно, как система управления выполняет настройку. Так как параметр В отображает содержание кислорода в выхлопных газах, согласно данным с таблицы, можно сделать вывод, что выхлопные газы содержат слишком много кислорода, в результате чего ЭБУ сокращает подачу топлива.
Реальные системы управления учитывают свыше 100 параметров, для каждого из которых составлена собственная таблица соответствия. Некоторые параметры даже корректируются с течением времени с целью компенсации изменений производительности компонентов, к примеру, каталитического нейтрализатора (о проверке катализатора читайте ). И в зависимости от количества оборотов двигателя, блок управления может выполнять эти расчеты более 100 раз в секунду.
Если наша статья о том, как работает инжектор, и какие существуют системы впрыска топлива, вам понравилась, поделитесь ссылкой с друзьями в социальных сетях, используя соответствующие кнопочки ниже. Спасибо за внимание, оставайтесь с нами!
В случае с системой впрыска топлива Ваш двигатель все ещё сосёт, но вместо того, чтобы полагаться только на всасываемое количество топлива, система впрыска топлива стреляет точно правильное количество топлива в камеру сгорания. Системы впрыска топлива прошли уже несколько ступеней эволюции, в них была добавлена электроника - это, пожалуй, было самым большим шагом в развитии этой системы. Но идея таких систем осталась та же: электрически активируемый клапан (инжектор) распыляет отмеренное количество топлива в двигатель. На самом деле основное различие между карбюратором и инжектором именно в электронном управлении ЭБУ - именно бортовой компьютер подаёт точно нужное количество топлива в камеру сгорания двигателя.
Давайте посмотрим, как работает система впрыска топлива и инжектор в частности.
Так выглядит система впрыска топлива
Если сердце автомобиля - это его двигатель, то его мозг - это блок управления двигателем (ЭБУ). Он оптимизирует работу двигателя с помощью датчиков, чтобы решить, как управлять некоторыми приводами в двигателе. Прежде всего, компьютер отвечает за 4 основные задачи:
- управляет топливной смесью,
- контролирует обороты холостого хода ,
- несёт ответственность за угол опережения зажигания,
- управляет фазами газораспределения.
Прежде чем мы поговорим о том, как ЭБУ осуществляет свои задачи, давайте о самом главном - проследим путь бензина от бензобака до двигателя - это и есть работа системы впрыска топлива. Первоначально после того, как капля бензина покидает стенки бензобака, она всасывается с помощью электрического топливного насоса в двигатель. Электрический топливный насос, как правило, состоит из непосредственно насоса, а также фильтра и передающего устройства.
Регулятор давления топлива в конце топливной направляющей с вакуумным питанием гарантирует, что давление топлива будет постоянным по отношению к давлению всасывания. Для бензинового двигателя давление топлива, как правило, составляет порядка 2-3,5 атмосферы (200-350 кПа, 35-50 PSI (фунтов на квадратный дюйм)). Топливные форсунки инжектора подключены к двигателю, но их клапаны остаются закрытыми до тех пор, пока ЭБУ не разрешит отправить топливо в цилиндры.
Но что же происходит, когда двигателю требуется топливо? Здесь в работу вступает инжектор . Обычно инжекторы имеют два контакта: один вывод подключен к аккумулятору через реле зажигания, а другой контакт проходит в ЭБУ. ЭБУ посылает пульсирующие сигналы в инжектор. За счёт магнита, на который и подаются такие пульсирующие сигналы, открывается клапан инжектора, и в его сопло подаётся некоторое количество топлива. Поскольку в инжекторе очень высокое давление (значение приведено выше), открывшийся клапан направляет топливо с высокой скоростью в сопло распылителя инжектора. Продолжительность, с которой открыт клапан инжектора, влияет на то, какое количество топлива подаётся в цилиндр, а продолжительность эта, соответственно зависит от ширины импульса (т.е. от того, сколько времени ЭБУ посылает сигнал к инжектору).
Когда клапан открывается, топливная форсунка передаёт топливо через распылительный наконечник, который, распыляя, превращает жидкое топливо в туман, непосредственно в цилиндр. Такая система называется системой с непосредственным впрыском . Но распылённое топливо может подаваться не сразу в цилиндры, а сначала в впускные коллекторы.
Как работает инжектор
Но как ЭБУ определяет, сколько на данный момент топлива нужно подать в двигатель? Когда водитель нажимает педаль акселератора, то на самом деле он открывает дроссельную заслонку на величину нажима педали, через которую в двигатель подаётся воздух. Таким образом, мы с уверенностью можем назвать педаль газа "регулятором подачи воздуха" в двигатель. Так вот, компьютер автомобиля руководствуется в том числе величиной открытия дроссельной заслонки, но не ограничивается этим показателем - он считывает информацию с множества датчиков, и давайте узнаем о них всех!
Датчик массового расхода воздуха
Перво-наперво датчик массового расхода воздуха (MAF) определяет, сколько воздуха входит в корпус дроссельной заслонки и посылает эту информацию в ЭБУ. ЭБУ использует эту информацию, чтобы решить, сколько топлива впрыснуть в цилиндры, чтобы держать смесь в идеальных пропорциях.
Датчик положения дроссельной заслонки
Компьютер постоянно использует этот датчик, чтобы проверить положение дроссельной заслонки и узнать таким образом, сколько воздуха проходит через воздухозаборник для того, чтобы регулировать импульс, отправленный к форсункам, гарантируя, что соответствующее воздуху количество топлива входит в систему.
Кислородный датчик
Кроме того, ЭБУ использует датчик O2, чтобы выяснить, сколько кислорода содержится в выхлопных газах автомобиля. Содержание кислорода в выхлопных газах обеспечивает индикацию того, насколько хорошо топливо сгорает. Используя связанные данные от двух датчиков: кислородного и массового расхода воздуха, ЭБУ также контролирует насыщенность топливо-воздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания цилиндров двигателя.
Датчик положения коленвала
Это, пожалуй, главный датчик системы впрыска топлива - именно от него ЭБУ узнаёт о количестве оборотов двигателя в данный момент времени и корректирует количество подаваемого топлива в зависимости от числа оборотов и, конечно же, положения педали газа.
Это три основных датчика, которые прямо и динамически влияют на количество подаваемого в инжектор и в последующем в двигатель топлива. Но есть ещё ряд датчиков:
- Датчик напряжения в электрической сети машины - нужен для того, чтобы ЭБУ понимал, насколько разряжен аккумулятор и требуется ли повысить обороты, чтобы зарядить его.
- Датчик температуры охлаждающей жидкости - ЭБУ повышает количество оборотов, если двигатель холодный и наоборот, если двигатель прогрелся.
