На вопрос о том, как каждый водитель выбирает автомобиль для себя, ответить очень трудно. У каждого свои критерии оценки: кто-то ориентируется на свой достаток, кто-то отдает предпочтение конкретной марке автомобилей, а кто-то намертво привязан к определенным системам функционирования машины.
Так, многие, даже покупая подержанный автомобиль, все равно стремятся выбирать те модели, на которых установлен механический инжектор. Об этой системе можно отзываться по разному. Для кого-то она самая простая, а для кого-то самая проблемная. Но чтобы делать такие оценки, необходимо очень детально ознакомиться с этим устройством, что мы и собираемся сделать в сегодняшней статье.
1. Виды механических инжекторов, которые еще встречаются на старых моделях автомобилей.
Наиболее известным автомобилем, на котором раньше устанавливался механический инжектор, сегодня является «Ауди 100». Как и любая топливная система, это устройство предназначено для обеспечения бесперебойной подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания двигателя. Как принудительный впрыск топлива в цилиндры, так и отслеживание параметров горючей смеси и образование этой смеси в устройстве отслеживается исключительно благодаря механическим устройствам. Только лишь на некоторых моделях авто механический инжектор совмещается с электрическими сигналами, но зачастую он лишен всякой электроники.
Однако, механические инжекторы уже давно ушли с конвейера, и на смену им пришли электронные устройства. Чем же они отличаются друг от друга? Главное отличие – сила, которая заставляет форсунки открываться и распрыскивать топливо. В механическом варианте это происходит благодаря давлению, которое специально создается в системе, а в электронном форсунки открываются благодаря электронному импульсу. Здесь и раскрывается минус механических устройств: обороты двигателя в таких автомобилях напрямую зависят от того, какое давление удерживается в топливной системе. По сути, за управление механическими форсунками отвечает дозатор механического инжектора.
Электронный инжектор – более умное устройство, потому что открыванием и закрыванием форсунок здесь «ведает» электронный блок управления автомобиля. Но все же, со временем оснащать электроникой начали и механические инжекторы. В частности, могут устанавливаться специальные датчики для контроля и корректировки подачи топлива на форсунки, ориентируясь уже не на давление в топливной системе, а на показания датчиков температуры и выхлопных газов.
Также, сам состав горючей смеси может корректироваться на основании положения педали акселератора. Но в любом случае, именно давление является основным фактором, который обеспечивает работоспособность механического инжектора. Этот показатель может находиться в пределах 4-6,5 атмосфер.
Механические инжекторы могут быть представлены в разных вариантах. Как и любое другое устройство, его неоднократно совершенствовали и меняли конструкцию. Естественно, что все изменения были направлены только на то, чтобы сделать устройство как можно лучше и практичнее. Но виды механических инжекторов не так разнообразны, и их можно назвать только три:
K-Jetronic.
Первый указанный в списке и является первым полноценным механическим инжектором, который начали активно применять в конструировании автомобилей. Именно на примере K-Jetronic мы немного ниже и расскажем об устройстве механического инжектора, поскольку все остальные виды так или иначе создавались на его основе и мало чем отличаются.
2. Принцип работы механического инжектора автомобиля.
Прежде чем посвящать вас в основные тонкости функционирования механического инжектора, стоит обратить ваше внимание на еще одно название этого устройства – моновпрыск. Только пришел первым на смену карбюраторным двигателям, а уже позднее, когда его начали модифицировать и совершенствовать, это устройство начали называть механическим инжектором. Но ближе к делу.
Используются механические инжекторы только на тех двигателях, которые работают на бензине. Основу такой системы составляет форсунка, которая открывается под давлением в топливной системе. Но не менее важным элементом этого устройства является и дроссельная заслонка. Именно благодаря ей дозируется подача воздуха в камеру сгорания, что позволяет создавать оптимальную топливно-воздушную смесь и обеспечить стабильную работу двигателя.
Вообще, принцип работы механического инжектора очень сильно критикуется. Основная причина, по которой он был снят с производства, заключается в том, что автомобили с таким устройством слишком сильно загрязняют окружающую среду.
Поскольку нормы выхлопных газов за рубежом очень строго контролируются, то моновпрыск по сути стал запрещенным. Однако, при правильной настройке всех элементов, и такой инжектор может работать в соответствии со всеми экологическими нормами. В частности, очень важно, чтобы угол открытия дроссельной заслонки правильно соотносился с частотой вращения коленчатого вала.
Основными факторами, от которых зависит функционирования механического инжектора, являются таковые:
Соотношение между объемом потока воздуха и его массой;
Угол открытия дроссельной заслонки;
Показатель давления в топливной системе автомобиля.
3. Устройство механического инжектора автомобиля: основные составляющие элементы и их характеристики.
Как уже говорилось выше, рассказать об устройстве механического инжектора мы хотим на примере K-Jetronic . Познакомиться лично с ней вы можете на автомобилях «Ауди 100». Чтобы у вас сложилось полноценное представление и о работе, и об устройстве механического инжектора, мы подробно расскажем о каждом его элементе.
Данный элемент механического инжектора представляет собой совокупность камер и плунжера. Именно благодаря им и осуществляется регуляция количества бензина, который подается в цилиндры двигателя. Непосредственная регулировка осуществляется благодаря степени открытия клапанов каждой камеры.
Также, от каждой камеры к форсункам инжектора отходят специальные трубки. Когда увеличивается угол открытия дроссельной заслонки, параллельно повышается и разрежение, которое поднимает напорный диск. Поскольку он связан с плунжером при помощи рычага, плунжер также поднимается. Все это и приводит к тому, что клапан каждой камеры открывается и осуществляется подача бензина.
Несложно сделать вывод, что количество сгораемого бензина в такой системе напрямую зависит от того, сколько воздуха расходуется для создания воздушно-топливной смеси. А изменяется расход воздуха благодаря повороту дроссельной заслонки, управление которой осуществляется через педаль акселератора.
Реле температуры
Данный элемент представлен в виде биметаллической пластины. Под воздействием температуры, то есть в результате нагрева, она имеет возможность деформироваться. Когда запускается холодный двигатель, контакт реле находится в замкнутом положении. Благодаря этому сквозь него может проходить ток, который в свою очередь воздействует на клапан форсунки и дополнительно обогащает воздушно-топливную смесь. Однако под влиянием тока нагревается реле температуры, что в итоге приводит к размыканию контакта реле и отключению форсунки.
Винт качества
Чтобы двигатель автомобиля работал правильно и бесперебойно, соотношение бензина и воздуха в горючей смеси должно соответствовать строгим нормам. Вот именно эту норму и регулирует такой элемент как винт качества. Если он работает неправильно, то расход топлива может вырасти в разы. Данный винт находится в постоянном вращении, благодаря чему возможно изменение высоты подъема плунжера, а также проходного сечения клапанов всех камер распределения механического инжектора. Расположен данный винт между штоком плунжера и рычагом расходомера.
Винт количества (регулировочный винт)
Когда двигатель работает на холостом ходу, водитель не нажимает на педаль газа, что держит дроссельную заслонку в закрытом состоянии. Из всего этого следует, что в камеру сгорания двигателя не поступает воздух через привычный канал, а значит, нужен дополнительный. Роль такового и выполняет канал холостого хода, который создается благодаря регулировочному винту.
Кроме того, при помощи винта количества можно менять холостые ходы двигателя автомобиля с механическим инжектором.
Однако без особой надобности баловаться этим винтом не рекомендуется.
По сути, это главный элемент любой инжекторной системы. Количество форсунок строго соответствует количеству цилиндров двигателя, поскольку на каждый цилиндр приходится по одной форсунке. Они устанавливаются на цилиндры таким образом, чтобы не допускать образования пробок и одновременно с этим обеспечивать теплоизоляцию.
Если говорить об автомобиле «Ауди 100», то форсунка на его двигателе выполнена в виде механического клапана. Принцип его действия достаточно простой: чтобы попасть в цилиндр, бензину приходится преодолевать усилие пружины, которая прижимает клапан-форсунку. Усилие пружины подбирается специально, чтобы форсунка открывалась только тогда, когда уровень давления достигает 3,5 Атмосфер.
При этом впрыск топлива осуществляется периодически. Как это возможно? Просто в верхних камерах распределителя постоянно образуются кратковременные снижения давления, что и вызывает перерывы в работе форсунок.
Если система исправна, то каждая форсунка срабатывает при одинаковом уровне давления.
Регулятор противодавления
Работа этого устройства базируется на том, чтобы понижать противодавление, которое возникает в распределителе. Благодаря этому открываются клапаны из камер, и поступает больше горючего. Важно отметить, что камеры распределителя разделены при помощи мембраны и классифицируются как верхние и нижние. В нижних камерах давление создается при помощи насоса, который совместно с пружиной закрывает клапаны. Если же давление упадет, то и мембрана упадет вниз, что приведет к открытию клапанов.
Элементы, которые поддерживают давление в топливной системе автомобиля
Таковыми являются устройства, которые, по сути, не совсем и относятся к конструкции самого механического инжектора. Это аккумулятор и регулятор давления в топливной системе, клапаны форсунок и бензонасос. Первый из них поддерживает величину давления на необходимом уровне после того как был остановлен горячий двигатель. Длится это в течение непродолжительного периода времени и нужно для того, чтобы не допускать образования пробок.
Что касается , то он самостоятельно регулирует давление при помощи двух клапанов: предохранительного и пропускного. Открытие пропускного клапана провоцируется достижением рабочей величины давления, а пропускной открывается только тогда, когда давление становится очень большим.
Клапаны форсунок способны удерживать давление только в том случае, если оно ниже 3,5 Атмосфер.
Пусковая форсунка
Чтобы произошел запуск холодного двигателя с механическим инжектором, на Ауди 100 подача дополнительной порции бензина осуществляется при помощи электромагнитной пусковой форсунки. Ее включение осуществляется при замкнутых контактах реле температуры. Отключается она тогда, когда реле нагревается, и размыкаются его контакты. Также реле температуры может включать дополнительный клапан противодавления.
Установлена пусковая форсунка непосредственно перед дроссельной заслонкой и основными элементами инжектора. При нормальном функционировании двигателя она находится в закрытом состоянии, что возможно благодаря наличию пружины. Вот и все устройство механического инжектора. В целом оно совсем не сложное, однако, без электрического питания функционирование системы не является идеальным.
Подписывайтесь на наши ленты в
«Родившись» в 1951 году, инжектор постепенно пришел на смену карбюраторам, читаем статью — . А произошло это благодаря одному из его важнейших преимуществ, которое состоит в уменьшении количества используемого топлива. Помимо которого специалисты также отмечают лучшую динамику разгона инжекторных авто, стабильность функционирования таких моторов, а также снижение числа вредных выбросов от их работы в атмосферу.
Выясним, откуда берутся такие свойства, и вообще каков принцип работы инжектора, однако прежде кратко приведу основные недостатки последнего, чтоб вы не считали его идеальным:
- дорогой ремонт узлов;
- наличие элементов, не подлежащих ремонту;
- необходимость использования качественного топлива;
- необходимость применения спецоборудования для диагностики, ремонта и обслуживания.
Как работает инжектор?
Итак, как известно, в современных авто карбюраторная система уже полностью замещена . Последние, в отличие от карбюраторных, повышают мощность автомобиля, улучшают динамику его разгона, экологичность. При том, что расход топлива при этом уменьшается.
Кстати, высокие экологические показатели инжектор сохраняет без различных регулировок и настроек. Ведь там имеет место самонастройка топливовоздушной смеси, которая стала возможна благодаря кислородному датчику, установленному на выпускном коллекторе (лямбда-зонд).
Устройство инжектора.
Подача топлива в инжекторный движок производится форсунками, которые могут располагаться или на впускном коллекторе (моновпрыск), или недалеко от впускных клапанов цилиндров (распределенный впрыск), или непосредственно в ГБЦ — головке блока цилиндров (прямой впрыск — впрыск топлива осуществляется в саму камеру сгорания), о том, как промыть форсунок своими руками смотрим .
Помимо форсунок инжектор включает в себя следующие исполнительные элементы:
- ЭБУ (контроллер) — обрабатывает данные от датчиков и управляет системами подачи топлива и зажигания;
- бензонасос (электрический) — он подает топливо;
- различные датчики: температуры, коленвала, распредвала, детонации;
- — поддерживает разницу давления воздуха во впускном коллекторе и форсунках.
Также все инжекторные моторы оснащаются каталитическим нейтрализатором (катализатором) в виде «сот», на котором нанесен активный слой, способствующий догоранию топлива, остающемуся в выхлопных газах. Однако заправка этилированным бензином длительное время приводит к определенным поломкам, из-за которых катализатор теряет такую способность.
Датчик кислорода в инжекторе и его работа.
Наиболее известным типом является циркониевый кислородный датчик, подробнее в статье — . Он есть переключатель (к слову, один из самых важных), который резко изменяет свое состояние на отметке 0.5% кислорода, содержащегося в выхлопных газах.
Устройство интерфейса датчика выглядит следующим образом: прогретый датчик (300 градусов Цельсия и выше) при богатой смеси (содержание кислорода < 0.5%), как слабый источник тока, устанавливает на выходе напряжение от 0,45 до 0,8 Вольт, а при бедной смеси (содержание кислорода > 0.5%) - от 0.2 до 0.45 Вольт. И не важно, какой точно при этом уровень напряжения, учитывается лишь то, где он расположен по отношению к средней линии. То есть топливо добавляется, когда ECU определяет сигнал бедной смеси, и уменьшается, когда богатой. Следовательно, подача топлива регулируется в зависимости от практических результатов сгорания, что дает возможность системе приспособиться к разным условиям работы.
Известно, что надежно данный датчик работает только в хорошо прогретом состоянии, следовательно, ECU система TCCS заметит его показания только в случае прогрева двигателя до нужного уровня. Однако не всех это устраивает. Поэтому для придания скорости этому процессу в датчик кислорода часто монтируют электрический подогреватель.
Компьютер системы TCCS. Самодиагностика инжектора.
В современном инжекторе установлено много датчиков, это разрешает оптимизировать его работу.
Принцип работы механического инжектора.
Хотя ранее использовались иные конструкции инжекторных моторов с впрыском. К примеру, известен такой двигатель, в котором управление происходит при помощи механических устройств. Управление здесь — дозировка объема топлива при помощи специального клапана. Клапан же управляется системой рычагов, которую приводит в действие воздушный поток. Сегодня механически управляемые клапаны уже полностью изжили себя.
В настоящее же время в каждой системе впрыска есть встроенная подсистема самодиагностики, которая позволяет установить неисправности узлов, датчиков и исполнительных механизмов системы. После самодиагностики компьютер вырабатывает диагностические коды. Они извлекаются из памяти компьютера и расшифровываются согласно таблицам. У каждого производителя свой вариант извлечения данных кодов. Найти практически всех их можно в свободном доступе в интернете, подробнее о диагностике инжектора своими руками, можно прочитать . Кроме того рекомендую ознакомиться с инструкцией, о том .
Инжектор стал логичным развитием системы впрыска автомобиля, когда последующее усовершенствование карбюратора для выполнения экологических норм было нецелесообразным. Принудительное дозирование впрыскиваемого топлива превосходит карбюратор по экономичности, экологичности и мощностным характеристикам. Рассмотрим, принцип работы инжектора, а также устройство инжекторной системы питания.
Виды системы
Свое название инжекторная система впрыска топлива получила от устройства, которое отвечает за распыление бензина – инжектора (от англ. Injection – впрыск, injector – форсунка). Система питания такого типа устанавливалась на самолеты еще в 20-х годах прошлого столетия. Что примечательно, уже тогда это был непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя. Основное внимание уделим развитию вариациям системы Motronic, в которой за подачу топлива и регулировку угла зажигания отвечает (далее ЭБУ или ECU).
Single Point fuel Injection
Одноточечный тип впрыска, более известный как моновпрыск, является переходной технологией, которая позволила многим автопроизводителям задешево перейти от карбюраторной системы питания к инжектору.
Иными словами, вместо карбюратора над впускным коллектором начал устанавливаться агрегат центрального впрыска топлива. Система имела ряд преимуществ, поскольку ЭБУ позволял более точно дозировать бензин.
Принцип работы инжектора построен на следующих элементах:
- – топливный бак с расположенным в нем топливным насосом;
- – фильтрующий элемент для очистки топлива;
- – центральный агрегат впрыска. 3а – датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ); 3б – регулятор, отвечающий за давление топлива; 3с – форсунка инжектора; 3д – датчик температуры воздуха, поступающего во впускной коллектор; 3е – регулятор положения дроссельной заслонки (в простейших вариантах конструкции привод заслонки был связан с педалью акселератора тросовым приводом);
- – датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ);
- – лямбда-зонд (кислородный датчик);
- – электронный блок управления двигателем.
Принцип работы
На схеме не показан один элемент, без которого работа механизма была бы невозможной, – датчик положения коленчатого вала. Именно ДПКВ позволяет ЭБУ рассчитывать количество воздуха, поступающего в двигатель. Напомним, что количество подаваемого топлива всецело зависит от массы воздуха, поступающего в цилиндры, иначе регулировать состав топливовоздушной смеси (ТПВС) для нормальной работы бензинового двигателя невозможно. На этапе создания двигателя конструкторами рассчитывается, сколько воздуха проходит при определенной нагрузке, то есть степени открытия дросселя, и на определенных оборотах двигателя. Данные заносятся в топливную карту двигателя, которая будет записана в ЭБУ. Впоследствии при работе двигателя блок управления фиксирует обороты с помощью ДПКВ, нагрузка определяется потенциометром дроссельной заслонки, что позволяет взять из топливной карты значение, соответствующее необходимому количеству топлива. Но система идеально может работать только в лабораторных условиях, поскольку на практике атмосферное давление зависит не только от положения над уровнем моря, но и от температуры, воздушный фильтр со временем забивается, пропуская через себя меньше воздуха, засоряется и сам дроссельный узел. Для коррекции используется датчик температуры воздуха, но роль его невелика. По-настоящему на состав смеси влияет лямбда-зонд, измеряющий количество кислорода в выхлопных газах. Если кислорода слишком много, ЭБУ понимает, что смесь необходимо обогатить, и наоборот.
Характеристика
Главное преимущество одноточечного впрыска – дешевизна реализации. Недостатки:
- неравномерное наполнение цилиндров, что обусловлено месторасположением форсунки;
- «мокрый» коллектор. При открытии форсунки бензин преодолевает долгий путь до камеры сгорания. Когда коллектор холодный, топливо не испаряется, а оседает на стенках, вследствие чего смесь необходимо сильно богатить;
- лямбда-зонд хоть и позволяет корректировать ТПВС, но способ измерения массы воздуха в целом неэффективен.
Multi-Point fuel injection
Многоточечный впрыск стал значительным шагом вперед, по сравнению с одноточечным впрыском, поскольку позволил автомобилям вкладываться в нормы токсичности ЕВРО-3.
Одноточечный впрыск, ввиду неизлечимых болезней, обусловленных особенностями конструкции, мог выполнить только требования ЕВРО-2.
История эволюции систем впрыска автомобилей крайне интересна, но не она является главной темой этой статьи. Именно поэтому уделять внимание тонкостям работы таких систем управления двигателем с распределенным впрыском, как D-Jetronic, KE-Jetronic, K-Jetronic и L-Jetronic мы не будем. Устанавливать на авто перечисленные вариации перестали еще в начале 90-х, а поэтому встретить автомобиль с «живой» системой распределительного впрыска такого типа крайне сложно.
Главное отличие полноценного инжектора от моновпрыска – наличие 4-х форсунок, расположенных вблизи впускных клапанов. Компоненты инжекторного двигателя:
- – топливный насос, который в подавляющем большинстве случаев расположен в баке;
- – фильтр грубой очистки топлива;
- – регулятор давления топлива, от которого к баку идет магистраль обратки для слива лишнего топлива. В некоторых авто обратная магистраль отсутствует как таковая, а регулятор топлива находится рядом с насосом в баке;
- – форсунка. На рисунке сверху показано, как все форсунки соединены топливной рампой;
- – расходомер воздуха;
- – датчик температуры охлаждающей жидкости;
- – регулятор холостого хода (РХХ);
- – потенциометр, фиксирующий фактическое положение дроссельной заслонки (ДПДЗ);
- – датчик частоты вращения коленчатого вала (ДПКВ);
- – кислородный датчик;
- – ЭБУ;
- – распределитель зажигания.
Расчет массы воздуха
Помимо форсунок, особенностью системы является способ расчета массы воздуха. Существует всего 5 способов измерения количества воздуха, проходящего через дроссельную заслонку:
Характеристика
Преимущества распределительного впрыска на клапаны:
- равномерное наполнение цилиндров;
- использование ДМРВ или MAP-сенсора позволяет точно рассчитывать расход воздуха, что дает больше возможностей для регулировки ТПВС на всех режимах работы мотора.
Именно поэтому автомобили с полноценным инжектором всегда мощнее и экономичнее авто с одноточечным впрыском.
Непосредственный впрыск, являющийся разновидностью системы распределительного впрыска, – последнее слово в системах питания бензиновых двигателей. Главной особенностью прямого впрыска является подача топлива непосредственно в камеру сгорания.
GDI, FSI, D4 – аббревиатуры, использующиеся Mitsubishi, Volkswagen и Toyota, соответственно, для обозначения двигателей с непосредственным впрыском. Система питания таких ДВС больше походит на дизельные моторы, нежели на привычные всем ДВС цикла Отто. Устройство:
Чем обусловлена эффективность
Дороговизна и сложность производства, являющиеся главными недостатками прямого впрыска, с лихвой окупаются чрезвычайной экономичностью и мощностными характеристиками. Достигается это за счет того, что мотор может работать на 3-х основных вариантах топливной смеси (в качестве примера выбрана система GDI):
- сверхбердная смесь. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия и сгорает в непосредственной близости к свече зажигания, в то время как вокруг зоны сгорания в камере сгорания находится преимущественно чистый воздух либо смесь воздуха с выхлопными газами, за подачу которых отвечает EGR;
- стехиометрическая. Топливо подается на такте впуска, хорошо перешивается с воздухом, образуя смесь близкую к идеальному пропорциональному соотношению (14,7/1) во всей камере сгорания;
- мощностной режим, при котором ТПВС приготавливается в два этапа. Небольшое количество топлива подается на такте впуска, но основная порция впрыскивается в конце такта сжатия.
За счет подачи топлива в жидкой фазе непосредственно в камеру сгорания двигатели с прямым впрыском менее склонны к , что позволяет повысить степень сжатия и увеличить КПД двигателя.
Инжектор – это самый популярный электронно-механический узел в автомобилестроении. Устройство и принцип работы инжектора одновременно просты и сложны. Конечно, рядовому автовладельцу необязательно вникать в детали конструкции инжекторных систем и их программного обеспечения, но основные моменты знать не помешает.
Ниже мы расскажем о том, что такое инжектор, каков принцип его работы, и какие типы инжекторных форсунок чаще всего применяются на современных двигателях.
Такие вещи своими силами не ремонтируются, однако разбираться в устройстве инжектора стоит, хотя бы для того, чтобы не попасть впросак при оплате счета в автосервисе.
Инжектор (англ. - Injector) - это специальная форсунка, установленная на двигатель внутреннего сгорания , либо являющаяся частью целой инжекторной системы. Она выполняет функцию распылителя топлива (жидкого или газообразного).
Впервые данную разработку внедрили в производство специалисты компании Bosch, когда оснастили ею купе Goliath 700 Sport с двухтактным двигателем. Произошло это в 1951 году, а всего через 3 года это же сделал Mercedes (Mercedes-Benz 300 SL). Однако поначалу такие комплектующие были довольно дороги, так что широкое применение инжекторов началось только в 70-х годах. Инжекторная система быстро вытеснила карбюраторы (особенно в Европе, Америке и Японии) и на сегодняшний день большинство моделей автомобилей оснащаются именно этим устройством.
Инжекторная система впрыска топлива (Fuel Injection System) отличается тем, что она осуществляет прямой впрыск непосредственно в цилиндры или же во впускной коллектор. Делается это при помощи все той же форсунки, которые, в свою очередь, делятся на 2 категории, отличающиеся местом монтажа инжектора, а также принципом его работы:
- Моновпрыск – его еще называют центральным впрыском топлива. В данном случае инжектор представляет собой только одну форсунку, которая подает топливо во все цилиндры двигателя. При таком подходе сам инжектор крепится прямо на впускном коллекторе. Стоит заметить, что на сегодняшний день данная схема работы устарела и практически не используется автопроизводителями.
- Распределенный впрыск – это значит, что для каждого отдельного цилиндра подведена своя форсунка.
Помимо этого, существует несколько типов распределенного впрыска:
- прямой (непосредственный) – при нем топливо впрыскивается сразу в камеру сгорания мотора;
- одновременный – в этом случае все форсунки инжектора работают синхронно, в один момент подавая топливо во все цилиндры;
- попарно-параллельный – осуществляется открытие форсунок парной схемой. Т. е. первая открывается перед впуском, а вторая – перед выпуском. Однако такой подход имеет место только в случае запуска мотора, тогда как в движении реализуется фазированная схема;
- фазированный впрыск – это означает, что каждая отдельная форсунка инжектора открывается именно перед впуском.
Инжекторные форсунки различаются по способам впрыска:
- Электромагнитная;
- Электрогидравлическая;
- Пьезоэлектрическая.
Электромагнитная форсунка – довольно проста и ставится на бензиновые моторы (в большинстве случаев). Ею оснащают и двигатели с непосредственным впрыском. Ее главными составными частями являются оснащенный иглой электромагнитный клапан, а также сопло. В процессе функционирования на обмотку клапана подается электрический разряд. Частотой его подачи ведает специальный электронный блок управления. В ходе процесса происходит образование электромагнитного поля. Оно втягивает иглу, освобождает сопло и происходит впрыск, причем делается это одновременно со сжиманием пружины, которая разжимается после исчезновения электромагнитного поля и возвращает иглу в исходное положение.
Электрогидравлическая форсунка – применяется на дизельных моторах (в том числе с системой Common Rail). Основные элементы данной форсунки – это камера управления, дроссели (впускной и сливной) и электромагнитный клапан. Работают они благодаря разнице в давлении солярки на форсунку и поршень: иглу форсунки топливо прижимает к седлу, тогда как электромагнитный клапан закрыт (обесточен).
Когда блок управления открывает клапан, открывается и дроссель (сливной). Далее происходит заполнение топливной магистрали соляркой, вытекающей через дроссель. При этом начинает уменьшаться давление дизтоплива на поршень, тогда как на игле оно остается прежним. Из-за этого игла приподнимается и осуществляется впрыск.
Пьезоэлектрическая форсунка – это наиболее совершенный (в техническом отношении) вариант. Как правило, ею оснащают дизельные движки. У нее немало достоинств, среди которых скорость работы (по сравнению электромагнитным устройством она быстрее в 4 раза), а также предельно точная и выверенная дозировка. В данном случае применяется пьезокристалл, который изменяет свою длину под напряжением. Это устройство состоит из толкателя, пьезоэлемента, клапана и иглы.
Принцип работы схож с электрогидравлической форсункой. Здесь также применена схема с разницей в давлении топлива. Электрический ток удлиняет пьезоэлемент, который давит на толкатель. В результате переключающий клапан открывается, и топливо вливается в магистраль. Давление на иглу уменьшается, и она отходит вверх, производя впрыск.
Самый простой инжектор имеет в своей конструкции следующие элементы:
- Электронный блок управления;
- Бензонасос (электрический);
- Форсунки;
- Датчики;
- Регуляторы давления.
Как видно, ничего слишком сложного в конструкции инжектора нет, по крайней мере, это касается его механической части. Если коротко, то работа инжекторной системы впрыска происходит следующим образом:
- Датчик расхода воздуха измеряет массу воздуха, поступающего в мотор.
- Далее эта информация передается в блок управления инжектора, вместе с другими данными (температура силового агрегата, скорость вращения коленвала, температура воздуха, скорость и степень открытия дроссельной заслонки, и другие параметры).
- Компьютер анализирует всю эту информацию и точно высчитывает то количество топлива (бензина, дизтоплива, газа), которое требуется для сжигания в поступившей массе воздуха.
- Далее происходит подача электрического разряда (определенной длительности) на форсунки инжектора, которые открываются, пропуская топливо из топливной магистрали во впускной коллектор.
Наиболее сложная часть всей инжекторной системы – это электронный блок управления (сокращенно – ЭБУ). Он представляет собой микрокомпьютер, производящий вычисления по программе, внесенной в его память. Программа составлена таким образом, что успевает анализировать все параметры работы двигателя и реагировать на изменение информации, полученной от внешних датчиков.
Именно поэтому для корректной работы инжектора крайне важны следующие два компонента: каталитический нейтрализатор отработанных газов и датчик кислорода (лямбда-зонд).
- Каталитический нейтрализатор . Внешне он имеет сходство с сотами, которые покрыты специальным слоем. Его задача состоит в дожигании несгоревшего топлива, вылетающего из камеры сгорания вместе с выхлопными газами. Но он теряет эту способность в результате всего нескольких заправок этилированным бензином. Однако не только топливо может стать причиной неисправности. Часто нейтрализатор просто оплавляется в результате длительной езды на обогащенной смеси – соты попросту забиваются нагаром. Это происходит в результате поломки датчика кислорода или неисправностей в системе зажигания.
- Датчик кислорода . Чаще всего автомобили оснащают циркониевыми датчиками, которые прогреваются до рабочей температуры (свыше 300 °С) и подают блоку управления информацию о состоянии смеси, ориентируясь на состав выхлопа. Если смесь слишком богатая или бедная – компьютер корректирует подачу топлива, соответственно увеличивая или уменьшая его количество.
Видео о том, как работает инжектор
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.