Современный автомобильный мир ушел на несколько шагов вперед. И это не удивительно, ведь только так можно оставаться на плаву и получать хорошую прибыль. Особенно это касается силовых установок, которые устанавливаются на автомобили. Вы наверняка слышали такое словосочетание, как инжекторный двигатель. По сути, это всем известный карбюратор, только немного видоизмененный.
В нем также происходит процесс сгорания топлива и выделение мощности. Единственное отличие инжектора заключается в новой инжекторной системе подачи топливовоздушной смеси.
Многие знают, что первая система по образованию топливовоздушной смеси называлась карбюратор.
Она позволяет подавать топливо непосредственно в каждый цилиндр автомобиля и приводить его в движение. Что касается расположения, то изначально карбюратор устанавливался перед впускным коллектором и готовил качественную смесь.
С некоторым временем потребности современных водителей и конструкторов возросли в несколько раз. Из-за этого система не могла выдавать того желаемого результата, который хотели видеть все. Особенно это касается кораблестроения и самолетостроения. Дело в том, что в этих отраслях нужна огромная мощность и высокий КПД.
В результате этого конструкторы придумали совершенно новую систему, которая немного походила на дизельный двигатель, но имела стандартные свечи зажигания. Все это произошло в начале 40-х годов, именно в это время были сконструированы первые инжекторные двигатели.
Данный скачок позволил получить желаемый результат по мощности, но немного не подходил под экологическую безопасность. В результате, разработки пришлось на время прекратить до начала 70-х годов. Именно в это время американские конструкторы решили возродить подачу топлива непосредственно в цилиндры двигателя и сделать более усовершенствованную систему.
В современных инжекторных двигателях топливо подается не самотеком, а при помощи небольшой системы, под названием форсунка.
Ее работа основана на считывании всевозможных датчиков, которые располагаются в двигателе. Благодаря этому топливовоздушная смесь дозируется небольшими порциями и подается именно в тот момент, когда это необходимо.
Что касается самого управления, то все держится на простом блоке управления, так называемом компьютере. Именно он и раздает небольшие команды каждой форсунке.
Инжекторная система имеет следующие компоненты:
Подробнее о каждом компоненте:
Данный процесс происходит в течение долгого времени, пока двигатель работает. Специалисты называют такой газообмен четырехтактным. То есть все это происходит за четыре такта:
Чтобы совершить один такой цикл требуется два оборота коленвала. Чтобы потери мощности были минимальны, конструкторы придумали многоцилиндровые системы. Они позволяют выдавать огромное количество тепла и мощности.
В современном мире большую популярность получил четырехтактный инжекторный двигатель, что неудивительно. Дело в том, что он отличается не только техническими характеристиками, но и самими габаритами. В основе данной системы лежит порядок работы цилиндров.
Сейчас можно встретить восемь режимов работы силового агрегата:
Инжектор получил огромную популярность в современном мире. Это обусловлено следующими плюсами:
Кончено, без недостатков никуда. О них тоже стоит рассказать:
Сейчас можно встретить три типа:
Первый является самым простым и очень распространённым. Он не очень сильно начинен электроникой, что приводит к меньшему эффекту. Большим недостатком такой системы является то, что некая часть топлива теряется во время впрыска. То есть топливная смесь подается через форсунку во впускной коллектор, где происходит распределение по цилиндрам.
Следом идет многоточечный впрыск, который позволяет подавать топливо индивидуально в каждый цилиндр. Благодаря этому у вас не будет возникать вопрос: нужно ли прогревать инжекторный двигатель. Что касается самого распределения, то он мощнее и экономичнее. По многочисленным тестам можно увидеть, что мощность увеличивается на 7 процентов. К основным преимуществам можно отнести автоматическую настройку подачи топлива и впрыскивание вблизи клапана.
Непосредственный впрыск используется во многих современных автомобилях. Его особенность состоит в том, что подача топлива происходит непосредственно в каждый цилиндр. Ни одной капли смеси не будет расходоваться впустую. Если у вас возникает вопрос надо ли прогревать двигатель, то ответ очень простой. Это зависит от самого производителя и его рекомендаций. Некоторые рекомендуют прогревать силовой агрегат не очень долго, чтобы не навредить всем деталям. Каждый должен сам ответить на вопрос, надо ли ему прогревать двигатель, изучив рекомендации к своему авто.
Инжекторного двигателя или, попросту говоря, впрыскивания - система топливной подачи, которая применяется для двигателей, работающих на бензине, и имеет преимущества по сравнению с карбюраторной.
Инжекторный двигатель производит легкий запуск автомобиля независимо от любых погодных условий. Такая система способна себя корректировать во время работы, гибко сдвигая параметры приготовления, воздушно-топливной смеси, основываясь на показаниях датчиков, информация с которых поступает на электронный блок управления (ЭБУ).
На сегодняшний день инжекторный двигатель практически полностью исключил использование устаревшей карбюраторной системы. С его появлением существенно улучшилась динамика разгона, снизилось количество вредных веществ, выделяемых в атмосферу, уменьшился расход автомобильного топлива. Он моментально реагирует даже на минимальные изменения нагрузки.
Инжекторные системы классифицируют по положению и количеству форсунок. В настоящее время наиболее популярна таковая, имеющая устройство инжекторного двигателя с распределённым впрыском топлива, где предусмотрена индивидуальная форсунка для каждого цилиндра. Все форсунки соединены с рампой, в которой топливо находится под давлением. Оно создает электрический бензонасос. Количество топлива, впрыскиваемого в систему, зависит от времени открытия форсунки.
Сколько времени она будет открыта, регулирует ЭБУ (контроллер). Устройство инжекторного двигателя таково, что, основываясь на результате обработки показаний от различных датчиков, ЭБУ запускает инжекторный двигатель. применяется для расчетов цикла наполнения цилиндров. Объём расходуемого воздуха измеряется, затем происходит перерасчёт электронным в циклы цилиндрового наполнения. Мощность двигателя увеличивается до 10% из-за улучшения наполнения цилиндров, оптимального который соответствует режиму работающего двигателя. При поломке датчика проводится расчет по определённым таблицам.
Датчик положения заслонки дросселя используется для расчета нагрузки на двигатель. В случае изменения работы двигателя, циклов наполнения цилиндров изменяется угол поворота заслонки дросселя.
Для охлаждающей жидкости используется для определения корректировки подачи топлива по температурным параметрам и для управления электрическим вентилятором. При его поломке показания в расчёт не берутся, параметры, смотря сколько времени работает двигатель, берутся из аварийной таблицы.
Для того чтобы система работала синхронизировано, для определения оборотов двигателя, положения коленчатого вала в определенные моменты, применен полярный датчик, определяющий положение При неверном включении инжекторный двигатель просто не заведется. Если этот датчик сломается, система работать не будет. Он очень важен, и если при поломке других контроллеров машина ехать сможет, то без него автомобиль не заведется.
В системе впрыска имеется обратная связь - в выпускной системе, непосредственно перед катализатором, установлен датчик содержания кислорода в автомобиля (его ещё называют лямбда-зондом). Та информация, которую он выдает, используется системой для корректирования нужного количества топлива, подаваемого в инжекторную систему, точно выдерживая нужные параметры рабочей смеси, следовательно, расход топлива становится более экономичным, при этом уровень токсичности выхлопных газов снижается.
Здесь приведены основные необходимые для работы инжекторной системы датчики. Система питания инжекторного двигателя, в зависимости от того, какой двигатель установлен на вашем автомобиле, может быть укомплектована различными контроллерами.
На вопрос о том, как каждый водитель выбирает автомобиль для себя, ответить очень трудно. У каждого свои критерии оценки: кто-то ориентируется на свой достаток, кто-то отдает предпочтение конкретной марке автомобилей, а кто-то намертво привязан к определенным системам функционирования машины.
Так, многие, даже покупая подержанный автомобиль, все равно стремятся выбирать те модели, на которых установлен механический инжектор. Об этой системе можно отзываться по разному. Для кого-то она самая простая, а для кого-то самая проблемная. Но чтобы делать такие оценки, необходимо очень детально ознакомиться с этим устройством, что мы и собираемся сделать в сегодняшней статье.
Наиболее известным автомобилем, на котором раньше устанавливался механический инжектор, сегодня является «Ауди 100». Как и любая топливная система, это устройство предназначено для обеспечения бесперебойной подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания двигателя. Как принудительный впрыск топлива в цилиндры, так и отслеживание параметров горючей смеси и образование этой смеси в устройстве отслеживается исключительно благодаря механическим устройствам. Только лишь на некоторых моделях авто механический инжектор совмещается с электрическими сигналами, но зачастую он лишен всякой электроники.
Ели говорить кратко, то механический инжектор – это устройство топливной системы автомобиля, которое несет ответственность за подачу топлива в цилиндры мотора.
Чтобы мотор работал правильно, топливо, а вернее, топливно-воздушная смесь должна постоянно сгорать. Для этого нужно соблюдать правильные пропорции соотношения бензина и воздуха. Именно это и обеспечивает механический инжектор: благодаря безостановочному распылению топлива оно может смешиваться с воздухом в оптимальных соотношениях. Осуществляется процесс распыления в такой системе благодаря форсункам.
Однако, механические инжекторы уже давно ушли с конвейера, и на смену им пришли электронные устройства. Чем же они отличаются друг от друга? Главное отличие – сила, которая заставляет форсунки открываться и распрыскивать топливо. В механическом варианте это происходит благодаря давлению, которое специально создается в системе, а в электронном форсунки открываются благодаря электронному импульсу. Здесь и раскрывается минус механических устройств: обороты двигателя в таких автомобилях напрямую зависят от того, какое давление удерживается в топливной системе. По сути, за управление механическими форсунками отвечает дозатор механического инжектора.
Электронный инжектор – более умное устройство, потому что открыванием и закрыванием форсунок здесь «ведает» электронный блок управления автомобиля. Но все же, со временем оснащать электроникой начали и механические инжекторы. В частности, могут устанавливаться специальные датчики для контроля и корректировки подачи топлива на форсунки, ориентируясь уже не на давление в топливной системе, а на показания датчиков температуры и выхлопных газов.
Также, сам состав горючей смеси может корректироваться на основании положения педали акселератора. Но в любом случае, именно давление является основным фактором, который обеспечивает работоспособность механического инжектора. Этот показатель может находиться в пределах 4-6,5 атмосфер.
Механические инжекторы могут быть представлены в разных вариантах. Как и любое другое устройство, его неоднократно совершенствовали и меняли конструкцию. Естественно, что все изменения были направлены только на то, чтобы сделать устройство как можно лучше и практичнее. Но виды механических инжекторов не так разнообразны, и их можно назвать только три:
K-Jetronic.
Первый указанный в списке и является первым полноценным механическим инжектором, который начали активно применять в конструировании автомобилей. Именно на примере K-Jetronic мы немного ниже и расскажем об устройстве механического инжектора, поскольку все остальные виды так или иначе создавались на его основе и мало чем отличаются.
Прежде чем посвящать вас в основные тонкости функционирования механического инжектора, стоит обратить ваше внимание на еще одно название этого устройства – моновпрыск. Только пришел первым на смену карбюраторным двигателям, а уже позднее, когда его начали модифицировать и совершенствовать, это устройство начали называть механическим инжектором. Но ближе к делу.
Используются механические инжекторы только на тех двигателях, которые работают на бензине. Основу такой системы составляет форсунка, которая открывается под давлением в топливной системе. Но не менее важным элементом этого устройства является и дроссельная заслонка. Именно благодаря ей дозируется подача воздуха в камеру сгорания, что позволяет создавать оптимальную топливно-воздушную смесь и обеспечить стабильную работу двигателя.
Вообще, принцип работы механического инжектора очень сильно критикуется. Основная причина, по которой он был снят с производства, заключается в том, что автомобили с таким устройством слишком сильно загрязняют окружающую среду.
Поскольку нормы выхлопных газов за рубежом очень строго контролируются, то моновпрыск по сути стал запрещенным. Однако, при правильной настройке всех элементов, и такой инжектор может работать в соответствии со всеми экологическими нормами. В частности, очень важно, чтобы угол открытия дроссельной заслонки правильно соотносился с частотой вращения коленчатого вала.
Основными факторами, от которых зависит функционирования механического инжектора, являются таковые:
Соотношение между объемом потока воздуха и его массой;
Угол открытия дроссельной заслонки;
Показатель давления в топливной системе автомобиля.
Как уже говорилось выше, рассказать об устройстве механического инжектора мы хотим на примере K-Jetronic . Познакомиться лично с ней вы можете на автомобилях «Ауди 100». Чтобы у вас сложилось полноценное представление и о работе, и об устройстве механического инжектора, мы подробно расскажем о каждом его элементе.
Данный элемент механического инжектора представляет собой совокупность камер и плунжера. Именно благодаря им и осуществляется регуляция количества бензина, который подается в цилиндры двигателя. Непосредственная регулировка осуществляется благодаря степени открытия клапанов каждой камеры.
Также, от каждой камеры к форсункам инжектора отходят специальные трубки. Когда увеличивается угол открытия дроссельной заслонки, параллельно повышается и разрежение, которое поднимает напорный диск. Поскольку он связан с плунжером при помощи рычага, плунжер также поднимается. Все это и приводит к тому, что клапан каждой камеры открывается и осуществляется подача бензина.
Несложно сделать вывод, что количество сгораемого бензина в такой системе напрямую зависит от того, сколько воздуха расходуется для создания воздушно-топливной смеси. А изменяется расход воздуха благодаря повороту дроссельной заслонки, управление которой осуществляется через педаль акселератора.
Реле температуры
Данный элемент представлен в виде биметаллической пластины. Под воздействием температуры, то есть в результате нагрева, она имеет возможность деформироваться. Когда запускается холодный двигатель, контакт реле находится в замкнутом положении. Благодаря этому сквозь него может проходить ток, который в свою очередь воздействует на клапан форсунки и дополнительно обогащает воздушно-топливную смесь. Однако под влиянием тока нагревается реле температуры, что в итоге приводит к размыканию контакта реле и отключению форсунки.
Винт качества
Чтобы двигатель автомобиля работал правильно и бесперебойно, соотношение бензина и воздуха в горючей смеси должно соответствовать строгим нормам. Вот именно эту норму и регулирует такой элемент как винт качества. Если он работает неправильно, то расход топлива может вырасти в разы. Данный винт находится в постоянном вращении, благодаря чему возможно изменение высоты подъема плунжера, а также проходного сечения клапанов всех камер распределения механического инжектора. Расположен данный винт между штоком плунжера и рычагом расходомера.
Винт количества (регулировочный винт)
Когда двигатель работает на холостом ходу, водитель не нажимает на педаль газа, что держит дроссельную заслонку в закрытом состоянии. Из всего этого следует, что в камеру сгорания двигателя не поступает воздух через привычный канал, а значит, нужен дополнительный. Роль такового и выполняет канал холостого хода, который создается благодаря регулировочному винту.
Кроме того, при помощи винта количества можно менять холостые ходы двигателя автомобиля с механическим инжектором.
Однако без особой надобности баловаться этим винтом не рекомендуется.
По сути, это главный элемент любой инжекторной системы. Количество форсунок строго соответствует количеству цилиндров двигателя, поскольку на каждый цилиндр приходится по одной форсунке. Они устанавливаются на цилиндры таким образом, чтобы не допускать образования пробок и одновременно с этим обеспечивать теплоизоляцию.
Если говорить об автомобиле «Ауди 100», то форсунка на его двигателе выполнена в виде механического клапана. Принцип его действия достаточно простой: чтобы попасть в цилиндр, бензину приходится преодолевать усилие пружины, которая прижимает клапан-форсунку. Усилие пружины подбирается специально, чтобы форсунка открывалась только тогда, когда уровень давления достигает 3,5 Атмосфер.
При этом впрыск топлива осуществляется периодически. Как это возможно? Просто в верхних камерах распределителя постоянно образуются кратковременные снижения давления, что и вызывает перерывы в работе форсунок.
Если система исправна, то каждая форсунка срабатывает при одинаковом уровне давления.
Регулятор противодавления
Работа этого устройства базируется на том, чтобы понижать противодавление, которое возникает в распределителе. Благодаря этому открываются клапаны из камер, и поступает больше горючего. Важно отметить, что камеры распределителя разделены при помощи мембраны и классифицируются как верхние и нижние. В нижних камерах давление создается при помощи насоса, который совместно с пружиной закрывает клапаны. Если же давление упадет, то и мембрана упадет вниз, что приведет к открытию клапанов.
Элементы, которые поддерживают давление в топливной системе автомобиля
Таковыми являются устройства, которые, по сути, не совсем и относятся к конструкции самого механического инжектора. Это аккумулятор и регулятор давления в топливной системе, клапаны форсунок и бензонасос. Первый из них поддерживает величину давления на необходимом уровне после того как был остановлен горячий двигатель. Длится это в течение непродолжительного периода времени и нужно для того, чтобы не допускать образования пробок.
Что касается , то он самостоятельно регулирует давление при помощи двух клапанов: предохранительного и пропускного. Открытие пропускного клапана провоцируется достижением рабочей величины давления, а пропускной открывается только тогда, когда давление становится очень большим.
Клапаны форсунок способны удерживать давление только в том случае, если оно ниже 3,5 Атмосфер.
Пусковая форсунка
Чтобы произошел запуск холодного двигателя с механическим инжектором, на Ауди 100 подача дополнительной порции бензина осуществляется при помощи электромагнитной пусковой форсунки. Ее включение осуществляется при замкнутых контактах реле температуры. Отключается она тогда, когда реле нагревается, и размыкаются его контакты. Также реле температуры может включать дополнительный клапан противодавления.
Установлена пусковая форсунка непосредственно перед дроссельной заслонкой и основными элементами инжектора. При нормальном функционировании двигателя она находится в закрытом состоянии, что возможно благодаря наличию пружины. Вот и все устройство механического инжектора. В целом оно совсем не сложное, однако, без электрического питания функционирование системы не является идеальным.
Подписывайтесь на наши ленты в
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:
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.
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:
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.
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).
Всего предусмотрено три режима работы двигателя:
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.
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!
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.
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?
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.
Для выбора оптимального количества топлива в различных условиях эксплуатации ЭБУ двигателя следит за показаниями различных датчиков. Вот лишь несколько основных:
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»?
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!
