Принцип работы инжектора

Системы питания с впрыском бензина

Понятие об инжекторных двигателях

Инжекторными называются двигатели с искровым зажиганием топливной смеси, в которых в качестве топлива используют бензин, а процесс смесеобразования происходит с помощью форсунки или форсунок, впрыскивающих топливо под давлением во впускной трубопровод или в цилиндр двигателя.

Впрыск топлива вместо использования процесса карбюрации позволил получить ряд определенных выгод, поэтому в последние годы все системы питания, использующие впрыск все больше вытесняют карбюраторные системы питания двигателей, особенно на легковых автомобилях.

Широкому применению систем впрыска топлива на грузовых автомобилях в настоящее время препятствуют такие их недостатки, как повышенная сложность обслуживания и дороговизна используемых приборов и узлов. Однако, с учетом несомненных преимуществ, позволяющих получить ощутимую долгосрочную выгоду, можно предположить, что и на грузовом автотранспорте, особенно малой и средней грузоподъемности, системы впрыска бензина найдут широкое применение в ближайшие годы. На грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности и автобусах достойной конкуренции дизельным двигателям пока нет.

***

Достоинства и недостатки систем впрыска топлива

Несомненным преимуществом систем впрыскивания топлива по сравнению с карбюраторными системами питания являются следующие:

• отсутствие устройств, создающих сопротивление потоку воздуха на впускном трубопроводе (карбюратора) и вследствие этого более высокий коэффициент наполнения цилиндров, что обеспечивает получение более высокой «литровой» мощности;
• возможность использования большего перекрытия клапанов, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, что улучшает процесс продувки камеры сгорания чистым воздухом, а не горючей смесью;
• более точное дозирование количества топлива, необходимого для работы двигателя на различных режимах его работы;
• снижение температуры стенок цилиндров, днища поршней и выпускных клапанов из-за лучшей продувки и более равномерного состава горючей смеси, что позволяет без опасности детонации поднять степень сжатия смеси в цилиндре на 2…3 единицы;
• снижение количества оксидов азота при сгорании топлива, т. е. снижение токсичности отработавших газов;
• улучшение смазывания зеркала цилиндров двигателя и, как следствие, снижение уровня механических потерь на трение.

Таким образом, благодаря перечисленным достоинствам системы питания с впрыском топлива позволяют обеспечить по сравнению с карбюраторной системой (при прочих равных условиях) более высокую мощность двигателя, улучшенную экономичность, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение степени сжатия, а также повысить ресурс двигателя.

Особенно ценным качеством бензиновых систем питания, использующих впрыск, является возможность объединить управление систем питания и зажигания посредством единого управляющего центра (компьютера), что открывает широкие динамические и экономические перспективы для инжекторных двигателей, а также возможность существенной автоматизации многих процессов в их работе.

Не лишены системы впрыска воздуха и недостатков:

• относительно высокая стоимость;
• сложность технического обслуживания, требующая специального оборудования и высокой квалификации обслуживающего персонала;
• повышенные требования к качеству и очистке бензина.

***

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Как работает инжектор

Итак, как известно, в современных авто карбюраторная система уже полностью замещена инжекторными двигателями.  Последние, в отличие от карбюраторных, повышают мощность автомобиля, улучшают динамику его разгона, экологичность. При том, что расход топлива при этом уменьшается.

Кстати, высокие экологические показатели инжектор сохраняет без различных  регулировок и настроек. Ведь там имеет место самонастройка топливовоздушной смеси, которая стала возможна благодаря кислородному датчику, установленному на выпускном коллекторе (лямбда-зонд).

Устройство инжектора.

Подача топлива в инжекторный движок производится форсунками, которые могут  располагаться или на впускном коллекторе (моновпрыск), или недалеко от впускных клапанов цилиндров (распределенный впрыск), или  непосредственно в ГБЦ — головке блока цилиндров (прямой впрыск — впрыск топлива осуществляется в саму камеру сгорания), о том, как промыть форсунок своими руками смотрим вот здесь.

 

Помимо форсунок инжектор включает в себя следующие исполнительные элементы:

• ЭБУ (контроллер) — обрабатывает данные от датчиков и управляет системами подачи топлива и зажигания;
• бензонасос (электрический) — он подает топливо;
• различные датчики: температуры, коленвала, распредвала, детонации;
• регулятор давления — поддерживает разницу давления воздуха во впускном коллекторе и форсунках.

Также все инжекторные моторы оснащаются каталитическим нейтрализатором (катализатором) в виде «сот», на котором нанесен активный слой, способствующий догоранию топлива, остающемуся в выхлопных газах. Однако заправка этилированным бензином длительное время приводит к определенным поломкам, из-за которых катализатор теряет такую способность.

Датчик кислорода в инжекторе и его работа.

Наиболее известным типом является циркониевый кислородный датчик, подробнее в статье — что такое датчик кислорода. Он есть переключатель (к слову, один из самых важных), который резко изменяет свое состояние на отметке 0.5% кислорода, содержащегося в выхлопных газах.

Устройство интерфейса датчика выглядит следующим образом: прогретый датчик (300 градусов Цельсия и выше) при богатой смеси (содержание кислорода 0.5%) — от 0.2 до 0.45 Вольт

И не важно, какой точно при этом уровень напряжения, учитывается лишь то, где он расположен по отношению к средней линии. То есть топливо добавляется, когда ECU определяет сигнал бедной смеси, и уменьшается, когда богатой. Следовательно, подача топлива регулируется в зависимости от практических результатов сгорания, что дает возможность системе приспособиться к разным условиям работы

Следовательно, подача топлива регулируется в зависимости от практических результатов сгорания, что дает возможность системе приспособиться к разным условиям работы.

Известно, что надежно данный датчик работает только в хорошо прогретом состоянии, следовательно, ECU система TCCS заметит его показания только в случае прогрева двигателя до нужного уровня. Однако не всех это устраивает. Поэтому для придания скорости этому процессу в датчик кислорода часто монтируют электрический подогреватель.

Принцип работы механического инжектора.

Хотя ранее использовались иные конструкции инжекторных моторов с впрыском. К примеру, известен такой двигатель, в котором управление происходит при помощи механических устройств. Управление здесь — дозировка объема топлива при помощи специального клапана. Клапан же управляется системой рычагов, которую приводит в действие воздушный поток. Сегодня механически управляемые клапаны уже полностью изжили себя.

В настоящее же время в каждой системе впрыска есть встроенная подсистема самодиагностики, которая позволяет установить неисправности узлов, датчиков и исполнительных механизмов системы. После самодиагностики компьютер вырабатывает диагностические коды. Они извлекаются из памяти компьютера и расшифровываются согласно таблицам. У каждого производителя свой вариант извлечения данных кодов. Найти практически всех их можно в свободном доступе в интернете, подробнее о диагностике инжектора своими руками, можно прочитать тут. Кроме того рекомендую ознакомиться с инструкцией, о том как почистить инжектор.

Видео

Автомобильные дворники.

Что такое круиз-контроль?

Как перевести PSI в атмосферы?

Толщиномер покрытий — назначение, принцип работы, виды устройств.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

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

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

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

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

Виды форсунок

Форсунки различаются в зависимости от способа осуществления впрыска топлива. Давайте рассмотрим основные виды форсунок:

• Электромагнитные форсунки;
• Электрогидравлические форсунки;
• Пьезоэлектрические форсунки.

Устройство электромагнитной форсунки

1 — сетчатый фильтр; 2 — электрический разъем; 3 – пружина; 4 — обмотка возбуждения; 5 — якорь электромагнита; 6 — корпус форсунки; 7 — игла форсунки; 8 – уплотнение; 9 — сопло форсунки.

Электромагнитная форсунка нашла свое применение на бензиновых двигателях, в том числе оборудованных системой непосредственного впрыска. Электромагнитной форсунка имеет простую конструкцию, которая включает электромагнитный клапан с иглой и соплом.

Как работает электромагнитная форсунка

Работа электромагнитной форсунки осуществляется в соответствии с заложенным алгоритмом в электронный блок управления. Электронный блок в определенный момент подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. Вследствие этого создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло форсунки, после чего производится впрыск топлива. Когда напряжение исчезает, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Устройство электрогидравлической форсунки

1 — сопло форсунки; 2 – пружина; 3 — камера управления; 4 — сливной дроссель; 5 — якорь электромагнита; 6 — сливной канал; 7 — электрический разъем; 8 — обмотка возбуждения; 9 — штуцер подвода топлива; 10 — впускной дроссель; 11 – поршень; 12 — игла форсунки.

Электрогидравлическая форсунка применяется на дизельных двигателях. Электрогидравлическая форсунка включает электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Как работает электрогидравлическая форсунка

Работа электрогидравлической форсунки основана на использовании давления топлива при впрыске. В обычном положении электромагнитный клапан закрыт и игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень, благодаря этому впрыск топлива не происходит.

Когда электронный блок управления дает команду на электромагнитный клапан, открывается сливной дроссель. Топливо вытекает из камеры управления через сливной дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали, вследствие чего давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу форсунки не изменяется. Игла форсунки поднимается и происходит впрыск топлива.

Устройство пьезоэлектрической форсунки

1 — игла форсунки; 2 – уплотнение; 3 — пружина иглы; 4 — блок дросселей; 5 — переключающий клапан; 6 — пружина клапана; 7 — поршень клапана; 8 — поршень толкателя; 9 – пьезоэлектрический элемент; 10 — сливной канал; 11 — сетчатый фильтр; 12 — электрический разъем; 13 — нагнетательный канал.

Пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка) является самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива в современных автомобилях. Форсунка применяется на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. Основные преимущества пьезоэлектрической форсунки в точности дозировки и быстроте срабатывания. Благодаря этому пьезофорсунка обеспечивает многократный впрыск на протяжении одного рабочего цикла.

Как работает пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка)

Работа пьезофорсунки основана на изменении длины пьезокристалла при подачи напряжения. Пьезоэлектрическая форсунка состоит из: корпуса, пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана и иглы.

Пьезофорсунка работает по гидравлическому принципу. В обычном положении игла прижата к седлу силой высокого давления топлива. Электронный блок подает электрический сигнал на пьезоэлемент и его длина увеличивается, воздействуя на поршень толкателя, открывает переключающий клапан и топливо поступает в сливную магистраль. Давление над иглой падает, и за счет давления в нижней части игла поднимается, что приводит к впрыску топлива. Количество впрыскиваемого топлива зависит от длительности воздействия на пьезоэлемент и давления топлива в топливной рампе.

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.

Датчик скорости

Предназначен для контроля скорости автомобиля. Может устанавливаться как в тросиковом спидометре, так и в электронном. В первом случае прибор позволяет только выдавать сигнал для работы системы впрыска. Во втором случае он включен в цепь электронного спидометра. При наличии электроусилителя рулевого управления, иммобилайзера или иных охранных систем, этот датчик подключается к ним. Дело в том, что усилитель руля работает только при движении с малой скоростью. Как только скорость увеличивается, необходимость в усилителе отпадает. Многие охранные системы соединяются с датчиком скорости, чтобы обеспечить максимальную безопасность.

Основные принципы работы инжекторного двигателя

Основные принципы работы инжекторного двигателяТакты и порядок работыНаибольшее применение в автомобилестроении нашел так называемый двигатель Отто — двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в котором энергия, выделяемая при сгорании топлива, превращается в механическую энергию поступательного движения поршня. В этом двигателе топливовоздушная смесь (на базе бензина или газа) приготавливается вне камеры сгорания с помощью смесеобразующих устройств. Смесь всасывается в камеру сгорания движущимся вниз поршнем. При движении поршня вверх смесь сжимается и в нужный момент поджигается. В результате сгорания топлива с выделением большого количества тепла давление в цилиндре резко повышается, и поршень с отдачей энергии через коленчатый вал снова идет вниз. После каждого сгорания отработавшие газы выводятся из цилиндра и вновь всасывается свежая топливовоздушная смесь. Такой газообмен проходит по четырехтактному принципу. Для совершения одного рабочего цикла требуются два оборота коленчатого вала. Для управления газообменом в цилиндре используются впускной и выпускной клапаны. На рис. 1 показан процесс газообмена в четырехтактном двигателе. Степень сжатия во втором такте определяется отношением суммы рабочего объема цилиндра Vh и объема камеры сгорания Vс (см. рис. 2) к объему камеры сгорания Vc и в зависимости от конструкции может составлять от 7 до 13 единиц.Для получения большей мощности и равномерного вращения коленчатого вала двигатели автомобилей делают многоцилиндровыми. В нашей стране (в частности, на ВАЗе) наибольшее распространение получил четырехцилиндровый двигатель, в котором за два оборота коленчатого вала получается уже не один, а четыре рабочих хода. Для равномерной и плавной работы многоцилиндрового двигателя такты в разных цилиндрах чередуются в определенной последовательности, которая называется порядком работы цилиндров. На рис. 3 условно показан четырехцилиндровый двигатель с порядком работы 1—3—4—2.Топливовоздушная смесьТопливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания и поступает в цилиндры на такте впуска. Для того чтобы двигатель работал оптимально, топливо необходимо подавать в цилиндр в определенной пропорции с воздухом. Наиболее полное сгорание происходит, если смесь состоит из 14,7 части воздуха и одной части паров бензина. Такое соотношение “воздух—топливо” называется стехиометрическим. Степень отклонения реального состава топливовоздушной смеси от стехиометрического определяется коэффициентом избытка воздуxa a:— если a=1, то реальный расход воздуха соответствует теоретической потребности;— если a1 топливовоздушная смесь обедненная. В диапазоне a=1,05—1,2 достигается максимальная топливная экономичность работы двигателя;— при a>1,3 топливовоздушная смесь становится трудновоспламеняемой, двигатель начинает работать с перебоями.Влияние коэффициента воздуха a на мощность Р и удельный расход воздуха bе: а) богатая смесь (недостаток воздуха), б) бедная смесь (избыток воздуха)Влияние коэффициента воздуха на токсичность отработавших газов: а) богатая смесь (недостаток воздуха); б) бедная смесь (избыток воздуха)На рис. 4 и 5 показаны зависимость мощности и удельного расхода топлива, а также зависимость содержания углеводородов СН, оксида углерода СО и окислов азота NOx в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха. Здесь видно, что идеального состава смеси, при котором все факторы имели бы оптимальные значения, не существует. Так, например, для обеспечения эффективной работы каталитического нейтрализатора (то есть для максимального снижения токсичности отработавших газов) необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси, но при этом двигатель будет работать неоптимально с точки зрения топливной экономичности. С другой стороны, для сокращения времени прогрева нейтрализатора до рабочих температур двигатель должен поработать на обедненных смесях. Чтобы разобраться, какая же топливовоздушная смесь и при каких условиях является оптимальной для двигателя, рассмотрим его основные рабочие режимы:— холодный пуск. При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и усиленного оседания топлива на стенках впускных труб. Для компенсации этого явления и облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного количества топлива в момент пуска (a

ИНЖЕКТОР

Электронная система подачи воздушно-топливной смеси. Появился гораздо позже и сейчас уже модернизировался несколько раз. Все механические части были заменены на электронные, также существует система управления (ЭБУ), которая базируется на различных датчиках

Сейчас различают три основных вида систем:

• МОНОВПРЫСК. Самый древний вид, пришел на смену карбюратора, по сути является им же, только с электронной составляющей. Распыляет бензин сразу в весь впускной коллектор. Уже не устанавливается на машины, ибо не входит по нормам экологии
• РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ впрыск. Здесь в каждую трубу установлен свой инжектор, который подает топливо только в свой цилиндр
• НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ впрыск. Здесь форсунки установлены в блок двигателя, в саму камеру сгорания.

Из чего состоит данная система:

• Бак. Также для хранения бензина
• Топливный насос. Обычно он погружается прямо в топливо. Его не нужно крепить на двигателе, потому как он электрический, ему не нужны приводы. Нужно отметить, что он создает давление около 3 атмосфер.
• Топливная магистраль. Также есть шланги и трубки
• Топливная рампа. К ней походят трубка или шланги от магистрали, а также зачастую вкручиваются сами инжектора.
• Инжектор. Система впрыска топлива в определенной пропорции. В системах с распределенным впрыском, располагаются на впускном коллекторе.
• Дроссельный узел (совмещен с воздушным фильтром). Подает воздух для смеси, в нем стоит заслонка, которая регулирует нужный объем воздуха. А вы в свою очередь регулируете все нажатием на педаль газа (зачастую электронную)

Конечно чтобы заставить работать инжекторный вариант нужно большое количество датчиков которые контролируют — подачу топлива, воздуха, скорость автомобиля, вращение коленчатого вала, положение дроссельной заслонки, температуру охлаждающей жидкости, детонации.

Может показаться, что система сложная, но это не так. Одним из основных датчиков является ДПКВ (датчик положения коленчатого вала). По его показаниям определяется цилиндр, время подачи топлива и искры.

Эта информация идет в ЭБУ и именно этот блок управления дает приказания насосу начинать нагонять давление топлива в магистрали после в рампе. То есть оно находится сзади инжектора. Далее воздух идет от дроссельного узла и при достижении инжектора, происходит открытие и воздух смешивается с бензином в нужной пропорции. После эта смесь засасывается цилиндром двигателя и сгорает внутри.

Инжекторный вариант имеет много преимуществ

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ МОМЕНТЫ:

• Стабильная работа двигателя
• Большая мощность
• Долговечность. Не нужно регулировать каждые 2-3 месяца
• Меньший расход топлива, до 30%
• Не зависит от перепада температур. Работает одинакового летом и зимой
• Меньше до 75% выбросов вредных веществ
• Нет переливов топлива при запуске. Можете крутить долго, пока позволит аккумулятор
• Нет вони бензина в салоне. Потому как очень точная дозировка

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ МОМЕНТЫ

• Сложный ремонт и диагностика. Только при наличии специального оборудования. В лесу вы точно не сделаете
• Наличие большого количества датчиков
• Высокая стоимость узлов
• Сложно или вообще невозможно отремонтировать сломанный датчик или узел
• Требуется качественное топливо не менее 92 бензина, чтобы форсунки не забивались

Что я хочу сказать сейчас инжектор, особенно если у вас рядовая система MPI работает очень стабильно! Нет каких либо проблем, ни с форсунками, ни с топливным насосом, ни сдатчиками и прочим. Ходят по 100 – 200 000 без каких-либо серьезных проблем. Самое главное почистить форсунки раз в 150 000 км и заменить фильтр топливного насоса и катаемся дальше. Сейчас нет никакого смысла обратно ставить карбюратор, даже на НИВУ или УАЗ, даже для соревнований по грязи!

Сейчас видео версия смотрим.

А теперь голосование, что вы считаете лучше карбюратор или инжектор?

(41 голосов, средний: 3,90 из 5)