Принцип работы инжектора для начинающих

Как работает система впрыска топлива

Собственно, какая разница, что там происходит под капотом у нашего автомобиля? Едет, и слава богу. А если говорить о системе питания в принципе, то по большому счету, и карбюратор, и инжектор выполняют одну и ту же функцию, только несколько другими средствами. Не факт, что инжектор справляется лучше, он просто дешевле в изготовлении и проще в настройках, чем карбюратор. Его величество карбюратор — это интеллигентная и изящная металлическая конструкция, которая без посторонней помощи способна обеспечивать двигатель топливом. Инжектор — разбалованный принц, которому то топливом не угодили, то давление ему не то. Но обо всем по порядку.

Когда появился инжектор

Карбюратор, судя по всему, уже смешал отведенное ему количество топлива с воздухом в XX веке и его время стремительно подходит к концу. Несмотря на то что инжекторная система подачи топлива появилась гораздо раньше, чем карбюратор, она только начинает обживаться под капотами автомобилей. Своим происхождением впрыск обязан итальянскому физику и изобретателю Джованни Вентури, который изобрел форсунку с переменным сечением и скромненько назвал ее Труба Вентури.

Использовать ее в автомобилях начали ребята из гаража Леона Левассора. Что-то наподобие современного впрыска они ставили на свои автомобили еще в 1902 году. После этого автомобильные системы питания метались в поисках лучшего устройства, а инжектор нашел себе применение в авиационных двигателях. К концу 40-х годов все военные истребители поголовно пользовались инжекторной системой питания до тех пор, пока военная авиация не перешла на реактивную тягу.

Что такое инжекторная система питания

Самым первым инжекторным автомобилем стал Mercedes-Benz 300 SL. Это тот самый легендарный МВ с дверями «крыло чайки», только он имел механический моновпрыск, который уже лет 30, как не применяется. Резюмируя эту историческую справку, скажем, что инжекторная система питания — это комплект устройств и элементов, которые обеспечивают дозированную подачу топлива в камеру сгорания.

Простейший инжекторный автомобиль в обязательном порядке имеет на борту:

форсунку-распылитель;
насос высокого давления;
топливный фильтр;
впускной коллектор;
воздушный фильтр;
систему управления, которая может быть механической или электронной.

Устройство системы непосредственного впрыска топлива

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI (Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива). Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПА) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Схема системы непосредственного впрыска на примере системы Motronic MED7. 1.топливный бак; 2. топливный насос; 3.топливный фильтр; 4. перепускной клапан; 5. регулятор давления топлива; 6. топливный насос высокого давления; 7. трубопровод высокого давления; 8. распределительный трубопровод; 9. датчик высокого давления; 10. предохранительный клапан; 11. форсунки впрыска; 12. адсорбер; 13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

Принцип работы инжекторной системы подачи топлива

Инжектор, в принципе, это распылитель-форсунка, поэтому логичнее и правильнее было бы называть систему впрысковой. Система впрыска работает точно так же, как и карбюратор, только ее элементы разбросаны по всей машине, а карбюратор компактно собрал все системы в своем корпусе. Ему не нужны никакие дополнительные устройства, карбюратор может обойтись (это не значит, что обходится) без насосов, фильтров и электроники. Принцип работы системы впрыска чрезвычайно прост: топливо из бака поступает в магистраль под давлением, которое создал бензонасос. Как правило, в современных автомобилях он находится прямо в баке, но есть исключения.

После этого бензин поступает в топливную рампу, где уже распределяется по форсункам. Форсунка дозировано, по мере необходимости, впрыскивает топливо или прямо в камеру сгорания, тогда такая система называется непосредственным впрыском, или во впускной коллектор, где смешивается с воздухом и подается в камеру сгорания через впускной клапан.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Впрыск может быть:

центральным (ДВС с карбюраторами, наддроссельный впрыск),
распределённый или коллекторный (осуществляется отдельной форсункой в каждый цилиндр двигателя),
непосредственный (осуществляется напрямую в камеры сгорания, отдельными форсунками), встречается в разных вариациях, характерен для современных автомобилей.

Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)

Решения с карбюраторами

Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И множество лет – единственно доступные. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на около сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.
Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.

Принцип их действия основан на принципе втягивания топлива в поток воздуха, проходящего через карбюратор. Всё это возможно за счет сужения воздушного канала и разрежения воздуха.

Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое соотношение топлива к воздуху.

Особенности системы впрыска

Основным преимуществом системы впрыска считают точную дозировку топлива, необходимую для оптимальной работы двигателя в определенный момент и под определенной нагрузкой. Этого позволила добиться только электронная система управления. Старые инжекторные системы имели механическое управление и подавали бензин по средним потребностям мотора. Современный инжектор способен точно вычислить сколько топлива необходимо и в какой момент его нужно подать. Синхронизация системы питания с зажиганием позволяет оперативно менять как угол опережения подачи искры, так и момент подачи бензина, поэтому теоретически, инжекторные системы должны быть эффективнее и экономичнее карбюраторных.

Диагностика инжекторных систем

Действительно, с применением электроники и распределенной системы впрыска моторы стали немного экономичнее, но против физики не попрешь, и без нужного количества бензина камера сгорания просто не выдаст ту энергию, которая необходима. С усложнением систем впрыска стали появляться новые проблемы, особенно на дешевых машинах, поскольку система впрыска очень требовательна к материалам топливной аппаратуры и особенно, к качеству топлива. Это вообще больной вопрос для всех инжекторов. Количество серы в отечественном бензине не укладывается ни в какие нормы, поэтому даже на недорогих системах впрыска очень часто требуется вмешательство механика.

Неисправности системы впрыска проявляются по-разному, но методы диагностики на современных СТО позволяют довольно точно определить нерабочий элемент. Чаще всего, это страдают от топлива насосы и форсунки. Определить неисправность просто, для этого даже не нужно ехать в сервис:

тяжелый пуск;
высокий расход;
провалы в работе на средних оборотах и отсутствие холостых;
сбои в переходных режимах.

Все это свидетельствует о недостаточном количестве бензина в камере сгорания. Насосы, как правило, не ремонтируют, по крайней мере, на официальных сервисах, а форсунки приходится мыть и прочищать.

Принцип действия системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

послойное ;
стехиометрическое гомогенное ;
гомогенное.

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Рабочий процесс поддерживается движением воздуха в цилиндрах. В зависимости от нагрузочного и скоростного режимов регулируется интенсивность движения воздуха, при этом, обеспечивается создание гомогенной или послойной смеси.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания.

Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%.

Промывка инжекторной системы

Есть несколько способов очистки инжекторной системы. Если двигатель находится еще не в критическом состоянии, тогда может помочь промывка при помощи топливных присадок. Они растворяют отложения в насосе, топливопроводе, а главное, в форсунках, и в некоторой степени чистят систему от грязи и шлаков. не всегда это удается и не всегда это безопасно для двигателя, поэтому наиболее эффективным способом прочистки форсунок считают ультразвуковые ванны. Это не механический способ очистки и процесс проходит довольно эффективно.

Инжекторная система подачи топлива продолжает совершенствоваться, полностью вытесняя карбюраторы. Системы вполне работоспособны, только для того, чтобы избежать лишних проблем с очисткой и регулировками, стоит следить за качеством топлива ровно настолько, насколько это позволяют наши нефтеперерабатывающие комбинаты. Чистого всем бензина, и удачи в дороге!

Устройство и принцип работы инжектора

На сегодняшний день инжекторный (или, говоря по-научному, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшие карбюраторные двигатели. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

Точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход;
Снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов;
Увеличение мощности двигателя примерно на 7-10% за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя;
Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси;
Легкость пуска независимо от погодных условий.

Виды инжекторных систем

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 3 типа инжекторных систем, различающихся по типу подачи топлива:

Центральная;
Распределенная;
Непосредственная.

Центральная (моновпрыск) инжекторная система

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.

Распределенная (мультивпрыск) инжекторная система

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.

Система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска – разновидность распределенной и 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.

Виды электронных форсунок

Существует классификация электронных форсунок, основывающихся на способе впрыска топлива. Выделяют такие три разновидности:

Электромагнитная. Зачастую характерна для бензиновых ДВС (и с прямым впрыском тоже). Конструкцию нельзя назвать очень сложной, а основными составляющими её частями выступают клапан с иголкой (электромагнитный), сопло. Контроль за работой указанной форсунки выполняется с помощью ЭБУ, обеспечивающего на обмотке клапана напряжение в наиболее подходящий для этого момент.
Электрогидравлическая. По большей части используют на дизельных движках. Являет собой электромагнитный клапан, дополненный камерой управления, а также сливным и впускным дросселями. Рабочий принцип этой разновидности форсунок основывается на участии давления самой топливной смеси в любой момент работы. За деятельностью электрогидравлической форсунки следит ЭБУ, именно он отправляет рабочие сигналы электромагнитному клапану.
Пьезоэлектрическая. Считается наиболее удачным устройством среди всех представленных, но может работать только на дизельных агрегатах с системой впрыска Common Rail. Основное преимущество этого типа — быстрота реакции, что гарантирует многократную подачу топлива за один полный цикл. В основе работы пьезоэлемента — гидравлический принцип действия (как и в предыдущем варианте), предусматривающий срабатывание поршня толкателя за счёт увеличения длины пъезоэлемента под воздействием электрического сигнала ЭБУ. Количество подаваемого за один раз топлива определяется продолжительностью такого воздействия и давлением топливной смеси в топливной рампе.

Принцип работы инжектора

Принцип работы инжектора на автомобилях можно условно поделить на 2 части — механическую составляющую и электронную.

топливный бак;
электрический бензонасос;
фильтр очистки бензина;
топливопроводы высокого давления;
топливная рампа;
форсунки;
дроссельный узел;
воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей. Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенную со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Современная форсунка – электромагнитная, в ее основе лежит соленоид. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

Лямбда-зонд, устанавливается в выпускной системе авто, определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах;
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента, определяет количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами;
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), установлен в дроссельном узле, подает сигнал о положении педали акселератора;
Датчик температуры силовой установки, располагается возле термостата, регулирует состав смеси в зависимости от температуры мотора;
Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), установлен возле шкива коленчатого вала;
Датчик детонации, расположен на блоке цилиндров;
Датчик скорости, установлен на коробке передач;
Датчик фаз,предназначен для определения углового положения распредвала, установлен в головке блока.

Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от всех датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

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.

Преимущества инжектора и его недостатки

Если бы в этой системе не было преимуществ, инжекторы не получили бы столь широкое распространение. Надежность инжектора многие могут оспорить, ведь автомобилисты нередко сталкиваются с проблемами и неизлечимыми болезнями системы. Тем не менее, в технологии намного больше плюсов, которые привлекают покупателей и дарят определенные выгоды в поездке.

+ Преимущества	— Недостатки
реальное понижение расхода топлива — инжектор может экономить, благодаря интеллектуальному управлению подачей топлива;	чистка форсунок — если вы заливаете не слишком качественный бензин или не меняете вовремя фильтры топлива, форсунки будут забиваться и перестанут распылять бензин;
полное сгорание бензина — при правильных настройках инжектор обеспечивает полное сгорание топлива и определенную интенсивность поездки;	прошивка «мозгов» в нужных режимах — на старых машинах иногда получается достичь невероятных результатов от перепрошивки, ведь технологии движутся вперед;
более выразительная динамика двигателя — водителю не приходится долгое время ожидать реакции при нажатии педали газа;	замена бортового компьютера на более функциональный вариант ЭБУ для вашей модели автомобиля с подходящими настройками;
возможность смены прошивки — с помощью простой процедуры чип-тюнинга можно полностью изменить параметры авто;	регулярная смена фильтров, как воздушного, так и топливного, с целью обеспечения нормальной работы инжектора;
технологичность и современность — машина с инжектором зачастую выбрасывает в атмосферу значительно меньше вредных веществ;	использование качественного топлива в соответствии с предписанными производителем нормами и подходящим октановым числом;
устойчивая работа в любых условиях — для хорошей работы инжектора не требуется ручное управление заслонкой воздуха, двигатель хорошо заводится в мороз.	регулярный сервис, своевременное обращение внимания на определенные недостатки работы автомобиля.

Несмотря на то, что инжектор дороже в обслуживании и более прихотлив к качеству бензина, его надежность и возможность широкой настройки параметров опережает на сотни шагов вперед карбюратор. В конце концов, за определенный пробег два типа мотора могут выйти одинаково в цене, только карбюратору нужно будет чаще уделять внимание, а инжектор сделать один раз и надолго.

И напоследок представляем вашему вниманию видео для более полного понимания принципа работы инжектора.

Инжекторная система

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

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

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

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

Устройство системы

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

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

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

Датчики системы инжектора

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

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

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

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

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

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

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

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

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

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

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

Обратная связь с датчиками

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

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

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

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

На разных режимах обратная связь работает так:

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

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

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

Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей

Топливная система – важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива (“обратка”) и зачем она нужна.

Состав и функции системы подачи топлива
Виды питания бензиновых двигателей
Карбюраторные
Инжекторные
Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя
Common rail
Разделенная и насос-форсунка
Линия возврата топлива (“обратка”)
Полезное видео

Состав и функции системы подачи топлива

Главная функция любой топливной системы – это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:

транспортировка топлива, его фильтрация и создание давления в системе – выполняется механическими и гидравлическими устройствами;
расчет количества и момента впрыска топлива, а также распределение его по цилиндрам – осуществляется электронными устройствами.

Топливная система автомобиля

В состав топливной системы входят следующие элементы:

Бак – герметичная емкость для хранения топлива.
Трубопроводы (прямой и обратный) – трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива.
Фильтры (грубой и тонкой очистки) – выполняют очистку от механических загрязнений.
Регулятор давления – необходим для обеспечения заданного уровня давления.
Насос – как правило, погружной, приводимый в движение электродвигателем.
ТНВД – для систем непосредственного впрыска (дизельных двигателей).
Топливные форсунки.

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:

карбюраторные;
инжекторные.

Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива.
Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию.
В специальной камере (карбюраторе) горючее смешивается с воздухом.
Готовая смесь подается напрямую в цилиндры двигателя, где она сгорает.

Инжекторные

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Какое давление в топливной системе инжекторного двигателя создает насос зависит от типа впрыска:

С индивидуальными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Создаваемое насосом давление в топливной рампе составляет от 2,5 бар до 4 бар.
С одной форсункой (моновпрыск), подающей топливо для всех цилиндров двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкой экономичности.
Непосредственный впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет выполнять прямой впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление составит около 155 бар.

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

Насос через фильтры подает бензин в топливную рампу.
Регулятор на рампе обеспечивает заданный уровень давления топлива.
Форсунки, установленные на рампе, впрыскивают топливо в цилиндры.
В момент подачи бензина в цилиндры подается и воздух, образуется топливовоздушная смесь.

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

Системы подачи дизельного топлива имеют свои особенности. Различают три типа конструкций:

Сommon rail (или аккумуляторная);
С насос-форсунками;
Разделенные.

Common rail

Наиболее популярная топливная система для дизелей – аккумуляторная (или common rail). Она соответствует более высоким экологическим стандартам. Это обеспечивается благодаря независимости процессов впрыскивания дизеля от режимов работы двигателя.

Конструктивно система питания дизеля common rail имеет два основных контура:

Участок низкого давления – состоит из топливного бака, насоса низкого давления, трубопроводов и фильтра.
Участок высокого давления – состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД), трубопровода, рампы (аккумулятора) и форсунок.

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

Насос низкого давления нагнетает дизель из топливного бака в трубопровод.
Проходя по трубопроводу через фильтры грубой и тонкой очистки дизель подается в насос высокого давления.
ТНВД подает топливо в форсунки, с помощью которых происходит впрыск в цилиндры.
Одновременно с впрыском топлива происходит подача воздуха.

Разделенная и насос-форсунка

Разделенная топливная система состоит из топливного бака, трубопроводов, ТНВД и форсунок. При этом насос и форсунки соединены длинными трубопроводами, рассчитанными на высокое давление. Разделенная схема активно применяется в отечественном автомобилестроении, поскольку отличается низкой стоимостью и простотой конструкции.

В свою очередь, насос-форсунка – устройство, одновременно создающее нужный уровень давления и производящие впрыск топлива. Она располагается в головке блока цилиндров и приводится в действие кулачковым механизмом. Прямая и обратная магистрали при этом реализованы как каналы, находящиеся непосредственно в головке блока.

Рабочее давление при такой схеме составляет до 2 200 бар.

Этот способ имеет важный недостаток – он характеризуется зависимостью давления от режима работы двигателя.

Линия возврата топлива (“обратка”)

Как правило, топливный насос имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.

Этим занимается регулятор давления топлива, который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую “обратку”. В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).

Система подачи топлива с линией возврата. Топливо, которое не было впрыснуто форсункой, является избыточным и оно возвращается обратно в бак через регулятор, который расположен на топливной рампе, и линию возврата. Таким образом в топливном коллекторе поддерживается постоянное давление.
Топливная система без линии возврата. Регулятор давления топлива в таких системах обычно устанавливается в модуле погружного топливного насоса. Избыточное топливо, подаваемое насосом, возвращается обратно в бак через короткую линию возврата. При этом в топливную рампу подается только то количество топлива, которое впрыскивается форсунками. Данная система имеет следующие преимущества – меньшая стоимость и меньший подогрев топлива в баке.

Полезное видео

Ознакомьтесь с дополнительной информацией о системе питания инжекторного двигателя на видео ниже:

Как правило, основные элементы топливной системы одинаковы для большинства моделей автомобилей, находящихся в одной категории. С другой стороны, практические характеристики могут изменяться, в зависимости от технических особенностей конкретного двигателя.

Принцип работы инжектора

Устройство и принцип работы инжектора

На сегодняшний день инжекторный двигатель практически полностью заменил устаревшие карбюраторные двигатели. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

Точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход;
Снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов;
Увеличение мощности двигателя примерно на 7-10% за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя;
Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси;
Легкость пуска независимо от погодных условий.

Виды инжекторных систем

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

Всего существует 3 типа инжекторных систем, различающихся по типу подачи топлива:

Центральная;
Распределенная;
Непосредственная.

Центральная (моновпрыск) инжекторная система

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.

Распределенная (мультивпрыск) инжекторная система

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

Система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска – разновидность распределенной и 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.

Принцип работы инжектора

К механической части инжектора относится:

топливный бак;
электрический бензонасос;
фильтр очистки бензина;
топливопроводы высокого давления;
топливная рампа;
форсунки;
дроссельный узел;
воздушный фильтр.

В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Основным элементом электронной части является электронный блок, состоящий из контроллера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Конструкция и принцип работы инжектора

Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную.

Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры

. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.

Механическая составляющая инжектора

К механической части инжектора относится:

топливный бак;
электрический бензонасос;
фильтр очистки бензина;
топливопроводы высокого давления;
топливная рампа;
форсунки;
дроссельный узел;
воздушный фильтр.

Видео: Инжектор

Принцип работы инжектора

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.

Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

Электронная составляющая

Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

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.
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;
Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
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;
Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока.

Принцип работы инжектора на автомобилях

Принцип работы инжектора заключается в том, чтобы подать своевременно в камеры сгорания топливовоздушную смесь.

Это необходимо для нормального функционирования двигателя.

Системой управления корректируется момент подачи напряжения на электроды свечей, чтобы воспламенить эту смесь. Причем эти параметры контролируются системой датчиков, установленных на двигателе.

Электронный блок управления

Для работы любого инжекторного мотора необходим блок управления микроконтроллерного типа.

К нему подключаются:

Исполнительные механизмы при помощи электромагнитных реле.
Датчики через согласующие устройства.

Питание осуществляется от бортовой сети.

Электронный блок состоит из:

Постоянной памяти – она необходима для хранения информации, записи алгоритмов работы.
Оперативной памяти – в нее записывается текущая информация, все данные при выключении зажигания стираются из нее.
Микроконтроллера – он позволяет обрабатывать поступающие сигналы и регулировать работу всех исполнительных механизмов.

В памяти устройства записан алгоритм работы, зависит он от поступающих сигналов с датчиков. Называется этот алгоритм «прошивкой» или «топливной картой».

Инжекторный двигатель

Еще два-три десятка лет назад большинство двигателей было оснащено карбюраторами, сегодня же на новых автомобилях карбюратор уже и не встретишь — его место заняли инжекторы. О том, что такое инжекторная система подачи топлива, как она устроена и работает, а также о ее преимуществах и недостатках читайте в этой статье.

История инжекторных двигателей

Свой путь инжекторные двигатели начали в авиации — первый авиамотор с впрыском топлива был создан еще в 1916 году (причем в России, выдающимися конструкторами Б.С. Стечкиным и А.А. Микулиным), однако массовое производство таких систем было начато перед Второй Мировой войной в Европе. Уже тогда о себе заявила фирма Bosch, которая одной из первых стала создавать инжекторные системы подачи топлива.

В автомобилях инжекторы появились в 1950-х годах, однако в то время они были не слишком интересны ни производителям, ни потребителям. И только с 1970-х годов, когда остро встал вопрос об экологической безопасности двигателей, а техника достигла достаточного для создания сложной автоматики уровня, инжекторные системы стали получать все большее и большее распространение.

На сегодняшний день инжекторные моторы занимают наибольшую долю рынка, а карбюратор уже практически стал историей.

Устройство и принцип работы инжекторной системы подачи топлива

В инжекторном двигателе, в отличие от карбюраторного, топливно-воздушная смесь подается в цилиндры не «самотеком», а с помощью специальной системы. Эта система, опираясь на показания нескольких датчиков, дозирует топливо и в распыленном виде в точно отмеченные моменты времени подает его в цилиндры. Управляется инжекторная система подачи топлива электронным блоком управления — фактически, небольшим компьютером.

Инжекторная система подачи топлива состоит из следующих основных компонентов:

– Топливные форсунки;
– Топливная рампа;
– Топливный насос;
– Электронный блок управления (ЭБУ);
– Система датчиков.

Топливная форсунка. Это основной элемент инжекторной системы. Собственно, форсунка и называется инжектором — она распыляет и подает топливо во впускные коллекторы цилиндров или непосредственно в камеры сгорания. Основу форсунки составляет корпус, в нем установлен электромагнитный клапан, который осуществляет открытие и закрытие форсунки. Распыление топлива производится через кольцевое отверстие между стенками корпуса и иглой, управляемой клапаном.

Топливная рампа. Присутствует в современных системах с распределенным впрыском. Рампа обеспечивает подачу топлива ко всем форсункам, объединяя их в единую систему.

Топливный насос. Топливо подается к форсункам под давлением в несколько атмосфер — это давление обеспечивает электрический топливный насос.

Электронный блок управления. Именно этот блок осуществляет управление инжекторной системой подачи топлива. Обычно выполнен в виде компактного блока (микроконтроллера), который соединен с несколькими датчиками, всеми форсункам, насосом, системой зажигания, регулятором холостого хода и другими системами. Собирая текущую информацию о состоянии двигателя, скорости, положении акселератора и десятках других параметров, ЭБУ определяет количество топлива и в определенные моменты производит его впрыск в цилиндры.

Система датчиков. Датчики служат для измерения в режиме реального времени ключевых параметров двигателя: массовый расход воздуха, положение коленчатого вала (для определения начала и конца тактов), положение педали газа, наличие детонаций в цилиндрах, температура охлаждающей жидкости, скорость автомобиля. На многих двигателях также устанавливаются датчики фаз, неровностей на дороге, включения кондиционера, положения распределительного вала и других параметров.

Принцип работы инжекторного двигателя очень прост: топливо распыляется форсунками во впускной коллектор цилиндра, где смешивается с воздухом, и полученная топливно-воздушная смесь через клапаны подается в камеру сгорания. Но, в отличие от карбюраторного двигателя, в инжекторе реализована возможность буквально за доли секунды подстраивать характеристики работы двигателя в зависимости от текущих условий, добиваясь наилучших показателей мощности, экономичности и экологичности.

Виды инжекторных двигателей

Существует два принципиально разных типа инжекторной системы подачи топлива:

– Моновпрыск (центральный или одноточечный впрыск);
– Распределенный (многоточечный) впрыск.

Моновпрыск. Простая и надежная система, в которой используется только одна форсунка — она установлена на впускном коллекторе, занимая место карбюратора. На сегодняшний день практически не используется, так как не удовлетворяет возросшим экологическим требованиям.

Распределенный впрыск. Система, в которой предусмотрено по одной топливной форсунке на каждый цилиндр. Существует три основных вида распределенного впрыска: одновременный (все форсунки открываются в одно время), попарно-параллельный (форсунки открываются парами) и фазированный (форсунки открываются индивидуально для каждого цилиндра, обычно перед тактом впрыска в цилиндре).

Отдельно необходимо выделить инжекторную систему с непосредственным впрыском топлива. В этой системе топливные форсунки выходят непосредственно в камеру сгорания (как в дизельных моторах). По ряду характеристик непосредственный впрыск лучше других систем, но более сложен и требователен к качеству топлива.

Преимущества и недостатки инжекторов

Широкое распространение двигателей с инжекторной системой подачи топлива обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

– Автоматическое изменение режима работы двигателя в зависимости от текущих условий;
– Отсутствие необходимости производить какие-либо ручные настройки;
– Экономичность (потребление топлива до 20% ниже, чем у карбюраторных моторов);
– Соответствие высоким экологическим требованиям;
– Простой запуск двигателя (опять же из-за автоматической регулировки режима работы).

Однако ничто не дается просто так, и инжекторные двигатели имеют ряд недостатков:

– Сложность и относительно высокая стоимость;
– Низкая ремонтопригодность узлов системы подачи топлива — некоторые детали проще выбросить, чем ремонтировать;
– Повышенные требования к качеству и составу топлива;
– Обслуживание и ремонт может проводиться только специалистами с применением специальных инструментов и приборов;
– Зависимость от напряжения питания бортовой сети (в ряде систем отключение аккумулятора и вовсе делает работу двигателя невозможной).

Но преимущества инжекторных двигателей преобладают над недостатками, что и обеспечило их широчайшее распространение во всем мире.

Другие статьи

На прицепах и полуприцепах иностранного производство широко применяются компоненты ходовой части от немецкого концерна BPW. Для монтажа колес на ходовой используется специализированный крепеж — шпильки BPW. Все об этом крепеже, его существующих типах, параметрах и применяемости читайте в материале.

Для монтажа автомобильных стекол в кузовные элементы используются специальные детали, обеспечивающие уплотнение, фиксацию и демпфирование — уплотнители. Все об уплотнителях стекол, их типах, конструктивных особенностях и характеристиках, а также о подборе и замене этих элементов — читайте в статье.

В практике авторемонта и при выполнении слесарно-монтажных работ возникает необходимость работы с резьбовым крепежом, имеющим неудобное положение или наклон. В этих ситуациях на помощь приходят карданные переходники для ключей — об этих приспособлениях, их конструкции и применении читайте в статье.

Южнокорейские автомобили SSANGYONG оснащаются тормозной системой с гидравлическим приводом, в которой применяются тормозные шланги. Все о тормозных шлангах SSANGYONG, их типах, особенностях конструкции и применяемости, а также о вопросах выбора и замены этих деталей — читайте в представленной статье.

Система впрыска воды в двигатель внутреннего сгорания

Впрыск воды в двигатель – история подачи воды в двигатель внутреннего сгорания

Идея впрыска воды в ДВС была изобретена H. Ricardo в 1930 году, который продемонстрировал, как можно удвоить мощность двигателя, используя подачу воды и метанола в двигатель. Первое широкое применение впрыска водометаноловой смеси в двигатели внутреннего сгорания произошло во время второй мировой войны.

В 1942 году германские ВВС увеличили мощность истребителя Focke-Wulf 190D-9 с 1776 до 2240 л.с. ( +26% ), используя впрыск метанола и воды в соотношении 50-50%.
Во время Второй мировой войны в радиальных авиационных двигателях американских и немецких самолетов для кратковременного форсажа системой впрыска воды оснащались авиамоторы Daimler Benz серии 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf 109, Junkers Jumo 213 A1 для FockeWulf 190D, Pratt & Whitney J57 для американского B-29 Stratofortress и многие другие. Вода добавлялась в уже готовую смесь, охлаждая ее, и попадала вместе с ней в камеру сгорания. От контакта с раскаленной поверхностью поршня и стенок цилиндра вода мгновенно превращалась в пар, который помогал рабочим газам толкать поршень. Предварительное охлаждение топливовоздушной смеси позволяло увеличить ее объем на впрыске и повышало эффективность сгорания топлива. Впоследствии воду заменили специальной смесью MW-50, состоящей из равных частей воды и метанола, тем самым увеличив мощность двигателей на 25–30%. Авто производители, в частности Chrysler, также применяли этот метод для увеличения мощности и снижения детонации на моделях с моторами большого объема. Saab, компания с авиационными корнями, устанавливала систему впрыска воды на скоростном Saab 99 Turbo S вплоть до начала 1980-х годов. С появлением интеркулеров, охлаждающих воздух перед впрыском в цилиндры, применение воды в автомобильных моторах потеряло актуальность.

Так же системы впрыска воды использовали в 80-90 годы в Formula 1 и WRC, где в последствии были запрещены регламентом.
Renault внедрил впрыск воды в 1977г. В 1983 для болидов Formula 1 Renault устанавливает баки на 12 литров воды, электрический насос и регулятор давления, в результате мощность двигателя около
600 л.с., а в 1986, мощность была повышена до 870 л.с. В 1983 г. Феррари также внедрили впрыск воды, чтобы быть первыми. Они завоевали первенство конструкторов. Феррари использовали смесь спирта с водой. Позже, Porsche тоже применил впрыск воды в формуле 1 для увеличения мощности.
Интересно, что в конце 2004 рекорд на четверть мили для дизелей, который долго никто не мог побить, был превзойден дважды (сейчас это 7,98 сек) двумя разными авто, и оба использовали систему впрыска водно-метаноловой смеси. Porsche 911 с 9ff-тюнингом установила новый мировой рекорд скорости для авто, сертифицированных для дорог общего пользования – 388 км/ч, используя систему впрыска водно-метаноловой смеси. Jan Fatthauer установил рекорд на быстрейшем в мире Porsche 911, используя систему впрыска водно-метаноловой смеси.
Последнее упоминание о системе впрыска воды на мировом уровне сделала BMW в 2005, они планировали использовать систему впрыска в весьма извращенном виде, впрыскивая воду в выхлопные газы, которые должны вращать небольшую турбину энергией пара.

Но в 2015 году BMW представила автомобиль safety car для MotoGP 2015 с системой впрыска воды в классическом виде, где форсунки впрыскивают воду во впускной коллектор под высоким давлением, для охлаждения горячего впускного воздуха от двух турбин. Так же BMW заявили о возможном использовании данной системы в гражданских автомобилях. Впоследствии они выпустили ограниченную версию BMW M4 GTS в количестве 400шт., которая была оснащена системой впрыска воды Bosch.

Порой всплывают факты добавления воды в советских грузовиках для снижения расхода топлива посредством медицинской капельницы. Так же есть отчеты об исследованиях в этой области американцами, русскими, немцами, турками. Есть данные о том, что впрыск воды нейтрализует 60-80% вредных выбросов в атмосферу и отчеты о снижении расхода топлива на 25-30% для бензиновых и дизельных двигателей и замеры возросшей на 15-20% мощности двигателей с такими системами.

Впрыск воды в двигатель – опасения, мифы, страхи, поверья

Можно посмотреть на данный вопрос по-другому, многие лекарства сделаны с добавлением крайне токсичных и смертельно опасных для здоровья людей компонентов, вопрос только в концентрации этих веществ в лекарстве, которое помогает выжить и яде, который убивает. Так вот если смертельную для двигателя внутреннего сгорания концентрацию воды сильно уменьшить, то она начинает работать, как лекарство и помогает двигателю работать.

Зачем двигателю нужен впрыск воды и зачем подавать воду в двигатель ?

При впрыске воды в строго дозированном обьеме, при условии, что вода распыляется каплями размером менее 0.1мм, двигатель начинает работать иначе. Вода обладает огромной теплоемкостью, при впрыске воды во впускной коллектор она охлаждает его и впускной воздух, который становится плотнее, а значит в двигатель попадет больше кислорода и больше топлива сгорит полностью, а это прямой путь к повышению мощности. По данным исследований увеличение мощности составляет 10-15% для бензиновых ДВС и 20-30% для дизельных.

Вода попадая в горячую камеру сгорания испаряется и увеличивается в обьеме в 1700 раз, давление пара помогает двигать поршни, т.е. выполнять работу – крутящий момент двигателя увеличивается.

Пар прекрасно очищает впускной коллектор, клапаны, камеру сгорания, поршни, турбину, выхлоп от нагара, получается, что с впрыском воды Вы постоянно моете двигатель изнутри.

Впрыск воды экстремально увеличивает детонационную стойкость топлива, это значит, что можно использовать более дешевое топливо без вреда для двигателя. Октановое число бензина АИ-92, АИ-95, АИ-98 отражает как раз уровень детонационной стойкости и более ничем бензины не отличаются. Получается, что с впрыском воды можно заправлять вместо 98го бензина 92й, а двигатель даже не заметит подмены, при этом финансовая выгода на лицо.

При применении впрыска воды можно увеличивать давление наддува турбированных двигателей и получать больше мощности, при этом не боясь сломать двигатель, т.к. вода эффективно снижает температуру выхлопных газов, а это положительно влияет на ресурс турбины и выхлопного тракта.

Впрыск воды позволяет экономить топливо, исходя из всех вышеописанных фактов, получается что водителю придется меньше давить на педаль газа, чтобы ускоряться так же быстро, а значит расход топлива будет неуклонно снижаться. По данным исследований расход топлива снижается от 10 до 20%, в зависимости от типа и мощности ДВС.

Снижение вредных выбросов, впрыск воды в двигателе внутреннего сгорания прекрасно борется с вредными выбросами, а значит это экологичная технология.

Что дает впрыск воды или водометанола двигателю ?

плюсы от применения впрыска воды:

— снижение температуры впускного воздуха
— снижение температуры в камере сгорания
— резкое повышение детонационной стойкости топлива (в том числе некачественного и низкооктанового)
— снижение вредных выбросов на 60-80%
— повышение мощности на 15-20% и крутящего момента на 25-30%
— снижение расхода топлива
— очистку впуска, камеры сгорания, клапанов, поршней, турбины и свечей зажигания

минусы от применения впрыска воды:

— стоимость системы ( окупается за один год эксплуатации автомобиля )
— необходимость периодически заправлять дополнительный бачок дистиллированной водой, метанолом или водометанолом

Сопоставив список плюсов и минусов, однозначно возникает ощущение “разводки”, ведь так много плюсов и так мало минусов — невозможно ? Еще как возможно.

Как работает система впрыска воды ?

Принцип работы системы впрыска воды основан на свойстве огромной теплоемкости воды. Если воду распылить и мелкие капельки воды запустить в двигатель вместе в впускным воздухом, то ни охладят и воздух, попадающий в двигатель, и сам впускной коллектор. Есть мнение, что микро частицы воды позволяют сделать смесь бензина и топлива более однородной, что повышает КПД. Попадая в горячую камеру сгорания (300-600С) маленькие капли воды моментально испаряются превращаясь в пар, который очищает камеру сгорания, днище поршня и свечи, а так же “давит” на поршень, т.к. вода расширяется при испрении в 1700 раз от своего объема в жидком виде. Т.е. вода создает паровой эффект в двигателе внутреннего сгорания, который выражается в повышении крутящего момента двигателя. Более того вода вступает в химическую реакцию с выхлопными газами, что сильно снижает количество вредых выбросов, в результате реакции образуется CO2 и H2O.
И снова одни плюсы и никаких минусов, при этом возникает разумный вопрос, а почему до сих пор ни один производитель не применил эту волшебную систему в своем автомобиле ? На этот вопрос очень сложно ответить, но последние заявления от BMW дают надежду, что современное автомобилестроение доросло, наконец, до такой технологии 100 летней давности, как впрыск воды.

Впрыск воды – экономия топлива и рост мощности ?

Пока все было логически верно и красиво. Но у читателя может возникнуть разумный вопрос — откуда такие фантастически данные о росте мощности на 15-20% и одновременной экономии топлива ?
Впрыск воды в ДВС сильно увеличивает анти-детонационные свойства топлива, это значит, что при том же 95м бензине можно увеличить опережение зажигания, что даст рост мощности. При впрыске смеси воды и спирта увеличивается октановое число топлива, за счет высокого октанового числа спиртов (этанол, метанол, изопропанол), что так же сказывается на росте мощности. Так же стоит вспомнить о паровом эффекте, который помогает сгоревшим газам “давить” на поршень и информации о повышении гомогенности топливной смеси при впрыске воды.
А откуда берется топливная экономичность ?
Впрыск воды позволяет сделать смесь более бедной, т.е. уменьшить количество впрыскиваемого топлива, а так же повышает мощность и крутящий момент, а значит Вам не нужно так же сильно давить на газ, чтобы набрать туже скорость.

ДВС + ВОДА = ГИДРОУДАР, ржавчина, эмульсия в масле ?

Как я уже писал выше в умах людей, которые слышат в одном предложении слова ДВС и вода сразу возникает множество фантазий. Первая и основная, что при впрыске воды возможен гидроудар, это просто невозможно, т.к. в двигатель впрыскивается до 25% воды от объема топлива, который составляет 1/13 от объема поступающего воздуха. Во-вторых вода подается в двигатель во взевешенном состоянии, т.е. капельки воды настолько маленькие и легкие, что держатся в воздухе.

Думаю все видели на мойке как возникает водяной туман вокруг машины, когда ее моют системой высокого давления. Такие же капельки и попадают в двигатель и никак не могут ему навредить.
Второй миф — при впрыске воды в ДВС, детали двигателя могут заржаветь. Снова стоит оценить количество впрыскиваемой воды и тот факт, что вода испаряется при 100С, а в камере сгорания температура в несколько десятков раз больше, поэтому ржавчина не может образоваться в принципе.

Система впрыска воды в двигатель — как это работает ?

Простейшие системы впрыска воды времен второй мировой были механическими и дозировать воду должен был пилот самолета. Применявшиеся системы подачи воды в карбюратор на грузовиках “Дороги жизни”, для увеличения пробега на том же запасе топлива, состояли из медицинской капельницы и иглы от шприца. Проще говоря, системы были несовершенны и при всех своих плюсах создавали сложности и проблемы в эксплуатации. Во времена формулы 1 и WRC системы уже управлялись компьютерами и могли дозировать воду точно, но применялись с целью повышения мощности и охлаждения камеры сгорания. Современные системы впрыска воды, которые можно купить, так же управляются компьютерами и оборудованы многоуровневыми системами защиты.

Задача любой системы впрыска воды — распылить определенное, небольшое, количество воды и подать ее в двигатель. При этом обьем впрыскиваемой воды должен быть высокоточно дозирован и должен зависеть от нагрузки на двигатель, т.е. постоянно изменяется. В этом и скрыта основная проблема всех систем — задача точно дозировать обьем впрыскиваемой воды в двигатель в нужный момент.

Любая современная система впрыска воды состоит из:
— насоса высокого давления 5-10 бар
— форсунки или нескольких впрыска воды
— контроллера впрыска (электронный блок управляющий насосом и выполняющий защитные функции)
— бачка для воды или водно спиртовой смеси
— датчика уровня жидкости в бачке
— шлангов и креплений

Принцип работы всех современных систем впрыска воды одинаков — контроллер получает данные о расходе воздуха с датчика двигателя и рассчитывает количество подачи воды, насос включается по команде контроллера и качает давление, форсунка впрыскивает воду. При этом форсунка — просто втулка с очень маленьким отверстием. Все очень просто.
Все эти системы обладают достаточным количеством минусов, т.к. производят их выходцы из автоспорта и по большей части для автоспорта или тюнинга, где нет задачи экономить топливо.
Во-первых впрыск воды происходит не постоянно, а только на мощностных режимах, т.е. контроллер определяет когда начинать впрыск.
Во-вторых все системы весьма инерционны, т.к. контроллер посылает сигнал на насос, тот включается и начинает накачивать давление и только потом форсунка начинает впрыскивать воду, задержка между отправкой команды на впрыск и непосредственно впрыском может составлять 1мс, для двигателя это очень долго.
Стандартная система впрыска воды, которую можно купить сейчас работает так, – вода подается в цилиндры только на больших оборотах и под большой нагрузкой.

В очень дорогих системах применяется клапан, который позволяет изменять количество впрыскиваемой воды, но работает не очень эффективно.
Большинство выпускаемых сейчас систем могут начинать работу с 3000 об/мин и то с оговоркой производителей, что могут быть проблемы, т.к. система не конролирует количество подаваемой воды, а только дает команду включить/выключить насос. Ограничение количества впрыскиваемой воды происходит посредством размера форсунки, т.е. ее производительности.

Но как показывает действительность, большинство систем использует только часть плюсов от впрыска воды, даже BMW использует впрыск воды по-спортивному, как интеркулер, чтобы остудить горячий впускной воздух от двух турбин.
Рукастые парни, начитавшись интернета делают самодельные системы впрыска воды из капельниц и шприцов, из насосов и форсунок омывателя и прочих подручных средств и эти системы работают. Они повышают мощность, улучшают отклик двигателя, позволяют экономить топливо. Но минусов у таких систем много, они недостаточно эффективны. По сути они льют условно неопределенное количество воды в мотор, но не распыляют и даже в таком виде вода в ДВС работает и приносит пользу.

Система впрыска воды JTlab

Изучая все возможные предложения систем впрыска воды, быстро приходишь к выводу, что надо покупать лучшее, т.к. только оно работает, а работает точно и хорошо система от Aquamist, стоимостью 60-80 т.р., это тот самый британский производитель, который создавал системы впрыска воды для WRC. Правда чопорные и консервативные англичане так и остались в 80х и их система настраивается путем поворачивания переменных резисторов внутри контроллера, что совсем не удобно, не говоря вообще о сложности настройки этих систем.

Спустя некоторое время нам удалось изготовить простейший образец системы и испытать его на турбированном двигателе. Даже без изменения настроек ЭБУ автомобиль с впрыском воды показал свои плюсы:
— лучший отклик двигателя на педаль газа
— турбина раньше и быстрее выходит на буст
— выхлоп перестал “вонять”
— свечи уже после 30 км пробега начали очищаться

После изменения углов зажигания и уменьшения количества впрыскиваемого топлива все стало намного лучше:
— тяга двигателя улучшилась во всем диапазоне
— двигатель имеет хороший отклик на всех оборотах
— турбина стала выходить на рабочее давление на 1000 об/мин раньше
— машина поехала и чем выше обороты и скорость тем выше тяга, нет провалов, возникает ощущение, что ее уже не остановишь