Назначение системы впрыска топлива.

Системы впрыска бензиновых двигателей

В зависимости от способа образования топливно-воздушной смеси различают следующие системы впрыска бензиновых двигателей:

система центрального впрыска;
система распределенного впрыска;
система 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).

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.

Что собой представляет и как функционирует система непосредственного впрыска

Система центрального впрыска Mono Jetronic
Непосредственный впрыск считается одним из самых современных типов транспортировки топлива на бензиновых двигателях. Система непосредственной подачи считается инжекторной схемой для передачи горючего для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыскиванием, у которого форсунки располагаются в головке блока цилиндров, а транспортировка при этом прямая. То есть бензин подается под неким давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной схеме распределенного впрыскивания, где впрыскивание проходит во впускной коллектор.

Представленная идея разработчиков поспособствовала появлению прямой системы впрыскивания горючего, которая стала новым поколением. Как правило, прямой впрыск горючего применяется в самых современных двухконтактных и четырехконтактных двигателях внутреннего сгорания.

Непосредственный впрыск топлива имеет такое основное преимущество как уменьшение затрат топлива, при помощи функционирования мотора на достаточно бедных по составу горючих смесях. До сегодняшнего дня транспортировка горючего не была так распространена, и это обуславливалось такими причинами:

Большее количество времени уделялось на образование топлива;
Общепринятая на сегодня схема транспортировки в впускной трубопровод значительно упрощает устройство самой форсунки;
Значительно упрощается устройство головки блока.

Функционирование схемы как “непосредственный впрыск топлива” основывается на транспортировке топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя. Прежде чем разбираться с принципом работы непосредственной системы подачи горючего необходимо разобраться с её элементами. Устройство прямой схемы подачи горючего включает насос высокого давления (ТНВД), топливную рампу, форсунки, регулятор давления горючего, предохраняющий клапан и датчик высокого давления.

Основной функцией ТНВД является подача горючего к рампе, а после к форсункам под высоки давлением, соответствуя потребностям двигателя. В основе конструкции ТНВД лежит несколько плунжеров. Сам насос высокого давления начинает функционировать при помощи распределительного валика впускных клапанов. Регулятор давления обеспечивает дозированную подачу топлива ТНВД, при соответствии с форсунками. Располагается регулятор в ТНВД. Основной функцией топлива является распределение смеси по форсункам и предотвращение пульсации жидкостей в контуре. Предохраняющий клапан выполняет защитную функцию элементов системы впрыскивания от предельных давлений, которые возникают во время температурного расширения смеси.

ТНВД

Благодаря сигналам, исходящим от датчика высокого давления блок руководства двигателем может регулировать давление рампы.

Основные режимы функционирования непосредственного впрыскивания топлива

Режим обеднённой транспортировки применяется в том случае, когда нагрузка на двигатель находится на минимальном уровне, во время движения на снижающей или постоянной скорости. Стандартное или стехиометрическое соотношение бензина и воздуха в камере сгорания, которое необходимо для нормального зажигания и сгорания бензина считается таким – 14/7/1. Хотя если обороты двигателя постепенно или быстро снижаются, то его можно абсолютно безвредно поменять для уменьшения количества горючего. То есть в данном режиме доли воздуха могут достигать 65 градусов.

Стандартный режим применяется во время равномерного движения автомобиля с постоянной нагрузкой на двигатель транспортного средства. В представленном режиме горючое смешивается с воздухом в идеальных пропорциях, а это будет способствовать полному его сгоранию. Во время функционирования на форсированном режиме содержания уровень топливной смеси немного превышается. Благодаря этому развивается максимальная мощность, а это довольно целесообразно, например, для перегруженного транспортного средства, который движется в гору.

Принцип работы и устройство

Если раньше принудительная подача топлива осуществлялась только в дизельных агрегатах, то современный бензиновый мотор также оснащается подобной системой. В ее устройство в зависимости от типа будут входить следующие элементы:

Блок управления, который обрабатывает сигналы, поступившие от датчиков. На основании этих данных он дает команду исполнительным устройствам о времени распылении бензина, объеме топлива и количестве воздуха.
Датчики, установленные возле дроссельной заслонки, в районе катализатора, на коленвале, распредвале и т.д. Они определяют количество и температуру входящего воздуха, его количество в выхлопных газах, а также фиксируют разные параметры работы силового агрегата. Сигналы от этих элементов помогает блоку управления регулировать впрыск топлива и подачу воздуха в нужный цилиндр.
Форсунки распыляют бензин либо во впускной коллектор, либо непосредственно в камеру цилиндра, как в дизельном агрегате. Эти детали располагаются в головке блока цилиндров возле свечей зажигания или на впускном коллекторе.
Топливный насос высокого давления, создающий необходимый напор в топливной магистрали. В некоторых модификациях топливных систем этот параметр должен быть намного выше компрессии цилиндров.

Работа системы происходит по принципу, схожему в карбюраторном аналоге – в момент, когда во впускной коллектор поступает поток воздуха, форсунка (в большинстве случаев их количество идентично числу цилиндров в блоке). Первые разработки имели механический тип. В них вместо карбюратора устанавливалась одна форсунка, которая распыляла бензин во впускной коллектор, благодаря чему порция сгорала более качественно.

Это был единственный элемент, который работал от электроники. Все остальные исполнительные элементы были механическими. Более современные системы работают по схожему принципу, только отличаются они от первоначального аналога количеством исполнительных элементов и места их установки.

Разные виды систем обеспечивают создание более однородной смеси, благодаря чему транспортное средство задействует весь потенциал топлива, а также соответствует более жестким экологическим требованиям. Приятный бонус к работе электронного впрыска – экономичность транспортного средства при эффектной мощности агрегата.

Если в первых разработках был лишь один электронный элемент, а все остальные детали топливной системы имели механический тип, то современные двигатели оснащаются полностью электронными устройствами. Это позволяет с большей точностью распределять меньшее количество бензина с большей отдачей от его сгорания.

Многим автомобилистам известен такой термин как атмосферный двигатель. В такой модификации топливо поступает во впускной коллектор и цилиндры за счет разрежения, образующегося, когда поршень на такте впуска приближается к мертвой нижней точке. По этому принципу работают все карбюраторные ДВС. Большинство современных инжекторных систем работают по схожему принципу, только распыление осуществляется за счет давления, которое создает топливный насос.

Устройство на дизеле

Система Старт-стоп что это и как работает

Однако некоторые дополнительные элементы здесь все же присутствуют. К примеру, на дизельных двигателях нашел широкое применение так называемый топливный насос высокого давления, или ТНВД. Он получает сигналы от блока управления и отправляет в форсунку мощную струю дизельного топлива, осуществляя тем самым питание мотора. Форсунка выполняется из усиленных сплавов, поскольку в конечном счете нагрузка на нее оказывается колоссальной.

Что это дает? Во-первых, особо прочный сплав системы питания позволяет детали выдерживать значительные перегрузки по температуре. Во-вторых, это гарантирует долговечность топливной системы, поскольку ее ремонт обычно обходится владельцам крайне недешево.

Второе, на что нужно обратить внимание, — здесь применяются так называемые свечи накала, за счет которых работает система впрыска. Принцип их работы заключается в том, чтобы не поджечь подготовленную смесь, а нагреть ее при повышенном давлении при поступлении сигнала от блока управления

Температура нагрева обычно составляет порядка 800 градусов, но в исключительных случаях достигает куда больших, четырехзначных, цифр.

Форсунка

Впрыск воды в ДВС

Топливная форсунка (инжектор) – это клапан с электронным управлением. Подачу топлива к этому клапану обеспечивает топливный насос. Форсунка может открываться/закрываться много раз в секунду.

Когда форсунка находится под напряжением, электромагнит перемещает поршень, открывающий клапан, в результате чего происходит впрыск топлива под давлением через крошечное сопло. Насадка предназначена для распыления топлива. Появляется мелкий туман, который легко сгорает.

Форсунки установлены во впускном коллекторе таким образом, чтобы распылять топливо прямо на впускные клапана. Трубка, которая поставляет топливо к каждой из форсунок под определенным давлением, называется топливной рампой.

Для того чтобы определить оптимальное количество топлива, блок управления двигателя получает сигналы от множества датчиков. Рассмотрим самые важные из них.

Устройство инжекторного двигателя основные датчики

Для выбора оптимального количества топлива в различных условиях эксплуатации ЭБУ двигателя следит за показаниями различных датчиков. Вот лишь несколько основных:

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ). Сообщает блоку управления массу воздуха, поступающего в двигатель.
Датчик (-и) кислорода (лямбда-зонд). Контролирует содержание кислорода в выхлопных газах. С помощью полученной от него информации ЭБУ может выявить богатую или бедную топливную смесь и внести соответствующие коррективы.
Датчик положения дроссельной заслонки. Следит за положением дроссельной заслонки (она влияет на подачу воздуха в двигатель), благодаря чему блок управления может оперативно реагировать на изменения, увеличивая либо сокращая расход топлива по мере необходимости.
Датчик температуры охлаждающей жидкости. Помогает ЭБУ определить, когда двигатель достиг оптимальной рабочей температуры.
Датчик напряжения. Следит за напряжением бортовой сети автомобиля. В зависимости от показаний датчика блок управления может увеличить число оборотов холостого хода двигателя, если напряжение падает (такое бывает при высоких электрических нагрузках).
Коллекторный датчик абсолютного давления. Анализирует давление воздуха во впускном коллекторе. Количество воздуха, поступающего в двигатель, является хорошим показателем того, сколько энергии он вырабатывает. Чем больше воздуха поступает в двигатель, тем ниже давление в коллекторе. Этот показатель используется для определения количества производимой энергии.
Датчик скорости вращения коленчатого вала. Скорость вращения коленвала – один из факторов, влияющих на расчет требуемой длительности импульса.

Существует два основных типа управления многоточечными системами впрыска: топливные форсунки могут открываться одновременно или каждая из них может открываться только перед открытием впускного клапана соответствующего цилиндра (это называется последовательный многоточечный впрыск топлива).

Преимущество последовательного впрыска топлива заключается в том, что система может реагировать на любые действия водителя быстрее, поскольку с момента выполнения действия она ждет лишь очередного открытия впускного клапана. Системе не нужно ждать полного вращения двигателя. Разобраться в работе инжектора мы смогли, но кто всем этим «руководит»?

Особенность системы, ее составные части

Если в целом посмотреть на устройство Common Rail, то можно обнаружить очень сильное сходство с инжекторными бензиновыми системами питания, особенно непосредственного впрыска. По сути, конструкторы просто позаимствовали все положительные качества, которыми обладает инжектор, и перенесли их на дизельную установку, но с учетом особенностей работы этого типа мотора.

Отличие дизельного двигателя от бензинового

Особенность этой системы, по отношению к классической механической, заключена в предварительном аккумулировании давления топлива перед подачей его в цилиндры. Отсюда и название – аккумуляторная топливная система.

Как и ранее на дизельных моторах, система питания делится на два контура – низкого и высокого давления. Дополнительно в конструкцию Common Rail добавили электронную часть, осуществляющей контроль и управление исполнительной частью.

Контур низкого давления

Эта составляющая конструктивно практически не изменилась. В его состав входят:

бак,
фильтрующие элементы (грубой и тонкой очистки);
насос подкачки топлива;
топливные трубопроводы.

Контур низкого давления

Дополнительно в этот контур включены еще некоторые детали – охладитель и подогреватель топлива, а также отсекатель. Об этих составных частях – ниже.

Контур высокого давления

А вот этот контур конструктивно значительно изменился, поскольку в него добавились новые составные элементы. Устройство этой части включает в себя:

ТНВД;
магистраль высокого давления;
центральный магистральный трубопровод (рампа);
форсунки;
датчик и клапан регулировки давления.

Контур высокого давления

Суть этой конструкции заключена в том, что насос высокого давления качает топливо не к каждой форсунке по отдельности, как это было в механической системе, а закачивает его в магистральный трубопровод (рампу). А уже из нее оно подается на форсунки.

Использование в конструкции рампы позволяет поддерживать давление дизтоплива перед подачей в требуемом значении, при этом обороты мотора не оказывают на него никакого влияния. Это свою очередь оказывает положительное влияние на процесс подачи топлива при разных режимах функционирования мотора.

Основными рабочими элементами в этом контуре, как и раннее, являются ТНВД и форсунки.

Насос имеет механический привод, а количество плунжерных пар, создающих давление, может варьироваться от 1 до 3. Примечательно, что в таком насосе, поскольку нет надобности качать для каждой форсунки, на некоторых режимах плунжерные пары могут отключаться.

А вот форсунки конструктивно изменились. В Common Rail применяются электрогидравлические форсунки, оснащенные электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами управления. Применение их позволило обеспечить многократный впрыск, повышающий эффективность работы силовой установки.

Электронная составляющая

Что касается электронной части, то она практически полностью идентична используемой на инжекторных моторах. То есть, состоит она из электронного блока управления и ряда датчиков:

давления в магистральном трубопроводе;
скорости вращения коленвала;
положения акселератора (педали газа);
расхода воздуха;
лямбда-зонда;
температуры дизтоплива и воздуха.

На некоторых моторах применяется еще ряд других датчиков. Назначение электронной части идентично бензиновому мотору. Датчики передают информацию о работе систем и механизмов силовой установки и ряд других параметров. Поступающие данные блок сравнивает с табличными, занесенными в память, и на основе этого подает импульс на срабатывание форсунок.

Системы питания непосредственного действия

Системы питания непосредственного действия получили широкое распространение на дизелях различного назначения. Основными элементами этой системы являются насос высокого давления, форсунка, фильтры грубой и тонкой очистки, привод плунжера высокого давления. По способу привода плунжера эти системы разделяют на системы с механическим, газовым, пружинным и пневмогидравлическим приводами.

Рис. Типы систем питания дизелей

Принципиальная схема системы питания дизеля с механическим приводом плунжера насоса высокого давления показана на рисунке. Топливо поступает в систему из бака 1 через фильтр 2 грубой очистки при помощи подкачивающего насоса 3 и подается через фильтры 5 тонкой очистки в приемную полость насоса 6 высокого давления. Перепускные клапаны 4 и 11 поддерживают в системе определенное давление, отводя излишки топлива по сливным топливопроводам 12 в бак. Давление в подводящей линии контролируют манометром 10. Насос высокого давления, состоящий из отдельных секций, число которых равно числу цилиндров, отмеривает в соответствии с режимом работы дизеля определенную порцию топлива, сжимает ее и подает по нагнетательному топливопроводу через фильтр 7 высокого давления и форсунку 8 в камеру сгорания 1 в заданную фазу рабочего процесса двигателя. Просочившееся через зазоры в насосе и форсунках топливо отводится по сливным топливопроводам 12 в расходный бак. Нередко топливо используют и для охлаждения форсунки, находящейся в тяжелых температурных условиях. В этом случае предусматривают дополнительные трубопроводы для подвода и отвода охлаждающего топлива к форсунке.

Рис. Схема питания дизеля с механическим приводом плунжера насоса высокого давления: 1 — топливный бак; 2 — фильтр грубой очистки; 3 — подкачивающий насос; 4, 11 — перепускные клапаны; 5 — фильтры тонкой очистки, 6 — насос высокого давления; 7 — фильтр высокого давления; 8 — форсунка; 9 — фильтр перепускного топливопровода; 10 — манометр, 12 — сливные топливопроводы

В процессе эксплуатации систем питания возможно проникание воздуха в топливопровод низкого давления через неплотности соединений, а также образование паров три разрывах сплошности течения. Крайне нежелательно появление в трубопроводах таких паров, так как они нарушают правильную работу системы. Для устранения этого вредного явления в местах возможного скопления газов для их выпуска устанавливают игольчатые клапаны, предусматривают постоянную циркуляцию топлива в системе, в результате которой газы увлекаются топливом и отводятся в бак, откуда их можно удалять.

В топливных системах с газовым приводом на плунжер насоса высокого давления через дополнительный поршень действуют газы цилиндра дизеля. Использование газов позволяет значительно упростить конструкцию привода. С этой точки зрения применение топливных систем с газовым приводом перспективно для мощных судовых дизелей. Кроме того, в судовых дизелях с такой системой питания не требуется установка специальных устройств реверса.

В насосе высокого давления с газовым приводом всасывающий ход плунжера 2 осуществляется три помощи пружины 4. Когда верхняя кромка В плунжера откроет наполнительное окно 3, топливо поступает в надплунжерное пространство Н гильзы. Газовый поршень 6 при этом (вытесняет воздух через дросселирующую иглу 9 и канал 10 в цилиндр двигателя. В момент подачи топлива газы из цилиндра через клапан 11 и иглу 9 поступают под поршень, воздействуют на него, заставляя перемещаться вверх. Плунжер насоса после перекрытия окна 3 сжимает топливо и через нагнетательный клапан 1 подает его в систему для впрыска через форсунку. Регулирование подачи осуществляется поворотом плунжера 2 при помощи устройства 5, которое позволяет изменять положение регулирующей кромки Р плунжера относительно окна 3. Газовый поршень уплотняют компрессионными кольцами 7, а температурное его состояние поддерживают путем циркуляции воды через водяную рубашку 8. Для нормальной работы газового поршня предусматривают ограничители перемещений демпфера колебаний с обеих сторон.

Рис. Схема насоса высокого давления с газовым приводом плунжера: 1 — нагнетательный клапан, 2 — плунжер, 3 — окно, 4 — пружина, 5 — поворотное устройство, 6 — газовый поршень, 7 — компрессионные кольца, 8 — водяная рубашка, 9 — игла, 10 — канал подвода газа; 11 — газовый клапан, В — верхняя кромка; Н — надплунжерное пространство, Р — регулирующая кромка

Рис. Схема впрыскивающего насоса с пружинным приводом плунжера: 1 — нагнетательный клапан; 2 — плунжер, 3 — пружина плунжера; 4 — толкатель; 5 — кулачок, 6 — рычаг толкателя; 7 — пружина, 8 — борт регулирования пружины; 9 — ось рычага; 10 — демпфирующий поршень, 11 — упор рычага; 12 — шток, 13 — нижний клин; 14 — верхний клин; 15 — винт; 16 — всасывающий клапан.

В топливных системах с пружинным приводом плунжера насоса высокого давления топливный кулачок действует не на плунжер, а на специальный подпружиненный рычаг. При набегании выступающей части кулачка 5 на рычаг 6 толкателя, связанного осью 9 с толкателем 4, происходит сжатие пружины 7 и аккумулирование в ней энергии. Плунжер 2 при этом под действием пружины 3 плунжера передвигается вниз, и через всасывающий клапан 16 топливо поступает в гильзу насоса. После сбегания (выступающей части кулачка с рычага сжатия пружина перемещает толкатель 4, а вместе с ним и плунжер 2 вверх. При этом топливо через нагнетательный клапан 1 поступает в топливопровод и через, форсунку в камеру сгорания. Подача происходит до тех пор, пока толкатель 4 не упрется своим выступом в направляющую. Предварительное натяжение пружины 7 регулируют болтом 8.

Рекомендуем: По каким критериям выбирать дворники?

Цикловую подачу изменяют при помощи нижнего клина 13, соединенного с регулятором. При перемещении клина вправо шток 12 сдвигается вниз. Поэтому перемещается вниз и упор 11 рычага 6 толкателя, а правый конец рычага поднимается. Выступающая часть кулачка раньше коснется правого конца рычага, поэтому раньше начнется всасывание и увеличится полезный ход плунжера. При перемещении нижнего клина 13 влево демпфирующий поршень 10 передвинет упор 11 рычага 6 толкателя вверх, кулачок позже коснется рычага 6 толкателя, полезный ход плунжера уменьшится, что приведет к снижению цикловой подачи.

Рис. Схема впрыскивающего насоса с пневмогидравлическим приводом плунжера: А — приемная полость, Б — сливная полость; 1 — нагнетательный клапан; 2 — плунжер; 3 — пружина плунжера; 4 — толкатель; 5 — полость амортизатора; 6 — цилиндр золотника; 7 — пружина золотника; 8 — правая щель; 9 — упор; 10 — камера; 11 — полость для рабочей жидкости; 12 — мембрана; 13 — левая щель; 14 — кулачок; 15 — канал подвода топлива; 16 — центральная щель; 17 — дросселирующие отверстия

Равномерность распределения топлива по отдельным цилиндрам регулируют верхним клином 14 при помощи винта 15.

В топливных системах с пневмогидравлическим приводом плунжера топливо служит одновременно и рабочей жидкостью сервопривода. Шестеренный насос по каналу 15 подает топливо под давлением 7 МПа в объем А цилиндра 6 золотника. При соответствующем положении золотника, управляемого кулачком 14, топливо поступает через щели 13 и 16 в полость 11. Для стабилизации давления на топливо, находящееся в этой полости, через мембрану 12, нагруженную пружиной, действует воздух камеры 10. Движение мембраны вверх ограничивается упором 9. Под действием давления топлива толкатель 4 перемещается вверх, увлекая за собой плунжер 2, и после перекрытия всасывающего окна топливо через нагнетательный клапан 1 поступает в топливопровод и форсунку. Гидравлический амортизатор, имеющий полость 5, ограничивает верхнее передвижение толкателя и предотвращает возможные его удары об упоры при резком уменьшении усилия плунжера в момент отсечки. После прекращения подачи плунжер золотника под действием пружины 7 и при повороте кулачка перемещается влево, соединяя через дросселирующие отверстия 17 и щель 8 объем под толкателем со сливной полостью Б. Под действием пружины 3 плунжер насоса совершает всасывающий ход и одновременно передвигает вниз толкатель. Наличие дросселирующих отверстий 17 предотвращает резкие передвижения плунжера, отрицательно влияющие на работу всей системы. Резкий подъем плунжера сопровождается неблагоприятным изменением количества впрыскиваемого топлива, а резкая его посадка может вызвать разрыв сплошности течения в полости всасывания и ухудшить наполнение надплунжерной полости.

Использование пневмогидравлического привода позволяет избавиться от громоздкого кулачкового валика, устранить влияние упругих деформаций на параметры впрыска, расширить диапазон устойчивых скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля в результате стабилизации параметров рабочего процесса системы. Однако конструкция пневмогидравлического привода усложнена в результате установки специального механизма с автономным питанием, что препятствует пока широкому его внедрению.

Все рассмотренные системы с непосредственным впрыском топлива могут быть разделены на две группы по способу соединения насоса и форсунки. В первую группу входят системы, у которых насос и форсунка соединены нагнетательным трубопроводом высокого давления, а вто вторую — системы с объединенными насосом и форсункой в одном агрегате, называемом насосом-форсункой. В системах с насосами-форсунками полностью отсутствует нагнетательный топливопровод, поэтому исключается опасность возникновения нежелательных дополнительных впрысков и влияние упругих колебаний топлива в системе высокого давления на протекание впрыска. Кроме того, значительно уменьшается объем топлива, находящегося между насосом и форсункой, и поэтому меньше искажается характеристика впрыска, заданная профилем кулачка, увеличивается среднее давление подачи топлива и уменьшается угол запаздывания впрыска. Следовательно, топливная система принимает более компактный вид.

К недостаткам систем с насосами-форсунками следует отнести:

сложность и трудоемкость конструкции;
сложность привода насоса-форсунки, расположенного на цилиндровой крышке;
трудность обеспечения надлежащей жесткости деталей этого привода (штанги, коромысла и др.);
трудность размещения насоса-форсунки в цилиндровой крышке;
неудобство проведения текущих осмотров, так как требуется одновременно разбирать не только форсунку, но и насос;
трудности эксплуатации, состоящие в том, что при каждом демонтаже насоса-форсунки приходится предварительно снимать рычаги ее привода и клапанов цилиндра.

Насосы-форсунки применяют в основном для быстроходных дизелей.

Виды систем впрыска на бензиновых ДВС

На бензиновых двигателях используются следующие системы подачи топлива – центральный впрыск (моно впрыск), распределенный впрыск (многоточечный), комбинированный впрыск и непосредственный впрыск.

Центральный впрыск

Подача топлива в системе центрального впрыска происходит за счет топливной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Поскольку форсунка всего одна, то эту систему впрыска называют еще – моновпрыск.

Системы этого вида на сегодняшний день утратили свою актуальность, поэтому в новых моделях автомобилей они не предусмотрены, впрочем, в некоторых старых моделях некоторых автомобильных марок их можно встретить.

К преимуществам моно впрыска можно отнести надежность и простоту использования. Недостатками подобной системы являются низкий уровень экологичности двигателя и высокий расход топлива.

Распределенный впрыск

Система многоточечного впрыска предусматривает подачу горючего отдельно на каждый цилиндр, оснащенный собственной топливной форсункой. При этом ТВС образуется только во впускном коллекторе.

В настоящее время большинство бензиновых двигателей оснащено системой распределенной подачи топлива. Преимуществами подобной системы являются высокая экологичность, оптимальный расход топлива, умеренные требования к качеству потребляемого топлива.

Непосредственный впрыск

Одна из наиболее совершенных и прогрессивных систем впрыска. Принцип работы подобной системы заключается в прямой подаче (впрыске) топлива в камеру сгорания цилиндров.

Система непосредственной подачи топлива позволяет получать качественный состав ТВС на всех этапах работы ДВС с целью улучшения процесса сгорания горючей смеси, увеличения рабочей мощности двигателя, снижения уровня отработанных газов.

К недостаткам данной системы впрыска можно отнести сложную конструкцию и высокие требования к качеству топлива.

Комбинированный впрыск

Система данного типа объединила в себе две системы – непосредственный и распределенный впрыск. Зачастую она применяется для уменьшения выбросов токсичных элементов и отработанных газов, благодаря чему достигается высокие показатели экологичности двигателя.

Все системы подачи топлива, пнименяемые на бензиновых ДВС могут быть оснащены механическими или электронными устройствами управления, из которых последняя наиболее совершенна, поскольку обеспечивает наилучшие показатели экономичности и экологичности двигателя.

Подача топлива в подобных системах может осуществляться непрерывно или дискретно (импульсно). По мнению специалистов, импульсная подача топлива является наиболее целесообразной и эффективной и на сегодняшний день применяется во всех современных двигателях.

Рециркуляция выхлопных газов (EGR)

У двигателей с EGR выпускаемый воздух может смешиваться с поступающим воздухом при работе в режиме частичной нагрузки для уменьшения выбросов NOx. Эта мера уменьшает концентрацию кислорода в выхлопе и к тому же выхлопные газы обладают большей теплоемкостью, чем воздух. Оба этих фактора уменьшают температуру сгорания (и вместе с ней образование NOx). Увеличение скорости EGR (2) уменьшает расход свежего воздуха для двигателя и, таким образом, количество избыточного воздуха (3 — коэффициент избытка воздуха). Следовательно, выбросы (1 — концентрация выбросов) углеводородов и сажи (4) в выхлопных газах возрастают, если поступающий воздух содержит избыточную долю выхлопных газов.

Попытки существенно снизить выбросы NOx с помощью рециркуляции выхлопных газов также требуют точной регулировки количества впрыскиваемого топлива (5) для требуемого количества воздуха при работе в области частичных нагрузок. Другими словами, количество рециркулирующих выхлопных газов должно быть ограничено так, чтобы для сгорания впрыснутого топлива в камере сгорания имелось достаточное количество кислорода.

Рис. Рециркуляция выхлопных газов

Устройство и принцип работы на примере электронной системы распределенного впрыска

Устройство системы 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 коленвала 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 перечесленного, 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.

Исполнительные механизмы

Когда электронный блок управления получил данные от всех датчиков (их количество прошивается в программный код устройства), он посылает соответствующую команду на исполнительные механизмы системы. В зависимости от модификации системы эти устройства могут иметь свою конструкцию.

К таким механизмам относятся:

Распылители (или форсунки). В основном они оснащены электромагнитным клапаном, который контролируется алгоритмом ЭБУ;
Топливный насос. В некоторых моделях автомобилей их два. Один подает топливо из бака к ТНВД, который небольшими порциями закачивает бензин в рампу. Благодаря этому в магистрали высокого давления создается достаточный напор. Такие модификации насосов нужны только в системах непосредственного впрыска, так как в некоторых моделях форсунка должна распылить топливо в сжатом воздухе;
Электронный модуль системы зажигания – получает сигнал на образование искры в подходящий момент. Этот элемент в последних модификациях бортовых систем является частью блока управления (его низковольтная часть, а высоковольтная – это двухконтурная катушка зажигания, которая создает заряд для конкретной свечи, а в более дорогих вариантах на каждой свече устанавливается индивидуальная катушка).
Регулятор холостых оборотов. Он представлен в виде шагового двигателя, который регулирует количество воздушного канала в области дроссельной заслонки. Этот механизм необходим для поддержания холостых оборотов мотора, когда дроссель закрыт (водитель не нажимает педаль газа). Это облегчает процесс прогрева остывшего мотора – не нужно сидеть в холодном салоне зимой и подгазовывать, чтобы мотор не заглох;
Для регулировки температурного режима (этот параметр также влияет на подачу бензина в цилиндры) блок управления периодически задействует вентилятор охлаждения, установленный возле основного радиатора. Последние поколения моделей BMW для поддержания температуры в процессе движения в холодную погоду и ускоренного прогрева мотора оснащаются радиаторной решеткой с регулируемыми ребрами

(чтобы ДВС не переохлаждался, вертикальные ребра поворачиваются, перекрывая доступ холодного потока воздуха в моторный отсек). Эти элементы также управляются микропроцессором на основании данных от датчика температуры охлаждающей жидкости.

Электронный блок управления также фиксирует, сколько автомобиль израсходовал топлива. Эта информация позволяет программе регулировать режимы двигателя так, чтобы он выдавал максимальную мощность для конкретной ситуации, но при этом задействовал минимальное количество бензина. Хотя большинство автомобилистов расценивают это как беспокойство об их кошельках, на самом деле от некачественного сгорания топлива повышается уровень загрязнения выхлопа. Все производители в первую очередь опираются именно на этот показатель.

Для определения расхода топлива микропроцессор высчитывает количество открытия распылителей. Конечно, этот показатель относительный, так как электроника не может идеально подсчитать, какое количество топлива прошло через раструбы форсунок за те доли секунды, пока они были открыты.

Дополнительно современные автомобили оснащаются адсорбером. Это устройство устанавливается на замкнутую систему циркуляции паров бензина топливного бака. Всем известно, что бензину свойственно испаряться. Чтобы пары бензина не попадали в атмосферу, адсорбер пропускает через себя эти газы, отфильтровывает их и посылает на дожиг в цилиндры.

Бензиновые ДВС

Впрыск топлива в двигателях, работающих на бензине, может быть реализован через карбюратор или инжектор. Последняя система является самой современной и позволяет производить впрыск под высоким давлением. Карбюратор присутствует по большей части в старых авто, выпущенных в прошлом столетии, тем не менее, карбюраторы еще не полностью вытеснены с рынка и встречаются на машинах разного возраста и состояния.

Карбюратор в двигателе, согласно схеме, имеет в себе систему жиклеров. Жиклеры в карбюраторе служат для того, чтобы бензин, находящийся под давлением, дозированно поступал в смесительную камеру и питал ее. Там находится прошедший фильтрацию воздух, и, смешиваясь в карбюраторе в нужной пропорции, смесь поступает в элементы двигателя и осуществляет его питание.

Преимуществом такого прибора, как карбюратор, является его примитивность как системы питания и доступность самостоятельного ремонта. Другим преимуществом является и то, что срок службы, который имеет такая система впрыска, как карбюратор, высок, и устройство обладает большим ресурсом и потенциалом.

К сожалению, не обошлось и без недостатков. Одним из ощутимых минусов является затрудненный запуск в зимнее время года и необходимость постоянной настройки, что создает владельцу дополнительные трудности.

Системы непосредственного впрыска двигателя, оборудованные схемой блока управления и автоматики контроля давления, в настоящий момент устанавливаются практически на все ныне выпускающиеся автомобили, за небольшим исключением. Особенностью их работы является то, что смешивание топлива и воздуха происходит не в специально предназначенном для этого устройстве, а непосредственно в распылителе, который производит впрыск под давлением по команде блока управления.

Здесь присутствует блок управления, который изменяет в автоматическом режиме количество воздуха, поступающее в систему, и его давление. В блоке управления присутствует специальная плата, которая обладает примитивным интеллектом и осуществляет достаточно эффективную и слаженную работу автоматики, контролирующей давление и температуру двигателя.

Блок управления питанием на старых автомобилях имеет несколько примитивный принцип работы. Тем не менее это не отменяет того факта, что является более удачной системой, чем его предшественники, в которых не было блока управления и системы автоматического контроля давления.

Электронный блок управления

Ни одна система принудительной подачи бензина не работает без электронного блока управления. Это микропроцессор, в который прошивается программа. ПО разрабатывается автопроизводителем для конкретной модели авто. Микрокомпьютер настраивается на определенное количество датчиков, а также на конкретный алгоритм работы на случай, когда какой-то датчик выйдет из строя.

Сам микропроцессор состоит из двух элементов. В первом хранится основная прошивка – настройка производителя или ПО, которое устанавливается мастером при чип-тюнинге (о том, зачем он нужен, рассказано в другой статье).

Вторая часть ЭБУ – блок калибровок. Это аварийная схема, которая настраивается производителем мотора на случай, когда устройство не зафиксирует сигнал от определенного датчика. Данный элемент программируется на большое количество переменных, которые активируются при совпадении конкретных условий.

Учитывая сложность связи между блоком управления, его настроек и датчиками, следует быть внимательным к сигналам, которые появляются на панели приборов. В бюджетных автомобилях при возникновении неполадок просто загорается значок мотора. Чтобы выявить неисправность в системе впрыска, нужно будет подключить компьютер к сервисному разъему ЭБУ и провести диагностику.

Для облегчения этой процедуры в более дорогих автомобилях устанавливается бортовой компьютер, который самостоятельно проводит диагностику и выдает конкретный код ошибки. Расшифровку таких сервисных сообщений можно найти в сервисной книжке транспорта или на официальном сайте производителя.

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 электронный блок управления.

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

Центральная;
Распределенная;
Непосредственная.

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.

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.

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.

Краткая история появления

Изначально все бензиновые двигатели оснащались исключительно карбюраторами, потому что долгое время это был единственный механизм, с помощью которого топливо смешивалось с воздухом и всасывалось в цилиндры. Работа этого устройства заключается в том, что небольшая порция бензина всасывается в поток воздуха, проходящего через камеру механизма во впускной коллектор.

На протяжении более 100 лет устройство дорабатывалось, благодаря чему некоторые модели способны подстраиваться под разные режимы работы мотора. Конечно, электроника справляется с этой работой намного лучше, но на те времена это был единственный механизм, доработка которого позволяла сделать машину либо экономичной, либо быстрой. Некоторые модели спорткаров даже оснащались отдельными карбюраторами, что в разы повышало мощность машины.

В середине 90-х годов прошлого столетия эта разработка постепенно была заменена на более эффективный вид топливных систем, который работал уже не за счет параметров жиклеров (о том, что это такое и как их размеры влияют на работу мотора, читайте в отдельной статье) и объема камер карбюратора, а на основании сигналов от ЭБУ.

Причин такой замены несколько:

Карбюраторный тип систем менее экономичен, чем электронный аналог, а значит, он имеет низкую топливную эффективность;
Эффективность карбюратора проявляется не на всех режимах работы мотора. Это обусловлено физическими параметрами его деталей, которые можно изменить только при помощи установки других подходящих элементов. В процессе смены режимов работы ДВС, пока машина продолжает движение это невозможно сделать;
Работа карбюратора зависит от места его установки на двигателе;
Так как топливо в карбюраторе хуже смешивается, чем во время распыления форсункой, в выхлопную систему попадает больше несгоревшего бензина, что повышает уровень загрязнения окружающей среды.

Система впрыска топлива впервые начала применяться на серийных автомобилях еще в начале 80-х годов ХХ века. Однако на авиации инжекторы начали устанавливаться на 50 лет раньше. Первый автомобиль, который был оснащен механической системой непосредственного впрыска от немецкой фирмы Bosch, был Goliath 700 Sport (1951-й год).

Известная модель под названием «Крыло чайки» (Mercedes-Benz 300SL) оснащалась аналогичной модификацией ТС.

В конце 50-х – начале 60-х гг. разрабатывались системы, которые работали бы от микропроцессора, а не за счет сложных механических устройств. Однако эти разработки долгое время оставались недоступными, пока не появилась возможность приобретать дешевые микропроцессоры.

Массовое внедрение электронных систем было обусловлено ужесточением экологических норм и большей доступности микропроцессоров. Первая серийная модель, получившая электронный впрыск, была Nash Rambler Rebel 1967-го года выпуска. Для сравнения карбюраторный 5.4-литровый мотор развивал 255 лошадиных сил, а новая модель с системой electrojector и идентичным объемом уже обладал 290 л.с.

Благодаря большей экономичности и увеличенной эффективности разные модификации инжекторных систем постепенно вытеснили карбюраторы (хотя на малых механизированных средствах такие устройства еще активно используются благодаря их дешевизне).

На сегодняшний день большинство легковых автомобилей оснащаются электронным впрыском от Bosch. Разработка называется jetronic. В зависимости от модификации системы ее название будет дополняться соответствующими приставками: Mono, K/KE (механическая/электронная система дозирования), L/LH (распределенный впрыск с управлением на каждый цилиндр) и т.д. Похожую систему разработала еще одна немецкая компания – Opel, и она называется Multec.