Принцип работы системы впрыскивания топлива. Электронный впрыск топлива - как он устроен? Непосредственный впрыск бензина

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование - инжекторная система, от injection – впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска используется как на бензиновых, так и дизельных двигателях. Вместе с тем, конструкции и работа систем впрыска бензиновых и дизельных двигателей существенным образом различаются.

В бензиновых двигателях с помощью впрыска образуется однородная топливно-воздушная смесь, которая принудительно воспламеняется от искры. В дизельных двигателях впрыск топлива производится под высоким давлением, порция топлива смешивается со сжатым (горячим) воздухом и почти мгновенно воспламеняется. Давление впрыска определяет величину порции впрыскиваемого топлива и соответственно мощность двигателя. Поэтому, чем больше давление, тем выше мощность двигателя.

Система впрыска топлива является составной частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунка (инжектор ).

Системы впрыска бензиновых двигателей

В зависимости от способа образования топливно-воздушной смеси различают следующие системы центрального впрыска, распределенного впрыска и непосредственного впрыска. Системы центрального и распределенного впрыска являются системами предварительного впрыска, т.е. впрыск в них производится не доходя до камеры сгорания - во впускном коллекторе.

Системы впрыска дизельных двигателей

Впрыск топлива в дизельных двигателях может производиться двумя способами: в предварительную камеру или непосредственно в камеру сгорания.

Двигатели с впрыском в предварительную камеру отличает низкий уровень шума и плавность работы. Но в настоящее время предпочтение отдается системам непосредственного впрыска. Несмотря на повышенный уровень шума, такие системы имеют высокую топливную экономичность.

Определяющим конструктивным элементом системы впрыска дизельного двигателя является топливный насос высокого давления (ТНВД).

На легковые автомобили с дизельным двигателем устанавливаются различные конструкции систем впрыска: с рядным ТНВД, с распределительным ТНВД, насос-форсунками, Сommon Rail. Прогрессивные системы впрыска - насос-форсунки и система Сommon Rail.

Современные автомобили оснащают разными системами с впрыском топлива. В двигателях, работающих на бензине, смесь топлива и воздуха принудительно возгорается с помощью искры.

Система с впрыском топлива является неотъемлемым элементом . Форсунка является главным рабочим элементом любой системы впрыска.

Бензиновые двигателя оснащаются системами с впрыском, которые различаются между собой способом образования смеси топлива с воздухом:

• системы с центральным впрыском;
• системы с распределенным впрыском;
• системы с непосредственным впрыском.

Центральный впрыск, или иначе его называют моновпрыск (Monojetronic), осуществляется одной центральной электромагнитной форсункой, которая впрыскивает топливо во впускной коллектор. Это чем-то напоминает карбюратор. Сейчас автомобили с такой системой впрыска не производятся, так как у автомобиля с такой системой наблюдается и невысокие экологические свойства автомобиля.

Система распределенного впрыска постоянно с годами совершенствовалась. Начало положила система K-jetronic . Впрыск был механическим, что давало ему хорошую надежность, но расход топлива был весьма высоким. Топливо додавалось не импульсно, а постоянно. На смену данной системы пришла система KE-jetronic .

Она ни чем принципиально не отличалась от K-jetronic , но появился электронный блок управления (ЭБУ), который позволил незначительно сократить расход топлива. Но и эта система не принесла ожидаемых результатов. Появилась система L-jetronic .

В которой ЭБУ воспринимал сигналы от датчиков и направлял электромагнитный импульс на каждую форсунку. Система обладала хорошими экономическими и экологическими показателями, но конструктора не стали на этом останавливаться, и разработали совершенно новую систему Motronic .

Блок управления стал управлять и впрыском топлива, и системой зажигания. Топливо стало лучше сгорать в цилиндре, увеличилась мощность двигателя, уменьшился расход и вредные выбросы автомобиля. Во всех этих системах представленных выше впрыск осуществляется отдельной форсункой на каждый цилиндр во впускной коллектор, где и происходит образование смеси топлива с воздухом, которая попадает в цилиндр.

Наиболее перспективной системой на сегодняшний день является система с непосредственным впрыском.

Суть данной системы заключается в том, что топливо впрыскивается сразу в камеру сгорания каждого цилиндра, и уже там смешивается с воздухом. Система определяет и подает оптимальный состав смеси в цилиндр, что обеспечивает хорошую мощность на различных режимах работы двигателя, хорошую экономичность и высокие экологические свойства двигателя.

Но с другой стороны, двигателя с данной системой впрыска обладают более высокой ценой по сравнению со своими предшественниками, из-за сложности своей конструкции. Так же данная система очень требовательна к качеству топлива.

В каждом современном автомобиле есть система подачи топлива. Ее предназначение заключается в подаче топлива из бака в мотор, его фильтрации, а также образовании горючей смеси с последующим ее поступлением в цилиндры ДВС. Какие бывают виды СПТ и в чем заключается их отличия — об этом мы расскажем ниже.

[ Скрыть ]

Общие сведения

Как правило, большая часть систем впрыска схожи между собой, принципиальное различие может заключаться в смесеобразовании.

Основные элементы топливных систем, вне зависимости от того, о бензиновых или дизельных двигателях идет речь:

1. Бак, в котором хранится горючее. Бак представляет собой емкость, оснащенную насосным устройством, а также фильтрующим элементом для очистки горючего от грязи.
2. Топливные магистрали представляют собой набор патрубков и шлангов, предназначенный для подачи топлива из бака в двигатель.
3. Узел смесеобразования, предназначенный для образования горючей смеси, а также дальнейшей ее передачи в цилиндры, в соответствии с тактом работы силового агрегата.
4. Управляющий модуль. Он используется в инжекторных моторах, это связано с необходимостью контроля различных датчиков, клапанов и форсунок.
5. Сам насос. Как правило, в современных авто применяются погружные варианты. Такой насос представляет собой небольшой по размерам и мощности электромотор, подключенный к жидкостному насосу. Смазка устройства реализуется с помощью топлива. Если в бензобаке будет менее пяти литров горючего, это может привести к поломке мотора.

СПТ на моторе ЗМЗ-40911.10

Особенности топливного оборудования

Для того, чтобы отработанные газы меньше загрязняли окружающую среди, автомобили оборудуются каталитическими нейтрализаторами. Но со временем стало понятно, что их использование является целесообразным только в том случае, если в двигателе образуется качественная горючая смесь. То есть если в образовании эмульсии имеются отклонения, то эффективность использования катализатора значительно снижается, именно поэтому со временем производители авто перешли с карбюраторов на инжекторы. Тем не менее, их эффективность также была не особо высокой.

Чтобы система могла в автоматическом режиме корректировать показатели, впоследствии в нее был добавлен модуль управления. Если помимо каталитического нейтрализатора, а также кислородного датчика, используется блок управления, это выдает довольно неплохие показатели.

Какие преимущества характерны для таких систем:

1. Возможность увеличения эксплуатационных характеристик силового агрегата. При правильной работе мощность двигателя может быть выше 5% заявленной производителем.
2. Улучшение динамических характеристик авто. Инжекторные моторы достаточно чувствительные по отношению к изменению нагрузок, поэтому они могут самостоятельно корректировать состав горючей смеси.
3. Образованная в правильных пропорциях горючая смесь сможет значительно снизить объем, а также токсичность выхлопных газов.
4. Инжекторные моторы, как показала практика, отлично запускаются при любых погодных условиях, в отличие от карбюраторов. Разумеется, если речь не идет о температуре -40 градусов (автор видео — Сергей Морозов).

Устройство инжекторной системы подачи топлива

Теперь предлагаем ознакомиться с устройством инжекторной СПТ. Все современные силовые агрегаты оборудуются форсунками, их число соответствует количеству установленных цилиндров, а между собой эти детали соединяются с помощью рампы. Само горючее в них содержится под невысоким давлением, которое создается благодаря насосному устройству. Объем поступающего топлива зависит от того, как долго открыта форсунка, а это, в свою очередь, контролируется управляющим модулем.

Для корректировки блок получает показания с различных контроллеров и датчиков, расположенных в разных частях автомобиля, предлагаем ознакомиться с основными устройствами:

1. Расходомер или ДМРВ. Его предназначение заключается в определении наполненности цилиндра двигателя воздухом. Если в системе имеются неполадки, то его показания блок управления игнорирует, а для формирования смеси использует обычные данные из таблицы.
2. ДПДЗ — положения дросселя. Его назначение заключается в отражении нагрузки на мотор, которая обусловлена положением дроссельной заслонки, оборотами мотора, а также цикловым наполнением.
3. ДТОЖ. Контроллер температуры антифриза в системе позволяет реализовать управления вентилятором, а также произвести регулировку подачи горючего и зажигания. Разумеется, все это корректирует блок управления, основываясь на показаниях ДТОЖ.
4. ДПКВ — положения коленвала. Его назначение заключается в синхронизации работы СПТ в целом. Устройство осуществляет расчет не только оборотов силового агрегата, но и положения вала в определенный момент. Само по себе устройство относится к полярным контроллерам, соответственно, его поломка приведет к невозможности эксплуатации автомобиля.
5. Лямбда-зонд или кислородный датчик. Он используется для определения объема кислорода в выхлопных газах. Данные от этого устройства поступают на управляющий модуль, который, основываясь на них, производит корректировку горючей смеси (автор видео — Avto-Blogger.ru).

Виды систем впрыска на бензиновых ДВС

Что такое Джетроник, какие бывают виды СПТ бензиновых двигателей?

Предлагаем более подробно ознакомиться с вопросом разновидностей:

1. СПТ с центральным впрыском. В данном случае бензин подача бензина реализуется благодаря форсункам, находящимся во впускном коллекторе. Так как форсунка используется только одна, такие СПТ также называются моовпрысками. В настоящее время такие СПТ не актуальны, поэтому в более современных авто они попросту не предусмотрены. К основным достоинствам таких систем относятся простота эксплуатации, а также высокая надежность. Что касается минусов, то это пониженная экологичность мотора, а также довольно высокий расход горючего.
2. СПТ с распределенным впрыском или К-Джетроник. В таких узлах предусматривается подача бензина отдельно на каждый цилиндр, который оборудован форсункой. Сама горючая смесь формируется во впускном коллекторе. На сегодняшний день большая часть силовых агрегатов оборудуются именно такими СПТ. К их основным достоинствам можно отнести довольно высокую экологичность, приемлемый расход бензина, а также умеренные требования по отношению к качеству потребляемого бензина.
3. С непосредственным впрыском. Такой вариант считается одним из наиболее прогрессивных, а также совершенных. Принцип действия данной СПТ заключается в прямом впрыске бензина в цилиндр. Как показывают результаты многочисленных исследований, такие СПТ дают возможность добиться наиболее оптимального и качественного состава топливовоздушной смеси. Причем на любом этапе работы силового агрегата, что позволяет значительно улучшить процедуру сгорания смеси и во многом повысить эффективность работы ДВС и его мощность. Ну и, разумеется, снизить объем отработавших газов. Но нужно учитывать, что такие СПТ имеют и свои недостатки, в частности, более сложную конструкцию, а также высокие требования к качеству используемого бензина.
4. СПТ с комбинированным впрыском. Данный вариант является, по сути, результатом объединения СПТ с распределенным и непосредственным впрыском. Как правило, он используется для того, чтобы снизить объем токсичных веществ, вбрасываемых в атмосферу, а также отработанных газов. Соответственно, используется он для повышения показаний экологичности мотора.
5. Система L-Джетроник еще использовалась в бензиновых двигателях. Это система попарного впрыска топлива.

Фотогалерея «Разновидности бензиновых систем»

Виды систем впрыска дизельных ДВС

Основные виды СПТ в дизельных двигателях:

1. Насос-форсунки. Такие СПТ используются для подачи, а также дальнейшего впрыска образованной эмульсии под высоким давлением с помощью насос-форсунок. Основной особенностью таких СПТ является то, что насос-форсунки выполняют опции образования давления, а также непосредственно впрыска. Такие СПТ имеют и свои недостатки, в частности, речь идет о насосе, оборудованном специальным приводом постоянного тип от распределительного вала силового агрегата. Этот узел является не отключаемым, соответственно, он способствует повышенному износу конструкции в целом.
2. Именно из-за последнего недостатка большинство производителей отдают предпочтение СПТ типа Common Rail или аккумуляторного впрыска. Такой вариант считается более совершенным для многих дизельных агрегатов. СПТ имеет такое название в результате использования топливной рамы — основного элемента конструкции. Рампа используется одна для всех форсунок. В данном случае подача топлива осуществляется к форсункам от самой рампы, она может называться аккумулятором повышенного давления.
   Подача горючего осуществляется в три этапа — предварительный, основной, а также дополнительный. Такое распределение дает возможность снизить шум и вибрации при работе силового агрегата, сделать его работу более эффективной, в частности, речь идет о процессе возгорания смеси. Кроме того, это также позволяет и снизить объем вредоносных выбросов в окружающую среду.

Вне зависимости от вида СПТ, дизельные агрегаты тоже управляются с помощью электронных либо механических устройств. В механических вариантах устройства контролируют уровень давления и объема составляющих смеси и момента впрыска. Что касается электронных вариантов, то они позволяют обеспечить более эффективное управление силовым агрегатом.

С непосредственным впрыском (также используется термин «прямой впрыск», или GDI) начали появляться на автомобилях не так давно. Однако технология набирает популярность и все чаще встречается на моторах новых автомобилей. Сегодня мы в общих чертах постараемся ответить, что такое технология непосредственного впрыска и стоит ли ее опасаться?

Для начала стоит отметить, что главной отличительной особенностью технологии является расположение форсунок, которые размещены непосредственно в головке блока цилиндров, соответственно, и впрыск под огромным давлением происходит напрямую в цилиндры, в отличие от давно зарекомендовавшей себя с лучшей стороны горючего во впускной коллектор.

Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi. Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность - от 10% до 20%, мощность - плюс 5% и экологичность. Основной минус - форсунки крайне требовательны к качеству топлива.

Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на . Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.

В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы. Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также , которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.

Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский). Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:

Итак, экологичность и экономичность - благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:

Минусы

1. Очень сложная конструкция.

2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.

3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.

Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.

4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.

5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.

6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.

Помимо этого, в также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.

В случае с системой впрыска топлива Ваш двигатель все ещё ​сосёт, но вместо того, чтобы полагаться только на всасываемое количество топлива, система впрыска топлива стреляет точно правильное количество топлива в камеру сгорания. Системы впрыска топлива прошли уже несколько ступеней эволюции, в них была добавлена электроника - это, пожалуй, было самым большим шагом в развитии этой системы. Но идея таких систем осталась та же: электрически активируемый клапан (инжектор) распыляет отмеренное количество топлива в двигатель. На самом деле основное различие между карбюратором и инжектором именно в электронном управлении ЭБУ - именно бортовой компьютер подаёт точно нужное количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Давайте посмотрим, как работает система впрыска топлива и инжектор в частности.

Так выглядит система впрыска топлива

Если сердце автомобиля - это его двигатель, то его мозг - это блок управления двигателем (ЭБУ). Он оптимизирует работу двигателя с помощью датчиков, чтобы решить, как управлять некоторыми приводами в двигателе. Прежде всего, компьютер отвечает за 4 основные задачи:

1. управляет топливной смесью,
2. контролирует обороты холостого хода ,
3. несёт ответственность за угол опережения зажигания,
4. управляет фазами газораспределения.

Прежде чем мы поговорим о том, как ЭБУ осуществляет свои задачи, давайте о самом главном - проследим путь бензина от бензобака до двигателя - это и есть работа системы впрыска топлива. Первоначально после того, как капля бензина покидает стенки бензобака, она всасывается с помощью электрического топливного насоса в двигатель. Электрический топливный насос, как правило, состоит из непосредственно насоса, а также фильтра и передающего устройства.

Регулятор давления топлива в конце топливной направляющей с вакуумным питанием гарантирует, что давление топлива будет постоянным по отношению к давлению всасывания. Для бензинового двигателя давление топлива, как правило, составляет порядка 2-3,5 атмосферы (200-350 кПа, 35-50 PSI (фунтов на квадратный дюйм)). Топливные форсунки инжектора подключены к двигателю, но их клапаны остаются закрытыми до тех пор, пока ЭБУ не разрешит отправить топливо в цилиндры.

Но что же происходит, когда двигателю требуется топливо? Здесь в работу вступает инжектор . Обычно инжекторы имеют два контакта: один вывод подключен к аккумулятору через реле зажигания, а другой контакт проходит в ЭБУ. ЭБУ посылает пульсирующие сигналы в инжектор. За счёт магнита, на который и подаются такие пульсирующие сигналы, открывается клапан инжектора, и в его сопло подаётся некоторое количество топлива. Поскольку в инжекторе очень высокое давление (значение приведено выше), открывшийся клапан направляет топливо с высокой скоростью в сопло распылителя инжектора. Продолжительность, с которой открыт клапан инжектора, влияет на то, какое количество топлива подаётся в цилиндр, а продолжительность эта, соответственно зависит от ширины импульса (т.е. от того, сколько времени ЭБУ посылает сигнал к инжектору).

Когда клапан открывается, топливная форсунка передаёт топливо через распылительный наконечник, который, распыляя, превращает жидкое топливо в туман, непосредственно в цилиндр. Такая система называется системой с непосредственным впрыском . Но распылённое топливо может подаваться не сразу в цилиндры, а сначала в впускные коллекторы.

Как работает инжектор

Но как ЭБУ определяет, сколько на данный момент топлива нужно подать в двигатель? Когда водитель нажимает педаль акселератора, то на самом деле он открывает дроссельную заслонку на величину нажима педали, через которую в двигатель подаётся воздух. Таким образом, мы с уверенностью можем назвать педаль газа "регулятором подачи воздуха" в двигатель. Так вот, компьютер автомобиля руководствуется в том числе величиной открытия дроссельной заслонки, но не ограничивается этим показателем - он считывает информацию с множества датчиков, и давайте узнаем о них всех!

Датчик массового расхода воздуха

Перво-наперво датчик массового расхода воздуха (MAF) определяет, сколько воздуха входит в корпус дроссельной заслонки и посылает эту информацию в ЭБУ. ЭБУ использует эту информацию, чтобы решить, сколько топлива впрыснуть в цилиндры, чтобы держать смесь в идеальных пропорциях.

Датчик положения дроссельной заслонки

Компьютер постоянно использует этот датчик, чтобы проверить положение дроссельной заслонки и узнать таким образом, сколько воздуха проходит через воздухозаборник для того, чтобы регулировать импульс, отправленный к форсункам, гарантируя, что соответствующее воздуху количество топлива входит в систему.

Кислородный датчик

Кроме того, ЭБУ использует датчик O2, чтобы выяснить, сколько кислорода содержится в выхлопных газах автомобиля. Содержание кислорода в выхлопных газах обеспечивает индикацию того, насколько хорошо топливо сгорает. Используя связанные данные от двух датчиков: кислородного и массового расхода воздуха, ЭБУ также контролирует насыщенность топливо-воздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания цилиндров двигателя.

Датчик положения коленвала

Это, пожалуй, главный датчик системы впрыска топлива - именно от него ЭБУ узнаёт о количестве оборотов двигателя в данный момент времени и корректирует количество подаваемого топлива в зависимости от числа оборотов и, конечно же, положения педали газа.

Это три основных датчика, которые прямо и динамически влияют на количество подаваемого в инжектор и в последующем в двигатель топлива. Но есть ещё ряд датчиков:

• Датчик напряжения в электрической сети машины - нужен для того, чтобы ЭБУ понимал, насколько разряжен аккумулятор и требуется ли повысить обороты, чтобы зарядить его.
• Датчик температуры охлаждающей жидкости - ЭБУ повышает количество оборотов, если двигатель холодный и наоборот, если двигатель прогрелся.