Инжекторные форсунки. Плюсы и минусы инжектора

Инжекторный двигатель - что мы о нем знаем? Именно им оснащается любая современная машина. Реализация ресурса такого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) рассчитана на экономный расход топлива, минимизацию его выхлопа в окружающую среду. Проведем небольшой экскурс по изучению агрегата.

За счет чего он работает?

Работают тактами; каждый такт обеспечивает операцию:

1. Заполнение горючим цилиндров.
2. Сжатие его поршнем для сгорания.
3. Рабочий ход - получение механической энергии путем детонации горючего вещества.
4. Вывод переработанного сырья в атмосферу.

Наиболее востребованными автопромом являются 4-х на бензиновой тяге. На их примере изучим принцип работы инжекторного двигателя.

При первом такте поршень максимально опускается вниз - через клапан подается перемешанный с воздухом бензин. Далее, поршень поднимается до упора, закрывая клапан и сжимая смесь. После этого свеча отсекает искру - она запускает детонацию сдавленного вещества.

Повышение температуры в камере и образование газов продвигают поршень вперед, а коленвал за счет инерции возвращает его на верхнюю позицию. При высокой скорости оборотов давление нагнетается еще больше, открывается выходной клапан. Продукты переработки бензина устремляются к нему.

Для более рационального функционирования используется комплекс датчиков, которые определяют получаемую на механизмы нагрузку, рассчитывают порции компонентов детонирующей смеси для обеспечения движения с циклом, равным такту.

Программная «начинка» их устроена так, что каждый срабатывает параллельно режимам мотора, отслеживает изменения в циклах и подстраивается под них. Такая функциональность позволяет подстраивать расход горючего под индивидуальный стиль вождения, повысить КПД.

В чём особенности устройства?

Изучение конструкции позволит подробнее разобраться, как работает инжекторный двигатель. Компоненты, характерные для этого типа:

• Блок электронного управления (ЭБУ);
• Регулятор давления;
• Форсунки;
• Бензонасос;
• Датчики.

Взаимодействие перечисленного: датчики получают данные о состоянии механики или процессах, их обрабатывает процессор и передает управляющие команды. Форсункам выделяется ограниченный заряд, который их открывает. Результат - смесь из топливного отдела попадает в отсек впускного коллектора.

Чтобы схема этого процесса стала более понятной, проведем краткий экскурс по устройству некоторых узлов, из которых состоит двигатель инжектор.

ЭБУ

Основная его функция - бесперебойно выдавать команды составляющим автомобиля на основании обработанной информации. В нее входят:

• факторы окружающей среды (температура, влажность, пр.);
• степень нагрузки на механику (при подъеме на горку, передвижение по плохой дороге, др.);
• режим мотора (холостой/скоростной ход, учет нагрузки при переходе на полный привод, т. д.).

При несовпадениях исходной программе компьютер задает исполняющим элементам корректировки. Блок способен проводить диагностику. Об отказе любого механизма-исполнителя, его некорректном функционировании водитель оповещается путем индикации CheckEngine на приборной панели. Сведения об ошибках собираются в памятном отделе, что при серьезных поломках помогает их оперативному обнаружению и устранению.

Виды заложенных устройств памяти:

• Однократно программируемое постоянное запоминающее (ППЗУ) - содержит базовый программный код («мозг» автомашины). Его чип находится на плате панели, при выходе из строя легко меняется новым. При любых сбоях вложенные коды остаются храниться на нем.
• Оперативное запоминающее (ОЗУ) - временный резервуар, применяемый для обработки задач по текущему сеансу. Устройство впаяно к плате; по прекращению подачи электричества из аккумулятора вся информация с него стирается.
• Электрически программируемое (ЭПЗУ) - содержит временные данные и кодировку средств защиты от угона. В качестве питания использует вшитый аккумулятор, подзаряжаемый при движении. Через него сравниваются вшитые коды электронной блокировки и те же параметры иммобилайзера. При их несовпадении запуск инжекторного двигателя невозможен.

Форсунки

Через них производится выплеск порций топливной массы в коллекторное и цилиндровое отделения, причем открытие/закрытие клапана в течение секунды повторяется многократно.

По способу аппаратного управления и используемого количества деталей подразделяют на категории:

1. Дроссельный моновпрыск (TBI)- подача сырья для детонации осуществляется одной деталью. Подаваемая струя не синхронизируется со срабатыванием клапана впуска. Управляющие сигналы на форсуночное сообщение производятся из внутриколлекторного чипа. Принцип распространен на старых моторах 90-х годов выпуска.
2. Впрыск с распределением (MFI) - используется во всех современных автомобилях с бортовым компьютером. Передача горючего происходит комплектно: одна форсунка - один цилиндр. Форсунковый блок крепится поверх коллектора, а весь процесс синхронизируется с ЦБУ, согласно с тем, как работает система зажигания инжекторного двигателя. При сравнении сводных характеристик предшественников - КПД увеличен до 10%.

MFI-элементы по подаче струи бывают: электрогидравлические, электромагнитные, пьезоэлектрические. Они применяются при распределении впрыска:

• Одновременном (синхронное наполнение всех цилиндров);
• Попарно-параллельном - одна пара поршней принимает нижнее положение, другая - верхнее. Залив топлива и вывод продуктов сгорания производятся так же;
• Двухстадийном (фазовом)- передача горючего в камеры сгорания производится в две операции.
• Непосредственном - применяется в конструкциях моторов, подразумевающих сжигание сверхобедненного кислородом состава.

Важный факт: технология TBI сегодня практически не распространена, так как она менее экономичная и ненадежная!

Каталитический нейтрализатор

Это устройство позволяет сократить в выводимых газах содержание веществ, как окиси углерода и азота, за счет преобразования их в углеводороды. Не управляется ЭБУ, но взаимодействует с центром обработки через датчик, определяющий процент кислорода в выхлопных скоплениях. При избыточной подаче горючего контроллер получает сведения от датчика и корректирует ее.

В нейтрализаторе установлены керамические элементы со встроенными катализаторами:

• окислительными (платиновый и палладиевый);
• восстановительным родиевым;
• селективными;
• накопительными.

На заметку: этилированный бензин губителен для работы нейтрализаторов, а заправочные вещества с высоким содержанием серы приведет в негодность элементы накопительной катализации!

Датчики

Слаженную работу всех механизмов инжекторных двигателей обеспечивают показания мини-приборов, закрепляемых на агрегатных исполнителях. Каждое устройство замеряет параметры контролируемого участка и передает их в ЭБУ.

Встроенные датчики ® :

1. ДМРВ (R массового расхода воздуха) - крепится на входе в воздушный фильтр. Функционирует по принципу сравнения показаний. Через 2 нити платины поступает ток. Меняется сопротивление (зависит от температуры). При этом одна нить свободно обдувается, вторая - герметично укрыта. За счет появившейся разницы ЭБУ производит подсчет.
2. ДАД (R абсолютного давления и температуры в двигателе) - комбинируется или ставится отдельно от предыдущего. Состоит из 2 камер: одна герметична (внутри вакуум), вторая подводится напрямую к камере коллекторного впуска. Промеж камер проходит диафрагма, закреплены пьезоэлементы, которые создают напряжение при ее движении.
3. ДПКВ (R положения коленчатого вала) - устанавливается в виде магнитной гребенки на шкиве коленвала. Он обустроен 58 зубцами и 2 зазорами, равными шагу зуба. Зубцы движутся в медной обмотке, что при взаимодействии с намагниченным сердечником образует индукционное напряжение - оно зависит от скорости оборотов шкива.
4. ДФ (R фаз) - содержит диск с катушкой и прорезь. Прорезь обращается к прибору - выходное напряжение уравнивается с нулем. Одновременно достигается верхняя мертвая точка сжатия в первом цилиндре. Благодаря этому, центральный блок выдает напряжение в нужный цилиндр для зажигания, управляет тактами.
5. ДД (R детонации) - им обустроен блок цилиндров. В момент детонации по нему проходит вибрация. В основе передачи информации лежит генерация напряжения свободного тока - оно увеличивается при большей вибрации.
6. ДПДЗ (R положения дроссельной заслонки) - при опорном напряжении в 5 V происходит его увеличение или падение, за счет изменения поворотного угла заслонки.
7. ДТОЖ (R температуры охлаждающей жидкости).
8. Датчик кислорода - для разных конструкций внедряется единично или парой. Снимает замеры свободного кислорода в продуктах выхлопа. Его функция позволяет ЭБУ определить: обогатить или обеднить топливную смесь.

Инжектор значительно лучше карбюратора. Чтобы в этом убедиться, рассмотрим сравнение схожих моторных конструкций в таблице:

Современного автомобиля - это сложнейший «организм», состоящий из датчиков, исполнительных устройств и самого главного - блока управления. Не зря в народе его называют «мозги». Именно блок управления контролирует работу всей системы впрыска топлива.

С его помощью происходит нормальное функционирование двигателя, регулировка угла опережения зажигания, момента впрыска топливовоздушной смеси и многих других параметров.

Описание

За многолетнюю историю автомобилестроения появилось несколько типов впрыска топлива. И конструкции инжекторной системы бензинового двигателя различаются, причём существенно. Дизель достаточно схож в системе впрыска с инжектором.

Но есть огромные отличия в конструкции отдельных механизмов - степень сжатия в дизельном моторе во много раз выше. В целом же первые конструкции инжекторных систем очень сильно были похожи на дизельные.

Центральный впрыск топлива

Моновпрыск - это самый простой механизм. Второе название - центральный впрыск. И он же был первым в истории. Массовое применение получил в США в начале 2 половины ХХ века. Как работает центральный впрыск? Простота - это именно то, что понравилось не только автовладельцам, но и производителям. Конструкция очень схожа с карбюратором, только вместо него применяется форсунка.

Она устанавливается на впускном коллекторе - одна на все цилиндры двигателя, независимо от их общего количества. Топливо поступает в коллектор постоянно, как и воздух. В результате происходит образование топливовоздушной смеси, которая распределяется по цилиндрам.

Плюсы и минусы

Преимущества, которыми обладает центральная система впрыска:

• простота и дешевизна конструкции;
• для смены режимов работы достаточно провести регулировку одной форсунки;
• при смене карбюратора на инжектор (моновпрыск) существенных изменений в систему питания не производится.

К недостаткам относится то, что не выходит достигнуть высоких показаний экологичности. Поэтому на сегодняшний день автомобили с моновпрыском нельзя встретить в продаже и эксплуатации в развитых странах Америки, Европы и Азии. Разве что в странах третьего мира они будут беспрепятственно колесить по дорогам.

И самое большое неудобство - это то, что при выходе из строя останавливается и запустить его невозможно.

Распределённый впрыск топливной смеси

В таких системах количество форсунок равно числу цилиндров. Все форсунки находятся на впускном коллекторе, топливовоздушная смесь подаётся при помощи общей для всех топливной рампы. В ней происходит смешивание бензина и воздуха. Режимы работы форсунок:

1. Фазированный впрыск - самые современные системы работают именно с его использованием. Количество форсунок и цилиндров одинаковое, открытие и закрытие электроклапанов происходит в зависимости от того, какой такт проходит двигатель. Наилучшим режимом работы мотора считается такой, при котором открытие форсунки происходит непосредственно перед началом такта впуска. И двигатель работает устойчиво, и достигается высокая экономия бензина. Преимущества такой топливной системы очевидны.
2. Одновременный впрыск топливовоздушной смеси - открытие форсунок не зависит от такта. Они все открываются одновременно, несмотря на то, что находятся на впускных коллекторах «своих» цилиндров. Это несколько модернизированный моновпрыск, несмотря на то, что форсунок несколько, управление ими происходит так, будто установлена всего одна. В общем, такие конструкции надёжны и работа их стабильна, но по характеристикам уступают более современным конструкциям.
3. Попарно-параллельный впрыск топливной смеси немного отличается от предыдущего. Главное отличие - открываются не все форсунки разом, а парами. Одна пара открывается перед впуском, вторая - перед выпуском. Именно так обычно работает впрыск. Из употребления такие системы вышли давно, но, например, если выходит из строя датчик фаз, современные инжекторы переходят в аварийный режим (попарно-параллельный впрыск происходит вместо фазированного, так как без параметров этого датчика работа невозможна).
4. Системы непосредственного впрыска топлива имеют высокую стоимость, но и надёжность у них завидная. Экономичность и мощность двигателя на высоком уровне, регулировка подачи топливовоздушной смеси максимально точная. Мотор может быстро изменить режим работы. Электромагнитные форсунки устанавливаются в ГБЦ, смесь распыляется непосредственно в камеру сгорания цилиндра (отсюда и название системы).

В конструкции отсутствует впускной коллектор и клапан. Реализация конструкции довольно сложная, так как в ГБЦ на каждый цилиндр есть отверстия под свечи, клапаны (2 или 4, в зависимости от типа мотора). Элементарно не хватает места для установки форсунки.

Изначально такие системы впрыска устанавливались на габаритные и мощные двигатели, на бюджетных их не встретить. И ремонт таких систем выливается в круглую сумму.

Система датчиков инжекторных двигателей

Без этих компонентов работа системы впрыска топлива невозможна. Именно датчики сообщают блоку управления всю информацию, которая необходима для работы исполнительных устройств в нормальном режиме. Неисправности системы питания по большей части вызывают именно датчики, так как они могут неверно производить замеры.

1. Датчик расхода воздуха устанавливается после воздушного фильтра, так как в конструкции имеется дорогостоящая платиновая нить, которая при попадании мелких посторонних частиц может засоряться, отчего показания окажутся неверными. Датчик считает, какое количество воздуха проходит через него. Понятно, что взвесить воздух не представляется возможным, да и объем его измерить проблематично. Суть работы заключается в том, что внутри пластиковой трубки находится платиновая нить. Она нагревается до рабочей температуры (более 600º, именно это значение закладывается в ЭБУ). Поток воздуха охлаждает нить, блок управления фиксирует температуру и, исходя из этого, вычисляет количество воздуха.
2. Датчик абсолютного давления необходим для более точного снятия показаний о количестве потребляемого двигателем воздуха. Состоит из 2 камер, одна из которых герметична и внутри у неё вакуум. Вторая камера соединена с впускным коллектором. В последнем при впуске разрежение. Между камерами устанавливается диафрагма с пьезоэлементом, который вырабатывает небольшое напряжение во время изменения давления. Это значение напряжения поступает на вход блока управления.
3. Датчик положения коленвала располагается рядом со шкивом генератора. Если присмотреться, то можно увидеть, что на шкиве есть зубья, причём они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Суммарное число зубьев - 60, оси соседних расположены на расстоянии 6º. Но если присмотреться ещё внимательнее, то можно увидеть, что 2-х не хватает. Этот промежуток необходим, чтобы датчик фиксировал положение коленвала максимально точно. Датчик вырабатывает напряжение, которое тем больше, чем выше частота вращения.
4. Датчик фаз (распредвала) работает на эффекте Холла. В конструкции есть диск с вырезанным сегментом и катушка. При вращении диска вырабатывается напряжение. Но в момент, когда прорезь находится над чувствительным элементом, напряжение снижается до 0. В этот момент первый цилиндр находится в ВМТ на такте сжатия. Благодаря датчику фаз точно подаётся искра на свечу и открывается своевременно форсунка.
5. Датчик детонации расположен на блоке ДВС между 2 и 3 цилиндрами (чётко посередине). Работает на пьезоэффекте - при наличии вибрации происходит генерирование напряжения. Чем сильнее вибрация, тем выше уровень сигнала. Блок управления при помощи датчика изменяет угол опережения зажигания.
6. Датчик дроссельной заслонки представляет собой переменный резистор, на который подаётся напряжение 5 В. В зависимости от того, в каком положении находится заслонка, напряжение уменьшается. Иногда случаются поломки - в начальном положении показания датчика прыгают. Стирается резистивный слой, ремонт невозможен, эффективнее установить новый.
7. Датчик температуры ОЖ, от него зависит качество воспламенения топливовоздушной смеси. С его помощью не только происходит коррекция угла опережения зажигания, но и включение электровентилятора.
8. Лямбда-зонд расположен в системе выпуска отработанных газов. В современных системах, которые удовлетворяют последним экологическим стандартам, можно встретить 2 датчика кислорода. Лямбда-зонд отслеживает количество кислорода в выхлопных газах. У него есть внешняя часть и внутренняя. За счёт напыления из драгметалла можно оценить количество кислорода в выхлопных газах. Внешняя часть датчика «дышит» чистым воздухом. Показания передаются на блок управления и сравниваются. Эффективные замеры возможны только при достижении высоких температур (свыше 400º), поэтому часто устанавливают подогреватель, чтобы даже в момент начала работы двигателя не наблюдалось перебоев.

Исполнительные механизмы инжекторных систем

По названию видно, что эти устройства выполняют то, что им скажет блок управления. Все сигналы от датчиков анализируются, сравниваются с топливной картой (огромной схемой работы при тех или иных условиях), после чего подаётся команда на исполнительный механизм. Следующие исполнительные механизмы входят в состав инжекторной системы:

1. Электрический бензонасос, установленный в баке. Он нагнетает в рампу бензин под давлением около 3,5 Мпа. Вот какое давление в топливной системе должно быть, при нем распыление смеси окажется наиболее качественным. При повышении оборотов коленвала увеличивается расход бензина, нужно его больше нагнетать в рампу, чтобы удерживать давление на уровне. В нижней части насосов устанавливается фильтр, который нужно менять хотя бы раз в 30000 км пробега.
2. Электромагнитные форсунки устанавливаются в рампе и предназначены для подачи топливовоздушной смеси в камеры сгорания. Чем дольше открыт клапан форсунки, тем больше смеси поступит в камеру сгорания - именно такой принцип дозирования лежит в основе.
3. Дроссельный механизм приводится в движение педалью из салона. Но в последние годы набирает популярность электронная педаль газа. Это означает, что вместо тросика используется потенциометр на педали и небольшой электродвигатель на дроссельной заслонке.
4. Регулятор холостого хода предназначен для контроля количества воздуха, поступающего в топливную рампу при полностью закрытой дроссельной заслонке. На карбюраторных моторах аналогичную функцию выполняет «подсос». Несмотря на то, что топливная система отличается, суть работы остаётся той же - подача смеси и её сгорание.
5. Модуль зажигания - короб, в котором находится 4 высоковольтные катушки. Хорошая конструкция, но крайне ненадёжная - высоковольтные провода имеют свойство портиться. Намного эффективнее окажется использование для каждой свечи отдельной катушки, выполненной в виде наконечника.

Работа двигателя с инжекторной системой впрыска

А теперь можно рассмотреть и принцип работы системы питания инжекторного двигателя. При включении зажигания происходит переход в рабочий режим всех механизмов и устройств. Первым делом насос нагнетает бензин в рампу до минимального давления, которого хватит для запуска.

А дальше все ждут, когда провернётся коленвал, и с его датчика пойдёт сигнал на блок управления о положении поршней в цилиндрах. Одновременно с этим датчик фаз выдаёт сигнал о том, какой такт совершается. После анализа данных блок управления даёт команду на форсунки (в зависимости от того, в каком цилиндре происходит впуск).

При вращении коленвала постоянно снимаются данные с датчиков и, исходя из них, происходит открывание нужных электромагнитных форсунок на определённый промежуток времени. Смесь воспламеняется, отработанные газы выходят через выпускной коллектор. По тому, какое содержание кислорода в них, можно судить о качестве сгорания топлива.

Но вот во время прогрева некоторые датчики не влияют на работу системы управления. Это датчики расхода воздуха, детонации и абсолютного давления. При достижении рабочей температуры включаются они в работу. Причина - во время прогрева невозможно соблюсти все условия, в частности, соотношение бензина и воздуха. Уровень СО в выхлопных газах тоже будет зашкаливать, поэтому контроль всех этих параметров не следует производить.

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:

1. 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.
2. 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:

1. Электромагнитная;
2. Электрогидравлическая;
3. 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:

1. Электронный блок управления;
2. Бензонасос (электрический);
3. Форсунки;
4. Датчики;
5. 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).

1. 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.
2. 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

С течением времени азы автомобилестроения менялись и становились всё более далёкими от своих истоков. Так, топливная система транспортных средств подвергалась постоянной модернизации до тех пор, пока не появился универсальный инжектор, используемый в конструкции большинства бензиновых машин и сегодня. Инжекторное питание мотора топливом, по сути, особых премудростей и сложностей не имеет, однако для понятия принципов и смысла его функционирования не лишним будет ознакомиться с таковым более подробно. Именно о типовой конструкции и работе современных инжекторов пойдёт речь в сегодняшнем материале. Интересно? Обязательно «листайте» страницу ниже.

Немного истории

Несмотря на свою популяризацию лишь в середине 80-х годов 20 века, топливный инжектор появился гораздо раньше. По официальным данным, первые инжекторные установки подпитки мотора начали тестироваться и использоваться ещё в начале 30-х годов прошлого столетия. В те времена устройство и работа инжектора были до боли примитивны, поэтому использовались данные узлы лишь на относительно не прихотливых агрегатах из сферы боевой авиации. В общих чертах, топливораспределительные механизмы тех годов представляли собой полностью механическую конструкцию и довольно-таки неплохо выполняли возложенные на них функции.

Отметим, что первое предназначение инжекторов крылось не в уменьшении количества потребляемого транспортом топлива или улучшение экологичности выхлопных газов, а в увеличении мощности двигателей. Отчасти инжекторные системы в этом плане себя оправдывали, но в начале 40-х годов в военной сфере активно начали использоваться реактивные моторы, поэтому первые вмиг потеряли имеющуюся актуальность. Вдобавок ко всему работа инжекторов механического типа не позволяла получать максимальный КПД от моторов летательных средств, ибо карбюраторы на тот момент были более гибкими в плане подстройки под режим работы двигателя.

Однако «вторая жизнь» топливной системы на основе инжектора началась с середины 80-х годов, они постепенно становились завсегдатаями автомобилестроительной сферы. Большую роль тут сыграло не уникальное устройство узла, а возможность снижения выброса вредных веществ в выхлопных газах при его использовании. К слову, старые механические инжекторы сильно отставали по всем параметрам от имеющихся карбюраторов, поэтому автомобильные инженеры были вынуждены в корне переделать конструкцию инжекторной системы питания. Отметим, у них это получилось, ведь недаром именно инжекторы остаются основными комплектующими топливосистем автомобилей.

Устройство и принципы работы инжектора

Инжектор (от английского – «injector») – в общем понятии, это устройство в виде струйного насоса, которое предназначено для нагнетания жидкостных, полужидкостных или газовых масс в некоторую ёмкость. В случае с автомобильным инжектором особенностей в интерпретации данного понятия не имеется. Единственное, что под инжекторным узлом в конструкции машины понимается не отдельный насос (форсунка), а их совокупность совместно с другими узлами, которые формируют единую топливную систему. Типовой вариант устройства автомобильного инжектора соответствует следующей схеме:

Управление инжектором, проще говоря, представленным выше насосом, осуществляется специальным блоком с электронной микросхемой. Именно он, основываясь на показаниях множества датчиков по типу идентификаторов оборотов, положения коленвала или температуры двигателя, осуществляет дозировку и грамотный впрыск топлива в камеры сгорания мотора.

Типовое устройство инжектора как единой системы предполагает совокупное использование следующих элементов:

• форсунки и соединённые с ними камеры инжектора (то есть несколько отмеченных выше насосов, объединённых в синхронизированную систему);
• блок управления (электронный мозг любой инжекторной системы , естественно, осуществляющий управление инжектором);
• каталитический нейтрализатор (иначе называемый «дожигателем», который дожигает всё топливо, не догоревшее внутри мотора и вышедшее из камер сгорания вместе с выхлопными газами);
• дополнительные узлы (проводка, соединяющая форсунки и блок управления, топливопровода, обеспечивающие доставку горючего до распределительного механизма, бензонасос и тому подобное).

Как видите, работа инжектора устроена без особых сложностей. Конечно, ремонтировать такую топливную систему отнюдь не просто, но понять принципы её работы можно вполне и без всяких проблем.

Интересно! Впервые инжекторы изложенного выше описания были применены немецкими компаниями – Bosch и Mercedes-Benz, в 1951 и 1954 года соответственно. Поначалу, подобные системы были дороги и бессмысленны в использовании из-за наличия привычных всем карбюраторов , однако с появлением более экологических требований к безопасности выхлопов топовые автоконцерны начали активно использовать именно инжекторы.

Виды и технические характеристики инжекторных систем

На сегодняшний день официально используемыми в автомобильной сфере считаются всего два вида инжекторов:

• Электронный инжектор. Узел подобного вида работает строго по описанному выше принципу. То есть, топливо доставляется до форсунок, а далее посредством использования электронного блока управления происходит его верная дозировка и грамотная подача в камеры сгорания мотора. Работа инжекторов электронного типа наиболее удобна для беспроблемной эксплуатации любого автомобиля, поэтому именно они используются в конструкции практически всех современных автомобилей;
• Механический инжектор. Этот же узел лишён головного управления в виде электронного «мозга». Если быть точнее, то работа инжектора механического типа основана на регулировке подачи горючего в мотор при помощи его клапанов (происходит дозировка посредством соединения форсунок с клапанами специальными трубками, первые, исходя из степени открытости вторых, подают оптимальное количество топлива в двигатель). Узлы с таким устройством считались некоторой инновацией в «инжекторной» сфере, однако в короткие сроки успели доказать свою несостоятельность и по сей день в серийном выпуске машин не применяются.

Вне зависимости от вида узла у него принято выделять основные свойства. На сегодняшний день среди технических характеристик инжектора стоит выделить один момент, а точнее – способ впрыска горючего в мотор. Безусловно, форсунки в любой инжекторной системе осуществляют непосредственный впрыск топлива в цилиндры (впускной коллектор), однако принципы доставки бензина могут отличаться. Так, существуют инжекторы:

• С моновпрыском (центральным впрыском). В таких системах имеется лишь одна форсунка, которая и подаёт топливо в мотор. Сегодня инжекторы с моновпрыском не используются, поэтому заострять внимание на них нет необходимости;
• С распределённым впрыском – самые используемые на данный момент. Их конструкция предполагает, что инжектор состоит из n-ого количества форсунок, которые подают топливо в каждый отдельный цилиндр. Среди инжекторных систем с распределённым впрыском выделяют несколько подтипов, а точнее:
  • непосредственный впрыск (часто называемый прямым) – горючее поступает в камеру сгорания напрямую;
  • одновременный впрыск – топливо подаётся синхронно всеми форсунками в каждый цилиндр двигателя;
  • попарно-параллельный впрыск – горючее поступает по парной схеме работы форсунок (то есть, один насос работает на «впуск», другой — на «выпуск»);
  • фазированный впрыск – подача бензина осуществляется исключительно на «впуск» при любом режиме работы.

Стоит отметить, что столь большое разнообразие инжекторов лишь отчасти оправдано, так как в подавляющем числе случаев используются системы либо с непосредственным, либо с одновременным видами впрыска.

Достоинства и недостатки инжекторов

В завершение сегодняшнего материала не лишним будет обратить внимание на то, чем инжектор хорош, а в чём способен доставить хлопот любому автомобилисту. Начнём, наверное, с достоинств инжекторных систем, которые включают в себя следующие положения:

• Экономичность. Однозначно можно сказать, что инжекторы работают исключительно на своего «хозяина» по сравнению с теми же карбюраторами. Удивительно, но в некоторой степени схожие топливораспределительные узлы при одинаковых режимах работы мотора поставляют в него меньшее количество топлива. Во многом это связано с продуманным устройством инжектора и наличием у него электронного управления;
• Получение большего КПД от двигателя. Опять же, удивительно. Несмотря на меньшее количества подаваемого топлива в мотор, при использовании инжектора получается добиться от силового агрегата большей мощности. Это также связано с грамотно организованным устройством узла, а особенно – его электронной составляющей;
• Экологичность. Тут всё предельно просто, ибо в структуре любого инжектора имеется каталитический нейтрализатор, которые и придаёт ему большей экологичности, дожигая недогоревшее в моторе топливо;
• Стабильность в плане работы. Повторимся, из-за грамотно организованного устройства инжекторы совершенно независимы в своём функционировании от погодных условий или подобных моментов.

Среди недостатков инжекторных систем стоит выделить лишь один аспект, а именно – их ремонт и отчасти эксплуатацию. В этом плане инжекторы довольно-таки прихотливы и неудобны для своих владельцев. В частности при желании успешно использовать узел подобного типа любому автомобилисту требуется:

• быть готовым к дорогому ремонту в случае поломки;

Использование устройств с подобным алгоритмом действия поначалу коснулся авиастроительного производства. Ужесточение экологических норм привело к тому, что многие производители автомобилей отказались от применения карбюраторных двигателей, дальнейшее усовершенствование которых не приводило к желаемому результату.

Управление системой впрыскивания топлива проводится автоматизированной системой или бортовым компьютером. Проводится проверка состояния воздушно-топливной смеси и при ее соответствии происходит последовательный впуск топлива непосредственно во впускной клапан. Так обеспечивается более точный расход, а также быстрое сгорание топлива.

Устройство инжекторного двигателя можно охарактеризовать выполнением следующей последовательности:

1. Нажатие на педаль газа открывает дроссельную заслонку. Это обеспечивает поступление воздуха в двигатель.
2. Компьютер анализирует объем поступающего воздуха (в зависимости от усилия нажатия педали), после чего дает команду для подачи оптимального объема топлива.
3. Специальный датчик контролирует количество поступающего в двигатель кислорода и его соответствие объему топлива.
4. Топливный нанос перекачивает необходимый объем, после чего происходит его впрыск под давлением. В результате образуется мелкодисперсный туман, который быстро сгорает, приводя в движение механизмы вращения движущихся частей мотора.

Даже упрощенная схема показывает, насколько сложным является процесс движения автомобиля. Работа двигателя инжектора представляет собой замкнутую систему, в которой значение имеет каждая деталь. При выходе из строя любой составляющей, сигнал об этом поступает на электронную систему, после чего компьютер сам принимает решение о возможность дальнейшего движения. Это одновременно является достоинством и недостатком такого механизма, ведь при измененных условиях труда раскачать «вручную» систему не получиться, придется обращаться за квалифицированной помощью.

В чём особенности устройства?

Как показывает приведенная информация, главным отличием от более старых карбюраторных моделей является автоматическая подача топлива. Это ключевой момент, определяющий преимущества использования инжекторного устройства. Кроме того, существует еще несколько пунктов, которые выгодно отличают разницу между инжектором и карбюратором.

Ключевые отличия:

• За счет того, что в карбюраторном двигателе создается определенный уровень давления, позволяющий засасывать воздушно-топливную смесь, а в инжекторе она подается автоматически, экономится мощность отдачи. Это позволяет в целом увеличить производительность авто на 10%. Показатель небольшой, но при длительной эксплуатации это существенная экономия топлива.
• Быстрое реагирование на изменение условий движения. В инжекторе практически моментально происходит увеличение или уменьшение подачи топлива. Это позволяет маневрировать на дороге гораздо быстрей.
• Система впрыскивания топлива обеспечивают легкий запуск двигателя.
• Инжекторное устройство менее чувствительно к измененным погодным условиям. Расход топлива будет экономиться за счет того, что не требуется длительный прогрев двигателя.
• Также такие устройства соответствуют более строгим современным экологическим стандартам. Уровень вредных выбросов, как правило, ниже на 50-70%, что в современном мире просто необходимо.

Среди главных недостатков - полная зависимость системы от исправности всех элементов. Инжектор снабжен несколькими датчиками, которые анализируют параметры топлива и условия эксплуатации. При выходе электроники из строя может понадобиться дорогостоящий ремонт.

Также при эксплуатации авто с инжекторным двигателем необходимо тщательней следить за состоянием используемого топлива. Форсунки, обеспечивающие подачу и распыление воздушно-топливной смеси, часто забиваются при использовании некачественного бензина. Вместе с тем, этот критерий очень сложно контролировать, особенно при длительной поездке, когда приходится заправляться на непроверенных точках. К недостаткам также можно отнести дорогостоящий ремонт в случае поломок. Самостоятельная починка электронной части на практике оказывается неудачным решением и может привести к необходимости восстановления системы, а это стоит немало.

Главным центром управления инжектора является ЭБУ - электронный блок управления. В его задачи входит непосредственный контроль над работой всех систем, расходом и подачей топлива, а также сигнализирование о возможных неполадках в работе автомобиля. Отчеты о возможных сбоях в системе и алгоритм правильной работы храниться в специальных ячейках памяти,

В зависимости от модели, обычно есть три типа памяти устройства:

1. ППЗУ требует однократного программирования, после чего сохраняются все алгоритмы действия для управления системой. Чип хранится на плате блока, при необходимости подлежит замене. Информация не подлежит удалению при сбоях сети, корректированию не поддается.
2. ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Относится к временному хранилищу файлов. Также служит местом для расчета и анализа полученной информации. Располагается ОЗУ на печатной плате блока, при сбоях в сети информация стирается.
3. ЭПЗУ представляет собой электрически программируемое запоминающее устройство. В основном используется для хранения информации для противоугонной системы (коды и пароли владельца). При нарушении ввода данных, двигатель не заведется. Такое хранилище не зависит от данных сети, информация сохраниться при любых ситуациях.

Заслонка, позволяющая контролировать впрыск топлива в систему, называется форсункой. Используется два типа системы подачи топлива. Моновпрыск сейчас практически не используется. При таком расположении форсунки топливо подается вне зависимости от открытия впускного клапана двигателя. К тому же, такое управление мало контролируется электроникой. Второй вид - распределительный впрыск представлен более совершенной системой. Благодаря нескольким форсункам, расположенным непосредственно вблизи каждого цилиндра, происходит направленный доступ горючего. Такая система четко регламентирует подачу топлива, а также увеличивает производительность двигателя. Тип управления инжектором также определяется ЭБУ и может быть точечным и последовательным.

Каталитический нейтрализатор

Этот элемент системы инжекторного двигателя предназначен для контроля выхлопов авто. Для его работы необходим датчик содержания кислорода в выхлопных газах (лямбда-зонд). При превышении допустимых значений проводится корректировка впрыска топлива, а также проводится процесс рециркуляции отработанных газов. Кроме того, в системе предусмотрены специальные катализаторы, уменьшающие содержание вредных примесей после сжигания топлива.

Датчики

Сложная система электронного управления подразумевает проверку и регулировку нескольких датчиков. При выходе из строя хотя бы одного элемента, ЭБУ выдает ошибку.

Основные датчики инжекторного двигателя:

• ДМРВ (датчик массового расхода воздуха). Обеспечивает информацию о массе воздуха, поступающего в двигатель.
• Лямбда-зонд (датчик кислорода). Определяет содержание кислорода в воздушно-топливной смеси. При помощи такой информации ЭБУ может выявить изменения топливной смеси и откорректировать ее значения.
• Датчик дроссельной заслонки. Контролирует положение дроссельной заслонки, согласно которому блок управления может реагировать, увеличивая или сокращая подачу топлива по мере необходимости.
• Датчик напряжения. Контролирует напряжение бортовой сети машины. Показания датчика при необходимости заставляют блок управления увеличить число оборотов холостого хода, если напряжение понижено (чаще всего при высоких электрических нагрузках).
• Датчик контроля температуры охлаждающей жидкости. Дает сигнал о прогреве двигателя, после чего ЭБУ запускает работу других систем.
• Датчик абсолютного давления. Следит за показателем давления во впускном коллекторе. От количества воздуха, которое поступает в двигатель, меняется потребление топливной смеси. Также этот показатель используется при определении производительности авто.
• Датчик вращения коленвала. Скорость вращения коленчатого вала – один из определяющих факторов, которые влияют на расчет необходимой длительности импульса.

Преимущества инжектора уже оценили многие автолюбители. Снижается расход топлива, повышается производительность автомобиля, а также облегчается процесс его управления. Работа инжекторного двигателя обеспечивается непосредственным впрыском топлива в систему, на основании проанализированных данных о параметрах топливной смеси и режиме эксплуатации двигателя. Как работает инжекторный двигатель, его преимущества и недостатки по сравнению с карбюраторным устройством рассмотрены в нашей статье.