Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и экологический класс двигателя автомобиля. Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.

1. Краткая история появления
2. Виды систем впрыска бензиновых двигателей
3. Моновпрыск, или центральный впрыск
4. Распределенный впрыск (MPI)
5. Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Краткая история появления

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя. Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Существует несколько основных видов систем впрыска топлива, которые отличаются способом образования топливовоздушной смеси.

Моновпрыск, или центральный впрыск

Схема с центральным впрыском предусматривает наличие одной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Такие системы впрыска можно найти только на старых легковых автомобилях. Она состоит из следующих элементов:

• Регулятор давления – обеспечивает постоянную величину рабочего давления 0,1 МПа и предотвращает появление воздушных пробок в топливной системе.
• Форсунка впрыска – осуществляет импульсную подачу бензина во впускной коллектор двигателя.
• Дроссельная заслонка – выполняет регулирование объема подаваемого воздуха. Может иметь механический или электрический привод.
• Блок управления – состоит из микропроцессора и блока памяти, который содержит эталонные данные характеристики впрыска топлива.
• Датчики положения коленчатого вала двигателя, положения дроссельной заслонки, температуры и т.д.

Системы впрыска бензина с одной форсункой работают по следующей схеме:

• Двигатель запущен.
• Датчики считывают и передают информацию о состоянии системы в блок управления.
• Полученные данные сравниваются с эталонной характеристикой, и, на основе этой информации, блок управления рассчитывает момент и длительность открытия форсунки.
• На электромагнитную катушку направляется сигнал об открытии форсунки, что приводит к подаче топлива во впускной коллектор, где он смешивается с воздухом.
• Смесь топлива и воздуха подается в цилиндры.

Распределенный впрыск (MPI)

Система с распределенным впрыском состоит из аналогичных элементов, но в такой конструкции предусмотрены отдельные форсунки для каждого цилиндра, которые могут открываться одновременно, попарно или по одной. Смешение воздуха и бензина происходит также во впускном коллекторе, но, в отличие от моновпрыска, подача топлива осуществляется только во впускные тракты соответствующих цилиндров.

Управление осуществляется электроникой (KE-Jetronic, L-Jetronic). Это универсальные системы впрыска топлива Bosch, получившие широкое распространение.

Принцип действия распределенного впрыска:

• В двигатель подается воздух.
• При помощи ряда датчиков определяется объем воздуха, его температура, скорость вращения коленчатого вала, а также параметры положения дроссельной заслонки.
• На основе полученных данных электронный блок управления определяет объем топлива, оптимальный для поступившего количества воздуха.
• Подается сигнал, и соответствующие форсунки открываются на требуемый промежуток времени.

Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Система предусматривает подачу бензина отдельными форсунками напрямую в камеры сгорания каждого цилиндра под высоким давлением, куда одновременно подается воздух. Эта система впрыска обеспечивает наиболее точную концентрацию топливовоздушной смеси, независимо от режима работы мотора. При этом смесь сгорает практически полностью, благодаря чему уменьшается объем вредных выбросов в атмосферу.

Такая система впрыска имеет сложную конструкцию и восприимчива к качеству топлива, что делает ее дорогостоящей в производстве и эксплуатации. Поскольку форсунки работают в более агрессивных условиях, для корректной работы такой системы необходимо обеспечение высокого давления топлива, которое должно быть не менее 5 МПа.

Конструктивно система непосредственного впрыска включает в себя:

• Топливный насос высокого давления.
• Регулятор давления топлива.
• Топливная рампа.
• Предохранительный клапан (установлен на топливной рампе для защиты элементов системы от повышения давления больше допустимого уровня).
• Датчик высокого давления.
• Форсунки.

Электронная система впрыска такого типа от компании Bosch получила наименование MED-Motronic. Принцип ее действия зависит от вида смесеобразования:

• Послойное – реализуется на малых и средних оборотах двигателя. Воздух подается в камеру сгорания на большой скорости. Топливо впрыскивается по направлению к свече зажигания и, смешиваясь на этом пути с воздухом, воспламеняется.
• Стехиометрическое. При нажатии на педаль газа происходит открытие дроссельной заслонки и осуществляется впрыск топлива одновременно с подачей воздуха, после чего смесь воспламеняется и полностью сгорает.
• Гомогенное. В цилиндрах провоцируется интенсивное движение воздуха, при этом на такте впуска происходит впрыск бензина.

Непосредственный впрыск топлива в бензиновом двигателе – наиболее перспективное направление в эволюции систем впрыска. Впервые он был реализован в 1996 году на легковых автомобилях Mitsubishi Galant, и сегодня его устанавливают на свои автомобили большинство крупнейших автопроизводителей.

Что собой представляет автомобильный инжектор, как он работает и чем отличается от карбюратора

Ещё буквально несколько десятков лет назад подавляющее большинство автомобилей работали исключительно на карбюраторных двигателях. В наше время новые машины с карбюратором отсутствуют, поскольку они полностью были заменены на инжекторные системы.

История инжектора началась с авиации, где в 1916 году советские конструкторы Микулин и Стечкин создали первый авиадвигатель, оснащённый системой впрыска топлива. Но массовое производство стартовало только через 20 лет, буквально перед началом войны. Причём изготовление инжекторов осуществлялось в Европе компанией Bosch.

На автотранспорте новые системы подачи топлива начали использовать только в 50-х годах прошлого века. Изначально ни сами автопроизводители, ни потребители не были заинтересованы в инжекторах. Спустя пару десятилетий встал вопрос относительно экологичности двигателей, плюс технологии достигли уровня, позволяющего заняться полноценным выпуском инжекторных систем.

Сейчас никто не будет спорить с тем фактом, что инжекторы преобладают на рынке, в то время как карбюраторы постепенно становятся историей.

Что это

Первым делом следует точно понять, что такое инжекторы на современных автомобилях. Инжекторными автомобильными системами называют современные ДВС, которые оснащаются специальной инжекторной системой для осуществления впрыска топлива. Происходит от слова injection, то есть инъекция или впрыск.

Все современные автомобили оснащаются только инжектором, что стало достойной альтернативой для уже морально и технически устаревших карбюраторных моторов. С их помощью достигается необходимый уровень производительности, экономичности и экологичности.

При выборе нового авто покупателей интересует, что же такое инжекторная машина и для чего в конструкции двигателя нужен инжектор. Это специальная система для подачи внутрь камеры сгорания необходимого количества воздуха и самого топлива, которая существенно отличается от карбюратора, где подача осуществляется самотёком.

Здесь же формируется смесь топлива и кислорода (воздуха), которая впрыскивается в рабочие цилиндры с помощью форсунок. Причём система сама определяет, в каких пропорциях нужно смешивать эти компоненты, опираясь на показания датчиков и контроллеров. Путём распыления, а не самотёка, удаётся значительно сэкономить топливо, повысить эффективность сгорания, снизить объём вырабатываемых выхлопных газов, а также поднять мощность силовой установки.

Дабы разобраться в том, что значит инжекторная машина, её стоит сравнить с карбюраторными аналогами, изучить разновидности имеющихся инжекторных автомобильных систем, а также понять их принцип работы и само устройство.

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.

Выбирая себе автомобиль с инжекторной системой обеспечения подачи топлива, стоит обратить пристальное внимание на то, какой именно тип там используется.

Всего существует несколько подкатегорий:

• одноточечные системы;
• распределительные;
• прямые.

Каждый представленный инжектор отличается тем, где расположен впрыск, а также где и в каком количестве находятся форсунки.

1. Одноточечные системы, которые также часто называют моновпрыском, являются самой первой разработкой. Её отличительной особенностью является наличие только одной форсунки, которая находится внутри впускного коллектора. То есть одна форсунка работает на благо всех цилиндров, которые предусмотрены на силовом агрегате. У такой системы достаточно много недостатков, из-за чего от неё начали отказываться. А затем моновпрыск и вовсе прекратил своё существование.
2. Разобрав все предыдущие ошибки, вслед за моновпрыском появилась система распределённого впрыска. Здесь также использует коллектор, но над каждым впускным клапаном цилиндра предусматривается своя отдельная форсунка.
3. Непосредственный впрыск считается самой новой и совершенной разработкой. Их принцип работы отличается от всех представленных остальных. Форсунки размещают таким образом, чтобы горючее подавалось прямо, то есть непосредственно в сам цилиндр. Подача идёт внутрь камеры сгорания, а не через коллектор. Чтобы разместить форсунки, были использованы головки цилиндров. Во многом эта система напоминает подачу и образование топливной смеси, реализованную в дизельных моторах.

Помимо этой классификации, также различают системы в зависимости от предусмотренного типа впрыска.

Всего выделяют 3 варианта впрыска на инжекторах распределённого типа:

1. Одновременный. Здесь сразу все форсунки в такой системе осуществляют впрыск топливовоздушной смеси.
2. Попарно-параллельный. Отличительной особенностью является парное открытие рабочих форсунок. То есть одна открывается непосредственно перед самим впрыском, а вторая перед одним из тактов двигателя, который называется выпуском.
3. Фазированный. Отличается система тем, что форсунка открывается непосредственно перед впуском.
4. Прямой. Осуществляется непосредственно в сам рабочий цилиндр.

Инжекторные автомобили постепенно развиваются и совершенствуются. Инженерам удаётся извлекать максимум из потенциала этих систем.

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.

1. 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.
2. 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.
3. Насос. Поскольку топливо в случае с инжекторами подаётся под определённым давлением, для его создания нужен электронасос.
4. 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.
5. 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.

Преимущества и недостатки

Объективно в мире современных автомобилей вряд ли стоит выбор между инжекторным и карбюраторным двигателем. Преимущества однозначно на стороне инжектора.

Но даже при таких условиях не лишним будет знать, какими сильными и слабыми сторонами характеризуется инжекторный силовой агрегат.

К его основным преимуществам относят следующие моменты:

1. Двигатель автоматически меняет режим своей работы. Он напрямую зависит от того, какие текущие условия. Именно это даёт инжектору огромную фору перед карбюратором. Водителю ничего не нужно делать, чтобы заставить мотор работать иначе. Он проанализирует происходящее, и поменяет свою работу, чтобы добиться оптимальных показателей.
2. Ручные настройки. Их попросту нет. И это ещё один весомый аргумент в пользу инжектора. Автомобилистам нет необходимости залезать под капот, что-то настраивать, крутить и менять. Электроника всё делает самостоятельно.
3. Экономичность. Одним из факторов перехода и карбюраторов на инжекторы стал вопрос целесообразного использования ресурсов. Инжекторы на практике доказывают, что они требуют меньше топлива при большей мощности и скорости. При прочих равных, инжектор потребляет в среднем на 15-20% меньше горючего, чем некогда конкурент в лице карбюраторной системы.
4. Экологичность. Именно из-за необходимости сохранения экологии инженеры приступили к активному производству инжекторных систем. Без инжектора добиться соответствия нынешним крайне жёстким экологическим стандартам было бы невозможно.
5. Простейший запуск мотора. Это достигается за счёт наличия автоматического определения оптимальной работы. В итоге при любой погоде и температуре инжекторы запускаются безо всяких проблем.

Но не стоит торопиться с выводами. Помимо очевидных преимуществ, у инжекторных систем также имеются определённые недостатки.

К основным минусам относятся:

1. Сложная конструкция. Инжекторный силовой агрегат действительно устроен намного сложнее, чем тот же карбюраторный мотор. Но в настоящее время это уже не является серьёзной проблемой. Работники автосервисов легко справляются со всеми задачами, связанными с инжекторами. Да и сами автовладельцы научились решать ряд вопросов своими силами.
2. Стоимости. Конструктивные особенности повлекли за собой увеличение затрат на производство компонентов и сборку. Это стало причиной повышения стоимости самого двигателя.
3. Проблема ремонта элементов системы подачи горючего. Некоторые компоненты вовсе не поддаются восстановлению, а другие очень сложно отремонтировать. Потому зачастую проще сразу поменять деталь, чем пытаться вернуть её к жизни. А это дополнительные финансовые затраты.
4. Требования к топливу. Если карбюратор мог переваривать практически всё, для инжектора важно заливать в бак достаточно хорошее топливо с определёнными характеристиками и составом. Их определяет сам автопроизводитель. Заправка на дешёвых и сомнительных АЗС часто становится причиной многих поломок и неисправностей.
5. Ремонт и обслуживание. Инжектор требует умелых рук и профессионального подхода. Специалисты не рекомендует пытаться самостоятельно ремонтировать и обслуживать эти системы, поскольку любая ошибка может привести к серьёзным негативным последствиям. Чтобы грамотно обслужить некоторые элементы, требуется специальный инструмент и профессиональное оборудование. Хотя мелкий ремонт всё ещё доступен для выполнения своими руками. Поменять те же расходники можно самостоятельно.
6. Зависимости от электричества. Если в бортовой сети пропадёт напряжение, разрядится аккумулятор, двигатель перестанет работать. Потому в случае с инжекторами предъявляются повышенные требования к качеству используемых аккумуляторных батарей. Также крайне важно следить за работой генератора и поддерживать его работоспособность.

Исходя из всего сказанного выше, можно сказать, что многие недостатки достаточно условные, и воспринимать их как серьёзные минусы вряд ли стоит. Особенно при учёте таких преимуществ, которые объективно делают инжектор приоритетным выбором для автомобилиста.

Характерные неисправности

Сложная и многокомпонентная конструкция является одновременно преимуществом и недостатком инжекторной системы. Некоторые элементы с течением времени и при неправильной эксплуатации могут ломаться, их работоспособность нарушается, что приводит к необходимости проведения ремонтных работ.

Инжектор направлен на то, чтобы максимально эффективно сжигать топливо. Это стало возможным благодаря электронному управлению, которое определяет оптимальный состав смеси, состоящей из топлива и кислорода.

Существует несколько наиболее распространённых неисправностей, которые встречаются в работе инжектора на современных автомобилях.

1. Поломка или сбой в работе датчиков. Вне зависимости от того, какой именно датчик пострадал, нарушается общий баланс в работе всей инжекторной топливной системе. Подобная ситуация приводит к появлению плавающих оборотов во время движения и при холостых оборотах. Также не запускается двигатель или мотор троит. Всё это обусловлено тем, что воздух и топливо смешиваются в неправильных пропорциях. Часто это можно заметить по изменённому цвету выхлопа. Иногда сбой датчиков привод к переходу двигателя в режим аварийной работы. В итоге обороты не могут набираться, на приборной доске горит соответствующая лампа.
2. Загрязнение фильтров или форсунок. Ещё одна распространённая ситуация, которая происходит в основном по вине самого автовладельца. Подобная неисправность актуальна для инжекторных машин, которые заправляют низкокачественным топливом. Примеси и разный мусор в горючем забивает фильтр, а в дальнейшем могут загрязниться и сами форсунки. Если они забиваются, то нарушается форма факела распыления. Это приводит к локальному повышению температуры, детонации и прогоранию клапанов. Чтобы не допускать такой ситуации, фильтр подлежит обязательной периодической замене. Дополнительно стоит менять фильтрующую сетку на бензонасосе при пробеге свыше 70 тысяч километров, а также 1 раз в 3-4 года мыть топливный бак.
3. Льющие топливо форсунки. Такое происходит по причине того, что форсунки не закрываются после прекращения подачи импульсов со стороны электронного блока управления. В итоге часть топлива проникает внутрь камеры сгорания, в систему выпуска смазки двигателя, просачиваясь через поршневые кольца. Это приводит к печальным последствиям для всего двигателя. Ведь топливо смешивается с маслом, и смазочные характеристики существенно снижаются. Если топливо окажется в выхлопной системе, ломается катализатор, предназначенный для очистки выхлопа от вредных примесей.
4. Выход из строя бензонасоса. В нём может падать давление ниже установленных автопроизводителем норм. Причины поломки бывают разные, но в основном это загрязнения. От этого падает производительность самих форсунок.

Наиболее важной процедурой, которую часто автовладельцы инжекторных машин проводят своими руками, считают очистку форсунок. Чистят их путём снятия или непосредственно на силовой установке.

Промывка на двигателе предусматривает использование специальных промывочных составов. Они заливаются в двигатель и прокачиваются по системе. При этом от рампы следует отключить топливную магистраль, а на место топливного насоса поставить компрессор. Именно с его помощью по всей системе прокачивается специальная промывка, предназначенная для инжекторов.

Другой вариант подразумевает снятие форсунок и использование ультразвуковой ванный на стенде. Но такое доступно только в специализированных автосервисах. Реализовать подобную промывку в гаражных условиях практически невозможно.

Суть ультразвуковой ванны заключается в том, что специальный аппарат волновыми колебаниями воздействует на скопившиеся отложения, и разрушает их.

Полезные советы

Если в вашем распоряжении оказался автомобиль с инжекторным двигателем, то используемая здесь система распределения топливовоздушной смеси предполагает соблюдение некоторых правил и рекомендаций.

Это позволит поддерживать работоспособность силовой установки, сохранять её в целостности, избегать характерных неисправностей и предотвращать дорогостоящий ремонт.

1. Рекомендуется менять на двигателе топливный фильтр. Такая процедура осуществляется не реже 1 раза на каждые 15 тысяч километров пробега.
2. Обязательно периодически нужно очищать форсунки. Если опыта и навыков по самостоятельной очистке нет, лучше доверить эту процедуру специалистам.
3. Чистка форсунок осуществляется с периодичностью около 30-40 тысяч километров.
4. Также для уверенной и безотказной работы инжектора большая роль отводится используемому топливу. Чем выше качество горючего, тем меньше проблем возникнет в работе инжекторной системы.
5. Для профилактики часто применяются очистители, которые удаляют загрязнения в топливной системе. Их добавляют непосредственно в само горючее. Но подобные присадки актуально использовать на новых автомобилях, а также после проведения глубокой очистки. Присадки профилактические, и об этом важно помнить. Нет необходимости в подобных добавках, когда форсунки уже загрязнены. Сначала их нужно очистить. А уже для дальнейшего предотвращения сильного загрязнения допускается периодически заливать в бак присадки.
6. Никогда не ждите, пока автомобиль начнёт проявлять симптомы загрязнения форсунок. Опытные автомобилисты отмечают, что такую процедуру лучше проводить заранее. При тех условиях эксплуатации, которые актуальны для большинства регионов России, промывать форсунки следует перед каждым вторым плановым техобслуживанием.
7. Если вы используете промывочные жидкости, чтобы очистить форсунки, делать это нужно перед заменой масла в двигателе.

Уход за инжектором является прямой обязанностью каждого автовладельца. Грамотная эксплуатация, своевременная профилактика и очистка позволит сохранить работоспособность двигателя в течение длительного времени.

Инжекторы действительно являются лучшим вариантом для ДВС в настоящее время. Несмотря на имеющиеся недостатки, преимущества объективно превосходят их. Тут главное рационально использовать те возможности, которые даёт инжекторная система, а также правильно распоряжаться моторесурсом.

Источник https://techautoport.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/sistemy-vpryska-topliva-benzinovyh-dvigateley.html
Источник Источник https://drivertip.ru/osnovy/inzhektor-v-avtomobile-kak-on-rabotaet.html