Инжектор (форсунка) – это элемент системы впрыска горючей смеси в двигатель транспортного средства. Иногда под понятием «инжектор» подразумевается вся система впрыска топлива.

Его предназначение – подача топлива дозами к двигателю, распыление топлива, приготовление воздушно-топливной смеси. Сегодня инжекторы устанавливают в системы впрыска двигателей большинства современных автомобилей, и бензиновых, и дизельных.

1. Виды инжекторов

Различают такие виды инжекторов по способу впрыска горючей смеси:

Электромагнитные.

Электрогидравлические.

Пьезоэлектрические.

Рассмотрим более детально каждый из видов.

Электромагнитный инжектор – обычно, такие инжекторы ставят на бензиновые двигатели (также и на те, что имеют систему непосредственного впрыска). Устройство этого типа инжекторов очень простое и включает сопло, электромагнитный клапан и иглу.

Процесс работы электромагнитного инжектора можно описать следующим образом. В нужный момент электронный блок подаёт напряжение на обмотку клапана. Создаётся электромагнитное поле, преодолевающее силу пружины и втягивающее якорь с иглой, что освобождает сопло. Потом производится впрыск топлива. Во время исчезновения напряжения, игла инжектора возвращается в исходное положение с помощью пружины.

Электрогидравлический инжектор – обычно, используют в дизельных двигателях (также в тех, которые оборудованы системой для впрыска Common Rail). Конструкция такого инжектора соединяет электромагнитный клапан, камеру управления, дроссели (впускной и сливной).

Электрогидравлические инжекторы работают на основе использования давления топлива во время впрыска и при его прекращении. По умолчанию клапан закрыт, а игла прижата к седлу давлением топлива на поршень. При этом впрыск не происходит, а давление на игле будет меньше давления, передаваемого на поршень. По сигналу из электронного блока открывается сливной дроссель, так как срабатывает электромагнитный клапан.

Топливо при этом течёт в сливную магистраль, а впускной дроссель не может быстро выровнять давление во впускной магистрали и камере управления. Из-за этого снижается давление на поршень. Что касается давления на иглу, то оно не меняется. Под действием такого давления игла поднимается и топливо впрыскивается.

Пьезоэлектрический инжектор – на сегодня это самый продвинутый прибор для впрыска топлива. Такой вид инжекторов устанавливают на дизельных двигателях с системой Common Rail. Они управляются с использование пьезоэффекта, основанном на том, что длина пьезокристалла меняется под напряжением.

Конструктивно пьезоэлектрический инжектор из пьезоэлемента и толкателя (переключает клапан и иглу в корпусе).

В основе работы этого вида инжекторов использован гидравлический принцип. В начальном положении игла за счёт давления топлива, посажена на седло. Когда на пьезоэлемент поступает сигнал, то его длина увеличивается, и он даёт усилие на толкатель , при чём происходит открытие клапана, и топливо идёт в сливную магистраль. Давление на иглу в верхней части падает, а за счёт давления в нижней части, игла поднимается и топливо впрыскивается. Количество топлива, которое нужно впрыснуть, определяется исходя из давления топлива в топливной рампе и длительности действия на пьезоэлемент.

Пьезоинжекторы срабатывают быстрее в четыре раза, нежели электромагнитные, что даёт возможность многократно впрыска в один цикл и точечной дозировки топлива.

Системы впрыска топлива в зависимости от количества инжекторов и мест подачи топлива подразделяются на такие виды:

Одноточечные (моновпрыск) – во впускном коллекторе предусмотрено всего один инжектор на все цилиндры.

Многоточечные (распределённые) – у каждого отдельного цилиндра присутствует индивидуальный инжектор, осуществляющий подачу топлива коллектору.

Непосредственные (прямого впрыска) – подача топлива осуществляется прямо в цилиндры при помощи инжекторов. Системы непосредственного впрыска дают самый лучший результат работы двигателя

2. Основные элементы инжекторной системы и принцип работы

Инжекторная система состоит из таких элементов:

Электрический бензонасос (осуществляет подачу топлива на инжектор).

Регулятор давления (даёт возможность поддерживать разницу в давлении на инжекторах и воздуха впускного коллектора).

Контроллер (делает обработку информации от разных датчиков и управляет системой зажигания и подачи топлива).

Датчики (передают контроллеру необходимую информацию для работы всей системы; в систему входят датчики детонации, температуры, коленчатого вала и т. д.). Инжектор (осуществляет впрыск топлива в двигательную систему).

Главными составляющими инжектора являются топливный фильтр, пружина, якорь, игла, штифт, электромагнитная обмотка, корпус, электрический контакт и уплотнительное кольцо. Самый важный элемент инжектора (форсунки) – сопло.

Рассмотрим принцип работы инжекторной системы.

Бензонасос создаёт давление и топливо, под этим давлением, подаётся на инжекторы. Клапан инжектора открывается и топливо попадает в коллектор (либо сразу в цилиндр, если впрыск прямой). Чем дольше клапан находится в открытом состоянии, тем большее количество топлива впрыскивается в цилиндр и, тем выше будут обороты двигателя. Длительностью открытия клапана управляет контроллер на основе информации, полученной из датчиков.

Эти датчики собирают информацию о всех параметрах работы двигателя – оборотах коленвала, температуре жидкости для охлаждения, расходе воздуха, скорости движения автомобиля , степени открытия дросселя, детонации, напряжении бортовой сети и других. Вся эта информация помогает выбрать самый оптимальный режим работы двигателя в любых условиях нагрузки.

За инжектором обязательно нужно ухаживать, чтобы он исправно работал. Во-первых, его регулярно нужно промывать (каждые 20-25 тыс. км), а во-вторых – заправлять автомобиль качественным бензином. Если долго не промывать инжектор, он может закоксоваться и тогда его вовсе придётся поменять. Содержание в топливе примесей и смол также не пойдёт на пользу инжекторам.

3. Краткая история инжектора

Принципы работы двигателя с инжекторной системой были известными ещё в конце 19 века, но ввиду сложной конструкции о таких двигателях долгое время не вспоминали.

Применение инжекторов в системах впрыска обусловил топливный кризис в 70-х годах и всеобщее внимание к окружающей среде в 80-х годах прошлого века. Карбюраторные двигатели выбрасывали в воздух очень много вредных отработанных веществ из-за сильного обогащения горючей смеси. Для уменьшения количества этих выбросов нужно было полностью менять двигательную систему.

Считается, что инжекторная система впрыска топлива родилась в 1951 году, когда корпорация Bosch установила такую систему на двухтактный двигатель Goliath 700 Sport. В 1954 году подобную систему установили на Mercedes-Benz 300 SL. А в 1967 году создали первый инжектор с электронным управлением.

Первые инжекторные двигатели были очень капризными и имели сложную механику. Зато такие отличались экологичностью и тяговитостью, а по своим характеристикам во многих аспектах превосходили карбюраторные системы.

Массовое же внедрение инжекторов началось с конца 70-х годов 20 века. Настоящий же «золотой век» инжекторов наступил в конце 20-го века с приходом электроники в автомобилестроение.

Сегодня двигатели с карбюраторными системами уже стали архаизмом. Современные транспортные средства оснащаются инжекторными системами впрыска топлива. Первые десять лет 21-го века почти завершили вытеснение карбюраторов в пользу инжекторов.

4. Плюсы и минусы инжекторов

Плюсы инжекторных систем:

Уменьшают расходы топлива благодаря правильной дозировке топлива.

Выхлопные газы с такими системами менее токсичны вследствие верно приготовленной воздушно-топливной смеси.

Повышают мощность двигателя на 8-10% (цилиндры наполняются более объёмно, а угол опережения зажигания установлен оптимально).

Система в автоматическом режиме корректирует параметры смеси при изменении нагрузок.

Не зависит от погодных условий.

Легко приводится в действие.

Минусы инжекторных систем:

Невысокая ремонтопригодность элементов системы в случае её поломки.

Высокая стоимость отдельных узлов системы и её ремонта.

Подписывайтесь на наши ленты в

На смену карбюраторным автомобилям уже давно пришли инжекторные. И хоть оба вида транспортных средств одинаково часто встречаются на отечественных дорогах, принцип устройства последнего вызывает куда больше вопросов. Эта обзорная статья разъяснит устройство инжектора, в чём преимущества и особенности его функционирования.

Что такое инжектор

Под термином «инжектор» понимают отдельно установленную на мотор форсунку или конкретную часть целостной системы транспортного средства, служащую для распределения топливной смеси. Впрыскивание топлива происходит или сразу в цилиндры мотора, или в его впускной коллектор. В этом и есть основное отличие между инжекторными и карбюраторными агрегатами.
Исходя из места установки форсунки, выделяют несколько разновидностей этих устройств. Любая из них будет обеспечивать либо точечную подачу топливной смеси в мотор машины, либо его местонахождение в камере сгорания для дальнейшего получения топливно-воздушной смеси.

Неважно, какое топливо «предпочитает» ваш автомобиль - этот конструктивный элемент одинаково успешно функционирует как на дизельных, так и на бензиновых разновидностях транспортных средств.

История возникновения

Первыми установкой инжекторов на транспортные средства занялись специалисты компании «Bosh», установившие инжекторный двигатель на купе Goliaath 700 Sport . Это случилось ещё в 1951 году, а уже через 3 года их примеру последовали представители компании «Mercedes». Это первые успешные опыты использования инжекторов на автомобильном транспорте.
Имеются сведения и о том, что установки такого типа применялись ещё раньше: примерно в 30-х годах ХХ века, преимущественно на технике боевой авиации. Разумеется, первые инжекторы нельзя было назвать идеальными, поскольку с возлагаемой на них функцией увеличения мощности мотора они справлялись плохо, а экономия топлива и высокая экологичность машин в те времена мало кого интересовали.

После того как в 40-х годах начали использоваться реактивные двигатели, об инжекторных моторах на время забыли, тем более что КПД первых таких устройств был невысоким. Не считая установки инжекторов на машины компаний «Bosh» и «Mercedes», можно сказать, что полноценное возрождение этих устройств состоялось лишь в 80-х, когда их начали массово внедрять уже в автомобильную промышленность.
Значительную роль в таком «воскрешении» сыграла необходимость снижения токсичности выбрасываемых в атмосферу газов, которая и заставила инженеров немного модернизировать старые модели инжекторов. Это у них хорошо получилось, поскольку именно такой тип двигателей встречается на большей части современных автомобилей.

Знаете ли вы? Первый предок современного автомобиля «увидел» мир в 1768 году. Это была паросиловая машина, способная перевозить людей, но лишь отдалённо напоминавшая современные автомобили. Первое транспортное средство, движение которого обеспечивалось ДВС и уже больше напоминало привычную для нас машину, было представлено общественности только в 1806-м.

Типы инжекторных форсунок

Сегодня выделяют два основных их типа. Инжекторная форсунка бывает электронная и механическая. В первом случае топливная смесь проходит сразу к форсункам, а затем при участии электронного блока управления дозируется и направляется в камеру сгорания. Такой вариант больше удобен при постоянной эксплуатации транспортного средства, поэтому практически всегда устанавливаются на новые автомобили.
В случае с механическим инжектором речь идёт об узле без ЭБУ, где регулировка подачи топлива в двигатель выполняется посредством клапанов (в зависимости от уровня открытости форсунки подготавливают и соответствующее количество топливной смеси). Первые инжекторы были именно такого типа, они до сих пор встречаются на старых моделях автомобилей. На новых транспортных средствах устанавливаются только электронные варианты.

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

Устройство

Одно из самых простых деталей сложной системы автомобиля - инжекторная система. Сюда входят:

Что же касается самой форсунки, то всё зависит от конкретного типа. К примеру, электромагнитная состоит из якоря электромагнита, сопла, уплотнения, иглы, обмотки возбуждения, пружины, сетчатого фильтра и разъёма электромагнитного. Все эти детали находятся в общем корпусе.

Важно! Чтобы обеспечить стабильную и бесперебойную работу инжектора, стоит периодически проверять чистоту форсунок (особенно если для заправки авто использовалось низкокачественное топливо).

В электрогидравлической форсунке вы не найдёте сетчатый фильтр, там в дополнение к остальным составляющим идут:

В пьезоэлектрической форсунке, помимо основных составляющих, имеются ещё клапан переключения и нагнетательный канал, принимающие непосредственное участие в её работе. Несмотря на то что работа инжекторов разных видов имеет определённые отличия, основной принцип их деятельности практически одинаковый.

Знаете ли вы? Первый ЭБУ появился практически одновременно с самим инжектором, а именно в 1939 году. Тогда он мало напоминал современное устройство и использовался только в системе работы авиационного мотора Kommandogerat.

Как работает

Если опустить незначительные детали, то работа инжектора будет состоять из этапов, которые тесно взаимосвязаны между собой:

1. Измерения массы поступающего воздуха с помощью специального датчика.
2. Передачи полученных сведений в ЭБУ инжектора (к нему же поступают данные и от других датчиков: температурного, дроссельного, измеряющего скорость вращения коленного вала).
3. Расчёта компьютером необходимого количества топливной жидкости после анализа сведений от датчиков.
4. Воздействия электрического разряда установленной продолжительности на форсунки, что способствует их открытию и передаче топлива из магистрали в коллектор.

Видео: как работает инжектор Самая сложная составляющая всей системы - её «мозг» (ЭБУ), представлен он в виде мини-компьютера. Содержит программу, предназначенную для быстрого анализа всех параметров функционирования мотора и соответствующей реакции на имеющиеся изменения.

Поэтому, чтобы обеспечить адекватную работу инжектора, незаменимыми будут каталитический нейтрализатор (дожигает несгоревшие топливные частицы) и кислородный датчик (отправляет блоку управления данные о состоянии топливной смеси и токсичности выхлопа). Без этой информации работа всего устройства будет некорректной.

Достоинства и недостатки

Несомненно, каждое устройство имеет некоторые недостатки. Но если они не усложняют человеку жизнь, то и переживать особо не стоит. Инжектор характеризуется множеством «сильных» сторон. Среди плюсов таких систем можно выделить:

• экономию расхода топливной смеси (в сравнении с карбюраторными двигателями);
• прирост мощности агрегата (и при сниженных рабочих оборотах в частности);
• упрощённый и полностью автоматизированный запуск мотора;
• оптимальное поддержание необходимых оборотов на холостом ходу;
• расширенные возможности в вопросе управления работой мотора;
• отсутствие необходимости ручной регулировки системы впрыска;
• снижение токсичных отходов в выбрасываемых газах;
• хорошая защита транспортного средства от возможного угона;
• отсутствие взаимозависимости между работой агрегата и атмосферным давлением, что упрощает эксплуатацию автомобиля в горах или в другой местности с возможными перепадами давления.

Достоинства перечислены, но это не означает, что «сюрпризов» не будет. Вот почему важно учитывать и недостатки. Что касается их, то тут нельзя не отметить:

• высокие требования к составу используемой топливной смеси;
• необходимость использования специального оборудования при диагностике и дальнейшем обслуживании инжекторных моторов;
• высокую зависимость от электропитания и повышенную чувствительность к постоянному напряжению;
• очень высокое давление топливной смеси, а это значит, что при аварии велика вероятность возгорания и взрыва (в современных автомобилях для предупреждения таких нежелательных последствий устанавливается контроллер).

Конечно, инжектор нельзя назвать простым устройством, но, учитывая его роль в приросте мощности и экологичности двигателя, стоит задуматься над приобретением автомобиля именно такого типа, тем более что ремонт инжекторного агрегата - сегодня уже не проблема. Определить, что не так с инжекторным приспособлением, просто: при запуске двигателя автомобиля наблюдаются сбои. Изучив статью, некоторые из них получится устранить самостоятельно.

Подписывайтесь на наши ленты в

Современные автомобили все чаще оборудуются бензиновыми , оснащенными инжекторной системой впрыска топлива. В сравнении с карбюратором, инжекторный двигатель работает более стабильно, машина разгоняется намного динамичнее. Благодаря полноценному сгоранию топлива, инжекторный мотор более экономичен, количество токсичных отработавших газов сведено к минимуму и соответствует строгим международным нормам. В отличие от карбюратора, подача топлива в инжекторе производится автоматически.

Разновидности инжекторных моторов

В зависимости от числа форсунок, входящих в конструкцию, инжекторы разделяются на следующие категории:

1. Моновпрыск (одноточечный).
2. Распределенный.
3. Прямой.

В первом варианте имеется единственная форсунка, поставляющая горючее во все цилиндры по очереди. Данная конструкция обладает множественными недочетами, поэтому не нашла широкого применения.

Распределенный впрыск состоит из коллектора и набора форсунок, предназначенных для клапанов впуска цилиндров.

При прямом впрыске топливо поступает из форсунки не в коллектор, а сразу в камеру сгорания.

Как устроен инжекторный двигатель

В конструкцию инжектора входят следующие составляющие:

• ЭБУ ();
• электрический топливный насос;
• распыляющие форсунки;
• рампа;
• датчики;
• регулятор давления.

Перечень электронных датчиков:

• температурного режима;
• ДПДЗ (положения дроссельной заслонки);
• ДПКВ (коленчатого вала);
• ДМРВ (расхода воздуха) и многие другие.

Принцип работы инжекторного двигателя

В отличие от карбюратора, в камеру сгорания инжекторного двигателя топливо подается под большим напором через отверстия специальных форсунок. Смешение горючего с кислородом происходит не заранее во внешнем механизме (карбюраторе), а непосредственно в полости рабочего цилиндра. Благодаря принципиальным различиям в системе впрыска, инжекторный мотор в состоянии вырабатывать мощность на 15% больше, чем карбюратор.

При такой эффективности дозированной топливоподачи сразу становится понятно, какой двигатель лучше, карбюраторный или инжекторный. Замечено, что транспортные средства, оборудованные инжектором, намного экономичнее карбюраторных машин, расходуют намного меньше бензина.

Описание процесса работы инжектора:

1. В момент включения двигателя внутреннего сгорания в работу вступает бензонасос.
2. Топливо под давлением подается на форсунки.
3. Сюда поступают сигналы с ЭБУ, под воздействием которых отверстия открываются в определенное время на заданную величину.

Время открытия форсунки и количество впрыскиваемого горючего зависят от следующих факторов:

Сила нажатия на газ.

Скорость движения транспортного средства.

Температура двигателя.

Положение распределительного и коленчатого валов.

На основании данных, поступающих с датчиков, электронный блок управления учитывает малейшие изменения в работе мотора и корректирует точное количество бензина, необходимое для пуска, работы в режимах холостого хода, прогрева, равномерной езды на средней скорости или динамичного хода. Как только в работе двигателя происходят перемены, датчики заставляют блок управления быстро корректировать режимы топливоподачи инжектора.

Интересно: Эффективность работы электронных датчиков можно проиллюстрировать на примере прибора под названием «Лямбда зонд» (кислородный датчик). Он расположен в выхлопном отсеке и отслеживает состав выходящих отработавших газов. В зависимости от показаний данного устройства, блок управления корректирует процентное содержание кислорода в топливовоздушной смеси (обогащает либо обедняет ее).

Наиболее частые проблемы в работе инжектора

Вследствие повышенной сложности устройства инжекторного двигателя, его компоненты в процессе эксплуатации подвержены поломкам. Разбалансированность пропорций топлива и воздуха при подаче в камеру сгорания приводит к следующим проблемам:

• плавающие обороты как во время движения, так и на холостом ходу;
• троение двигателя;
• увеличение расхода топлива;
• снижение мощности силового агрегата;
• изменение цвета выхлопных газов;
• мотор не увеличивает обороты;
• возникают ;
• прогорают клапаны;
• двигатель не заводится.

Если при эксплуатации транспортного средства появились описанные симптомы, это значит, что инжекторный двигатель нуждается в срочном техническом обслуживании с последующей заменой запчастей и настройками системы.

Вероятность возникновения сбоев в работе силового агрегата зависит от степени загрязнения топливного фильтра, отверстий распыляющих форсунок. Чаще всего эти механизмы засоряются при использовании некачественного бензина. Если транспортное средство имеет внушительный пробег более 60 000 км, рекомендуется прочищать либо полностью менять сетку бензонасоса.

Для обеспечения стабильной работы инжектора необходимо регулярно проводить обслуживание мотора:

1. Заменять устаревший топливный фильтр на новый экземпляр.
2. Очищать сетку бензонасоса.
3. Промывать топливный бак.
4. Очищать форсунки.

Нужно ли прогревать инжекторный двигатель зимой

Среди автовладельцев часто возникают дискуссии по поводу, прогревать ли инжекторный двигатель зимой. Известно, что инжекторный двигатель и карбюраторный существенно различаются. Моторы, оснащенные инжекторным впрыском, более технологичны, материалы изготовления рабочих элементов обладают улучшенными характеристиками, смазочные жидкости более приспособлены к работе при пониженных температурах. Отмечается существенная разница в работе и холодном запуске бензиновых моторов, карбюраторного и инжекторного типов.

Однако, вопреки представленным доводам, существуют приверженцы предварительного прогрева инжекторов, особенно в зимние месяцы.

Интересно: В Европе на законодательном уровне запрещено прогревать мотор или давать работать двигателю на холостом ходу длительное время вблизи жилых домов. Если водитель допускает подобные нарушения, ему грозят высокие штрафы. В странах СНГ экологические стандарты не отличаются повышенной строгостью. Здесь принято проявлять основную заботу не об окружающей среде, а о дорогостоящем транспортном средстве.

Почему не заводится инжекторный двигатель- основные причины

Несмотря на высокое качество и надежность инжекторных двигателей, бывают ситуации, когда при включении зажигания мотор не желает запускаться. В качестве наиболее частых причин можно выделить следующие пункты:

• неисправности элементов топливной системы;
• системы зажигания (проверить свечи и при необходимости их заменить);
• загрязнение стартера (поможет удаление отработки и прочих вредных отложений, а затем тщательное смазывание механических соединений);
• недостаточное количество заряда в аккумуляторной батарее;
• нарушение целостности электропроводки, очаги коррозии на проводах;
• отказ датчика положения коленчатого вала.

Первым делом рекомендуется проверить наличие бензина в баке машины. В топливную систему входит множество рабочих механизмов, чаще всего причину нужно искать в исправности насоса, целостности предохранителей, реле, состоянии фильтрующих элементов, подводящих трубок.

В системе зажигания решающая роль отводится свечам. От их качества и общего состояния зависит запуск мотора.

Переделка карбюратора на инжектор

На вопрос, можно ли карбюраторный двигатель переделать в инжекторный, однозначный ответ – да. Модернизация системы питания под силу водителям, обладающим достаточным опытом в проведении ремонтных работ своими руками. Главное условие, подготовить нужные запасные части.

Основные этапы:

1. Замена впускного коллектора.
2. Ресивера.
3. Установка корпуса воздушного фильтра.
4. Замена топливных магистралей.
5. Монтаж нового бензинового бака, оснащенного электро-бензонасосом.
6. Установка электронного блока управления.
7. Монтаж датчиков.
8. Замена насоса смазочной системы.
9. Смена генератора и ремня на клиновой вариант исполнения.
10. Прокладка нового жгута электрической проводки.

После контрольного запуска инжекторного двигателя требуется регулировка состава топливо воздушной смеси (установка правильных пропорций) на холостом ходу и пр. Такие работы выполняются специалистами, разбирающимися в настройках электроники при проведении мероприятий по чип-тюнингу.

При переделке мотора основной проблемой для автовладельца является поиск и приобретение элементов для замены по приемлемой стоимости. Вместо покупки не б/у, а новых составляющих, выгоднее заменить транспортное средство с карбюраторным двигателем на аналогичный автомобиль, с установленным штатным инжектором.

Данная система подачи топлива, устанавливаемая на современных бензиновых двигателях. Эта система подачи топлива постепенно вытесняет систему питания . Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными двигателями .

В конце 60х-начале 70х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами, среди которых значительную часть составляли автомобилей. До этого времени состав продуктов сгорания никого не интересовал. В целях максимального использования воздуха в процессе сгорания и достижения максимально возможной мощности двигателя состав смеси регулировался с таким расчетом, чтобы в ней был избыток бензина. В результате в продуктах сгорания совершенно отсутствовал кислород, однако оставалось несгоревшее топливо, а вредные для здоровья вещества образуются главным образом при неполном сгорании. В стремлении повышать мощность конструкторы устанавливали на карбюраторы ускорительные насосы, впрыскивающие топливо во впускной коллектор при каждом резком нажатии на педаль акселератора, т.е. когда требуется резкий разгон автомобиля. В цилиндры при этом попадает чрезмерное количество топлива, не соответствующее количеству воздуха.

В условиях городского движения ускорительный насос срабатывает практически на всех перекрестках со светофорами, где автомобили должны то останавливаться, то быстро трогаться с места. Неполное сгорание имеет место также при работе двигателя на холостых оборотах, а особенно при торможении двигателем. При закрытом дросселе воздух проходит через каналы холостого хода карбюратора с большой скоростью, всасывания слишком много топлива. Из-за значительного разрежения во впускном трубопроводе в цилиндры засасывается мало воздуха, давление в камере сгорания остается к концу такта сжатия сравнительно низким, процесс сгорания чрезмерно богатой смеси проходит медленно, и в остается много несгоревшего топлива. Описанные режимы работы двигателя резко повышают содержание токсических соединений в продуктах сгорания.

Стало очевидно, что для понижения вредных для жизнедеятельности человека выбросов в атмосферу надо кардинально менять подход к конструированию топливной аппаратуры.

Для снижения вредных выбросов в систему выпуска было предложено устанавливать каталитический нейтрализатор отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух/бензин 14,7:1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводило к падению эффективности его работы и ускоренному выходу из строя. Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили. Альтернативой могли стать только системы впрыска.

Первые системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля. Этот результат вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы. Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий. Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь - в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-зонд. Данная система разрабатывалась уже с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). По сигналам датчика кислорода ЭБУ корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси.

На сегодняшний день инжекторный (или, говоря по-научному, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшие . 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:

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

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ (на примере электронной системы распределенного впрыска)

В современных впрысковых двигателях для каждого цилиндра предусмотрена индивидуальная форсунка. Все форсунки соединяются с топливной рампой, где топливо находится под давлением, которое создает электробензонасос. Количество впрыскиваемого топлива зависит от продолжительности открытия форсунки. Момент открытия регулирует электронный блок управления (контроллер) на основании обрабатываемых им данных от различных датчиков.

Датчик массового расхода воздуха служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик положения дроссельной заслонки служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и для управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя.

Датчик положения служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ - полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это единственный "жизненно важный" в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах. Информация, которую выдает датчик, используется электронным блоком управления для корректировки количества подаваемого топлива. Датчик кислорода используется только в системах с каталитическим нейтрализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода- до катализатора и после него).

Датчик детонации служит для контроля за детонацией. При обнаружении последней ЭБУ включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания.

Здесь перечислены только некоторые основные датчики, необходимые для работы системы. Комплектации датчиков на различных автомобилях зависят от системы впрыска, от норм токсичности и пр.

Про результатам опроса определенных в программе датчиков, программа ЭБУ осуществляет управление исполнительными механизмами, к которым относятся: форсунки, бензонасос, модуль зажигания, регулятор холостого хода, клапан адсорбера системы улавливания паров бензина, вентилятор системы охлаждения и др. (все опять же зависит от конкретной модели)

Из всего перечисленного, возможно, не все знают, что такое адсорбер. Адсорбер является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 запрещен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг. На неработающем двигателе пары бензина попадают в адсорбер из бака и впускного коллектора, где происходит их поглощение. При запуске двигателя адсорбер по команде ЭБУ продувается потоком воздуха, всасываемого двигателем, пары увлекаются этим потоком и дожигаются в камере сгорания.

В зависимости от количества форсунок и места подачи топлива, системы впрыска подразделяются на три типа: одноточечный или моновпрыск (одна форсунка во впускном коллекторе на все цилиндры), многоточечный или распределенный (у каждого цилиндра своя форсунка, которая подает топливо в коллектор) и непосредственный (топливо подается форсунками непосредственно в цилиндры, как у дизелей).

Одноточечный впрыск проще, он менее начинен управляющей электроникой, но и менее эффективен. Управляющая электроника позволяет снимать информацию с датчиков и сразу же менять параметры впрыска. Немаловажно и то, что под моновпрыск легко адаптируются почти без конструктивных переделок или технологических изменений в производстве. У одноточечного впрыска преимущество перед карбюратором состоит в экономии топлива, экологической чистоте и относительной стабильности и надежности параметров. А вот в приёмистости двигателя одноточечный впрыск проигрывает. Еще один недостаток: при использовании одноточечного впрыска, как и при использовании карбюратора до 30% бензина оседает на стенках коллектора.

Системы одноточечного впрыска, безусловно, являлись шагом вперед по сравнению с карбюраторными системами питания, но уже не удовлетворяют современным требованиям.

Более совершенными являются системы многоточечного впрыска , в которых подача топлива к каждому цилиндру осуществляется индивидуально. Распределенный впрыск мощнее, экономичнее и сложнее. Применение такого впрыска увеличивает мощность двигателя примерно на 7-10 процентов. Основные преимущества распределенного впрыска:

1. Возможность автоматической настройки на разных оборотах и соответственно улучшение наполнения цилиндров, в итоге при той же максимальной мощности автомобиль разгоняется гораздо быстрее;
2. Бензин впрыскивается вблизи впускного клапана, что существенно снижает потери на оседание во впускном коллекторе и позволяет осуществлять более точную регулировку подачи топлива.

Непосредственный впрыск как очередное и эффективное средство в деле оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового двигателя реализует простые принципы. А именно: более тщательно распыляет топливо, лучше перемешивает с воздухом и грамотней распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. В итоге двигатели с непосредственным впрыском потребляют меньше топлива, чем обычные «впрысковые» (в народе - инжектор) моторы (в особенности при спокойной езде на невысокой скорости); при одинаковом рабочем объеме они обеспечивают более интенсивное ускорение автомобиля; у них чище выхлоп; они гарантируют более высокую литровую мощность за счет большей степени сжатия и эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах. В то же время они нуждаются в качественном бензине с низким содержанием серы и механических примесей, чтобы обеспечить нормальную работу топливной аппаратуры.

А как раз главное несоответствие между ГОСТами, ныне действующими в России, и евростандартами- повышенное содержание серы, ароматических углеводородов и бензола. Например, российско-украинский стандарт допускает наличие 500 мг серы в 1 кг топлива, тогда как "Евро-3"- 150 мг, «Евро-4»- лишь 50 мг, а «Евро-5»- всего 10 мг. Сера и вода способны активизировать коррозионные процессы на поверхности деталей, а мусор является источником абразивного износа калиброванных отверстий форсунок и плунжерных пар насосов. В результате износа снижается рабочее давление насоса и ухудшается качество распыления бензина. Все это отражается на характеристиках двигателей и равномерности их работы.

Первой применила двигатель с непосредственным впрыском на серийном автомобиле компания Mitsubishi. Поэтому рассмотрим устройство и принципы действия непосредственного впрыска на примере двигателя GDI (Gasoline Direct Injection). Двигатель GDI может работать в режиме сгорания сверхобедненной топливовоздушной смеси: соотношение воздуха и топлива по массе до 30-40:1. Максимально возможное для традиционных инжекторных двигателей с распределенным впрыском соотношение равно 20-24:1 (стоит напомнить, что оптимальный, так называемый стехиометрический, состав - 14,7:1) - если избыток воздуха будет больше, переобедненная смесь просто не воспламенится. На двигателе GDI распыленное топливо находится в цилиндре в виде облака, сосредоточенного в районе свечи зажигания. Поэтому, хотя в целом смесь переобедненная, у свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и легко воспламеняется. В то же время, обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая. Последнее обстоятельство позволяет повысить степень сжатия, а значит увеличить и мощность, и крутящий момент. За счет того, что при впрыскивании и испарении в цилиндр топлива, воздушный заряд охлаждается - несколько улучшается наполнение цилиндров, а также снова снижается вероятность возникновения детонации.

Режимы работы двигателя GDI

Всего предусмотрено три режима работы двигателя:

• Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия).
• Мощностной режим (впрыск на такте впуска).
• Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия) (применяется на евромодификациях).

Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия). Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и при движении за городом с постоянной скоростью (до 120 км/ч). Топливо впрыскивается компактным факелом в конце такта сжатия в направлении поршня, отражается от него, смешивается с воздухом и испаряется, направляясь в зону . Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь чрезвычайно обеднена, заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа двигателя на сильно обедненной смеси поставила новую проблему - нейтрализацию отработавших газов. Дело в том, что при этом режиме основную их долю составляют оксиды азота, и поэтому обычный каталитический нейтрализатор становится малоэффективным. Для решения этой задачи была применена рециркуляция отработавших газов (EGR-Exhaust Gas Recirculation), которая резко снижает количество образующихся оксидов азота и установлен дополнительный NO-катализатор.

Система EGR "разбавляя" топливо-воздушную смесь отработавшими газами, снижает температуру горения в камере сгорания, тем самым "приглушая" активное образование вредных оксидов, в том числе NOx. Однако обеспечить полную и стабильную нейтрализацию NOx только за счет EGR невозможно, так как при увеличении нагрузки на двигатель количество перепускаемых ОГ должно быть уменьшено. Поэтому на двигатель с непосредственным впрыском был внедрен NO-катализатор. Существует две разновидности катализаторов для уменьшения выбросов NOx - селективные (Selective Reduction Type) и накопительного типа (NOx Trap Type). Катализаторы накопительного типа более эффективны, но чрезвычайно чувствительны к высокосернистым топливом, чему менее подвержены селективные. В соответствии с этим, накопительные катализаторы устанавливаются на модели для стран с низким содержанием серы в бензине, и селективные - для остальных.

Мощностной режим (впрыск на такте впуска). Так называемый "режим однородного смесеобразования" используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. Топливо впрыскивается на такте впуска коническим факелом, перемешиваясь с воздухом и образуя однородную смесь, как в обычном двигателе с распределенным впрыском. Состав смеси - близок к стехиометрическому (14,7:1)

Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия). Этот режим позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до "богатого" 12:1.

Почему этот режим введен только для автомобилей для европейского рынка? Да потому что для Японии присущи невысокие скорости движения и постоянные пробки, а Европа- это протяженные автобаны и высокие скорости (а следовательно, высокие нагрузки на двигатель).

Компания Mitsubishi стала пионером в применении непосредственного впрыска топлива. На сегодняшний день аналогичную технологию используют Mercedes (CGI), BMW (HPI), Volkswagen (FSI, TFSI, TSI) и Toyota (JIS). Главный принцип работы этих систем питания аналогичен- подача бензина не во впускной тракт, а непосредственно в камеру сгорания и формирование послойного либо однородного смесеобразования в различных режимах работы мотора. Но подобные топливные системы имеют и различия, причем иногда довольно существенные. Основные из них - рабочее давление в топливной системе, расположение форсунок и их конструкция.

Рассмотрим инжектор двигателя (его устройство и принцип работы) взяв в качестве примера электронную систему распределенного впрыска.

Впрысковые инжекторные двигатели , которые производятся в настоящее время, оснащаются индивидуальными форсунками для каждого цилиндра. Форсунки соединены с топливной рампой, в которой под давлением находится топливо, подаваемое электрическим бензонасосом. В зависимости от времени в течении которого форсунки находятся в открытом положении, меняется количество впрыскиваемого топлива. Электронный блок управления (так называемые контроллер) регулирует открытие форсунок, основываясь на информации, полученной от различных датчиков.

Датчик массового расхода воздуха необходим для расчета циклового наполнения цилиндров. С помощью этого датчика происходит измерение массового расхода воздуха. Затем полученная информация пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. В случае поломки датчика его показания системой не учитываются, и расчет производится по аварийным таблицам.

Датчик положения дроссельной заслонки рассчитывает фактор нагрузки на двигатель инжектор, а также его изменения в зависимости от оборотов двигателя, угла открытия дроссельной заслонки и циклового наполнения.

Датчик температуры охлаждающей жидкости необходим для определения коррекции топливоподачи и зажигания в зависимости от температуры, а также для управления вентилятором. В случае неисправности данного датчика его показания системой не учитываются, а показания температуры берутся в соответствии с таблицей в зависимости от времени работы двигателя инжектора.

Датчик определения положения коленчатого вала выполняет общую синхронизацию системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ является полярным датчиком. Если датчик включен не правильно, то инжекторный двигатель не будет заводится. В случае поломки датчика система не будет работать. Датчик определения положения коленчатого вала является единственным датчиком в системе , в случае поломки которого автомобиль не тронется с места. Неполадки в работе остальных датчиков не являются критическими и без них возможно своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик кислорода определяет концентрацию кислорода в отработавших газах. Датчик посылает информацию в электронный блок управления для дельнейшей коррекции количества подаваемого топлива. Этот датчик используется исключительно в системах с каталитическим нейтрализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3. Причем для Евро-3 применяются два датчика кислорода, один устанавливается до катализатора, а второй после него.

Датчик детонации необходим для контроля за возможной детонацией. В случае обнаружения возможной угрозы детонации ЭБУ запускает алгоритм гашения детонации, при этом система корректирует угол опережения зажигания.

Существует еще ряд различных датчиков, которые необходимы для нормальной работы системы. Для различных моделей автомобилей подбирается определенная комбинация датчиков в зависимости от норм токсичности, системы впрыска и так далее.

Программа ЭБУ на основании произведенных опросов установленных датчиков в программе, осуществляет управление различными исполнительными механизмами. К ним относятся: модуль зажигания, бензонасос, форсунки, регулятор холостого хода, вентилятор системы охлаждения, клапан адсорбера системы улавливания паров бензина и прочие, в зависимости от модели автомобиля.

Если о большинстве названных устройств имеется хотя бы малейшее представление, то об адсорбере не специалист редко слышал. Адсорбер - элемент замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Согласно нормам Евро-2, контакт вентиляции бензобака с атмосферой запрещен, а бензиновые пары должны адсорбироваться (то есть собираться) и в процессе продувки направляться в цилиндры для дальнейшего дожига. При выключенном двигателе бензиновые пары из бака и впускного коллектора попадают в адсорбер, где они поглощаются. Во время запуска двигателя, по команде ЭБУ, адсорбер начинает продуваться потоком воздуха, который всасывается двигателем. Под действием воздушного потока, пары увлекаются в камеру сгорания и там дожигаются.

Виды инжекторных двигателей.

Системы впрыска зависят от места подачи топлива и количества форсунок. Они бывают трех типов:

• одноточечная (моновпрыск). Одна форсунка устанавливается на впускной коллектор на все цилиндры.
• многоточечный (распределенный). При таком типе двигателя, каждый цилиндр оснащается своей форсункой, подающей топливо в коллектор)
• непосредственный. В этом случае топливо подается непосредственно в цилиндры с помощью форсунок. Примером могут служить дизельные инжекторные двигатели .

Системы впрыска инжекторных двигателей.

Моновпрыск является самым простым видом. В нем небольшое количество управляющей электроники. Недостатком является его небольшая эффективность, поскольку управляющая электроника позволяет контролировать поступающую информацию с датчиков и, в случае необходимости, влиять на параметры впрыска. Достоинством одноточечного прыска является тот факт, что под него можно легко адаптировать карбюраторные двигатели обойдясь практически без существенных переделок конструкции или технологических изменений при производстве. Также монопрыск обладает по сравнению с карбюратором позволяет сэкономить топливо, является более экологически чистотым и является относительно стабильным и надежным по своим параметрам. Однако одноточечный впрыск уступает приёмистости инжекторного двигателя . Кроме того, в результате работы моновпрыска около 30% бензина остается в качестве осадка на стенках коллектора.

Безусловно, система моновпрыска является большим прорывом в сравнении с карбюраторной системой питания, однако в настоящее время уже не в состоянии удовлетворять современные требования.

Многоточечный впрыск является более совершенной системой подачи топлива, при которой оно подается отдельно к каждому цилиндру. Данная система подачи топлива значительно мощнее, экономичнее, но при этом и сложнее. Многоточечный впрыск позволяет увеличить мощность инжекторного двигателя примерно на 7-10 процентов. Основными достоинствами распределенного впрыска можно считать:

• можно автоматически настроить подачу топлива при различных оборотах и в результате, улучшить наполнение цилиндров. Как следствие, это позволит при одинаковой мощности автомобиля разогнаться быстрее.
• поскольку впрыск топлива происходит в непосредственной близости от впускного клапана, значительно уменьшается его количество, которое оседает на стенках впускного коллектора. В результате появляется возможность более точной регулировки подачи топлива.

Является более эффективным средством в оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового инжекторного двигателя . Его работа основывается на простых принципах:

• топливо тщательнее распыляется, а значит лучше перемешивается с воздухом и более грамотно распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. В результате, инжекторный двигатель с непосредственным впрыском потребляет меньший объем топлива, чем обычные «впрысковые» моторы. Это становится особенно заметно при спокойной езде на небольшой скорости;
• при равных рабочих объемах двигателей, позволяет разгоняться значительно быстрее;
• является более экологичным;
• в результате большей степени сжатия и одновременного эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах, гарантируется более высокая литровая мощность.

Необходимо учитывать, что данный вид инжекторного двигателя требует качественный бензин с низким уровнем содержания серы и прочих механических примесей. Это является обязательным условием для обеспечения нормальной работы топливной системы.