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.

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.

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

Карбюратор против инжектора

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

Этапы развития инжекторного впрыска

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

Топливный насос

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

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

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

Топливная рампа

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

Форсунки

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

Дроссельная заслонка

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

Электронный блок управления

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

Датчики в автомобиле

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

Заключение

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

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.

Инжекторный двигатель (двигатель с инжектором, англ. electronic fuel injection engine) - современный тип ДВС, оснащенный инжекторной системой топливного впрыска, которая пришла на смену моторам с карбюратором. Сегодня новые бензиновые автомобили оснащаются исключительно инжектором, так как данное решение способно обеспечить силовой установке необходимое соответствие строгим нормам касательно экономичности и токсичности отработавших газов.

Карбюратор проигрывает инжектору по общим показателям эффективности, так как инжекторные двигатели стабильнее работают, автомобиль получает улучшенную динамику разгона. Инжекторный агрегат потребляет меньше топлива, содержание вредных веществ в выхлопе снижается, так как топливо сгорает более полноценно. Управление системой полностью автоматизировано (в отличие от карбюратора), то есть не требует ручной подстройки во время эксплуатации. Что касается дизельных двигателей, система впрыска дизтоплива на таких моторах имеет ряд конструктивных отличий, хотя общий принцип работы инжектора на дизеле остается похожим на бензиновые аналоги.

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.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт филиал

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета

им. С.М.Кирова

Факультет ЛТФ

Кафедра АиАХ

Лабораторная работа № 1,2

Дисциплина: ТЭА

Тема: Система питания инжекторного двигателя.

Выполнил Артеева Т. П., гр. 141

Проверил Юшков А. Н., к.т.н.

Зав. кафедрой Чудов В. И., к.т.н.

Сыктывкар – 2011

Содержание Введение…………………………………………………………………………...3

Устройство системы питания инжекторного двигателя…..…...................4

Основные неисправности системы питания.……...………………………7

1. Датчики………………………………………………………………….7

   Форсунки………………………………………………………………..9

   Бензонасос……………………………………………………………..11

ТО системы питания………….………………..………………………….12

Введение

На сегодняшний день инжекторный двигатель практически полностью заменил устаревшую карбюраторную систему.

Инжекторный двигатель улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива и т.д.).

Инжектор позволяет длительное время соблюдать высокие экологические стандарты, без ручных регулировок, благодаря самонастройки по датчику кислорода.

Инжекторный двигатель. Основные достоинства.

Основные достоинства инжектора по сравнению с карбюратором: уменьшенный расход топлива, улучшенная динамика разгона, уменьшение выбросов вредных веществ, стабильность работы. Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально "на лету", так как управление осуществляется программно, и может учитывать практически большое число программных функций и данных с датчиков. Также современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения водителя, и т.п.

Инжекторный двигатель. Недостатки.

Основные недостатки инжекторных двигателей по сравнению с карбюраторными: высокая стоимость ремонта, высокая стоимость узлов, неремонтопригодность элементов, высокие требования к качеству топлива, необходимо специализированное оборудование для диагностики, обслуживания и ремонта.

Инжекторные системы питания двигателя классифицируются следующим образом. Моновпрыск или центральный впрыск - одна форсунка на все цилиндры, расположенная на месте карбюратора (во впускном коллекторе). В современных двигателях не встречается. Распределённый впрыск - каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе. Одновременный - все форсунки открываются одновременно. Попарно-параллельный - форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска.

1. Устройство системы питания инжекторного двигателя

Рис.1. Схема подачи топлива двигателя с системой впрыска топлива

1 – форсунки; 2 – пробка штуцера для контроля давления топлива;3 – рампа форсунок; 4 – кронштейн крепления топливных трубок;5 – регулятор давления топлива; 6 – адсорбер с электромагнитным клапаном; 7 – шланг для отсоса паров бензина из адсорбера;8 – дроссельный узел; 9 – двухходовой клапан;10 – гравитационный клапан; 11 – предохранительный клапан;12 – сепаратор; 13 – шланг сепаратора; 14 – пробка топливного бака; 15 – наливная труба; 16 – шланг наливной трубы; 17 – топливный фильтр; 18 – топливный бак; 19 – электробензонасос; 20 – сливной топливопровод; 21 – подающий топливопровод.

Топливо подается из бака, установленного под днищем в районе задних сидений. Топливный бак ваз 2111 – стальной, состоит из двух сваренных между собой штампованных половин. Заливная горловина соединена с баком резиновым бензостойким шлангом, закрепленным хомутами. Пробка герметична. Бензонасос – электрический, погружной, роторный, двухступенчатый, установлен в топливном баке. Развиваемое давление - не менее 3 бар (3 атм).

Бензонасос ваз 2110 включается по команде контроллера системы впрыска (при включенном зажигании ваз 2112) через реле. Для доступа к насосу под задним сиденьем в днище автомобиля имеется лючок. От насоса по гибкому шлангу топливо под давлением подается к фильтру тонкой очистки и далее – через стальные топливопроводы и резиновые шланги – к топливной рампе.

Фильтр тонкой очистки топлива – неразборный, в стальном корпусе, с бумажным фильтрующим элементом. На корпусе фильтра нанесена стрелка, которая должна совпадать с направлением движения топлива.

Топливная рампа служит для подачи топлива к форсункам и закреплена на впускном коллекторе. С одной стороны на ней находится штуцер для контроля давления топлива, с другой – регулятор давления. Последний изменяет давление в топливной рампе – от 2,8 до 3,2 бар (2,8-3,2 атм) – в зависимости от разрежения в ресивере, поддерживая постоянный перепад между ними. Это необходимо для точного дозирования топлива форсунками.

Регулятор давления топлива ваз 2111, ваз 2112 представляет собой топливный клапан, соединенный с подпружиненной диафрагмой. Под действием пружины клапан закрыт. Диафрагма делит полость регулятора на две изолированные камеры – "топливную" и "воздушную". "Воздушная" соединена вакуумным шлангом с ресивером, а "топливная" – непосредственно с полостью рампы. При работе двигателя разрежение, преодолевая сопротивление пружины, стремится втянуть диафрагму, открывая клапан. С другой стороны на диафрагму давит топливо, также сжимая пружину. В результате клапан открывается, и часть топлива стравливается через сливной трубопровод обратно в бак. При нажатии на педаль "газа" разрежение за дроссельной заслонкой уменьшается, диафрагма под действием пружины прикрывает клапан – давление топлива возрастает. Если же дроссельная заслонка закрыта, разрежение за ней максимально, диафрагма сильнее оттягивает клапан – давление топлива снижается. Перепад давлений задается жесткостью пружины и размерами отверстия клапана, регулировке не подлежит. Регулятор давления – неразборный, при выходе из строя его заменяют.

Форсунки крепятся к рампе через уплотнительные резиновые кольца. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан, пропускающий топливо при подаче на него напряжения, и запирающийся под действием возвратной пружины при обесточивании. На выходе форсунки имеется распылитель, через который топливо впрыскивается во впускной коллектор. Управляет форсунками контроллер системы впрыска. При обрыве или замыкании в обмотке форсунки ее следует заменить. При засорении форсунок их можно промыть без демонтажа на специальном стенде СТО.

В системе впрыска с обратной связью применяется система улавливания паров топлива ваз 2110. Она состоит из адсорбера, установленного в моторном отсеке, сепаратора, клапанов и соединительных шлангов. Пары топлива из бака частично конденсируются в сепараторе, конденсат сливается обратно в бак. Оставшиеся пары проходят через гравитационный и двухходовой клапаны. Гравитационный клапан предотвращает вытекание топлива из бака при опрокидывании автомобиля ваз 2111, а двухходовой препятствует чрезмерному повышению или понижению давления в топливном баке.

Затем пары топлива попадают в адсорбер ваз 2110, где поглощаются активированным углем. Второй штуцер адсорбера соединен шлангом с дроссельным узлом, а третий – с атмосферой. Однако на выключенном двигателе третий штуцер перекрыт электромагнитным клапаном, так что в этом случае адсорбер не сообщается с атмосферой. При запуске двигателя контроллер системы впрыска начинает подавать управляющие импульсы на клапан с частотой 16 Гц. Клапан сообщает полость адсорбера с атмосферой и происходит продувка сорбента: пары бензина отсасываются через шланг в ресивер. Чем больше расход воздуха двигателем, тем больше длительность управляющих импульсов и тем интенсивнее продувка.

В системе впрыска без обратной связи система улавливания паров топлива состоит из сепаратора с двухходовым обратным клапаном. Воздушный фильтр ваз 2111 установлен в передней левой части моторного отсека на трех резиновых держателях (опорах). Фильтрующий элемент – бумажный, при установке его гофры должны располагаться параллельно оси автомобиля. После фильтра воздух проходит через датчик массового расхода воздуха и попадает во впускной шланг, ведущий к дроссельному узлу. Дроссельный узел закреплен на ресивере. Нажимая на педаль "газа", водитель приоткрывает дроссельную заслонку, изменяя количество поступающего в двигатель воздуха, а значит, и горючей смеси – ведь подача топлива рассчитывается контроллером в зависимости от расхода воздуха. Когда двигатель работает на холостом ходу и дроссельная заслонка закрыта, воздух поступает через регулятор холостого хода – клапан, управляемый контроллером. Последний, изменяя количество подаваемого воздуха, поддерживает заданные (в программе компьютера) обороты холостого хода. Регулятор холостого хода ваз 2112 – неразборный, при выходе из строя его заменяют.