Инжектор из чего состоит: Инжекторная система подачи топлива — Википедия – принцип работы и устройство инжекторных систем

• Как работает инжектор
• Плюсы и минусы инжектора
• Схема работы инжектора
• Устройство простейшего инжектора
• Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного 
• Частые неисправности инжектора
  • • Датчик дроссельной заслонки: предназначение,типы,виды,неисправности,фото
    • Датчик холостого хода: принцип действия,устройство,виды,фото,назначение
    • Датчик расхода воздуха: принцип работы,виды,неисправности,фото
    • Обратный клапан топливной системы:функции,виды,устройство и принцип действия

Как работает инжектор

Инжекторная система включает в себя несколько дополнительных элементов, среди которых датчики, контроллер, бензонасос, регулятор давления. На контроллер поступает информация от многочисленных датчиков, которые сообщают электронике о расходе воздуха, оборотах коленвала, температуре охлаждающей жидкости, напряжении в сети авто, положении дроссельной заслонки и много других важных данных. На основе полученной информации контроллер (или ЭБУ – электронный блок управления) производит дозирование подачи топлива и управляет другими системами, приборами авто, обеспечивая наиболее оптимальный режим работы двигателя.

Схему работы инжектора можно рассмотреть и по-другому: электрический насос качает топливо, регулятор давления обеспечивает разницу давления в форсунках и впускным коллектором, а контроллер, получая информацию от датчиков, управляет системами двигателя, в т.ч. подачей топлива, распределением зажигания.

Плюсы и минусы инжектора

Одно из основных достоинств – более низкий по сравнению с карбюраторным двигателем расход топлива, обусловленный точечным впрыском. Также точное дозирование обеспечивает практически полное сгорание топлива в цилиндрах, что уменьшает токсичность выхлопных газов. В результате работы инжектора мотор работает в наиболее оптимальном режиме, что увеличивает его мощность (примерно на 5-10%) и продлевает срок службы.

К другим плюсам относится облегченный запуск в зимнее время (подогрев не требуется) и быстрое реагирование на изменение нагрузки, что улучшает динамические свойства авто. Но не обошлось и без минусов: инжектор обходится дороже карбюраторной системы, а его ремонт достаточно сложен и дорог. Если обслуживание карбюратора нередко сводится к промывке, продувке, то для одной только качественной диагностики инжектора требуется специальное оборудование, которое, учитывая российскую специфику, имеется далеко не в каждом автосервисе.

Схема работы инжектора

Если не влазить в дебри «электронного мозга» нашего автомобиля, то схема работы инжектора выглядит следующим образом. На многочисленные датчики поступает информация о: вращении коленвала, о расходе воздуха, о том, какая температура охлаждающей жидкости двигателя, о дроссельной заслонке, о детонации в двигателе, о расходе топлива, о скоростном режиме, о напряжении бортовой сети авто и так далее.

Контроллер, получая данную информацию о параметрах автомобиля, производит управление системами и приборами, в частности: подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, системой диагностики и так далее. Изменение рабочих параметров инжекторной системы впрыска меняется систематически, исходя из полученных данных.

Устройство простейшего инжектора

Инжектор включает в себя такие исполнительные элементы, как:

• бензонасос (электрический),
• ЭБУ (контроллер),
• регулятор давления,
• датчики,
• форсунка (инжектор).

Соответственно, схема инжектора: электробензонасос подает топливо, регулятор давления поддерживает разницу давления в инжекторах (форсунках) и воздухом впускного коллектора. Контроллер, обрабатывает информацию от датчиков: температуры, детонации, распредвала и коленвала, и управляет системами зажигания, подачи топлива и так далее.

Всем хороша инжекторная система впрыска топлива, но и она не обошлась без своих особенностей. Приверженцы карбюраторов, называют их недостатками. Особенностями инжектора смело можно назвать: достаточно высокая стоимость узлов инжектора, низкая ремонтопригодность, высокие требования к качеству и составу топлива, необходимость специального оборудования для диагностики, и высокая стоимость ремонтных работ.

Теперь, перейдем от рассказа о том, как работает и выглядит инжектор к наглядному пособию. Вы увидите на  видео, принцип работы инжектора, и вам сразу же станет понятно всё, о чем написано выше.

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 питания появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.

Первые инжеторные 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 экологичности, конструкторы вернулись к инжекторной системе, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.

ВИДЫ ИНЖЕКТОРОВ

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электрические элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует три типа инжекторных систем, различающихся по типу подачи топлива:

1. Центральная;
2. Распределенная;
3. 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

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У этого инжектора 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 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 очень сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

ЭЛЕКТРОННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ

Основным элементом электронной части системы 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:

1. Лямбда-зонд . 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.
2. 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;
3. Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
4. Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
5. Датчик положения коленчатого вала (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;
6. Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
7. Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
8. 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 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.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного 

Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись системы питания и топливоподачи.  В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе). После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15% мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.

Частые неисправности инжектора

Так как инжектор является сложной многокомпонентной системой, со временем отдельные элементы могут выходить из строя. Главной задачей инжектора является максимально возможная эффективность сгорания топлива, которая достигается благодаря поддержанию строго определенного состава рабочей смеси топлива и воздуха. В результате любой сбой в работе электронных датчиков приводит к дисбалансу в работе всей инжекторной системы, могут плавать обороты на холостом ходу или в движении, двигатель может троить или не заводиться, отмечается изменение цвета выхлопа и т.д.

В отдельных случаях ЭБУ может перевести мотор в аварийный режим. Силовой агрегат в такой ситуации не набирает обороты, на приборной панели горит «check» и т.п. Еще одной причиной неисправностей инжектора является загрязнение фильтрующих элементов в системе топливоподачи или самих инжекторных форсунок в результате использования бензина низкого качества. Для поддержания работоспособности топливный фильтр нужно своевременно менять. Не меньше внимания, особенно на автомобилях с пробегом более 50-70 тыс. км, заслуживает сетка-фильтр бензонасоса. Указанную сеточку бензонасоса рекомендуется менять или чистить.

Также желательно один раз в несколько лет мыть топливный бак параллельно замене или очистке указанной сетки-фильтра грубой очистки топливного насоса.  Отметим, что важно определять и устранять неисправность инжектора своевременно, так как сбои в его работе могут существенно ухудшить общее состояние ДВС и привести к другим поломкам. Что касается засорения топливных форсунок, в этом случае двигатель хуже заводится, теряет мощность и начинает расходовать больше топлива. Нарушение формы факела распыла топлива (особенно в моторах с прямым впрыском) приводит к локальным перегревам, детонации двигателя, прогарам клапанов и т.д.

Также форсунки могут «лить» топливо, то есть не закрываться после прекращения импульса от ЭБУ. В этом случае избытки топлива попадают в камеру сгорания, затем могут проникать в выпускную систему и в систему смазки двигателя через неплотности в местах установки поршневых колец. В таких ситуациях сильно страдает весь двигатель, так как бензин разжижает масло и смазка нагруженных деталей ухудшается. Наличие топлива в выхлопной системе выводит из строя каталитический нейтрализатор (катализатор), который очищает отработавшие газы от вредных соединений.

Для предотвращения неисправностей инжектора форсунки необходимо периодически очищать. Дело в том, что наличие фракций и примесей в бензине постепенно загрязняет инжекторы, что и снижает их производительность, а также нарушает качество распыла топлива. Почистить форсунки можно двумя способами: со снятием или прямо на машине. Процедура очистки инжекторных форсунок на автомобиле предполагает то, что через инжекторы пропускается специальная промывочная жидкость для чистки инжектора.

Способ заключается в том, что от топливной рампы отсоединяется топливная магистраль, после чего вместо бензонасоса в систему начинает качать промывочную жидкость специальный компрессор вместо бензонасоса. Еще одним вариантом чистки инжектора является очистка со снятием форсунок в ультразвуковой ванне или на специальном промывочном стенде. Что касается ультразвука, форсунки помещаются в специальный аппарат или ванну, где волновые колебания «разбивают» отложения. Промывка форсунок со снятием на стенде представляет собой процедуру, когда имитируется работа форсунок в двигателе, при этом вместо бензина через них пропускается промывочная жидкость. 

Датчик дроссельной заслонки: предназначение,типы,виды,неисправности,фото

Датчик холостого хода: принцип действия,устройство,виды,фото,назначение

Датчик расхода воздуха: принцип работы,виды,неисправности,фото

Обратный клапан топливной системы:функции,виды,устройство и принцип действия

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

Инжекторная система питания

На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.

Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.

Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).

Основным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

• лямбда-зонд;
• положения коленвала;
• массового расхода воздуха;
• положения дроссельной заслонки;
• детонации;
• температуры ОЖ;
• давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

• бак;
• электрический топливный насос;
• топливные магистрали;
• фильтр;
• регулятор давления;
• топливная рампа;
• форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

1. С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
2. Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная система непосредственного впрыска).

На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:

1. Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
2. Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
3. Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.

Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.

Обратная связь с датчиками

Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.

Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.

На разных режимах обратная связь работает так:

• Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
• Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
• Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
• Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
• Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
• Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.

Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.

Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.

Устройство системы питания инжекторного двигателя

Система подачи топлива инжекторного двигателя получила распространение в современных автомобилях и имеет ряд преимуществ перед топливной системой карбюраторного двигателя. В этой статье мы рассмотрим устройство инжектора и узнаем, как работает система подачи топлива инжекторного двигателя и электронная система питания.

Устройство инжектора

Основная задача системы питания инжекторного двигателя заключается в обеспечении подачи оптимального количества бензина в двигатель при разных режимах работы. Подача бензина в двигатель осуществляется с помощью форсунок, которые установлены во впускном трубопроводе.

Устройство системы питания инжектора:

1. Электробензонасос – устанавливается в модуле, который располагается в топливном баке. Модуль также включает в себя такие дополнительные элементы, как топливный фильтр, датчик уровня бензина и завихритель.

Электробензонасос предназначен для нагнетания бензина из топливного бака в подающий топливопровод. Управление электробензонасосом осуществляется с помощью контроллера через реле.

2. Топливный фильтр – предназначен для очистки топлива от грязи и примесей, которые могут привести к неравномерной работе двигателя, неустойчивой работе инжектора, загрязнению форсунок. В инжекторных системах к качеству топлива предъявляются высокие требования.

3. Топливопроводы – служат для подачи топлива от бензонасоса к рампе и обратно от рампы в топливный бак. Соответственно существует прямой и обратный топливопроводы.

4. Рампа форсунок с топливными форсунками – конструкция рампы обеспечивает равномерное распределение топлива по форсункам. На топливной рампе располагаются форсунки, регулятор давления топлива и штуцер контроля давления в топливной системе инжектора.

5. Регулятор давления топлива – предназначен для поддержания оптимального перепада давления, который способствует тому, что количество впрыскивания топлива зависит только от длительности впрыска. Излишки топлива регулятор подает обратно в бак.

Как работает система питания инжекторного двигателя?

Для стабильной работы двигателя необходимо обеспечить сбалансированное поступление топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Приготовление топливовоздушной смеси происходит в впускном трубопроводе, благодаря смешиванию бензина с воздухом. Контроллер с помощью управляющего импульса открывает клапан форсунки и путем изменения длительности импульса регулирует состав топливовоздушной смеси.
Регулятор давления топлива поддерживает перепад давления топлива постоянным, соответственно количество топлива, что подается пропорционально времени, при котором форсунки находятся в открытом состоянии. Контроллер поддерживает оптимальное соотношение топливовоздушной смеси путем изменения длительности импульсов. Если длительность импульса увеличивается – смесь обогащается, если уменьшается – смесь обедняется.

Устройство автомобиля: инжектор

Споры о преимуществах инжекторного двигателя над карбюраторным, давно не актуальны – инжекторные системы воцарились на рынке, а новый автомобиль с карбюратором теперь попросту не найти. И все же не лишним будет разобраться, что же такое «инжектор», и чем обеспечено его тотальное господство на рынке легкового автотранспорта?

История инжектора

Впервые о замене карбюратора принципиально новой системой задумались ещё в самом начале 20-го века авиационные инженеры. Перепробовав все известные типы карбюраторов, они уже к сороковым годам прошлого века пришли с готовой к серийному производству системой инжектора, под давлением подающей топливо в камеру сгорания независимо от гравитации (что важно для самолётов) и точно в требуемом количестве (что позволяет получать меньший расход топлива, большую мощность и снижение уровня вибраций).

К концу второй мировой войны инжекторный двигатель с механическим впрыском можно было встретить на истребителях и бомбардировщиках Германии, Японии, Великобритании, СССР и США.

Кстати, тогда же появилась и столь знакомая многим современным автолюбителям процедура, как промывка инжектора — легендарный японский истребитель А6М «Зеро» требовал чистки форсунок после каждого вылета.

Затем автопроизводители оценили возможности применения впрыска для увеличения мощности двигателя при сохранении его экономичности: в 1940 году итальянцы из Alfa Romeo на своём купе 6C тестируют экспериментальную систему электронного впрыска, а Mercedes-Benz в 1954 году запускает в серию своё легендарное купе 300SL «Крыло Чайки», где была установлена механическая система прямого впрыска топлива.

Впрочем, никто из них не был пионером в создании «инжектора» – те или иные технические решения, примененные в этих автомобилях, отрабатывались на множестве экспериментальных конструкций, начиная с французских двигателей Леона Левассера с механическим впрыском образца 1902 года.

В России же системами инжекторного впрыска на автомобильной технике занимались и в Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте «НАМИ» и на Горьковском автомобильном заводе. Впрочем, некоторое отставание в области электронных компонентов не позволило удачно развернуть производство электронных систем впрыска в шестидесятых годах. Механический же впрыск в СССР, к сожалению, массово не вышел за рамки авиационных и дизельных двигателей.

Схема работы инжектора

Схема инжектора и закономерности его работы, пожалуй, даже проще для понимания, чем принципы работы карбюратора. Если карбюратор – это изящное техническое воплощение целого ряда физических законов в металле, то даже самая современная система инжектора таит в себе всего-лишь насос, подающий топливо сначала в находящуюся под небольшим давлением систему топливных каналов (топливную рампу), а потом (через электрический клапан) в сопло форсунки. Сопло, в свою очередь, распыляет топливо, которое смешивается с воздухом внутри впускного коллектора и через впускной клапан попадает в цилиндр уже в виде топливо-воздушной смеси. Собственно, терминами «инжектор» и «форсунка» сейчас чаще всего обозначают устройство, совмещающее в одном корпусе сопло-распылитель и электрический клапан.

Для понимания принципов работы инжекторного двигателя можно представить себе обычный цикл работы цилиндра четырёхтактного двигателя. При установке на нём карбюратора можно вполне налить топлива в сам карбюратор и отключить его от топливной системы вовсе – двигатель сможет завестись сам, так как топливно-воздушная смесь формируется в карбюраторе под действием втягивающего потока воздуха, который «засасывает» с собой смесь, и она уже готовой попадает во впускной коллектор. Не нужно ни давления, ни особого управления – схема проста и характеризуется тем, что топливная смесь формируется ещё до попадания к впуску в цилиндр.

В схеме с применением инжекторных форсунок смесь «готовится» непосредственно во впускном коллекторе (а в случае прямого впрыска – вообще в самой камере сгорания). В точно заданный системой управления момент открывается электроклапан, разделяющий топливную систему и впускной коллектор. Под давлением, созданным бензонасосом, инжектор распыляет топливную смесь в количестве, строго необходимом для поддержания близкого к стехиометрическому (читай-оптимальному) составу смеси. При этом воздух в коллектор на большей части нетурбированных автомобилей попадает под воздействием разряжения, созданного цилиндром – что позволяет, зная текущую его температуру, точно понимать, сколько топлива можно сжечь, имея данный объем воздуха.

Минус схемы инжектора в том, что смесь получается не настолько гомогенной (однородной и хорошо перемешанной), как на дорогих спортивных карбюраторах, а система управления форсунками требует точной настройки для оптимальной синхронизации работы топливных форсунок, впускных клапанов и цилиндров. Но плюсов системы всё же оказывается больше:

• растёт экономичность и одновременно мощность за счёт точной дозировки топлива в зависимости от текущей потребности и ситуации.
• равномернее распределяется топливо и между цилиндрами (мы не берем сейчас многокарбюраторные системы и ранние инжекторы с одной форсункой на несколько цилиндров),
• автоматизируются процессы настройки двигателя в зависимости от условий эксплуатации,
• понижается уровень вредных выбросов в атмосферу,
• расширяются возможности для тюнинга двигателя
• облегчается диагностика двигателя (с учетом использования электронных технических средств)
• сборка и настройка инжекторных двигателей в производстве обходится дешевле, чем сборка и настройка карбюраторных систем

С точки зрения водителя, автомобиль с инжекторной системой впрыска, как правило, быстрее реагирует на изменение положения педали газа, легче заводится в условиях, отличных от идеальных, потребляет меньше топлива и обладает более высокой мощностью по сравнению с аналогичным двигателем с карбюраторной системой питания.

Кстати, возможность выбирать – карбюратор или инжектор, когда-то была: на раннем этапе развития систем впрыска применялся в основном центральный (моно, одноточечный, Single-Point injection, SPi) впрыск, форсунка легко ставилась на место карбюратора как опция и работала одновременно на все цилиндры двигателя. Система была проста, надёжна и предполагала расположение форсунки вне зоны высоких температур.

При такой схеме не требовалось сложной электроники или механики для синхронизации работы форсунок на нескольких цилиндрах, но за это приходилось платить отсутствием той универсальности, которую дают более современные системы с распределенным, или многоточечным (Multi-Point Injection, MPi), впрыском.

В итоге именно распределенный впрыск получил наибольшее распространение и сейчас эволюционировал во множество подвидов, как то непосредственный впрыск в камеру сгорания (Direct Fuel injection, DFI) и несколько подвидов обычного распределенного впрыска в зависимости от времени открытия форсунок:

• при параллельном, или одновременном, впрыске (SMPI) все форсунки в двигателе срабатывают одновременно и независимо от тактов цилиндров, дважды за цикл впрыскивая топливо во впуск соответствующего цилиндра. При данном способе впрыска, часто встречавшемся на автомобилях 90-х годов, форсунки нужны в основном для более точной – по сравнению с центральным впрыском — дозировки топлива. Тем не менее, время между впрыском и попаданием топлива в цилиндр для разных цилиндров оказывается разным (пусть мы и говорим о миллисекундах), что сказывается на неравномерности смеси от цилиндра к цилиндру.
• при попарно-параллельном – форсунки делятся на группы, срабатывающие в разное время. Таким образом, точка срабатывания форсунки приближается к оптимальному времени впрыска топлива для подготовки смеси – что позволяет сократить разницу в качестве смеси в цилиндрах. За цикл работы двигателя топливо впрыскивается дважды, как и при одновременном впрыске – более того, на время пуска двигатель с попарно-параллельной схемой впрыска переходит в режим одновременного впрыска.
• при фазированном впрыске или (CIFI) – каждая форсунка управляется независимо от остальных и открывается точно перед тактом впуска. Именно эта система в данный момент является наиболее распространенной, так как позволяет обеспечить точное управление каждой форсункой и использовать оптимальное для каждого цилиндра время впрыска.

Отдельно следует отметить, что система инжекторного впрыска сама по себе универсальна и используется не только для бензиновых автомобилей. Механический впрыск на дизельных двигателях появился едва ли не раньше, чем на бензиновых – с двадцатых годов двадцатого века и поныне только на модельных дизелях и некоторых тракторных моторах используется схема, отличная от инжекторного впрыска.

Например, для дизельных силовых агрегатов крайне распространена прогрессивная система прямого впрыска Common Rail (она же известна как TDI, VCDi, CDI, TCDi, i-DTEC, CRDi – в зависимости от производителя), фактически превращающая топливную рампу в замкнутый аккумулятор для хранения топлива под более высоким, по сравнению с другими системами впрыска, давлением. В результате форсунки подают топливо с ещё большим давлением, что положительно сказывается, в частности, на расходе топлива. Но между прочим, впервые эта «современная» система была применена на британских двигателях для подводных лодок Vickers в 1916 году и в дальнейшем развивалась в основном по пути повышения давления в топливном аккумуляторе.

Система управления инжектора

Системы, координирующие действия каждой отдельной форсунки- инжектора двигателя, бывают как механическими, так и электронными. Собственно, первые массовые системы впрыска на легковых автомобилях появились в пятидесятых годах двадцатого века и довольно долгое время были исключительно механическими (как, например, целое семейство систем Bosch D-Jetronic).

Но по-настоящему эпоха инжекторного впрыска началась только с распространением микроконтроллеров — стоимость их разработки, производства и настройки гораздо ниже в сравнении с аналогичными процессами для механических систем с теми же функциональными возможностями.

Сегодня система управления инжекторным двигателем далеко ушла от алгоритмов работы первых механических систем. Соблазн относительно недорого использовать возможность оперативного изменения дозировки и времени подачи топлива на каждый отдельный инжектор двигателя (форсунку – ведь именно так переводится слово «инжектор») сделал своё – микроконтроллер сейчас собирает данные со множества дополнительных датчиков (от температурных и ДМРВ(Датчик Массового Расхода Воздуха) до датчиков включения кондиционера и отслеживания неровностей дороги). В зависимости от результата анализа этих данных контроллер выдаёт указания целому ряду устройств помимо, собственно, связки «бензонасос-инжектор» — системе зажигания, регулятору холостого хода, системе охлаждения и тому же кондиционеру.

Промывка инжектора

Есть целый ряд проблем, характерных именно для инжекторных двигателей. Это могут быть проблемы, общие для всех типов двигателей, а могут появляться и проблемы с электронными датчиками, вышедшими из строя по разным причинам.
Но главная проблема даже самого надежного инжекторного двигателя в России — сбои из-за засорения системы топливоподачи.

Троение, не связанное с состоянием свечей зажигания, катушек и высоковольтных проводов, трудности запуска зимой, заметное ухудшение приемистости двигателя, разница в нагаре на свечах зажигания из разных цилиндров, повышенный расход топлива и неполное сгорание смеси – всё это действительно может указывать в том числе и на закоксовывание форсунок.

Большая часть операций с системой впрыска инжекторного двигателя, с точки зрения многих официальных производителей, сводится к замене неразборных форсунок новыми, но существуют и методики чистки, охотно предлагаемые различными автосервисами.

Их условно можно разделить на два типа – промывку инжектора и ультразвуковую чистку форсунок. И та, и другая операция выполняется как со снятием топливных форсунок, так и прямо на двигателе.

У каждого способа свои нюансы, но следует помнить, что при промывке форсунок жидкостью без снятия их с двигателя после завершения процедуры рекомендуется заменить свечи и масло (и соответствующий фильтр) в двигателе, предварительно промыв его — что делает операцию весьма накладной. Кроме того, следует учитывать, что ввиду наличия в форсунках сеточки-уловителя, промывка некоторых форсунок может быть возможна только в направлении, обратном обычному распылению.

При снятии форсунок с двигателя замене подлежат уплотнительные резиновые прокладки этих форсунок. При этом для самой чистки потребуется специальный промывочный стенд либо самодельные приспособления, которые заставят форсунку открыть клапан для промывки.

В любом случае есть серьёзный риск повреждения двигателя в результате неверных действий. А в случае обслуживания дизельных двигателей следует учитывать еще и возможность наличия в системе серьёзного остаточного давления.

И все же нельзя сказать, что диагностика и обслуживание инжекторного двигателя существенно сложнее диагностики и обслуживания карбюраторного.

Конечно, для обслуживания карбюраторного двигателя не нужен сканер ошибок или бортовой компьютер. В нем не присутствует того количества датчиков и подсистем, которое мы встречаем в системе управления инжекторным двигателем.

С другой стороны – при наличии нужного оборудования компьютер инжекторного двигателя тут же объясняет, где искать неисправность – и для этого не надо вызывать опытного специалиста-диагноста, а достаточно подключить бортовой компьютер или OBD-сканер.

На ряд же неисправностей, не улавливаемых сканером, существует управа в виде внимательного отношения к собственному авто – изменение поведения автомобиля на дороге, смена звучания двигателя, сбои в работе отдельных систем или внезапно проснувшийся аппетит – всё это указывает на возникшие проблемы и необходимость диагностики. А еще, самый страшный враг «инжектора» — некачественное топливо. Так что внимательно стоит отнестись и к выбору заправочной станции.

Автор

Дмитрий Лонь, корреспондент MotorPage.ru

Издание

MotorPage.Ru