Для обеспечения максимально полного сгорания бензина в цилиндрах автомобильного двигателя надо очень точно дозировать воздух и топливо, а также тщательно перемешать их между собой. Простейшими способами добиться этого достаточно сложно, поэтому на смену карбюраторам распылительного типа пришли системы впрыска топлива под давлением или инжекторы.
Что такое инжектор простыми словами
Подать топливо в цилиндр можно двумя способами:
- Втянуть его при помощи разрежения, возникающего во время такта всасывания четырёхтактного двигателя, одновременно распыляя в проносящемся мимо сопла диффузора потоке воздуха;
- Впрыснуть под внешним давлением, создаваемым отдельным насосом, через распылитель топливной форсунки.
По первому принципу действуют все карбюраторы, а второй является основой инжекторных систем впрыска.
История появления
Первые системы впрыска появились ещё в позапрошлом веке примерно одновременно с карбюраторами. Тогда же они были и запатентованы. Инженеры сразу сообразили, что если измерить массу поступающего воздуха, то можно с высокой точностью дозировать количество бензина, впрыскивая его под давлением. Но развитие техники тогда не позволило широко внедрять узлы этого направления в серийные автомобили.
Это интересно: Как работает адаптивная регулируемая подвеска в автомобиле
Карбюраторы были несравненно проще и надёжней, а главное – дешевле. Прочие же их недостатки были не очень важны, поэтому все двигатели комплектовались исключительно карбюраторами.
Первыми с принципиальными недостатками карбюраторов столкнулись конструкторы авиационной техники. Самолёты испытывали перегрузки во всех направлениях, топливо поступало нерегулярно, моторы работали с перебоями. Поэтому на истребителях уже к началу второй мировой войны системы впрыска начали постепенно вытеснять карбюраторы.
Топливные инжекторы одинаково стабильно работали при любой пространственной ориентации самолёта и при любых перегрузках. Развитие это прекратилось только с окончанием применения поршневых двигателей в авиации и переходом на реактивную тягу.
Примерно тогда же на достоинства впрыска обратили внимание и конструкторы гоночных автомобилей. Здесь задачей было максимальное увеличение мощности моторов, с чем инжекторы справлялись куда лучше.
Как часто бывает в развитии автомобильной техники, новые топливные системы стали постепенно переходить и на гражданские серийные автомобили.
Сразу после войны разработкой инжекторов занялись многие специализированные фирмы, их труды были выкуплены и развиты крупными предприятиями, в результате чего сформировались основные типы и принципы работы приборов впрыска.
Лучшими изделиями стали узлы и агрегаты фирмы Bosch. Сначала чисто механические K-Jetronic, а потом и с внедрением электронных компонентов KE-Jetronic. Именно электроника позволила полностью решить все задачи и сформировать облик современной системы впрыска бензина.
Виды инжекторов
Некоторая путаница в терминологии привела к тому, что понятие инжектора может применяться, как к системе впрыска в целом, так и к одиночной форсунке, в английском языке называемой injector.
В отечественной терминологии почти повсеместно слово «инжектор» означает всю систему впрыска, отличая её по принципу работы от карбюратора.
Различается несколько типов систем впрыска, как по расположению форсунок во впускном тракте, так и по способу организации:
- Одноточечный впрыск в ресивер впуска, внешне очень похоже на карбюратор, но топливо поступает под давлением через управляемую форсунку;
- Многоточечный впрыск во впускной коллектор максимально близко к впускному клапану каждого из цилиндров;
- Непосредственный впрыск в камеру сгорания;
- Механическое управление дозированием, когда количество топлива определяется положением расположенной в воздушном потоке пластины регулятора;
- Электромеханический, часть функций регулирования передано от гидравлики к электронике;
- Электронный впрыск, дозирование определяется вычисленным микрокомпьютером временем открытия клапанов форсунок.
На завершающем этапе развития устройство управления впрыском было интегрировано с системой зажигания, образовав функционально законченный модуль управления двигателем на основе зашитой в памяти устройства математической модели.
Устройство
Современный инжектор содержит несколько подсистем:
- Топливный насос, забирающий бензин из бака и подающий его на вход рампы форсунок под строго определённым давлением;
- Бензиновые форсунки, состоящие из электромагнитных клапанов и распылителей;
- Электронный блок (система) управления двигателем ЭСУД;
- Набор датчиков, подающих в ЭСУД информацию о режиме работы двигателя, давлении, температуре и расходе воздуха, фазе, в которой в каждый момент находятся детали мотора, положении педали акселератора и многих других параметрах;
- Системы снижения токсичности, включающей каталитический нейтрализатор отработанных газов, кислородные датчики, клапан подачи части выхлопа снова в цилиндры (рециркуляция или EGR);
- Управление моментом подачи искры зажигания с датчиком детонации.
Все узлы расположены на двигателе и вокруг него, за исключением топливного насоса, который обычно погружён в бензин внутри бака.
Принцип работы инжектора
Топливо из бака подаётся насосом к форсункам под давлением, которое обеспечивает регулятор. Различаются два случая, когда регулятор стоит на рампе форсунок, сливая излишки бензина в обратную магистраль или более современное устройство, объединяющее насос с регулятором в единый модуль, тогда надобность в обратке отпадает.
Рампа объединяет между собой входы всех форсунок, выходы которых направлены сквозь стенки впускного коллектора прямо на впускной клапан. При подаче электрического сигнала на форсунку она открывается, и топливо распыляется под давлением в коллектор в течение дозированного промежутка времени открытия.
Именно это время определяет цикловой расход цилиндра, то есть количества бензина, расходуемого за четыре такта. Моменты впрыска могут быть разными по цилиндрам, тогда говорят о фазированном впрыске.
Цикловой расход вычисляется ЭСУД на основании данных о массе поступившего воздуха, степени открытия дроссельной заслонки и скорости вращения вала двигателя.
Читайте также: BAS — что это за система помощи при торможении автомобиля
Вносятся также дополнительные корректировки этого времени по анализу данных обратной связи с датчиков кислорода в выхлопной трубе и ряда других обстоятельств. Алгоритм вычисления достаточно сложен и непрерывно совершенствуется.
В основном в целях экологичности выхлопа, что в настоящий момент стало более важным, чем мощность и даже экономичность.
Достоинства и недостатки
Системы впрыска в настоящее время полностью вытеснили карбюраторы, поэтому недостатков у них практически не осталось. Скорее спор идёт между направлениями непосредственного впрыска в цилиндр и многоточечного во впускной коллектор.
Достоинства же инжектора неоспоримы и проявляются почти во всём:
- требования по экологии невозможно обеспечить никакой другой системой питания;
- полное сгорание топлива обеспечивает максимальную экономичность, достичь идеала не получается лишь из-за противоречивых требований по экономии и экологии;
- мощность и вид скоростной характеристики, то есть кривой зависимости крутящего момента от оборотов можно задавать в модели двигателя, то есть в программном виде, особенно это касается моторов с турбонаддувом;
- управление мотором может быть полностью автоматизировано, доступны такие ранее необычные функции как отключение части цилиндров, система «старт-стоп», интеграция с противоугонным комплексом.
Некоторая сложность системы внушала опасения на первых этапах её внедрения. Сейчас автомобильный мир настолько привык к инжектору, что опасений он вызывает не больше, чем бытовые гаджеты вроде мобильных телефонов, которые реально даже гораздо сложнее.
Частые поломки
Надёжность элементов впрыска очень высока, особенно у электронных компонентов.
Проблемы могут возникнуть только в узлах, связанных с гидравликой, потреблением воздуха и бензина. Например:
- чаще всего наблюдаются поломки бензонасоса, связанные с его естественным износом, особенно если применяется не очень качественное топливо;
- могут частично или полностью отказать форсунки, на которых откладываются лаки и смолы из проходящего горячего бензина;
- засоряется датчик массового расхода воздуха, значительно реже его аналог – ДАД, то есть датчик абсолютного давления;
- окисляются всевозможные разъёмы и места заделки проводов, что скорее связано с экономией на комплектующих;
- если используется дешёвый контактный датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), то его приходится регулярно менять из-за износа токопроводящей дорожки;
- нередко проблемы возникают из-за подсоса воздуха в обход датчиков, что непосредственно не связано с инжектором, но проявляется так же и требует общей диагностики управления двигателем;
- засоряются каналы дроссельной заслонки и регулятора холостого хода, обычно из-за плохой фильтрации воздуха и общего износа механики двигателя.
К полному отказу двигателя может привести только поломка насоса и обрыв датчика положения коленчатого вала. Все остальные проблемы парируются программой и мотор продолжает работать, хотя и с ухудшением характеристик, что сопровождается высвечиванием индикатора самодиагностики – лампочки «Check engine».
Чуть менее надёжна и вынослива система непосредственного впрыска, к тому же её компоненты гораздо дороже. Но дальнейший рост экономичности и экологичности ДВС возможен только в этом направлении.
