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

Устройство системы непосредственного впрыска топлива

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI (Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива). Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПА) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Схема системы непосредственного впрыска на примере системы Motronic MED7. 1.топливный бак; 2. топливный насос; 3.топливный фильтр; 4. перепускной клапан; 5. регулятор давления топлива; 6. топливный насос высокого давления; 7. трубопровод высокого давления; 8. распределительный трубопровод; 9. датчик высокого давления; 10. предохранительный клапан; 11. форсунки впрыска; 12. адсорбер; 13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

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:

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.
Стоимости. Конструктивные особенности повлекли за собой увеличение затрат на производство компонентов и сборку. Это стало причиной повышения стоимости самого двигателя.
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.
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.
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.
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.

Достоинства и недостатки инжекторов

В завершение сегодняшнего материала не лишним будет обратить внимание на то, чем инжектор хорош, а в чём способен доставить хлопот любому автомобилисту. Начнём, наверное, с достоинств инжекторных систем, которые включают в себя следующие положения:

• Экономичность. Однозначно можно сказать, что инжекторы работают исключительно на своего «хозяина» по сравнению с теми же карбюраторами. Удивительно, но в некоторой степени схожие топливораспределительные узлы при одинаковых режимах работы мотора поставляют в него меньшее количество топлива. Во многом это связано с продуманным устройством инжектора и наличием у него электронного управления;
• Получение большего КПД от двигателя. Опять же, удивительно. Несмотря на меньшее количества подаваемого топлива в мотор, при использовании инжектора получается добиться от силового агрегата большей мощности. Это также связано с грамотно организованным устройством узла, а особенно – его электронной составляющей;
• Экологичность. Тут всё предельно просто, ибо в структуре любого инжектора имеется каталитический нейтрализатор, которые и придаёт ему большей экологичности, дожигая недогоревшее в моторе топливо;
• Стабильность в плане работы. Повторимся, из-за грамотно организованного устройства инжекторы совершенно независимы в своём функционировании от погодных условий или подобных моментов.

Среди недостатков инжекторных систем стоит выделить лишь один аспект, а именно – их ремонт и отчасти эксплуатацию. В этом плане инжекторы довольно-таки прихотливы и неудобны для своих владельцев. В частности при желании успешно использовать узел подобного типа любому автомобилисту требуется:

• быть готовым к дорогому ремонту в случае поломки;
• всегда использовать только качественное топливо;
• обеспечить наличие специальных приборов для диагностики и ремонта инжектора.

На этом, пожалуй, наиболее важные положения по «инжекторному» вопросу подошли к концу. Надеемся, представленный выше материал был для вас полезен и в полной мере раскрыл принципы работы инжектора. Удачи на дорогах!

Принцип действия системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

• послойное ;
• стехиометрическое гомогенное ;
• гомогенное.

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Рабочий процесс поддерживается движением воздуха в цилиндрах. В зависимости от нагрузочного и скоростного режимов регулируется интенсивность движения воздуха, при этом, обеспечивается создание гомогенной или послойной смеси.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания.

Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%.

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.

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:

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

Частые поломки и ремонт инжектора

Первой из возможных поломок могут быть проблемы с подачей топлива в инжектор. Первым делом нужно проверить датчик уровня бензина, если датчик исправен – значит проблема в бензонасосе. При засорении входного отверстия подачи топлива его необходимо просто прочистить. В случае если чистка не увенчалась успехом – поломан бензонасос, и его необходимо заменить.

Увеличение расхода топлива чаще всего происходит при засорении форсунок. При этом они не смогут подавать необходимый объем топлива, и система начнет это компенсировать увеличением частоты или объема впрыска топлива. Кроме того, длительность разгона транспортного средства увеличится, а мощность значительно снизится.

Временное исчезновение холостого хода в основном происходит при нарушении герметичности внутри системы, вследствие чего в нее поступает воздух.

Двигатель начинает троить при остановке работы одного из цилиндров. С данной проблемой можно столкнуться при полном засорении форсунки, когда она не способна подавать топливо в цилиндр. Чаще всего это происходит при использовании некачественного топлива.

При поломке датчика фаз, форсунки начинают работать асинхронно, при этом топливо в цилиндры поступает абсолютно бесконтрольно. Будут наблюдаться перебои в работе двигателя и значительная утрата мощности.

Поломка датчика положения дроссельной заслонки проявляется в изменении оборотов при фиксированной педали газа, или в снижении оборотов при выжатой педали. При этом в двигатель поступает чрезмерно большое количество топлива.

Индикатор «Check engine» не всегда будет загораться, свидетельствуя о поломках, или вовсе может давать ложные показания. Поэтому нельзя всегда полагаться на датчик, а если вы заметили «странное поведение» транспортного средства – лучше сразу обратиться на СТО.

Преимущества карбюратора

Чтобы понять, чем отличается инжектор от карбюратора, нужно разобраться в преимуществах каждой системы. Основное достоинство карбюраторных двигателей – простое обслуживание. 

Для начала работы водитель должен прочитать маленькое руководство и только один раз настроить систему. Дальше она будет функционировать по первым указаниям. Сбоев в эксплуатации карбюраторных двигателей практически не бывает. 

Но и в случае поломки их легко отремонтировать. Для этого не нужны специальные инструменты. Достаточно взять несколько гаечных ключей и отвертку. Обращаться на СТО нет необходимости – водитель может заняться ремонтом самостоятельно в своем гараже. 

Карбюратор подходит для использования низкокачественного бензина и дизеля. Он не проявляет особой чувствительности к посторонним примесям. Жиклеры засоряются быстро, но их легко чистить – можно просто продуть. Быстро меняется работа мотора в автомобилях с карбюратором. Поэтому можно ездить по бездорожью, резко поворачивать и преодолевать крутые подъемы или спуски. 

 Но есть у такой системы и несколько недостатков:

 токсичные выхлопы;

 большой расход топлива;

 чувствительность к температуре. 

Карбюратор реагирует на атмосферное давление и температуру окружающей среды. Так как он принимает топливо с примесями, то сгоревшие частички превращаются в токсичные газы. Из-за одинаковой подачи бензин расходуется неравномерно. 

Multi-Point fuel injection

Многоточечный впрыск стал значительным шагом вперед, по сравнению с одноточечным впрыском, поскольку позволил автомобилям вкладываться в нормы токсичности ЕВРО-3.

История эволюции систем впрыска автомобилей крайне интересна, но не она является главной темой этой статьи

Именно поэтому уделять внимание тонкостям работы таких систем управления двигателем с распределенным впрыском, как D-Jetronic, KE-Jetronic, K-Jetronic и L-Jetronic мы не будем. Устанавливать на авто перечисленные вариации перестали еще в начале 90-х, а поэтому встретить автомобиль с «живой» системой распределительного впрыска такого типа крайне сложно

Главное отличие полноценного инжектора от моновпрыска – наличие 4-х форсунок, расположенных вблизи впускных клапанов. Компоненты инжекторного двигателя:

1. – топливный насос, который в подавляющем большинстве случаев расположен в баке;
2. – фильтр грубой очистки топлива;
3. – регулятор давления топлива, от которого к баку идет магистраль обратки для слива лишнего топлива. В некоторых авто обратная магистраль отсутствует как таковая, а регулятор топлива находится рядом с насосом в баке;
4. – форсунка. На рисунке сверху показано, как все форсунки соединены топливной рампой;
5. – расходомер воздуха;
6. – датчик температуры охлаждающей жидкости;
7. – регулятор холостого хода (РХХ);
8. – потенциометр, фиксирующий фактическое положение дроссельной заслонки (ДПДЗ);
9. – датчик частоты вращения коленчатого вала (ДПКВ);
10. – кислородный датчик;
11. – ЭБУ;
12. – распределитель зажигания.

Расчет массы воздуха

Помимо форсунок, особенностью системы является способ расчета массы воздуха. Существует всего 5 способов измерения количества воздуха, проходящего через дроссельную заслонку:

1. • обороты/нагрузка. Применяется на одноточечной системе впрыска и в качестве резервного варианта для распределительного впрыска, если расходомер воздуха выходит из строя;
2. расходомер флюгерного типа. Применялся на системах управления двигателем Jetronic;
3. ДМРВ – датчик массового расхода воздуха. Принцип работы основывает на поддержании электрическим током постоянной температуры нагревательного элемента. Проходящий через ДМРВ воздух охлаждает элемент, что требует увеличения тока. При помощи преобразователя величина тока нагрева элемента преобразовывается в выходное напряжение. Между напряжением и массой поступившего воздуха существует зависимость, которая и позволяет ЭБУ рассчитать количество необходимого для подачи топлива;
4. MAP-сенсор – датчик давления во впускном коллекторе. ЭБУ, имея информацию о величине абсолютного давления во впускном коллекторе и дополнительно используя показания датчика температуры воздуха, рассчитывает цикловую подачу топлива;
5. датчик объема воздуха. Измеряется именно объем, который впоследствии пересчитывается в массу; на данный момент такой способ расчета воздуха не используется.

Характеристика

Преимущества распределительного впрыска на клапаны:

• равномерное наполнение цилиндров;
• использование ДМРВ или MAP-сенсора позволяет точно рассчитывать расход воздуха, что дает больше возможностей для регулировки ТПВС на всех режимах работы мотора.

Именно поэтому автомобили с полноценным инжектором всегда мощнее и экономичнее авто с одноточечным впрыском.

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.