Системы впрыска топлива бензиновых двигателей

Как работает система впрыска топлива

Чтобы механизм работал плавно и эффективно, ему требуется нормативное количество смеси топлива и воздуха.

Система впрыска топлива

В автомобилях с двигателями, работающими на топливе из нефти, используются системы непрямого сгорания топлива. Топливный насос подает бензин в двигательный отсек, откуда оно впрыскивается во впускной коллектор с помощью форсунки. Для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, однако в некоторых случаях одна или две форсунки стоят во впускном коллекторе.

На протяжении долгих лет подача смеси топлива и воздуха регулировалась карбюратором, который является далеко не совершенным устройством.

Основным недостатком карбюратора, установленного на двигателе с четырьмя цилиндрами, является то, что он не может делить смесь топлива и воздуха на равные порции, т.к. одни цилиндры находятся от него дальше, чем другие.

Проблема отчасти решается сдвоенным карбюратором, однако его сложно правильно настроить. Именно поэтому в настоящее время производители оснащают свои автомобили инжекторными системами подачи топлива, способными четко отмерять порции. Такие системы обладают большей мощностью и эффективностью, чем карбюраторные. Кроме того, они экономичны и выбрасывают в атмосферу меньше вредных веществ.

Системы впрыска дизельного топлива

Системы впрыска топлива в автомобилях, работающих на бензиновых двигателях, относятся к системам непрямого сгорания, т.е. топливо впрыскивается во впускной коллектор или впускное отверстие, а не в камеру сгорания. Таким образом перед попаданием в камеру бензин равномерно смешивается с воздухом.

Тем не менее, во многих дизельных двигателях используются системы прямого впрыска, т.е. топливо подается непосредственно в цилиндр, заполненный сжатым воздухом. В системах непрямого впрыска топливо подается в специальную предкамеру, соединенную с головкой блока цилиндров узким каналом.

В цилиндр втягивается только воздух, который благодаря сжатию разогревается до такой степени, что топливо, впрыскиваемое в конце такта, самовоспламеняется.

Первичное впрыскивание

Современные системы впрыска бензина являются непрямыми. Специальный насос подает сжатое топливо из топливного бака в двигательный отсек, где (опять же, под давлением) оно распределяется по цилиндрам.

В зависимости от особенностей конкретной системы, топливо подается во впускной коллектор или отверстие с помощью форсунки, которая похожа на распылитель, извергающий мелкие брызги топлива. Проходя через впускной коллектор или отверстие, топливо смешивается с воздухом, а затем поступает в камеру сгорания.

В некоторых автомобилях топливо поступает в каждый цилиндр через отдельную форсунку. Это сложный и затратный метод, поэтому чаще используются системы одноточечного впрыска, т.е. одна форсунка распределяет топливо по всем цилиндрам. И наконец, существуют системы, в которых одна форсунка питает пару цилиндров.

Форсунки

Форсунки, через которые происходит впрыск топлива, имеют винтовую форму и распылитель, который ведет во впускной коллектор или головку блока цилиндров и расположен под углом так, чтобы поток топлива был направлен на впускной клапан.

В зависимости от типа системы впрыска форсунки бывают двух видов. В первом случае используется метод непрерывной подачи, т.е. топливо впрыскивается во впускное отверстие все время, пока работает двигатель. Иными словами, форсунка работает как распылитель, который разделяет поток топлива на капли, и фактически не регулирует его. Количество распыляемого топлива увеличивается или уменьшается с помощью механического или электронного командного модуля, т.е. владелец автомобиля просто открывает и закрывает кран.

В системах прерывистого впрыска топливо поставляется отдельными порциями, причем моменты подачи совпадают с тактами впуска цилиндра. Как и в случае с системами непрерывной подачи, системы прерывистого впрыска управляются с помощью механических или электронных командных модулей.

В старейших системах использовались механические модули, которые управляли потоком топлива с помощью механических деталей. Недостатком таких систем являлась их сложность и большая нагрузка на двигатель.

В настоящее время вместо механических систем управления впрыском используются электронные. Они сравнительно дешевы и обладают большей надежностью.

Типы форсунок

В зависимости от типа системы впрыска (механическая или электронная), форсунки могут быть двух видов.

В механических системах форсунка закрывается пружиной и открывается под давлением топлива.

Механическая форсунка

Форсунки в электронных системах закрываются с помощью пружин, подобно механическим, а открываются магнитами, встроенными в корпус. Электронный модуль управления определяет время, в течение которого форсунка остается открытой.

Электронная форсунка

Механические системы впрыска топлива

Механическая система впрыска топлива Lucas

В системе Lucas топливо, которое находится под высоким давлением, направляется из бака в аккумулятор, а затем в дозатор, посылающий порции на форсунки, подающие топливо во впускные отверстия.

Поток воздуха управляется возвратной заслонкой, которая открывается при нажатии педали газа. При увеличении потока дозатор автоматически увеличивает порцию топлива, подаваемого на форсунки, чтобы соотношение топлива и воздуха оставалось неизменным.

При холодном запуске двигателя регулятор состава смеси или (в более поздних моделях) микропроцессор включает форсунку холодного пуска, которая подает дополнительную порцию топлива, увеличивая концентрацию смеси. Как только двигатель разогреется до нужной температуры, термореле автоматически выключает форсунку холодного пуска.

Многие производители использовали механические системы подачи топлива в высококачественных спорткарах и седанах 1960-1970-х гг. В частности, при производстве британских автомобилей (например, Triumph TR6 и 2500) использовалась система прерывистого впрыска Lucas.

Топливный насос с электрическим приводом, расположенный рядом с баком, нагнетает топливо под давлением 7 атм. в аккумулятор, который представляет собой емкость для краткосрочного хранения топлива и поддерживает давление на нужном уровне. Кроме того, аккумулятор сглаживает толчки, производимые насосом.

Из аккумулятора сквозь фильтр с бумажными элементами топливо поступает в устройство для замера расхода топлива, также известное как дозатор. Дозатор работает от распределительного вала и, в соответствии со своим названием, отмеряет порции топлива для цилиндров.

Каждая порция ограничивается возвратной заслонкой, которая расположена в системе впуска воздуха. Движение заслонки зависит от силы потока воздуха — чем они сильнее, тем больше топлива нужно цилиндрам. При поднятии заслонки меняется положение челночного клапана в дозаторе, и объем порций увеличивается.

Покинув дозатор, топливо отправляется в форсунки, а затем распыляется во впускное отверстие, расположенное в головке блока цилиндров. Каждая форсунка обладает пружинным клапаном, который удерживается в закрытом положении за счет давления пружины. Клапан открывается только при распылении топлива.

При холодном запуске нельзя отделить часть воздушного потока, чтобы увеличить концентрацию смеси, как в случае с карбюратором, Поэтому положение челночного клапана, расположенного в дозатор, регулируется с помощью устройства ручного управления, расположенного на панели и напоминающего рукоятку подсоса. В более поздних моделях устройство ручного управления было заменено микропроцессором. В результате запускается дополнительная форсунка, расположенная в коллекторе, распыляющая добавочную порцию топлива и увеличивающая концентрацию смеси.

Электронные системы впрыска

Электронная система впрыска Bosch

Электронная система полностью управляется микропроцессорными устройствами, которые отвечают за температуру двигателя, состояние дросселя, а также определяют скорость движения, высчитывая частоту впрыскивания и необходимое соотношение воздуха и топлива в смеси.

Основное отличие электронной системы подачи топлива от механической заключается в том, что электронная управляется сложными микропроцессорными устройствами (фактически — мини-компьютерами).

Микропроцессоры получают информацию от датчиков, установленных в двигателе. Датчики измеряют давление воздуха в системе впуска, температуру самого двигателя и его скорость, а также определяют положение педали газа. Все это позволяет точнее вычислять расходы топлива, в то время как механическая система полагается лишь на замеры мощности потока воздуха.

Микропроцессоры обрабатывают полученные данные в соответствии с алгоритмами, заложенными в них производителем, а затем отмеряют необходимое количество топлива, подавая сигнал клапанам (в частности, клапанам форсунок, впрыскивающих топливо во впускное отверстие). Все это происходит за доли секунды, т.е. устройство практически мгновенно отвечает на изменения в температуре, давлении или положении педали газа.

Помимо усовершенствованного контроля подачи топлива электронные системы работают под меньшим давлением (около 2 атм.), т.е. производят меньше шума, чем механические.

Типичным примером электронной системы является Bosch LJetronic, используемая в современных европейских автомобилях. В этой системе топливо извлекается из бака с помощью электрического насоса и подается по трубам к форсункам. Система извлекает из бака больше топлива, чем требуется, и возвращает излишки по кольцевому контуру с помощью регулятора давления, который поддерживает постоянное давление в трубах.

Клапаны форсунок удерживаются в закрытом положении с помощью пружин и при получении сигнала от устройства контроля открываются за счет соленоидов (электромагнитов). Количество впрыскиваемого топлива зависит от того, насколько долго магнит удерживает пружину форсунки.

Управление двигателем

Некоторые комбинированные системы, известные как системы управления двигателем, могут обрабатывать больше информации, чем электронные системы подачи топлива.

Одной из таких систем является Bosch Motronic, которая высчитывает процент кислорода в выхлопных газах. При отклонении от нормы система может отрегулировать зажигание и частоту подачи топлива, чтобы наладить работу двигателя.

В результате соотношение производительности и потребления топлива будет оптимальным, а уровень загрязнения окружающей среды существенно снизится.

Двигательный отсек для впрыска топлива

В подкапотном пространстве автомобиля с системой впрыска топлива содержится много трубок. На картинках изображен моторный отсек Audi 100 с многочисленными переплетенными трубками, которые расположены поверх впускного коллектора и ведут к форсункам. Этот автомобиль обладает двигателем с пятью цилиндрами, поэтому форсунок пять.

Строение и принцип работы системы впрыска топлива

Главный недостаток транспортных средств, укомплектованных бензиновыми двигателями с карбюратором — топливо в них сгорает не полностью. Так как по эксплуатационным характеристикам топливоподачи определяется экологичность, мощность, экономичность машины, возникает необходимость в устройствах, регулирующих этот процесс, ориентируясь на режим функционирования.

Подобные узлы называются инжекторными системами. В инжекторных двигателях топливо подается в заранее определенное время в заданной дозировке. Разработаны системы для впрыска топлива различной конструкции для бензиновых и дизельных моторов.

Классификация и устройство систем впрыска

Различия инжекторных механизмов определяются способом, применяемым для изготовления смеси бензина с воздухом.

Классификация в основном проводится по типу впрыска:

• центральным впрыском;
• распределительным;
• непосредственным;
• комбинированным.

Центральный впрыск (моновпрыск)

Эта система заменяет карбюратор, работает на одной форсунке. Моновпрыск почти не используется из-за несоответствия требованиям экологическим стандартам, встречается на очень старых машинах. Но эти механизмы простые и надежные благодаря расположению форсунки на месте с хорошим воздухообменом, в пускном коллекторе.

Элементы моносистемы:

• регулятор давления — предотвращает образование воздушных пробок, обеспечивает неизменное давление 0,1 Мпа;
• форсунка – обеспечивает подачу бензина в коллектор;
• дроссельная заслонка (механическая, электрическая) – регулирует подачу воздуха;
• блок управления (память, микропроцессор) — содержит информацию, необходимую для инжекции;
• датчики температуры, состояние коленвала, дроссельной заслонки.

Распределенный впрыск

Этот тип более современный и экологичный. Хотя, отличительной особенностью является лишь то, что в этой системе уже на каждый цилиндр приходится своя форсунка. Только монтируется она тоже в впускном коллекторе, только каждая в своем отдельном патрубке. Электронные системы контролируют дозировку топлива. Самые прогрессивные форсунки в этом плане принадлежат компании Bosch.

Непосредственный впрыск

Бензин одновременно с воздухом подается прямо в камеры сгорания. Преимущество системы с непосредственным впрыском — точный расчет составляющих для топливосмеси. Процент экологически опасных выбросов снижается благодаря почти стопроцентному сгоранию топливосмеси.

Устройство механизма с непосредственной инжекцией:

• насос, подающий бензин;
• устройство, регулирующее давление;
• рампа, оснащенная предохранительным клапаном;
• датчик, отображающий параметры давления;
• форсунки.

Недостатки:

• высокие требования к качественному составу топлива;
• сложная для производителей конструкция;
• необходимость в давлении от 5 МПа.

Зато инжекторные системы этого типа самые современные, перспективные.

Комбинированный впрыск

Чтобы снизить количество выбросов и выполнить требования Евро-6, в Volkswagen была разработана комбинированная система инжекции, объединившая распределительную с непосредственной. Системы блоком управления активируются по очереди, ориентируясь на режим работы. Эта система питания самая перспективная с точки зрения экологической безопасности.

Комбинированное устройство состоит из:

• насоса, подающего топливо;
• деталей непосредственного механизма (форсунок, установленных в камеры сгорания, рампы, поддерживающей давление 20 Мпа);
• элементов распределительной системы (форсунок, установленных в каналы коллектора, рампы низкого давления).

Принцип работы

Агрегаты инжекторного двигателя с единственной форсункой функционируют по схеме:

1. запускается мотор;
2. датчики считывают и передают информацию на блок управления;
3. реальные данные сравниваются с эталонными, рассчитывается момент открытия форсунки;
4. передается сигнал электромагнитной катушке;
5. в коллектор подается бензин для смешивания с воздухом;
6. в цилиндры подается топливная смесь.

Функционирование узла с распределенным впрыском:

1. мотору подается воздух;
2. датчики определяют объем, температуру, показатели коленвала, положение заслонки;
3. объем топлива для поданного воздуха рассчитывает блок управления;
4. форсункам подается сигнал;
5. они открываются в запрограммированное время.
6. смешивание бензина с воздухом происходит в коллекторе, смесь подается в цилиндры.

Учебное видео принципа работы распределенного впрыска

Принцип работы непосредственной инжекции зависит от способа смешивания бензина с воздухом:

1. послойно;
2. стехиометрически;
3. гомогенно.

Послойное смешивание используется на средних оборотах, скорость подачи воздуха высокая, бензин подается в цилиндр через форсунку, загорается после смешивания с воздухом.

При смешивании стехиометрического типа, процесс запускается в момент нажатия на газ. Открывается дроссельная заслонка, бензин и воздух подаются в одно время, сгорают полностью.

При смешивании гомогенного типа, сначала создается движение воздуха в цилиндрах, затем впрыскивается бензин.

Видео-пояснение по принципу работы инжектора с непосредственным впрыском

Работа комбинированной системы полностью зависит от нагрузки на мотор:

1. непосредственная инжекция запускается во время запуска, прогрева, максимальной нагрузки, количество впрысков зависит от режима;
2. распределенная инжекция запускается во время движения на средней скорости с частыми остановками.

При распределенной инжекции периодически открываются форсунки непосредственной. Это предотвращает их засорения.

Системами впрыска комплектуются не только бензиновые, но и дизельные двигатели. Первые можно назвать искровыми двигателями, так как смесь бензина и воздуха воспламеняется от искры.

Основные неисправности

Чаще всего сбои инжекции проявляются несколькими неисправностями:

• не заводится мотор (неисправно главное реле, не работает насос, на форсунках нет напряжения);
• неустойчиво работает холодный двигатель (неисправен температурный датчик);
• мотор плохо работает на переходах (неисправен насос или форсунка);
• мотор глохнет (вышла из строя топливная система, разгерметизировался впуск воздуха).

Достоинства и недостатки

Здесь, как и в любой системе есть свои достоинства и недостатки.

Плюсы инжекторов (если сравнивать с карбюратором):

1. снижение потребления топлива в 2 раза;
2. увеличение мощности;
3. упрощенный (автоматизированный) запуск;
4. легкое управление;
5. снижение выброса токсинов в несколько раз;
6. самонастройка, упрощающая техобслуживание;
7. ремонт сводится к замене деталей;
8. снижение высоты капота за счет размещения элементов инжекции по бокам мотора;
9. независимость от давления атмосферы, положения авто (работа карбюраторов нарушается при кренах).

Минусы инжекторных систем:

1. сравнительно высокая цена производства;
2. высокие требования к качеству бензина;
3. необходимость в специально оборудовании для диагностики;
4. зависимость от электроэнергии;
5. повышение вероятности пожара при ДТП из-за подачи бензина под давлением.

Последний недостаток частично компенсируется установкой контроллера, отключающего подачу при ударе.

Несколько разновидностей систем впрыска позволило укомплектовать ими большинство легковых автомобилей, выпущенных позже восьмидесятых. Управление механическое или электронное, топливо может подаваться непрерывно или импульсами.

Независимо от строения и принципа работы системы впрыска топлива, она дольше прослужит без ремонта, если отказаться от манипуляций с питанием, не отключать без необходимости массу, не осуществлять запуск при помощи буксировки. Инжекторные системы не переносят влагу, если вода проникает в них зимой, велика вероятность выхода из строя форсунок. Топливо должно быть чистое, особое внимание следует уделить состоянию фильтра, установленного перед насосом. При наличии в топливе примесей насос и система управления очень скоро выходят из строя.

Система впрыска

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

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

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

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

Системы впрыска бензиновых двигателей

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

Центральный впрыск (моновпрыск) осуществляется одной форсункой, устанавливаемой во впускном коллекторе. По сути это карбюратор с форсункой. В настоящее время системы центрального впрыска не производятся, но все еще встречаются на легковых автомобилях. Преимуществами данной системы являются простота и надежность, а недостатками — повышенный расход топлива, низкие экологические показатели.

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой. Образование топливно-воздушной смеси происходит во впускном коллекторе. Является самой распространенной системой впрыска бензиновых двигателей. Ее отличает умеренное потребление топлива, низкий уровень вредных выбросов, невысокие требования к качеству топлива.

Перспективной является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Система позволяет создавать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя, повысить степень сжатия, тем самым обеспечивает полное сгорание смеси, экономию топлива, повышение мощности двигателя, снижение вредных выбросов. С другой стороны ее отличает сложность конструкции, высокие эксплуатационные требования (очень чувствительна к качеству топлива, особенно к содержанию в нем серы).

Для снижения выбросов твердых частиц в атмосферу с отработавшими газами применяется комбинированная система впрыска, объединяющая систему непосредственного впрыска и систему распределенного впрыска на одном двигателе внутреннего сгорания.

Системы впрыска бензиновых двигателей могут иметь механическое или электронное управление. Наиболее совершенным является электронное управление впрыском, обеспечивающее значительную экономию топлива и сокращение вредных выбросов.

Впрыск топлива в системе может осуществляться непрерывно или импульсно (дискретно). Перспективным с точки зрения экономичности является импульсный впрыск топлива, который используют все современные системы.

В двигателе система впрыска обычно объединена с системой зажигания и образует объединенную систему впрыска и зажигания (например, системы Motronic, Fenix). Согласованную работу систем обеспечивает система управления двигателем.

Системы впрыска дизельных двигателей

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

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

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

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

В системе впрыска насос-форсунками функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Насос-форсунка имеет постоянный (неотключаемый) привод от распределительного вала двигателя, поэтому подвержена интенсивному износу. Это качество насос-форсунки направляет предпочтения автопроизводителей в сторону системы Сommon Rail.

Работа системы впрыска Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (в переводе common rail — общая рампа). Другое название системы — аккумуляторная система впрыска. Для снижения уровня шума, улучшения самовоспламенения и снижения вредных выбросов в системе реализован многократный впрыск топлива — предварительный, основной и дополнительный.

Системы впрыска дизельных двигателей могут иметь механическое или электронное управление. В механических системах регулирование давления, объема и момента подачи топлива производится механическим способом. Электроника образует систему управления дизелем.

Различные типы и устройство систем впрыска бензина на автомобилях

Впрыск топлива под давлением принципиально отличается от использовавшихся ранее карбюраторных способов распыления в воздушный поток. Так проще и точнее дозировать подачу, обеспечивая хороший распыл и качественное регулирование состава. Способов реализации может быть много, разные системы сменяли одна другую в ходе эволюции и совершенствования.

Причины перехода от карбюраторов к впрыску

Работа карбюратора напоминает простейший пульверизатор. Поток воздуха проходит через диффузор, создавая разрежение, которое подсасывает топливо из распылителя через жиклёры. Дозирование оставляет желать лучшего, поэтому последние карбюраторы становились настолько сложными, что стала ясной тупиковость такого пути.

Технически проще подготовить нужное количество топлива, после чего впрыснуть его под давлением в тот же воздушный поток. Дозирование здесь также создавало достаточно проблем, но было ясно, что их решение и упрощение – лишь вопрос времени. А появление всё более жёстких требований по снижению токсичности выхлопа и экономии топлива заставляло двигаться именно по перспективному направлению.

Основные виды технической реализации

Развитие шло двумя путями – от механических систем к электронным и от впрыска в ту зону, где ранее располагался карбюратор к индивидуальной подаче бензина как можно ближе к месту его горения.

Централизованный впрыск единственной форсункой (моновпрыск)

Версия впрыска в самое начало впускного коллектора, где поток ещё был общим для всех цилиндров двигателя, не была первой исторически, но с неё началось массовое серийное внедрение технологии.

Модуль центрального впрыска содержит:

• форсунку с электромагнитным клапаном;
• топливный насос, создающий относительно небольшое давление;
• регулятор давления с диафрагмой, клапаном и обратной магистралью слива;
• электронный блок управления и датчики.

Система существенно упрощала жизнь водителям за счёт стабильной работы и автоматического управления. Двигатели хорошо запускались, обладали более высокими характеристиками по расходу и токсичности по сравнению с карбюраторными. Но цена выросла, а проблемы с конденсацией топлива в коллекторе остались.

Распределение форсунок по цилиндрам

Значительно лучше смесеобразование происходило при выделении отдельной форсунки каждому цилиндру. Стало возможным организовывать впрыск индивидуально, перед самым началом впуска, что исключало конденсацию. В остальном структура системы не поменялась, эволюционировал лишь её технический уровень. Совершенствовались датчики, быстродействие процессора в блоке управления, алгоритмы программы. В основном прогресс был направлен на экологию и обслуживание появившихся каталитических нейтрализаторов на выпуске.

Механическое и электронное управление

Первые системы впрыска топлива использовали для управления механику и гидравлику. Воздушные расходомеры представляли собой пластину в потоке, отклонение которой меняло управляющее давление. Далее сложный механизм дозатора-распределителя отмерял нужное количество топлива в зависимости от положения дросселя и прочих входных параметров. Всё это работало недостаточно точно и эффективно.

Качественный скачок произошёл с появлением структуры, представляющей из себя классический компьютер в блоке управления, который собирал электрические сигналы от датчиков, оцифровывал их и подавал команды на исполнительные устройства. Входной информацией стали:

• массовый расход воздуха или абсолютное давление во впускном коллекторе;
• температуры воздуха и двигателя;
• скорость и фаза вращения коленчатого и распределительных валов;
• положение дроссельной заслонки;
• наличие детонационных процессов;
• полнота сгорания топлива по кислородному датчику на выхлопе.

Чем больше учитывалось информации и чем выше скорость её обработки, тем точнее регулировались режимы двигателя. Распределённый впрыск с электронным управлением и катализатором широко применяется и в настоящее время.

Прямой (непосредственный) впрыск

Идея непосредственного впрыска бензина в камеру сгорания существовала всегда, но с практической реализацией имелись сложности. Для впрыска в конце такта сжатия и правильного направления тонко распылённого бензина требовалось высокое давление и качественные форсунки. Усложнился и подорожал насос, теперь его функции распределились между подкачкой из бака и созданием давления порядка 100 атмосфер на входе форсунок. Возникли трудно решаемые проблемы с надёжностью и долговечностью дорогих приборов системы впрыска.

Дополнительно стали возникать вопросы, подобные тем, что ограничивают развитие дизельной техники. Пришлось бороться с детонацией, жёсткой работой, разрабатывать быстродействующие форсунки высокого давления, способные разделить впрыск на фазы в течении одного такта цилиндра. Из-за необходимости обязательного использования системы EGR, направляющей часть выхлопных газов обратно во впускной коллектор, появились сложности с очисткой коллектора и клапанов.

Тем не менее, использование прямого впрыска, особенно комбинированного, с дополнительными форсунками в коллекторе, в сочетании с турбонаддувом позволило существенно повысить экономичность двигателей. Заплатив за это сложностью и недолговечностью. К тому же новым моторам требовалось очень качественное горючее, что сразу заметили водители, покупающие автомобили с прямым впрыском на вторичном рынке и эксплуатирующие их вдали от брендовых заправок с гарантированно подходящим бензином.

Перспективы

Характерной чертой последнего времени стал даунсайзинг автомобильных двигателей. Это уменьшение рабочего объёма, габаритов и массы силовой установки. Отказываться при этом от мощностных и динамических показателей никто не стал, более того, автомобили из-за требований по безопасности и насыщенности системами обеспечения комфорта заметно потяжелели. Мощность должна быть дополнительно увеличена.

Параллельно ужесточаются экологические нормы. Если раньше их обеспечивали за счёт расхода лишнего бензина, иначе уменьшить процентное содержание вредных веществ было затруднительно, то сейчас на это введены ограничения по суммарному выделению углекислого газа. А с этим веществом бороться невозможно, это обязательная и значительная часть выхлопных газов. Можно лишь повысить КПД двигателя и уменьшить рабочий объём.

Точно управлять горением в таких условиях на всех режимах можно только системой из комбинированного MPI-GDI впрыска с наддувом от турбины. Так и строятся самые современные бензиновые двигатели. Чище их пока только электромобили или гибриды с иными термическими циклами в ДВС.

Система управления впрыском топлива

Современная система впрыска топлива устанавливается на бензиновые и дизельные двигатели, обеспечивая оптимальные условия для создания наиболее эффективной топливно-воздушной смеси. От нее во многом зависят параметры мощности и экономичности двигателя, поэтому поломка системы приводит к серьезным проблемам. Несмотря на многообразие конструкций, впрыск топлива работает по единым принципам.

Конструкция системы впрыска

Бензин или дизельное топливо подается в цилиндры через впрыск топлива в цилиндр и топливные форсунки, каждая из которых устанавливается в соответствующий впускной трубопровод. Снизу он закрывается впускным клапаном, перекрывающим свободный доступ в камеру сгорания.

При опускании поршня вниз, за счет увеличения объема камеры сгорания, образуется разрежение, приводящее к открытию впускного клапана. По этому каналу через впускной трубопровод засасывается атмосферный воздух, проходя через воздушный фильтр.

Воздух доходит до дроссельной заслонки, частично перекрывающей просвет трубопровода. При ее полном открытии в цилиндр попадает наибольшее количество воздуха и топлива, что приводит к повышению мощности за счет увеличения оборотов двигателя. При перекрытии дроссельной заслонки поток воздуха и, соответственно, топлива уменьшается, мощность и обороты двигателя снижаются. Управление заслонкой осуществляется путем нажатия на педаль газа. При не нажатой педали режим работы двигателя называется «холостой ход» при минимальной мощности и оборотах двигателя.

Когда воздух доходит до места подключения форсунки, через нее происходит непосредственный впрыск топлива, которое перемешивается с воздухом. В результате в камеру сгорания цилиндра поступает готовая топливно-воздушная смесь, которая затем воспламеняется, обеспечивая полезную работу поршня.

Управление процессом впрыска

Чтобы подача горючего осуществлялась своевременно и в нужных для создания оптимальной смеси количествах, требуется специальное управление системой впрыска топлива. В современных автомобилях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ).

Чтобы передать команду на форсунку для впрыска топлива, ЭБУ должен получить нужный сигнал от двигателя. Он передается при помощи соответствующих датчиков. В различных автомобилях для контроля работы двигателя используется до десятка датчиков, среди которых используется три основных, через которые и контролируется электронный впрыск топлива:

1. Датчик фазы и метка

Датчик фазы или датчик положения газораспределительного вала. Его срабатывание является сигналом для начала процесса впрыска топлива. На шестерне или самом распределительном вале устанавливается задающая метка. Рядом с ней — датчик фазы. Когда метка приближается к датчику, импульс передается в блок управления, сигнализируя о начале такта впуска. ЭБУ подают команду, и форсунка впрыска топлива открывается, подавая его в камеру сгорания.

2. Датчик температуры жидкости в системе охлаждения

Он устанавливается в рубашке охлаждения и передает на ЭБУ информацию о температуре двигателя. Если двигатель холодный и не набрал рабочую температуру, то смесь делается богаче за счет того, что топливо впрыскивается дольше и смесь обогащается. Например, бензин впрыскивается не 8, а 10 миллисекунд.

3. Датчик кислорода

Устанавливается в выпускном трубопроводе системы выхлопа. Он подает сигнал в том случае, если количество топлива превышает то, которое необходимо для полного сгорания при максимальной концентрации кислорода. Это заставляет блок управления снижать подачу бензина или солярки, регулируя его расход.

Такая система позволяет оперативно собрать информацию от датчиков, проанализировать его в ЭБУ, после чего подать оптимальную управляющую команду на форсунку. В результате в каждом из режимов работы обеспечивается оптимальная мощность при минимальных затратах топлива и токсичности выхлопа. Такт впуска топлива – это очень быстрый процесс, проходящий за сотые доли секунды.

Техническое обслуживание

Как любой узел автомобиля, система питания с впрыском топлива требует периодического обслуживания. Прежде всего, это своевременная замена воздушного фильтра, которую нужно делать каждые 20-30 тыс. км пробега. Если фильтр не заменить, то пыль и мелкий мусор извне будут проходить в топливный трубопровод, что приведет к засорению форсунок, неправильному сгоранию топлива, преждевременному износу двигателя.

При выходе из строя любого из датчиков, на приборной панели загорится лампочка CHECK ENGINE или CHECK. Это означает, что в системе двигателя зарегистрирована ошибка, но какая, поможет узнать только электронная диагностика. При этом двигатель продолжит работать по резервной программе, предусмотренной в электронном блоке управления, усредняющей показания датчика, который вышел из строя. Это может никак не сказаться на режиме работы мотора, а в ряде случаев, он переводится на щадящий режим работы с минимальной мощностью, пригодный только для того, чтобы потихоньку доехать до СТО. Иногда наблюдаются перебои в работе или необычный по цвету, более интенсивный выхлоп.

После обращения в автосервис требуется провести компьютерную диагностику, которая точно выявит, какой из датчиков вышел из строя. После потребуется провести его ремонт или замену, и система управления впрыском топлива заработает в нормальном режиме, а индикатор CHECK ENGINE перестанет загораться при работающем моторе. Единственный датчик, при поломке которого автомобиль заглохнет и уже не заведется – датчик положения коленчатого вала.

Устройство системы впрыска топлива на современных автомобилях имеет достаточно сложную конструкцию, которая управляется при помощи цифрового устройства. Поэтому при нарушении ее регулировки или поломке необходимо обращаться в автосервис. Там мастер, применяя специализированное оборудование, выявит причины неполадок и проведёт профессиональный ремонт.

Своевременное обслуживание, эксплуатация двигателя в нормативных режимах и использование качественного топлива позволят избежать серьезных поломок и увеличат интервал между такими дорогостоящими операциями, как замена топливных форсунок, которые стоят достаточно дорого, особенно на дизельных авто.