Инжектор: его достоинства, виды, конструктивные особенности

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.

Непосредственный впрыск 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.

Достоинства и недостатки

Системы впрыска в настоящее время полностью вытеснили карбюраторы, поэтому недостатков у них практически не осталось. Скорее спор идёт между направлениями непосредственного впрыска в цилиндр и многоточечного во впускной коллектор.

Достоинства же инжектора неоспоримы и проявляются почти во всём:

требования по экологии невозможно обеспечить никакой другой системой питания;
полное сгорание топлива обеспечивает максимальную экономичность, достичь идеала не получается лишь из-за противоречивых требований по экономии и экологии;
мощность и вид скоростной характеристики, то есть кривой зависимости крутящего момента от оборотов можно задавать в модели двигателя, то есть в программном виде, особенно это касается моторов с турбонаддувом;
управление мотором может быть полностью автоматизировано, доступны такие ранее необычные функции как отключение части цилиндров, система «старт-стоп», интеграция с противоугонным комплексом.

Некоторая сложность системы внушала опасения на первых этапах её внедрения. Сейчас автомобильный мир настолько привык к инжектору, что опасений он вызывает не больше, чем бытовые гаджеты вроде мобильных телефонов, которые реально даже гораздо сложнее.

Внутреннее устройство инжектора и принцип его работы

Чтобы разобраться в принципе работы инжекторного двигателя, сперва нужно понять его строение.

ЭБУ (электронный блок питания) – управляет работой всей системы инжекторного двигателя на основании полученных данных (из внешней среды и непосредственно от параметров работы двигателя). Содержит систему диагностики неисправности инжектора, передавая сигнал датчику «Check engine» на панели приборов.
Регулятор давления. В норме давление в форсунках должно быть постоянным, этот регулятор отвечает за постоянство этой величины.
Форсунки – непосредственно подают топливо в цилиндры (электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические).
Бензонасос – под давлением подает топливо в форсунки, что снижает риск образования воздушных пробок.
Датчики – необходимы для слаженной работы всей системы. В инжекторе установлено несколько видов:

Датчик детонации – расположен в самих цилиндрах, при детонации по нему проходят вибрации. В виде свободного тока передает информацию на ЭБУ.
ДПДЗ – реагирует увеличением датчика или его падением, при смене поворотного угла заслонки дросселя.
Датчик фаз сообщается с блоком управления и с цилиндром. Благодаря этому, блок управления подает необходимое напряжение в цилиндр при зажигании, и совершает управление тактами.
Датчик массового расхода воздуха состоит из двух платиновых нитей (первая свободно обдувается потоками воздуха, а вторая герметично изолирована). Блок управления подсчитывает температуру и массу воздуха, за счет разницы температуры и сопротивления на двух нитях.
ДПКВ (положения коленчатого вала), или датчик Холла, позволяет определять положение коленчатого вала. Основной принцип работы в том, что зубчатое колесо, расположенное на валу двигателя, вращается вокруг магнита. При искажении магнитного поля датчик создает импульсы внутри катушки и передает их в блок управления. В соответствии с полученными импульсами ЭБУ определяет положение коленвала.

Все форсунки соединены в единую систему, которая называется топливной рампой. С помощью бензонасоса за счет излишнего давления внутри системы топливо подается в систему. После чего открывается клапан, и топливо из форсунки поступает в цилиндр (чем дольше открыт клапан, тем больше топлива подается и, соответственно, обороты будут выше). Количество поступающего топлива непосредственно зависит от количества воздуха, поступающего в цилиндр.

Благодаря ресурсам интернет-сети можно наглядно увидеть принцип работы инжекторного двигателя:

https://youtube.com/watch?v=XhSyHJkh4xg

Принцип работы инжектора и его конструкция

Думаю что будет лучше всего, если мы рассмотрим принцип работы инжектора на распределенной системе впрыска, так как именно она установлена на большинстве автомобилей и считается одной из самых удачных и распространенных.

Для удобства предлагаю разделить систему подачи топлива на две основные составляющие – электронную и механическую. Роль механической системы достаточно простая – обеспечение непрерывной и дозированной подачи топлива в цилиндры. А вот управление и контроль системы производится электроникой.

Механическая часть

Механическая составляющая инжекторной системы включает в себя следующие компоненты:

бензонасос (электрический);
топливный бак;
фильтр очистки бензина;
топливную рампу;
топливопроводы высокого давления;
форсунки;
дроссельный узел;
воздушный фильтр.

Этот список составляющих не исчерпывающий. В зависимости от конструктивных особенностей двигателя и системы управления в механическую часть могут включатся и другие элементы. Приведенный выше список является списком обязательных элементов для любого двигателя.

https://youtube.com/watch?v=XhSyHJkh4xg

Принцип работы

Теперь давайте рассмотрим зачем все эти составляющие нужны и какую работу выполняет каждая из них. Думаю все и так знают, что топливный бак это емкость для бензина. Электрический бензонасос, который расположен в баке, обеспечивает непрерывную подачу топлива под давлением.

После чего топливо попадает в фильтр, где очищается от примесей и прочего мусора. Топлипроводы высокого давления позволяют бензину беспрепятственно двигаться по системе подачи топлива.

Регулятор давления не позволяет достигать критической отметки давления во всей системе. Через регулятор топливо попадает в топливную рамку, которая подводит его к форсункам. Форсунки расположены во впускном коллекторе.

Несколько лет назад форсунки срабатывали под давлением топлива и их конструкция была полностью механической. Тут принцип работы достаточно прост – бензин оказывает давление на пружину форсунки и открывает её, а уже через неё и впрыскивается в цилиндры.

Сейчас на большинстве автомобилей устанавливают электромагнитные форсунки. Основной составляющей, которой являются обычный якорь и обмотка. Канал подачи топлива открывается благодаря получению сигнала от электронной системы управления.

С обратной стороны в систему принудительно подается воздух, через воздушный фильтр. Дроссельный узел с заслонкой располагается в патрубке по которому идет воздух. Когда водитель нажимает на педаль газа, он воздействует на заслонку. Но водитель осуществляет контроль только над воздухом, который подается в цилиндр, топливо регулирует электронная система управления.

Электронная часть

Блок памяти и контролер являются основными составляющими в электронной системе управления, которая в свою очередь выполняет роль основы электронной части инжекторной системы. Блок управления осуществляет контроль над системой подачи топлива благодаря целому ряду датчиков, которые входят в конструкцию инжектора.

Основные датчики, которые дают электронному блоку управления информацию о работе топливной системы являются:

Лямбда-зонд. Задача этого датчика определение остатков воздуха в выхлопных газах. На основе получаемых данных блок управления регулирует подачу воздуха в топливную смесь.
Датчик массового расхода воздуха. Задачей этого датчика является определение объема воздуха, который проходит через дроссельную заслонку. Обычно этот датчик устанавливается внутри корпуса воздушного фильтра.
Датчик положения дроссельной заслонки. Подача сигнала о положении педали газа – вот основное предназначение данного датчика.
Датчик температуры силовой установки. В зависимости от температуры мотора, о которой сообщает этот датчик, блок управления регулирует топливную смесь.
Датчик положения коленчатого вала. Этот датчик ответственный за выбор цилиндра в который нужно подать топливо и время подачи искры.
Датчик детонации. Располагается в блоке цилиндров и предназначен для выявления и устранения детонаций.
Датчик скорости. Создает импульсы, благодаря которым рассчитывается скорость движения автомобиля. Корректируется топливная смесь, опираясь на показания от него.
Датчик фаз. Он определяет угловое расположение распредвала.

Инжектор против карбюратора

Ключевое отличие между этими двумя популярными системами можно отыскать в принципе функционирования более современного инжекторных двигателей. Они оснащаются принципиально иной схемой подачи горючего. А потому по принципу своей работы инжекторный двигатель точно отличается от карбюраторного условного конкурента.

Если не вдаваться в подробности, то инжекторный тип мотора наиболее сильно отличается от устаревшего карбюратора в плане устройства самой системы подачи в камеру топлива, и относительно питания силовой установки.

В случае с карбюраторными ДВС смешивание бензина с кислородом (воздухом) происходит в специальном отдельном устройстве, которое располагается с внешней стороны. Это и есть сам карбюратор. Когда смесь сформирована, она начинает всасываться в цилиндры. Причём это происходит так называемым самотёком.

Если же говорить о том, как же работают инжекторные двигатели, то здесь в системе предусмотрены специальные подающие форсунки. Они дозируют количество впрыскиваемого топлива, что происходит под определённым давлением, а затем это количество горючего смешивается с определённой порцией воздуха.

Эффективность автомобильного инжектора превышает карбюратор в среднем на 15%. То есть при прочих равных, силовая установка с инжекторной системой будет на 15% мощнее, чем аналогичный карбюраторный мотор.

Ещё одним весомым аргументом в пользу инжектора выступает вопрос экономии топлива. Вне зависимости от выбранного режима работы силовой установки, инжекторная система потребляет меньше горючего.

Чем отличается инжектор от карбюратора

Принцип, по которому карбюратор подает смесь бензина с кислородом в камеры сгорания двигателя, – разница в давлении. Принудительного впрыска здесь нет, и топливоподача происходит с помощью всасывания топлива. Значит, часть мощности силового агрегата тратится на этот процесс.

Количество воздуха в топливной смеси автоматически не регулируется. Карбюратор настраивается механическим путем еще до поездки, и эта настройка универсальная. Но в этом есть некоторые недостатки. Двигатель в определенные моменты способен получать от карбюратора больше топлива, чем он может переработать. В итоге часть бензина не сгорает, а выходит вместе с выхлопными газами, что наносит вред окружающей среде и не экономит топливо.

В случае же с инжектором происходит принудительная подача топлива в камеры сгорания при помощи форсунок, а количество бензина регулируется электроникой, которая и отвечает за приготовление топливовоздушной смеси.

Выхлоп инжекторного автомобиля менее токсичен, не так вреден для окружающей среды, как карбюраторный, потому что в нем меньше несгоревшего бензина.

В этом и заключаются отличия системы питания карбюраторного двигателя от инжекторного. Теперь перейдем к вопросу «что лучше» не для экологии, а для водителя и автомобиля.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Что такое объем двигателя автомобиля?
Устройство, виды и назначение фильтра тонкой очистки топлива
Датчик коленвала: признаки неисправности

Плюсы двигателя с инжекторной топливоподачей

Если допустить, что остальные устройства в двух автомобилях идентичны и различны только способы подачи топлива, то большая мощность остается у инжекторного мотора. Разница в лошадиных силах между карбюраторным и инжекторным ДВС может составлять 10%. Эти отличия достигаются за счет другого впускного коллектора, точно выставляемого в каждый момент угла опережения зажигания, и другого способа подачи топлива.
Инжекторные моторы, по сравнению с карбюраторными аналогами, отличаются топливной экономичностью за счет точной дозированной подачи бензина. При таком способе 100% бензина сгорает в камерах двигателя, превращая тепловую энергию в механическую.
Основная причина перехода всех мировых автопроизводителей на инжекторную систему – экологичность. Карбюраторные выхлопы более токсичны.
В морозную погоду инжекторный двигатель не нуждается в дополнительном прогреве перед запуском.
Инжекторы намного надежнее карбюраторов, их выход из строя встречается реже, по сравнению с неисправностями карбюраторов.
Инжекторные двигатели не имеют катушку-трамблер. Эта деталь часто выходит из строя на машинах с карбюраторной топливоподачей.

Минусы инжекторов

Хоть инжектор надежен, но он выходит из строя. А для его диагностики и последующего ремонта необходимо специализированное оборудование. Ремонт в условиях «гаража» невозможен, для этого нужен опыт и квалификация. Ремонт этого устройства на СТО, как и обслуживание с профилактикой – работа дорогостоящая.
Инжектор требует только качественного топлива. Если топливо содержит некоторое количество механических примесей, то нормальная его работа затруднена. Он быстро засорится и выйдет из строя. А чистка и ремонт стоят недешево.
Следующий недостаток касается двигателей, на которые вместо карбюратора установили инжектор. В результате доработки повысится количество сгораемого в двигателе топлива, что повышает его рабочую температуру. Это чревато возможным перегревом ДВС со всеми вытекающими последствиями.

Плюсы карбюраторных систем

В плане обслуживания карбюраторы считаются простыми устройствами. Для их ремонта не нужно специализированное оборудование и инструмент. Все необходимое для этого найдёте в гараже.
Стоимость деталей – невысока. В случае невозможности ремонта можно купить новый карбюратор. По сравнению с инжектором его стоимость низкая.
Карбюратор не требует высокого качества топлива. Он нормально работает на бензине с низким октановым числом. Небольшое количество механических примесей несильно затруднит его работу. Максимум – забьются жиклеры.

Минусы карбюраторов

Недостатков у карбюраторных систем намного больше, чем достоинств, и поэтому существует тенденция на их замещение инжекторами.

Автомобиль, двигатель которого оснащен карбюратором, потребляет больше бензина, чем инжекторный аналог. Причем излишнее потребление топлива не переходит в дополнительную мощность. Топливо не догорает и выбрасывается в атмосферу;
Карбюратор не любит перепадов температур. Он чувствителен и к повышенной, и к пониженной температуре окружающей среды. Зимой его детали примерзают друг к другу. Это происходит из-за образования внутри него конденсата;
Низкая экологичность.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться детальнее в принципе работы инжектора, нужно посмотреть на его основные компоненты. Любая инжекторная система состоит из нескольких базовых элементов. А именно из:

топливных форсунок;
топливной рампы;
насоса;
датчиков;
ЭБУ.

Каждый компонент играет свою ключевую роль в том, как работает инжектор с установленными внутри него топливными подающими форсунками.

Форсунки. Являются основным, главным элементом всей подающей системы. Именно форсунки стали причиной для названия инжектора, поскольку они предназначены для распыления и подачи через специальные впускные коллекторы или напрямую в камеру сгорания топлива. Форсунка состоит из корпуса, внутри которого размещается клапан. Этот клапан обязательно электромагнитного типа. Он открывает и закрывает распылитель (форсунку). Сам процесс распыления осуществляется за счёт наличия отверстия кольцевой формы, предусмотренного между иглой и стенками корпуса. Игла управляется клапаном.
Рампа. Важный элемент для современных автомобильных инжекторных систем, которые функционируют по принципу распределённого впрыска. С помощью рампы топливо подаётся на все установленные форсунки, и объединяет их в общую систему.
Насос. Поскольку топливо в случае с инжекторами подаётся под определённым давлением, для его создания нужен электронасос.
ЭБУ. Блок управления полностью отвечает за контроль и процесс подачи формируемой топливовоздушной смеси. Внешне напоминает небольшой блок, соединённый с разными датчиками, форсунками, топливным насосом, а также системой зажигания и прочими элементами. ЭБУ собирает информацию с разных контроллеров и датчиков, что позволяет ему правильно определять пропорции горючего и воздуха, в нужный момент выполнять впрыск и т. д.
Датчики. С помощью датчиков фиксируются различные показатели в условиях реального времени. Причём каждый автопроизводитель определяет перечень датчиков, к которым подключается ЭБУ. Чем больше информации передают контроллеры на блок управления, тем эффективнее работает вся система.

Все эти компоненты тесно связаны друг с другом и постоянно взаимодействуют. Именно на этом взаимодействии базируется принцип работы самого инжекторного двигателя.

Выглядит это примерно следующим образом:

включается зажигание;
питание идёт на насос, расположенный в топливном баке;
насос передаёт топливо по магистрали под давлением;
форсунки располагаются на рейке;
через рейку топливо поступает к форсунке;
дополнительно на рейке (рампе) находятся регуляторы давления;
датчики передают на ЭБУ необходимую для анализа информацию;
блок синхронизирует впрыск, подавая на форсунки специальные управляющие импульсы;
импульсы вынуждают рабочие форсунки открываться в заданный момент времени.

Если говорить простым языком, то горючее распыляется с помощью рабочих форсунок в самом коллекторе, там смешивается с кислородом (воздухом) и подаётся в камеру сгорания через клапаны.

Неоспоримым преимуществом современной инжекторной топливоподающей системы является способность автоматически за доли секунды менять режим работы двигателя, опираясь на текущие условия.

Такая высокая точность в работе системы стала возможной за счёт использования электроники, объединённой в блок управления всем автомобильным двигателем.

Каждый датчик непрерывно передаёт информацию в ЭБУ, который её анализирует и корректирует работу системы по мере необходимости. Это позволяет добиться необходимой мощности, производительности, экономичности и экологичности.

Типы форсунок

Кроме различных видов инжектора в целом, существуют и разные конструкции форсунок.

В двигателях с непосредственным впрыском чаще всего применяются электромагнитные форсунки. В них сопло перекрывается иглой на электромагнитном клапане. При подаче напряжения клапан смещает иглу, открывая путь для подачи топлива. В исходное, закрытое, положение игла возвращается пружиной.

Дизельные двигатели с инжектором, ввиду более высокой плотности топлива, работают с более высоким давлением. Поэтому снабжаются электрогидравлическими форсунками. Принцип их работы основан на использовании давления топлива в магистрали и комбинирован с тем же электромагнитным клапаном.

С технологической точки зрения наиболее эффективным типом форсунок считаются пьезоэлектрические. Преимущественно ввиду более высокой скорости срабатывания. В качестве основного элемента в них используется не электромагнитный клапан, а пьезокристалл, который меняет свою длину под действием электрического тока.

Классификация

Виды систем впрыска

Принято различать несколько видов систем с использованием инжектора:

Моновпрыск – одноточечная система, разработанная самой первой. Речь идет об одной форсунке в составе коллектора, она рассчитана на все цилиндры. Поскольку недочетов у такой системы больше, чем преимуществ, она быстро себя изжила.
Распределенный впрыск – более современный виток в развитии инжектора, то есть появились многочисленные форсунки в составе коллектора.
Непосредственный впрыск – самая свежая разработка, основанная на установке форсунки для транспортировки смеси напрямую в цилиндр, без участия коллектора. Форсунки в таком варианте устанавливаются в головках цилиндров.

Приобретая подержанный автомобиль, не забудьте поинтересоваться о типе впрыска. Единая форсунка характерна для машин 90-х гг., они просты в ремонте и надежны. Механические варианты с приставкой «Джетроник» явно стоит обходить стороной. Это могут быть Мерседесы 80-х начала 90-х гг. Настройку системы нельзя назвать самой простой. Разумеется, вы сможете заменить механический вариант на электронный, но подобного рода модернизация обойдется вам в 400 долларов.

Типы форсунок

Классифицировать форсунки стоит согласно способу впрыскивания топливной субстанции:

Электромагнитные отличаются простотой, применимы на движках, работающих на бензине, учитывая также силовые агрегаты с непосредственным впрыскиванием. Ключевые составляющие – сопло и оснащенный иглой клапан. Разряд электричества поступает в зону обмотки клапана в момент эксплуатации. За частоту подачи отвечает ЭБУ. Результатом является формирование электромагнитного поля, которое вытягивает силу, очищает сопло и реализуется впрыск. Одномоментно сжимается пружина, которая после прекращения воздействия электромагнитного поля перемещает иглу на исходную позицию.
Электрогидравлические актуальны для дизельных моторов. Они состоят из клапана, дросселей и отвечающей за управление камеры. Секрет функциональности заключается в разности давления горючего на определенные элементы. Под действием горючего игла форсунки находится максимально близко к седлу при закрытом состоянии клапана. Клапан в открытой позиции указывает на одномоментное открытие и дросселя. Далее солярка заполняет магистраль. Давление дизеля на поршень снижается, но на игле изменений не происходит. Так игла переходит в верхнюю позицию и осуществляется впрыскивание горючего.
Пьезоэлектрическая форсунка с технологической точки зрения наиболее совершенна, она устанавливается преимущественно на дизеле. Такой вариант четырехкратно быстрее предыдущего устройства, при этом дозировка рассчитана максимально рационально.

https://youtube.com/watch?v=sF2BjldN0qI