Устройство и принцип работы инжекторного двигателя, схемы, изображения

Системы впрыска топлива бензиновых двигателей


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.

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Рис. Схема системы питания топливом бензинового двигателя с многоточечным впрыском: 1 — топливная рампа; 2 — форсунки; 3 — регулятор давления; 4 — впускной патрубок двигателя; 5 — фильтр; 6 — замок зажигания; 7 — топливный насос; 8 — топливный бак

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

  • угол поворота дроссельной заслонки
  • степень разрежения во впускном коллекторе
  • частота вращения коленчатого вала
  • температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
  • концентрация кислорода в отработавших газах
  • атмосферное давление
  • напряжение аккумуляторной батареи
  • и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

  • топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
  • появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
  • достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
  • обеспечивается лучшая приемистость двигателя
  • в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Рекомендуем: Что такое фаркоп — назначение, виды, электрика, производство

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.

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.

Виды и типы систем впрыска топлива

Все современные системы электронного принудительного впрыска делятся на три основные категории:

  • Наддроссельное распыление (или центральный впрыск);
  • Коллекторное распыление (или распределенное);
  • Непосредственное распыление (распылитель устанавливается в головке блока цилиндров, топливо смешивается с воздухом непосредственно в цилиндре).

Схема работы всех этих видов впрысков практически идентична. Она осуществляет подачу топлива в полость за счет преизбыточного давления в магистрали топливной системе. Это может быть либо отдельный резервуар, расположенный между впускным коллектором и насосом, либо сама магистраль высокого давления.

Центральный впрыск (моновпрыск)

Моновпрыск был самой первой разработкой электронных систем. Она идентична карбюраторному аналогу. Единственное отличие заключается в том, что вместо механического устройства во впускной коллектор устанавливается форсунка.

Бензин поступает сразу в коллектор, где смешивается с поступающим воздухом и попадает в соответствующий рукав, в котором создается разрежение. Такая новинка заметно повысила эффективность стандартных моторов за счет того, что систему можно подстраивать под режимы работы мотора.

Системы впрыска топлива двигателей

Основное достоинство моновпрыска заключается в простоте системы. Ее можно установить на любой двигатель вместо карбюратора. Электронный блок управления будет управлять всего одной форсункой, поэтому не нужна сложная прошивка микропроцессора.

В такой системе будут присутствовать следующие элементы:

  • Чтобы в магистрали поддерживался постоянный напор бензина, она обязательно оснащается регулятором давления (как он работает и где устанавливается, описывается здесь). Когда двигатель выключается, этот элемент позволяет сохранить давление в магистрали, что облегчает работу насоса при повторном запуске агрегата.
  • Распылитель, который работает от сигналов, поступающих от ЭБУ. Форсунка имеет электромагнитный клапан. Она обеспечивает импульсное распыление бензина. Подробней об устройстве форсунок и о том, как их можно почистить, рассказывается здесь.
  • Дроссельная заслонка с электроприводом обеспечивает регулировку поступающего в коллектор воздуха.
  • Датчики, собирающие информацию, необходимую для определения количества бензина и момента его распыления.
  • Микропроцессорный блок управления обрабатывает сигналы от датчиков, и в соответствии с этим посылает команду о срабатывании форсунки, привода дросселя и топливного насоса.

Хотя эта инновационная разработка неплохо себя зарекомендовала, она имеет несколько критических недостатков:

  1. Когда выходит из строя форсунка, это останавливает полностью весь мотор;
  2. Так как распыление производится в основной части коллектора, некоторое количество бензина остается на стенках труб. Из-за этого для достижения пиковой мощности мотор будет требовать больше топлива (хотя по сравнению с карбюратором этот параметр заметно ниже);
  3. Перечисленные выше недостатки остановили дальнейшее совершенствование системы, из-за чего в моновпрыске недоступен многоточечный режим распыления (он возможен только в непосредственном впрыске), а это приводит к неполному сгоранию порции бензина. Из-за этого автомобиль не соответствует постоянно растущим требованиям по экологичности транспортных средств.

Распределенный впрыск

Следующая более эффективная модификация системы впрыска предусматривает использование индивидуальных форсунок для конкретного цилиндра. Такое устройство позволило расположить распылители ближе к впускным клапанам, благодаря чему происходит меньшая потеря топлива (не в таком количестве остается на стенках коллектора).

Обычно такой вид впрыска оснащается дополнительным элементом – рампой (или резервуаром, в котором под высоким давлением скапливается топливо). Такая конструкция позволяет обеспечить каждую форсунку должным напором бензина без сложных регуляторов.

Системы впрыска топлива двигателей

Чаще всего в современных машинах используется именно этот вид впрыска. Система показала достаточно высокую эффективность, поэтому на сегодняшний день существует несколько ее разновидностей:

  • Первая модификация очень похожа на работу моновпрыска. В такой системе ЭБУ посылает сигнал на все форсунки одновременно, и они срабатывают независимо от того, какой цилиндр нуждается в свежей порции ВТС. Преимущество перед моновпрыском заключается в возможности индивидуальной регулировки подачи бензина на каждый цилиндр. Однако у такой модификации значительно больший расход топлива, чем у более современных аналогов.
  • Параллельный попарный впрыск. Работает идентично предыдущему, только срабатывают не все форсунки, а они соединены между собой парами. Особенность такого вида устройств заключается в том, что они запараллелены так, чтобы один распылитель открывался перед тем как поршень будет выполнять такт впуска, а другой в этот момент распылял бензин перед началом выпуска из другого цилиндра. Эта система почти не устанавливается на автомобили, однако большинство электронных впрысков при переходе в аварийный режим работают именно по такому принципу. Часто он активируется, когда выходит из строя датчик распредвала (в фазированной модификации впрыска).
  • Фазированная модификация распределенного впрыска. Это самая последняя разработка таких систем. Она обладает наилучшими характеристиками в данной категории. В этом случае используется такое же количество форсунок, сколько цилиндров в моторе, только распыление будет делаться непосредственно перед открытием впускных клапанов. Этот тип впрыска обладает максимальным КПД в рассматриваемой категории. Топливо распыляется не в весь коллектор, а лишь в ту часть, из которой происходит забор воздушно-топливной смеси. Благодаря этому ДВС демонстрирует отличную экономичность.

Непосредственный впрыск

Система непосредственного впрыска это разновидность распределенного типа. Единственным отличием в этом случае будет расположение форсунок. Они устанавливаются так же, как свечи зажигания – в верхней части двигателя так, чтобы распылитель подавал топливо сразу в камеру цилиндра.

Такой системой оснащаются автомобили сегмента премиум, так как она является самой дорогой, но на сегодняшний день она самая эффективная. Эти системы доводят смешивание топлива и воздуха практически до идеала, а в процессе работы силового агрегата используется каждая микрокапля бензина.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: