Инжекторный двигатель (двигатель с инжектором, англ. electronic fuel injection engine) — современный тип , оснащенный инжекторной системой топливного впрыска, которая пришла на смену моторам с . Сегодня новые бензиновые автомобили оснащаются исключительно инжектором, так как данное решение способно обеспечить силовой установке необходимое соответствие строгим нормам касательно экономичности и токсичности отработавших газов.

Карбюратор проигрывает инжектору по общим показателям эффективности, так как инжекторные двигатели стабильнее работают, автомобиль получает улучшенную динамику разгона. Инжекторный агрегат потребляет меньше топлива, содержание вредных веществ в выхлопе снижается, так как топливо сгорает более полноценно. Управление системой полностью автоматизировано (в отличие от карбюратора), то есть не требует ручной подстройки во время эксплуатации. Что касается , система впрыска дизтоплива на таких моторах имеет ряд конструктивных отличий, хотя общий принцип работы инжектора на дизеле остается похожим на бензиновые аналоги.

Читайте в этой статье

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного

Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись . В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе).

После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15% мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.

Разновидности инжекторов

Инжекторные системы топливного впрыска делятся на несколько подвидов:

• одноточечный впрыск (моновпрыск);
• распределенный впрыск;
• прямой (непосредственный) впрыск;

Такое деление напрямую зависит от общего количества установленных форсунок, а также от места впрыска самого топлива. Одноточечная система является самой ранней разработкой и предполагает наличие только одной инжекторной форсунки во . Другими словами, форсунка одна для всех цилиндров двигателя. Данное решение имеет ряд недостатков, что и привело к ее быстрому исчезновению.

Следующим витком развития инжектора после моновпрыска стал распределенный впрыск, что означает наличие коллектора и отдельных форсунок, которые устанавливаются над впускным клапаном каждого цилиндра. Непосредственный впрыск топлива является новейшей инжекторной системой. Принцип работы заключается в том, что форсунка устанавливается так, чтобы подавать топливо прямо в цилиндр двигателя (непосредственно в камеру сгорания), а не в коллектор. Местом расположения форсунок в этой системе стали головки цилиндров. Данная система в большой мере напоминает принцип топливоподачи и смесеобразования в дизельных двигателях.

Также каждая из систем дополнительно делится по типу впрыска. Что касается распределенного впрыска, такое решение может быть одновременным (все форсунки впрыскивают горючее). Также впрыск может быть попарно-параллельным (форсунки открываются парами), когда одна форсунка начинает открытие перед впрыском топлива, а другая перед тактом выпуска. Также отмечается фазированный впрыск (форсунка открывается перед тактом впуска) и прямой впрыск непосредственно в цилиндр.

Как устроен и работает инжектор

Устройство инжектора предполагает в основе наличие следующих базовых компонентов системы:

• электронный блок управления ();
• инжекторные форсунки;
• топливная рампа с регулятором давления;
• электронные датчики температуры, угла открытия дроссельной заслонки , и т.д.

Для лучшего понимания принципа работы инжектора давайте поверхностно рассмотрим, как компоненты системы взаимодействуют между собой на примере распространенного типа инжекторных двигателей с многоточечным распределенным впрыском. После поворота ключа зажигания питание подается на электрический бензонасос, который находится в топливном баке и погружен в горючее. Указанный насос подает топливо в топливную магистраль под определенным давлением. Инжекторные форсунки установлены в топливной рампе (рейке), через которую реализован подвод топлива к форсункам, а также осуществлена фиксация самих форсунок на впускном коллекторе. В рампе также установлен регулятор давления топлива, который служит для поддержания разницы между давлением воздуха во впуске и в самих инжекторах.

Благодаря установленным датчикам контроллер ЭБУ получает информацию, на основании которой удается синхронизировать впрыск в соответствии с режимами и условиями работы ДВС. Блок управления получает показания от датчика температуры двигателя, кислородного датчика, (датчика Холла) и датчика коленвала. Так удается скорректировать количество подаваемого топлива в каждый цилиндр, гибко и динамично изменять состав топливно-воздушной смеси и т.д.

Если сказать иначе, для точного впрыска топлива необходимо подать горючее на форсунки под давлением, которое создает бензонасос в . Далее ЭБУ посылает на форсунки управляющие импульсы. Данные импульсы заставляют форсунку открываться на нужный промежуток времени, который зависит от конкретного режима работы двигателя, нагрузки на мотор, степени нажатия на педаль газа и ряда других факторов. Информация о продолжительности импульсов на форсунки и нужном количестве топлива во время впрыска рассчитывается ЭБУ с учетом показаний от электронных датчиков.

Датчики фиксируют различные изменения в работе двигателя и меняющиеся условия, постоянно передавая сигналы на блок управления. Данная схема позволяет затрачивать строго определенное количество топлива во время запуска, прогрева, работы на холостых оборотах, спокойной или динамичной езды и т.д.

Указанная точность во время дозирования горючего возможна только благодаря работе управляющей электроники автомобиля в виде совокупности датчиков и ЭБУ двигателем. В блоке управления прошиты микропрограммы, а сама работа основывается на так называемых топливных картах. Датчики непрерывно подают информацию о режиме работы двигателя, о скорости движения ТС и т.д. Контроллер получает и обрабатывает данные, после чего определяет необходимое количество впрысков топлива и их продолжительность по времени. Любые изменения в работе ДВС считываются датчиками и заставляют ЭБУ динамично вносить коррективы в работу инжектора.

Выдающаяся экологичность инжектора стала возможной благодаря наличию кислородного датчика (лямбда зонда). Указанный датчик находится в выпускной системе и «оценивает» состояние выхлопных газов. На основании его показаний ЭБУ обедняет или обогащает топливно-воздушную смесь (изменяет соотношение количества воздуха и топлива в составе рабочей смеси) во время работы двигателя в большинстве стандартных режимов.

Преимущества и недостатки инжекторных двигателей

Если сравнивать инжектор с карбюратором, тогда первое решение удобнее эксплуатировать, но определенно дороже и сложнее ремонтировать. Простой карбюратор представляет собой механическое устройство, которое требует периодического обслуживания. Двигатели с карбюратором сильнее коксуются, могут с трудом запускаться в холодное время года, перерасходуют горючее, также мотор может нестабильно работать в сильную жару и т.д.

Карбюратор имеет меньший ресурс по сравнению с инжектором. По этой причине карбюратор нужно постоянно чистить, промывать и подстраивать. Неоспоримым плюсом карбюратора является его простота и неприхотливость к качеству топлива, благодаря чему научиться ремонтировать и настраивать карбюратор своими руками может практический каждый автовладелец у себя в гараже.

В случае с инжекторными ДВС главными плюсами являются: экономичность, легкий запуск двигателя и стабильность работы мотора в любых условиях, а также низкий расход топлива. Мотор с инжектором лучше реагирует на педаль газа, не так часто и сильно заливает бензином, двигатель меньше подвержен . При этом определить неисправность инжектора в случае неисправности бывает намного сложнее.

Частые неисправности инжектора

Так как инжектор является сложной многокомпонентной системой, со временем отдельные элементы могут выходить из строя. Главной задачей инжектора является максимально возможная эффективность сгорания топлива, которая достигается благодаря поддержанию строго определенного состава рабочей смеси топлива и воздуха.

1. В результате любой сбой в работе электронных датчиков приводит к дисбалансу в работе всей инжекторной системы, двигатель может или не заводиться, отмечается изменение и т.д. В отдельных случаях ЭБУ может перевести мотор в аварийный режим. Силовой агрегат в такой ситуации не набирает обороты, на приборной панели горит «check» и т.п.
2. Еще одной причиной неисправностей инжектора является загрязнение фильтрующих элементов в системе топливоподачи или самих инжекторных форсунок в результате использования бензина низкого качества. Для поддержания работоспособности топливный фильтр нужно своевременно менять. Не меньше внимания, особенно на автомобилях с пробегом более 50-70 тыс. км, заслуживает сетка-фильтр бензонасоса. Указанную . Также желательно один раз в несколько лет мыть топливный бак параллельно замене или очистке указанной сетки-фильтра грубой очистки топливного насоса.

   Отметим, что важно определять и устранять неисправность инжектора своевременно, так как сбои в его работе могут существенно ухудшить общее состояние ДВС и привести к другим поломкам. Что касается засорения топливных форсунок, в этом случае двигатель хуже заводится, теряет мощность и начинает расходовать больше топлива. Нарушение формы факела распыла топлива (особенно в моторах с прямым впрыском) приводит к локальным перегревам, и т.д.

3. Также форсунки могут «лить» топливо, то есть не закрываться после прекращения импульса от ЭБУ. В этом случае избытки топлива попадают в камеру сгорания, затем могут проникать в выпускную систему и в систему смазки двигателя через неплотности в местах установки . В таких ситуациях сильно страдает весь двигатель, так как бензин разжижает масло и смазка нагруженных деталей ухудшается. Наличие топлива в выхлопной системе выводит из строя каталитический нейтрализатор (катализатор), который очищает отработавшие газы от вредных соединений.

Для предотвращения неисправностей инжектора форсунки необходимо периодически очищать. Дело в том, что наличие фракций и примесей в бензине постепенно загрязняет инжекторы, что и снижает их производительность, а также нарушает качество распыла топлива. Почистить форсунки можно двумя способами: со снятием или прямо на машине. Процедура очистки инжекторных форсунок на автомобиле предполагает то, что через инжекторы пропускается специальная промывочная жидкость для чистки инжектора. Способ заключается в том, что от топливной рампы отсоединяется топливная магистраль, после чего вместо бензонасоса в систему начинает качать промывочную жидкость специальный компрессор вместо бензонасоса.

Еще одним вариантом чистки инжектора является очистка со снятием форсунок в ультразвуковой ванне или на специальном промывочном стенде. Что касается ультразвука, форсунки помещаются в специальный аппарат или ванну, где волновые колебания «разбивают» отложения. Промывка форсунок со снятием на стенде представляет собой процедуру, когда имитируется работа форсунок в двигателе, при этом вместо бензина через них пропускается промывочная жидкость. Отметим, что каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки, о которых можно прочитать в нашей отдельной статье .

Эксплуатация автомобиля на топливе в условиях СНГ обязывает владельца осуществлять замену топливного фильтра каждые 10-15 тыс. км. пробега и периодическую чистку инжекторных форсунок. Данную процедуру желательно производить каждые 30-35 тыс. км. пробега. Дополнительно рекомендуется приобретать топливо только на крупных АЗС с хорошей репутацией.

В целях профилактики можно использовать специальные очистители топливной системы, которые заливаются в топливо для поддержания чистоты инжектора. Отметим, что данные присадки в топливо целесообразно применять только на новых автомобилях или после глубокой очистки топливной системы. Если форсунки уже грязные, тогда необходимо промывать инжектор отдельно.

Не следует ждать того момента, когда проявятся симптомы загрязнения инжектора в виде проблем с работой двигателя. Лучше промывать форсунки заранее. Например, перед каждым вторым плановым ТО. Обратите внимание, в случае использования способа очистки промывочными жидкостями оптимально осуществлять данную процедуру до замены моторного масла.

Напоследок добавим, что снижение производительности форсунок может быть вызвано неполадками бензонасоса. В этом случае необходимо замерить давление в топливной рампе. Если показатели окажутся ниже рекомендуемых, тогда потребуется . Также следует учитывать, что установка более производительных форсунок во время может потребовать обязательной замены топливного насоса.

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

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

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

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

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

На сегодняшний день инжекторный (или, говоря по-научному, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшие . Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Режимы работы двигателя GDI

Всего предусмотрено три режима работы двигателя:

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

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

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

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

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

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

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

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

Сейчас практически на любом бензиновом моторе легкового автомобиля, используется инжекторная система питания, которая пришла на смену . Инжектор благодаря ряду рабочих характеристик превосходит карбюраторную систему, поэтому он является более востребованным.

Немного истории

Активно устанавливаться такая система питания на автомобилях стала со средины 80-х годов, когда начали вводиться нормы экологичности выбросов. Сама идея инжекторной системы впрыска топлива появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.

Первые инжекторные системы применялись в боевой авиации. На то время, это была полностью механическая конструкция, которая вполне неплохо выполняла свои функции. С появлением реактивных двигателей, инжекторы практически перестали использоваться в военной авиатехнике. На автомобилях же механический инжектор особо распространения не получил, поскольку он не мог полноценно выполнять возложенные функции. Дело в том, что режимы двигателя автомобиля меняются значительно чаще, чем у самолета, и механическая система не успевала своевременно подстраиваться под работу мотора. В этом плане карбюратор выигрывал.

Но активное развитие электроники дало «вторую жизнь» инжекторной системе. И немаловажную роль в этом сыграла борьба за уменьшение выброса вредных веществ. В поисках замены карбюратору, который уже не соответствовал нормативам экологии, конструкторы вернулись к инжекторной системе впрыска топлива, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.

Что такое инжектор и чем он хорош

Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.

Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:

1. Экономичность расхода;
2. Лучший выход мощности;
3. Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
4. Легкость пуска мотора при любых условиях.

И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.

Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя

Виды инжекторов

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электронные элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же .

Всего существует три типа инжекторных систем впрыска, различающихся по типу подачи топлива:

1. Центральная;
2. Распределенная;
3. Непосредственная.

1. Центральная

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

2. Распределенная

Распределенный впрыск топлива

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У такого типа инжекторных двигателей топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

3. Непосредственная

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска на данный момент – самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Конструкция и принцип работы инжектора

Поскольку система распределенного впрыска – самая распространенная, то на именно на ее примере рассмотрим конструкцию и принцип работы инжектора.

Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную. Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.

Механическая составляющая инжектора

Система питания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

К механической части инжектора относится:

• топливный бак;
• электрический ;
• фильтр очистки бензина;
• топливопроводы высокого давления;
• топливная рампа;
• форсунки;
• дроссельный узел;

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Видео: Инжектор

Принцип работы инжектора

Что касается назначения каждого из них, то все просто. Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.

Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Электронная составляющая

Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

1. . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
2. Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
3. (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
4. Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
5. (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
6. . Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
7. Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
8. Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока;

Теперь коротко от том, как все работает. Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от все датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

Что касается подачи топлива, то на основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

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

Разновидности инжекторных моторов

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

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

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

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

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

Как устроен инжекторный двигатель

В конструкцию инжектора входят следующие составляющие:

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

Перечень электронных датчиков:

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

Принцип работы инжекторного двигателя

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

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

Описание процесса работы инжектора:

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

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

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

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

Наиболее частые проблемы в работе инжектора

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

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

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

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

Для обеспечения стабильной работы инжектора необходимо регулярно проводить обслуживание мотора:

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

Нужно ли прогревать инжекторный двигатель зимой

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

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

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

Почему не заводится инжекторный двигатель- основные причины

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

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

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

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

Переделка карбюратора на инжектор

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

Основные этапы:

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

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

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

Многие владельцы современных автомобилей задаются вопросом: «Как работает инжекторный двигатель?». Незнание этого вопроса происходит, во-первых, из-за того, что далеко не все автовладельцы хорошо изучали физику в школе (на уроках физики рассматривается устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания)

А во-вторых, в наше время совершенно необязательно досконально знать автомобиль, чтобы комфортно ездить на нём – в случае поломки, её всегда можно отдать в сервис. Однако находятся и сейчас заинтересованные автолюбители, которые желают знать о своей машине как можно больше, и наша статья предназначена как раз для таких.

Как работает инжекторный двигатель? Прежде всего стоит отметить, что инжекторный – это один из видов двигателя внутреннего сгорания, ставшего подлинной технической революцией. Начать наш рассказ с устройства и принципа работы двигателя внутреннего сгорания.

История создания и принцип работы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором сгорание топлива, за счёт которого выделяется энергия, происходит непосредственно в нем.

Наиболее распространены сегодня четырёхтактные двигатели , которые работают по следующей схеме: сначала производится впуск топливно-воздушной смеси, потом её сжатие, затем следует рабочий ход поршня и последним этапом является выпуск получившихся в результате сгорания газов.

Поскольку в двигателе внутреннего сгорания рабочим является только третий такт (рабочий ход поршня), производители таких силовых агрегатов включают в состав несколько цилиндров (как правило, 4, ), соседние друг с другом цилиндры работают с отставанием в один такт, чтобы обеспечивать постоянную работу двигателя.

Карбюратор

Чтобы двигатель внутреннего сгорания получал удобоваримую для работы топливно-воздушную смесь, инженерам нужно было придумать специальное устройство, которое бы прямо во время движения приготавливало такую смесь и передавало её в двигатель. И такое устройство было изобретено – им стал карбюратор.

Карбюраторные двигатели довольно долго занимали лидирующие положение на рынке двигателей, пока производители не начали задумываться об экологии, и вот тут-то выяснилось – карбюраторные очень сильно загрязняют природу, да и мощность была невысокая, а значит, нужно разработать принципиально новый способ подачи топливно-воздушной смеси.

Инжектор

Инжектор – одно из изобретений, резко изменивших всю автомобильную промышленность. В отличие от карбюратора, приготовлявшего воздушно-топливную смесь за пределами двигателя, при инжекторной системе топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, за счёт чего повышается мощность (инжекторные двигатели примерно на 10% мощнее, чем карбюраторные).

В общих чертах принцип работы инжекторного двигателя можно описать так: топливо впрыскивается через форсунки либо в коллектор, где происходит смешение топлива и воздуха, либо, как на большинстве современных автомобилей, прямо в камеру сгорания. Современные инжекторные двигателя делятся на два типа:

• Моновпрысковые – всё топливо впрыскивается через общие форсунки, а затем распределяется по камерам сгорания;
• Двигатели с распределённым впрыском – каждый поршень имеет свою собственную форсунку, через которую в него попадает топливо, смешение топлива с воздухом в данном случае происходит непосредственно перед сгоранием.