Принцип работы инжекторного двигателя

Что такое инжекторный двигатель? Это разновидность двигателя с инжекторной системой подачи топлива. Данный вид двигателя обеспечивает экономичный расход топлива и уменьшение выбросов продуктов его сгорания в атмосферный воздух.

Основное его отличие от других типов состоит в особенностях работы системы подачи топлива. А именно, впрыскивание топлива осуществляется принудительно при помощи специального элемента для его дозирования (форсунки) в цилиндр или систему трубок и заслонок (впускной коллектор).

Инжекторные двигатели начали устанавливать с 1930х годов, но популярность они смогли завоевать только в конце 90хх годов.

Рис.№ 1. Современный инжекторный двигатель.

Типы инжекторных систем

Различают несколько типов данных систем в зависимости от способа подачи топлива, а именно:

• Инжекторная система с центральной подачей топлива. Одна форсунка поставляет смесь топлива и воздуха в коллектор¸ после чего происходит её распределение по всем цилиндрам;
• С многоточечной подачей. В этом варианте на каждый цилиндр имеется своя форсунка. Этот тип наиболее распространен. Чаще подача смеси осуществляется напрямую по цилиндру с последовательным топливовспрыском.

Выделяют также двух- и четырехтактные системы.

Такт – это все процессы, которые происходят в цилиндре за время одного ходя поршня.

Принцип работы инжекторного двигателя основан на сборе и оценке информации о состоянии двигателя и его работы с помощью специальных датчиков:

• Датчик оборотов. Производит передачу сигнала о скорости, на основании этих данных блок управления рассчитывает необходимый расход топлива;
• Датчик массового расхода воздуха. Измеряет силу воздушного потока;
• Температуры антифриза. Проводит замеры температурного режима системы охлаждения и активирует работу вентилятора при необходимости;
• Дроссельной заслонки. Осуществляет контроль положения заслонки дросселя и регулирует распределение топлива, которое попадает в камеру сгорания;
• Кислорода в выхлопных газах. Фиксирует концентрацию кислорода в выхлопных газах. А также обеспечивает необходимую концентрацию газов и топлива в камере сгорания;
• Детонации. Определяет силу взрыва в камере сгорания;
• Положения распределительного вала. Участвует в согласовании подачи топлива и работы двигателя;
• Температуры воздуха. Определяет температуру, которая поступает в двигатель. Контролёр инжектора (его «мозги») в результате обработки полученной информации, собранной от всех перечисленных приборов и устройств, регулирует работу следующих систем:
• Форсунок. Это электромагнитный клапан, который осуществляет распыление топлива за счёт давления;
• Электронасоса подачи топлива. Он контролирует давление в системе;
• Модуля зажигания. Соответствует количеству свечей зажигания. Управляет их работой;
• Регулятор холостого хода. Корректирует подачу воздуха в обход дроссельной заслонки на нейтральной передаче;
• Вентилятор, охлаждающий мотор.

Рис. №2. Форсунки — основной элемент инжекторного двигателя, отвечающий за распыление топлива (жидкости или газа).

Как работает инжектор

Каждый двигатель оснащен поршнями и цилиндрами. В них происходит преобразование тепловой энергии в механическую.

Рис. №3. Схема работы инжекторного двигателя и его устройство.

Для осуществления этого процесса в инжекторном двигателе существует несколько этапов:

1 этап – такт впуска. Поршень в начале этого этапа находится в верхней мертвой точке. С началом работы двигателя стартер проворачивает посредством маховиков коленчатый вал. Датчик коленвала посылает блоку управления инжектора информацию о положении конкретного цилиндра. Датчик фаз анализирует такты. Блок управления получив данную информацию, открывает в нужном цилиндре форсунку на строго определенное время.

А вы знаете, что у некоторых двигателей имеется несколько клапанов впуска? Они увеличивают мощность двигателя, а соответственно и скоростные характеристики автомобиля;

2 этап – сжатие топливовоздушной смеси. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, он начинает снова подниматься. Что приводит к сжатию смеси топлива и газов до размеров камеры сгорания. Клапаны в этот момент закрыты;

3 — этап рабочего хода. На этом этапе происходит поджигание свечой зажигания сжатой смеси воздуха и топлива. Что провоцирует взрыв, посредством увеличения давления на дне поршня. Это приводит к тому, что поршень опускается вниз до уровня нижней мертвой точки.

Клапаны впуска и выпуска закрыты для того, чтобы сила давления на поршень была достаточной для проворачивания коленчатого вала.

После взрыва блок управления регулирует момент зажигания для последующего цилиндра. А так же нормирует газовый состав топливовоздушной смеси. Это позволяет предельно эффективно использовать топливо и его сгорание;

4 этап – такт выпуска. Предыдущий этап приводит к открытию выпускного клапана. Поршень начинает двигаться вверх, выбрасывая газы, образовавшиеся в результате взрыва и сгорания.

Важно! Прогрев двигателя не оказывает влияния на показания датчика массового расхода воздуха и датчика взрыва, так как блок управления работает по специальным запрограммированным таблицам.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного

Рис. №4. Инжекторный и карбюраторный двигателя.

В работе и устройстве инжектора и карбюратора можно выделить следующие отличия:

• В инжекторном двигателе подача смеси газов и топлива осуществляется в специальную камеру, в карбюраторном двигателе образование топливовоздушной смеси происходит в самом карбюраторе;
• Смесь в инжекторном двигателе подается форсунками в цилиндры и в впускной коллектор принудительно. В карбюраторе этот процесс происходит само по себе;
• В инжекторном двигателе форсунки подают строго дозированное количество топлива;
• Инжекторная система обеспечивает мощность двигателя на 15% больше, чем карбюратор;
• Инжектор более экономичен и экологически безопасен, чем карбюратор.

Применение инжекторных двигателей

Изначально инжекторные двигатели устанавливали в авиации. Особую популярность получили во времена Второй Мировой войны. Авиамоторы тогда создавали именно с этой системой.

Затем инжекторы стали устанавливать в автомобили. В процессе ввода в широкие круги, инжекторы стали вытеснять карбюраторные варианты двигателей. И с 2005 года автомобильные двигателя оснащены именно инжекторной системой подачи топлива.

Достоинства и недостатки инжекторного двигателя

К его плюсам можно отнести:

• Экономичное потребление топлива;
• Большая динамика двигателя;
• Отсутствуют проблемы с запуском двигателя в холодное время года;
• Более надежный в эксплуатации, чем карбюраторный вариант;
• Нет необходимости ручного регулирования режимов его работы.

К недостаткам относят:

• Дороговизна запчастей;
• Сложная диагностика неисправностей;
• Некоторые детали не подлежат ремонту;
• Дорогие обслуживание и регулировка работы инжектора, ремонт требуется проводить в автомастерских;
• Чувствительны к топливу плохого качества.

Заключение

Не смотря на перечисленные недостатки, инжекторные двигатели представляют собой современный вариант топливной системы, обеспечивающий большую мощность и экономичное расходование топлива. А также более безопасную комплектацию двигателей в плане влияния на экологию.

Как работает инжекторный двигатель?

Инжекторный двигатель – это довольно сложный механизм, работа которого должна быть хорошо отлажена, чтобы получить от него максимальную производительность. В статье подробно рассмотрен принцип работы инжекторного двигателя.

Содержание статьи:

• Датчики
• Исполнительные элементы
• Принцип работы
• Карбюратор ил инжектор

Прежде чем начать разговор об этом чуде техники, развеем некоторые мифы. Инжекторный двигатель работает по тому же принципу, что и дизельный, за исключением системы зажигания, однако, это не придает ему гораздо большей мощности, чем карбюраторному. Прибавка составит максимум 10%.

Центром всей системы является ЭБУ (электронный блок управления). Он носит много названий, «мозги», «компьютер» и так далее. По сути да, это компьютер, в который заложено огромное количество таблиц по составу смеси, времени впрыска топлива и прочего. Например, если обороты двигателя равны 1500, дроссельная заслонка открыта на 10 градусов, а расход воздуха составляет 23 кг, то в цилиндр будет поступать одно количество топлива. Если же вводные параметры изменяются, то и результат будет другим. Если с блоком управления возникают какие-то проблемы, например, слетает прошивка, то все идет прахом, двигатель либо начинает как попало работать, либо и вовсе перестает.

Датчики инжекторного двигателя

Все элементы можно поделить на исполнительные и датчики. Для начала мы рассмотрим датчики.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ)

Этот элемент устанавливается перед воздушным фильтром, прямо на входе. В основе его работы лежит принцип разницы показаний. Так, через две платиновые нити проходит электричество. В зависимости от температуры их сопротивление меняется. Одна из нитей надежно укрыта от потока воздуха, что делает ее сопротивление неизменным. Вторая же охлаждается потоком, и на основании разницы величин, по тем же таблицам, о которых сказано выше, ЭБУ рассчитывает количество воздуха.

Датчик абсолютного давлении и температуры двигателя (ДАД)

Он используется либо в качестве альтернативы, либо вместе с вышеописанным для более высокой точности снятия показаний. Если вкратце, в нем имеется две камеры, одна из которых герметична и имеет внутри абсолютный вакуум. Вторая же камера подсоединяется к впускному коллектору, где создается разрежение во время такта впуска. Между этими камерами имеется диафрагма, а так же пьезоэлементы. Они вырабатывают напряжение при движении диафрагмы. Далее сигнал идет на ЭБУ.

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ)

Если посмотреть на шкив коленвала инжекторного двигателя, то можно рассмотреть на нем гребенку. Она магнитная. По всему периметру установлены зубцы. Всего их должно быть 60 штук, через каждые 6 градусов. Но двух из них нет, они нужны для синхронизации. Датчик положение коленчатого вала имеет в своем составе намагниченный стальной сердечный, а так же медную обмотку. При прохождении зубцов в обмотке возникает индукционный ток, напряжение которого зависит от скорости вращения шкива.

Датчик фаз (ДФ)

Не все двигатели им оснащались раньше, но сейчас его можно встретить практически везде. Он работает по принципу датчика Холла, то есть имеет диск с катушкой, а так же прорезь. Как только прорезь попадает на датчик, выходное напряжение на нем нулевое. Этот момент означает верхнюю мертвую точку такта сжатия первого цилиндра. Нужно это для того, чтобы ЭБУ мог генерировать напряжение для зажигания в нужном цилиндре, а так же контролировать такты. Чтобы, например, форсунка не открылась во время рабочего хода.

Датчик детонации

Он устанавливается на блоке цилиндров инжекторного двигателя. Как только в двигателе возникает детонация, по блоку передается вибрация. Датчик представляет собой пьезоэлемент, который генерирует напряжение, чем сильнее вибрации, тем выше напряжение. Соответственно, ЭБУ на основании его показаний корректирует момент зажигания. Но об этом позже.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)

По сути своей, это обычный потенциометр. Опорное напряжение на нем, как правило, составляет 5 вольт. Так вот, в зависимости от того, на какой угол отклоняется дроссельная заслонка, меняется напряжение на контрольном выводе. Все просто.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ)

Этот датчик нужен для определения температуры двигателя. Если на карбюраторном двигателе он нужен просто для включения и выключения электровентилятора, то здесь он представляет собой более сложное устройство. Это термосопротивление, величина которого меняется в зависимости от температуры. Соответственно, меняется и напряжение, при прохождении через него.

Датчик кислорода

Он устанавливается в выхлопной системе, существуют системы с двумя датчиками. Его задача – отслеживать количество свободного кислорода в выхлопных газах. Например, если его слишком много, то это значит, что смесь вся не сгорает, а значит, надо обогатить. Если же кислорода меньше, чем значится в нормативных таблицах ЭБУ, то ее надо обеднить.

Исполнительные элементы

Исполнительные элементы получили свое название за то, что именно они вносят коррективы в работу двигателя. ТО есть, блок управления получает сигнал от датчика, анализирует его, после чего отправляет сигнал на исполнительный элемент.

Топливный насос

Начнем с системы питания. Он установлен в баке и подает топливо в топливную рампу под давлением 3,2 – 3,5 Мпа. Это позволяет гарантировать качественный распыл топлива в цилиндры. Как только повышаются обороты двигателя, повышается и аппетит, а значит в рампу надо подавать большее количество топлива для сохранения давления. Насос начинает вращаться быстрее по команде блока управления. Большинство современных автомобилей, начиная примерно с 2013 года выпуска, оснащаются топливным модулем, который включает в себя насос и встроенный фильтр. Это существенно сказывается на стоимости замены фильтра, потому что менять надо весь модуль. Некоторые производители в инструкциях пишут, что модуль устанавливается на весь срок службы авто, однако не стоит верить, что какой-то фильтр способен проходить больше 2 сезонов.

Форсунка

После того, как топливо прошло всю цепь провода, оно попадает в форсунку, которая дозирует его подачу в цилиндр. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан очень маленького диаметра, который обеспечивает распыл бензина в камеру сгорания. ЭБУ изменяет количество топлива, которое подается, при помощи временных промежутков, пока открыта форсунка. Как правило, это десятые доли секунды.

Дроссельная заслонка

Все мы когда-то видели карбюратор, заглядывали в него сверху. Так вот в нем имелись заслонки, которые перекрывали воздух. Здесь принцип тот же. Пожалуй, и рассказать больше нечего.

Регулятор холостого хода (РХХ)

Это тоже электромагнитный клапан, шток которого закрывает воздуховод, проходящий в обход дроссельной заслонки. В зависимости от напряжения, которое на него подает блок управления, он открывает этот самый канал.

Модуль зажигания

В принципе, это та же катушка зажигания, только их здесь четыре. При прохождении тока через первичную обмотку во вторичной коммутируется высокочастотный ток высокого напряжения, который подается на свечу.

Принцип работы инжекторного двигателя

Итак, после того, как мы разобрались в основных узлах инжекторного двигателя, посмотрим, как же он работает. После того как стартер провернул коленчатый вал, ДПКВ сообщил блоку управления, какой цилиндр в каком положении находится. В свою очередь, датчик фаз сообщил о тактах. Блок управления принял эту информацию к сведению и открыл форсунку в том цилиндре, в котором начинается такт впуска. Но открыл ее не просто так, а на строго определенный промежуток времени, который по таблицам соответствует показаниям ДМРВ или ДАД. Так сформировалась рабочая смесь.

Видео: как работает бензиновый инжекторный двигатель внутреннего сгорания

После того как здесь такт впуска закончился, начинается сжатие, в это время впуск происходит в другом цилиндре. Здесь же поршень доходит до верхней мертвой точки, о чем говорит ДПКВ и ДФ, соответственно, пора подавать напряжение на модуль зажигания, в нужный цилиндр. Для этого в блоке управления стоит два транзистора, которые берут на себя по два цилиндра.

Дальше, когда взрыв произошел, ЭБУ смотрит на показания датчик детонации и корректирует момент зажигания уже для следующего по ходу цилиндра. Но это еще не все. После этого, когда газы дошли до датчика кислорода, блок управления корректирует состав смеси, а именно, время открывания форсунки, что позволяет максимально эффективно использовать топливо и его сгорание. Если ЭБУ распознает недостаток кислорода, но при этом дроссельная заслонка остается открытой, то приоткрывается регулятор холостого хода.

Прогрев двигателя и датчик температуры двигателя

Этот момент стоит рассмотреть отдельно, скажем так, это небольшое уточнение. Итак, прогревочный режим двигателя никак не связан с показаниями некоторых датчиков, то есть, от них ничего не зависит. В частности, это ДМРВ и ДАД, а так же датчик детонации. В блоке, как уже говорилось, заложены определенные таблицы, их очень много, миллионы. Так вот, во время прогревочного режима ЭБУ работает строго по этим таблицам и никак иначе. Это значит, что если в него прописано соотношение воздуха к топливу 14,1:1, то так оно и будет. Эта цифра является общепринятой нормой для рабочей температуры. Так вот, пока температура двигателя не достигнет той, которая прописана в прошивке блока управления, то прогревочный режим не отключится. После ЭБУ начинает работать по датчикам.

Что лучше, инжекторный или карбюраторный двигатель?

Этот вопрос достаточно спорный, у каждой точки зрения есть много противников и приверженцев как среди простых водителей, так и среди специалистов, которые полностью понимают принцип работы инжекторного двигателя. Итак, карбюраторный двигатель отличает простота и прозрачность работы. То есть, если механик отрегулировал холостые обороты, то они такими и остались.

Что касается инжекторного двигателя, то ту все дело сводится к своевременному обслуживанию, а так же к качеству применяемых деталей.