Что означает инжекторный двигатель

Инжекторный двигатель: принцип работы

Инжекторные двигатели – это двигатели с инжекторной системой подачу топлива. Они устанавливается на современных двигателях, работающих на бензине, взамен карбюраторной системы.

Принцип работы инжекторных двигателей

В современных авто карбюраторная система практически полностью заменена инжекторым двигателем. И это неудивительно, ведь инжекторные двигатели улучшают мощностные и эксплуатационные показатели автомобиля, например, динамику разгона, топливный расход, экологические показатели и др. Выявлено, что инжекторный двигатель долгое время соблюдает высокие экологические стандарты без каких-либо ручных регулировок. Это возможно благодаря системе самонастройки по данным с кислородного датчика. Основные принципы: вдвигателях такого типа подача топлива в воздушный поток производится специальными форсунками. Последние могут быть расположены на впускном коллекторе (вместо карбюратора), тогда речь идет о системе «моновпрыск». Или же форсунки находятся неподалеку от впускного клапана (во впускном коллекторе) каждого из цилиндров, тогда говорят о системе «распределённый впрыск», синоним «многоточечный коллекторный впрыск». Если форсунки расположены в головке цилиндров, впрыск производится в камеру сгорания, и такую систему называют «прямым впрыском».

К форсункам подача топлива осуществляется под давлением. С бортового компьютера автомобиля в определенные моменты времени подаются импульсы тока, служащие сигналом к открытию форсунки. Длительность импульса тока определяет объем впрыснутого топлива. В свою очередь длительность подачи тока рассчитывается на основании данных, полученных с датчиков, которые контролируют параметры двигателя. Среди массы таких параметров, основными являются обороты и температура двигателя, информация об угле открытия дроссельной заслонки, о разрежении в задроссельном пространстве, а также о расходе воздуха.

В современном двигателе размещено большое число датчиков, что дает возможность оптимизировать работу двигателя. Существуют и другие конструкции инжекторных двигателей с впрыском. Так, например, известен двигатель такого типа, который управляется механическими устройствами. Управление таким впрыском, в общих чертах, заключается в дозировке объема топлива с помощью специального клапана. В свою очередь клапан управляется системой рычагов, приводимой в действие воздушным потоком: на пути потока находится легкая «тарелочка». К настоящему времени механически управляемые впрыски практически полностью вытеснены электронно управляемыми впрысками.

Преимущества инжекторных двигателей

К достоинствам инжекторных двигателей следует отнести сниженных расход топлива, лучшая динамика разгона, снижение количества вредных выбросов, стабильность функционирования. Параметры электронного впрыска способны меняться буквально «на лету», ведь управление происходит программно, и учитывает большое число данных с датчиков одновременно. Кроме этого, электронная система впрыска адаптирует программу работы для каждого экземпляра мотора или подстроиться под стиль вождения определенным водителем.

Недостатки инжекторных двигателей

Инжекторные двигатели имеют следующие недостатки: дороговизна ремонта и узлов, наличие не подлежащих ремонту элементов, необходимость использования качественного топлива, необходимо спецоборудование для обслуживания, диагностики и ремонта.

Инжекторный автомобильный двигатель: принцип работы, плюсы и минусы

Современный автомобильный мир ушел на несколько шагов вперед. И это не удивительно, ведь только так можно оставаться на плаву и получать хорошую прибыль. Особенно это касается силовых установок, которые устанавливаются на автомобили. Вы наверняка слышали такое словосочетание, как инжекторный двигатель. По сути, это всем известный карбюратор, только немного видоизмененный.

В нем также происходит процесс сгорания топлива и выделение мощности. Единственное отличие инжектора заключается в новой инжекторной системе подачи топливовоздушной смеси.

История

Многие знают, что первая система по образованию топливовоздушной смеси называлась карбюратор.

Она позволяет подавать топливо непосредственно в каждый цилиндр автомобиля и приводить его в движение. Что касается расположения, то изначально карбюратор устанавливался перед впускным коллектором и готовил качественную смесь.

С некоторым временем потребности современных водителей и конструкторов возросли в несколько раз. Из-за этого система не могла выдавать того желаемого результата, который хотели видеть все. Особенно это касается кораблестроения и самолетостроения. Дело в том, что в этих отраслях нужна огромная мощность и высокий КПД.

В результате этого конструкторы придумали совершенно новую систему, которая немного походила на дизельный двигатель, но имела стандартные свечи зажигания. Все это произошло в начале 40-х годов, именно в это время были сконструированы первые инжекторные двигатели.

Данный скачок позволил получить желаемый результат по мощности, но немного не подходил под экологическую безопасность. В результате, разработки пришлось на время прекратить до начала 70-х годов. Именно в это время американские конструкторы решили возродить подачу топлива непосредственно в цилиндры двигателя и сделать более усовершенствованную систему.

Порядок техобслуживания

Классическое устройство ДВС позволяет обойтись простыми действиями при обслуживании мотора:

По мере увеличения реального ресурса ДВС замена расходников может производиться чаще указанных сроков, или добавляются операции очистки карбюратора, мотора, жиклеров, прочего навесного оборудования.

Устройство

В современных инжекторных двигателях топливо подается не самотеком, а при помощи небольшой системы, под названием форсунка.

Ее работа основана на считывании всевозможных датчиков, которые располагаются в двигателе. Благодаря этому топливовоздушная смесь дозируется небольшими порциями и подается именно в тот момент, когда это необходимо.

Что касается самого управления, то все держится на простом блоке управления, так называемом компьютере. Именно он и раздает небольшие команды каждой форсунке.

Инжекторная система имеет следующие компоненты:

1. Топливная форсунка;
2. Топливная рампа;
3. Насос;
4. Сам блок управления;
5. И небольшая система датчиков.

Подробнее о каждом компоненте:

• Топливная форсунка является основным компонентом, который и называют инжектором. Она позволяет своевременно подавать топливо и распылять его непосредственно в каждый цилиндр. В основе форсунки лежит простой корпус и электромагнитный клапан, который и осуществляет процесс открытия и закрытия форсунки. Что касается самого распыления, то оно происходит через специальное отверстие, управляемое клапаном.
• Топливную рампу можно найти в любом современном инжекторном двигателе. Ее главное предназначение состоит в подводе топлива ко всем форсункам. Если говорить просто, то она соединяет все форсунки в единое целое.
• Что касается топливного насоса, то он просто подает топливовоздушную смесь под давлением, сравнимую с давлением в несколько атмосфер. Без него бы топливо подавалось просто самотеком, как и в карбюраторном двигателе.
• Мозгом системы является блок управления, который и отдает команды всем форсункам. По сути, это небольшой микроконтроллер, соединенный с большим количеством датчиков, форсунками, топливным насосом, системой зажигания, регулятором холостого хода и другими системами. Его главная задача состоит в сборе всей информации по состоянию двигателя и распределении топлива.
• Датчики отвечают за измерение основных параметров силовой установки в реальном времени. В основном это расход воздуха, расположение коленвала, образование детонации в цилиндрах, температура, скорость транспортного средства и другое. Также можно встретить датчики, которые определяют включен ли кондиционер, ровная ли дорога и как располагается распределительный вал.

Принцип работы

1. В силовом агрегате топливная смесь подготавливается вне камеры сгорания при помощи специального устройства. В результате движения поршня вниз определенное количество топлива всасывается в камеру сгорания.
2. Далее идет основной процесс, так называемый рабочий ход. В это время происходит сжимание топлива и поджигание при помощи искры.
3. В итоге все топливо сгорает и выделяется огромное количество тепла, которое идет на мощность инжекторного двигателя.
4. В конце такта поршень движется вверх и открывается выпускной клапан, который и выводит отработавшие газы. Далее приоткрывается впускной клапан, и новая порция топлива поступает в цилиндр.

Данный процесс происходит в течение долгого времени, пока двигатель работает. Специалисты называют такой газообмен четырехтактным. То есть все это происходит за четыре такта:

1. Впуск;
2. Сжатие;
3. Сгорание;
4. Выпуск.

Чтобы совершить один такой цикл требуется два оборота коленвала. Чтобы потери мощности были минимальны, конструкторы придумали многоцилиндровые системы. Они позволяют выдавать огромное количество тепла и мощности.

В современном мире большую популярность получил четырехтактный инжекторный двигатель, что неудивительно. Дело в том, что он отличается не только техническими характеристиками, но и самими габаритами. В основе данной системы лежит порядок работы цилиндров.

Частые неисправности

Кроме того, что при обрыве цепи ГРМ поршень гнет клапана, классическая схема двигателя обладает характерными неисправностями:

3) звук поршней глухой, наблюдается на малых оборотах

4) клапана стучат менее интенсивно, вдвое реже вращения вала

3) замена колец, поршней, расточка цилиндров

4) замена пружин, регулировка зазоров

3) износ цилиндров/колец

3) сбит момент зажигания

4) поломка вакуумного распределителя

4) замена регулятора

3) забит фильтр топливный

4) заслонка открыта не полностью

4) регулировка заслонки

В капремонт мотора входит расточка цилиндров, замена валов, поршневой и кривошипно-шатунной группы в любых сочетаниях.

Режимы работы

Сейчас можно встретить восемь режимов работы силового агрегата:

1. При холодном пуске топливная смесь очень сильно обедняется. Это случается из-за того, что топливо очень плохо смешивается с воздухом. В результате не происходит того испарения, которое нужно. Такой способ работы двигателя очень сильно вредит деталям. То есть большое количество топлива оседает на стенках цилиндра и выпускных труб;
2. Если вы заводите авто при низкой температуре, то на начальном этапе требуется очень обогащенная смесь. Для этого нужно подавать большее количество топлива, пока температура в камере сгорания не повысится до нужного значения;
3. После пуска идет процесс прогрева инжекторного двигателя. Вы знаете, что во время пуска в мороз смесь очень бедная, образуется некая топливная пленка в выпускной трубе. Она исчезает только после достижения очень высокой температуры. В связи с этим топливную смесь нужно очень сильно обогащать;
4. При частичной нагрузке необходимо поддерживать определенный состав топливовоздушной смеси. Если двигатель инжекторный не оснащен нейтрализатором, то обогащенность должна быть в пределах 1,05 – 1,2;
5. При полной нагрузке дроссельная заслонка полностью открыта. Поступает большое количество воздуха, что очень хорошо. В этом режиме достигается максимальная мощность и крутящий момент;
6. Во время ускорения заслона то открывается, то закрывается. В результате этого смесь кратковременно обедняется и происходит ограничение подачи топлива. Для предотвращения такого явления обогащение должно быть меньше 1;
7. В холостом режиме происходит замедление, автомобиль двигается по инерции. В этом случае подача топлива полностью перекрывается;
8. Если происходит увеличение высоты, то плотность воздуха уменьшается. Из этого следует, что двигаться в горах очень сложно, топливная смесь будет очень обогащена. Это может привести к трудному пуску силового агрегата и увеличению расхода топлива.

Преимущества и недостатки

Инжектор получил огромную популярность в современном мире. Это обусловлено следующими плюсами:

1. Режим работы меняется автоматически, без использования человеческого фактора;
2. Полностью отсутствует необходимость в ручной настройке;
3. Двигатель очень экономичный;
4. Полностью соответствует всем экологическим нормам;
5. Очень легко запускать в любую погоду, нет потери мощности.

Кончено, без недостатков никуда. О них тоже стоит рассказать:

1. Довольно высокая стоимость и обслуживание;
2. Многие детали непригодны к ремонту. То есть их придется полностью выкидывать и менять на новые;
3. Производить ремонт и обслуживание в домашних условиях практически невозможно. Для этого требуется специальное оборудование и опыт;
4. Двигатель очень зависим от напряжения сети.

Типы инжекторной системы

Сейчас можно встретить три типа:

1. Одноточечный впрыск;
2. Многоточечный впрыск;
3. Непосредственный впрыск.

Первый является самым простым и очень распространённым. Он не очень сильно начинен электроникой, что приводит к меньшему эффекту. Большим недостатком такой системы является то, что некая часть топлива теряется во время впрыска. То есть топливная смесь подается через форсунку во впускной коллектор, где происходит распределение по цилиндрам.

Следом идет многоточечный впрыск, который позволяет подавать топливо индивидуально в каждый цилиндр. Благодаря этому у вас не будет возникать вопрос: нужно ли прогревать инжекторный двигатель. Что касается самого распределения, то он мощнее и экономичнее. По многочисленным тестам можно увидеть, что мощность увеличивается на 7 процентов. К основным преимуществам можно отнести автоматическую настройку подачи топлива и впрыскивание вблизи клапана.

Непосредственный впрыск используется во многих современных автомобилях. Его особенность состоит в том, что подача топлива происходит непосредственно в каждый цилиндр. Ни одной капли смеси не будет расходоваться впустую. Если у вас возникает вопрос надо ли прогревать двигатель, то ответ очень простой. Это зависит от самого производителя и его рекомендаций. Некоторые рекомендуют прогревать силовой агрегат не очень долго, чтобы не навредить всем деталям. Каждый должен сам ответить на вопрос, надо ли ему прогревать двигатель, изучив рекомендации к своему авто.

Форсунки

Заслонка, позволяющая контролировать впрыск топлива в систему, называется форсункой. Используется два типа системы подачи топлива. Моновпрыск сейчас практически не используется. При таком расположении форсунки топливо подается вне зависимости от открытия впускного клапана двигателя. К тому же, такое управление мало контролируется электроникой. Второй вид — распределительный впрыск представлен более совершенной системой. Благодаря нескольким форсункам, расположенным непосредственно вблизи каждого цилиндра, происходит направленный доступ горючего. Такая система четко регламентирует подачу топлива, а также увеличивает производительность двигателя. Тип управления инжектором также определяется ЭБУ и может быть точечным и последовательным.

Принцип работы инжекторного двигателя — описание системы

Инжекторные двигатели пришли на смену карбюраторным ДВС, так как являются более экономичными и в меньшей степени загрязняют окружающую среду.

Карбюратор не может обеспечивать настолько точное дозирование горючей смеси и момент впрыска топливной смеси, так как это делает электронный инжектор.

Принцип работы инжекторного двигателя состоит в следующем. В современных инжекторных двигателях у каждого цилиндра есть своя форсунка.

Все форсунки соединены в одну систему трубопроводом – так называемой топливной рампой. Топливо в систему подается при помощи электрического топливного насоса, который создает избыточное давление внутри системы.

Количество топлива, которое впрыскивается в цилиндр, момент открытия форсунки – все это определяет электронная система, которая учитывает одновременно множество факторов. И на основе анализа поступающих данных, она корректирует работу форсунки.

Система, которая анализирует ситуацию, называется контроллер. Контроллер связан с датчиками, которые дают информацию о разных параметрах, которые важны для режима работы двигателя.

На разных моделях автомобилей количество датчиков может изменяться, однако, основные датчики установлены на всех инжекторных двигателях и считывают информацию о:

• частоте вращения и положении коленвала;
• массовом расходе воздуха, ДВС;
• температуре жидкости охлаждения;
• положении дроссельной заслонки;
• детонации в двигателе;
• напряжении в бортовой электросети;
• скорости автомобиля.

Для того чтобы двигатель работал в оптимальном режиме система должна обеспечить правильный момент подачи топлива в цилиндры, правильное количество топлива.

Система должна составить оптимальную пропорцию бензина и воздуха, доставить эту смесь в цилиндры и вовремя подать искру. Но перед этим система определяет момент, когда искра должна появиться в цилиндрах. Многие действия выполняются исполнительными механизмами, но некоторые выполняют датчики-контролеры.

Как только контроллер получает определенную информацию, он начинает управлять следующими системами:

• подача топлива (бензонасос и форсунки);
• система зажигания;
• система регулировки холостого хода;
• система улавливания бензиновых паров;
• вентилятор системы охлаждения;
• системой диагностики.

Принцип работы инжекторного двигателя состоит в том, что инжекторная система способна мгновенно корректировать параметры подачи топлива в зависимости от режимов работы мотора.

Именно этим обеспечивается экономичность ДВС. Значительно упрощается запуск двигателя в любых погодных условиях и температурах воздуха.

Устройство системы распределенного впрыска, управляемого электроникой, представлено на рисунке ниже.

К числу основных узлов относятся электробензонасос (2), который забирает бензин из топливного бака (1) и через фильтр (3) подает его в топливный распределитель (4), откуда бензин поступает в рабочие (10) и пусковую (11) форсунки, а его излишек через демпфер давления (28) возвращается в топливный бак.

Остальное, в том числе и электронный блок управления (6), можно отнести к второстепенным узлам, хотя именно они и определяют функционирование системы впрыска.

На рисунке видны также узлы системы зажигания, что не случайно, поскольку электронное управление позволило объединить топливоподачу и зажигание в единую систему управления двигателем.

Система не требует ручной регулировки параметров впрыска топлива, что исключает ошибку при регулировках. Точная регулировка состава топливной смеси обеспечивает почти полное сгорание топлива, что делает инжекторные двигатели, более «чистыми» с экологической точки зрения.

Однако у ДВС с инжектором есть и недостатки:

• двигатели с инжектором более дорогостоящие;
• многие элементы системы не ремонтируются, а подлежат замене;
• двигатели с инжекторами более чувствительны к некачественному топливу;
• стоимость ремонта значительно выше, чем у карбюраторных двигателей.

avtoexperts.ru

Молодое поколение водителей уже и не знает, что раньше инжекторных моторов не было – почти все бензиновые силовые агрегаты были карбюраторные. Но экология и развитие технологий вытеснили их, сегодня системы подачи топлива сплошь компьютерные. Но их развитие не остановилось. Современный автомобиль с бензиновым мотором может быть оборудован тремя типами впрыска – распределенным, непосредственным или комбинированным. Чем они отличаются и какой из них лучше рассмотрим в этой статье.

Распределенный впрыск (MPI)

Формально это не первый вид впрыска, и не он пришел на смену карбюратору. Был еще так называемый моновпрыск – топливо во впускной коллектор подавала одна форсунка. Несмотря на то, что управление у нее было электронным, по сигналам с датчиков, заметного преимущества моновпрыск перед карбюратором не дал: основная проблема с оседанием топлива на стенках коллектора сохранилась. Моновпрыск популярности не получил, а автомобильные инженеры сразу перешли к впрыску распределенному.

Основная его особенность – наличие индивидуальной форсунки на каждый цилиндр. Впрыск топлива происходит во впускной коллектор, в нем происходит смесь с воздухом. Форсунки расположены около впускных клапанов, топливу не нужно блуждать по недрам коллектора, смесь получается стабильной. Уже этот факт позволил снизить расход, повысить мощность и улучшить экологичность. Кроме того, система распределенного впрыска получилась недорогой – форсунки простые, бензонасос дешевый, все отточено и хорошо работает. Неудивительно, что распределенный впрыск до сих пор остается самым популярным, особенно на недорогих автомобилях, для которых себестоимость производства и цена владения имеют важное значение.

Минус у распределенного впрыска сегодня один – он достиг потолка по эффективности. Инженеры уже выжали максимум, дальше ни расход топлива снижать, ни мощность увеличить невозможно, поэтому конструкторам приходится искать новые варианты, чтобы укладываться во все более строгие экологические рамки и удовлетворять запросы покупателей, которые постоянно хотят более экономичные и более мощные автомобили.

Непосредственный впрыск (GDI)

Довольно очевидно, что главное направление улучшения характеристик – образование топливо-воздушной смеси прямо в цилиндре. Да, по сравнению с карбюратором и моновпрыском, потери топлива на проход по коллектору у распределенного впрыска заметно меньше, но они все равно есть. Что-то остается на коллекторе, что-то на впускных клапанах. Всего этого можно избежать если подавать бензин прямо в цилиндр. Так и происходит на моторах с непосредственным впрыском.

То, что это работает, хорошо видно по характеристикам. GDI-моторы мощнее и экономичнее собратьев с распределенным впрыском. Прибавка составляет порядка 5-10%, что не так уж и мало. Такой результат достигается не только за счет меньшей потери топлива, но и за счет гибкости, которую инженеры получают в настройке впрыска. Например, они могут «играть» с так называемым стехиометрическим числом – соотношением бензина и воздуха в смеси. Обедненные смеси, в которых мало бензина, но много воздуха, на распределенном впрыске невозможны – они просто напросто не смогут воспламениться по законам физики. У непосредственного впрыска эта проблема решена очень элегантно, бензин распыляется около свечи зажигания, рядом с ней смесь богатая, но по всему остальному цилиндру – бедная. Получается, что и с воспламенением проблем нет, и топлива используется меньше.

Еще одна перспективная тема для непосредственного впрыска – управлением моментом подачи топлива. В зависимости от нагрузки на мотор, топливо можно подавать на разных циклах движения поршня (например, на сжатии или на впуске) и получать нужный результат по соотношению мощность/экономичность. Эта сфера еще не до конца исследована и оставляет инженерам большой простор для улучшения показателей моторов.

Казалось бы, непосредственный впрыск намного лучше распределенного и должен был бы его уже вытеснить. Но оказалось все не так просто. У GDI-моторов нашлись и серьезные минусы.

Во-первых, сильно усложнилась конструкция. Форсунки более дорогие и сложные, обычного насоса в баке уже не хватает, требуется использовать дополнительный ТНВД, который повышает себестоимость системы. Кроме того, очень сильно возрастают требования к качеству топлива. Форсунки и ТНВД сильнее страдают от некачественного бензина, а ремонт оказывается очень дорогим. Неудивительно, что на дешевых машинах непосредственный впрыск встречается нечасто – он реально дороже в обслуживании чем распределенный.

Во-вторых, обнаружились и технические проблемы. То, что бензин не проходит через впускные клапана обратилось не только в плюсы, но и в минусы для самих клапанов. Они больше не смазываются и не охлаждаются бензином. Из-за этого на машинах с непосредственным впрыском на впускных клапанах часто образуется нагар, а это приводит к неправильной работе всего мотора. Яркий пример – двигатель ЕP6 (Prince), о котором мы уже рассказывали.

Не удивительно, что в России первые GDI-моторы получили так сказать «плохую прессу», с российским «серным» бензином ТНВД и форсунки служили недолго, а их замена всегда была дорогой. Сейчас качество топлива чуть выросло, да и агрегаты постепенно избавляются от детских болезней, но до сих пор нужно признать, что распределенный впрыск в целом чуть более надежный чем непосредственный.

Нельзя сказать, что перечисленные недостатки ставят крест на непосредственном впрыске, но то, что они сдерживают его развитие, это точно.

Комбинированный впрыск

Популярная тема последних 5-6 лет – использование на одном моторе обоих типа инжектора. То есть у машины есть два комплекта форсунок – один установлен перед клапанами во впускном коллекторе, а второй – прямо в цилиндрах. В зависимости от настройки ЭБУ, в разных режимах может работать как одна форсунка, так другая, или вообще обе сразу – тут тоже непаханное поле для экспериментов и улучшений. Обычно в простых режимах движения используются форсунки в коллекторе, а когда нужно поднажать и от мотора требуется максимум, то подключаются форсунки в цилиндрах. Может быть и чуть иначе, настройки у каждого мотора свои.

Объединение впрысков помогает решить технические проблемы. Если часть бензина идет из коллектора, то впускные клапана нормально охлаждаются и смазываются. Жизнь форсунок тоже по идее должна увеличиться, ведь они теперь используются по очереди. При этом все эксперименты с бедной смесью и временем впрыска на комбинированной системе тоже возможны.

Однако проблему сложности и долговечности комбинированный впрыск не решает. У него все равно есть ТНВД, дополнительные форсунки и очень замороченная настройка. Своими силами ремонтировать такие машины очень сложно. Есть и другие заморочки в обслуживании таких машин, например, при установке ГБО, уже есть «газовые» решения, которые могут работать и с комбинированным впрыском, но они дорогие и сложные в настройке и установке.

На сегодняшний момент с разными типами инжекторов сложилась понятная ситуация – есть отработанная и проверенная технология (мы имеем в виду распределенный впрыск), которая за годы использования избавилась от проблем, дешева и надежна, но которая исчерпала резервы к улучшению и уже не всегда устраивает по эффективности. И есть более перспективные технологии, сложные, пока менее надежные и заметно более дорогие, но дающие лучший результат и в целом более прогрессивные. Наверное, когда-то распределенный впрыск тоже будет отправлен на свалку истории, но у нынешних покупателей машин есть выбор – либо предпочесть надежность и дешевизну, либо мощность и экономию топлива. И не факт, какой из этих выборов лучше.