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.

Инжекторный двигатель

Инжекторный двигатель — что мы о нем знаем? Именно им оснащается любая современная машина. Реализация ресурса такого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) рассчитана на экономный расход топлива, минимизацию его выхлопа в окружающую среду. Проведем небольшой экскурс по изучению агрегата.

За счет чего он работает?

Инжекторные двигатели работают тактами; каждый такт обеспечивает операцию:

1. Заполнение горючим цилиндров.
2. Сжатие его поршнем для сгорания.
3. Рабочий ход — получение механической энергии путем детонации горючего вещества.
4. Вывод переработанного сырья в атмосферу.

Наиболее востребованными автопромом являются 4-х тактные ДВС на бензиновой тяге. На их примере изучим принцип работы инжекторного двигателя.

При первом такте поршень максимально опускается вниз — через клапан подается перемешанный с воздухом бензин. Далее, поршень поднимается до упора, закрывая клапан и сжимая смесь. После этого свеча отсекает искру — она запускает детонацию сдавленного вещества.

Повышение температуры в камере и образование газов продвигают поршень вперед, а коленвал за счет инерции возвращает его на верхнюю позицию. При высокой скорости оборотов давление нагнетается еще больше, открывается выходной клапан. Продукты переработки бензина устремляются к нему.

Для более рационального функционирования используется комплекс датчиков, которые определяют получаемую на механизмы нагрузку, рассчитывают порции компонентов детонирующей смеси для обеспечения движения с циклом, равным такту.

Программная «начинка» их устроена так, что каждый срабатывает параллельно режимам мотора, отслеживает изменения в циклах и подстраивается под них. Такая функциональность позволяет подстраивать расход горючего под индивидуальный стиль вождения, повысить КПД.

В чём особенности устройства?

Изучение конструкции позволит подробнее разобраться, как работает инжекторный двигатель. Компоненты, характерные для этого типа:

• Блок электронного управления (ЭБУ);
• Регулятор давления;
• Форсунки;
• Бензонасос;
• Датчики.

Взаимодействие перечисленного: датчики получают данные о состоянии механики или процессах, их обрабатывает процессор и передает управляющие команды. Форсункам выделяется ограниченный заряд, который их открывает. Результат — смесь из топливного отдела попадает в отсек впускного коллектора.

Чтобы схема этого процесса стала более понятной, проведем краткий экскурс по устройству некоторых узлов, из которых состоит двигатель инжектор.

Основная его функция — бесперебойно выдавать команды составляющим автомобиля на основании обработанной информации. В нее входят:

• факторы окружающей среды (температура, влажность, пр.);
• степень нагрузки на механику (при подъеме на горку, передвижение по плохой дороге, др.);
• режим мотора (холостой/скоростной ход, учет нагрузки при переходе на полный привод, т. д.).

При несовпадениях исходной программе компьютер задает исполняющим элементам корректировки. Блок способен проводить диагностику. Об отказе любого механизма-исполнителя, его некорректном функционировании водитель оповещается путем индикации CheckEngine на приборной панели. Сведения об ошибках собираются в памятном отделе, что при серьезных поломках помогает их оперативному обнаружению и устранению.

Виды заложенных устройств памяти:

• Однократно программируемое постоянное запоминающее (ППЗУ) — содержит базовый программный код («мозг» автомашины). Его чип находится на плате панели, при выходе из строя легко меняется новым. При любых сбоях вложенные коды остаются храниться на нем.
• Оперативное запоминающее (ОЗУ) — временный резервуар, применяемый для обработки задач по текущему сеансу. Устройство впаяно к плате; по прекращению подачи электричества из аккумулятора вся информация с него стирается.
• Электрически программируемое (ЭПЗУ) — содержит временные данные и кодировку средств защиты от угона. В качестве питания использует вшитый аккумулятор, подзаряжаемый при движении. Через него сравниваются вшитые коды электронной блокировки и те же параметры иммобилайзера. При их несовпадении запуск инжекторного двигателя невозможен.

Форсунки

Через них производится выплеск порций топливной массы в коллекторное и цилиндровое отделения, причем открытие/закрытие клапана в течение секунды повторяется многократно.

По способу аппаратного управления и используемого количества деталей подразделяют на категории:

1. Дроссельный моновпрыск (TBI)— подача сырья для детонации осуществляется одной деталью. Подаваемая струя не синхронизируется со срабатыванием клапана впуска. Управляющие сигналы на форсуночное сообщение производятся из внутриколлекторного чипа. Принцип распространен на старых моторах 90-х годов выпуска.
2. Впрыск с распределением (MFI) — используется во всех современных автомобилях с бортовым компьютером. Передача горючего происходит комплектно: одна форсунка — один цилиндр. Форсунковый блок крепится поверх коллектора, а весь процесс синхронизируется с ЦБУ, согласно с тем, как работает система зажигания инжекторного двигателя. При сравнении сводных характеристик предшественников — КПД увеличен до 10%.

MFI-элементы по подаче струи бывают: электрогидравлические, электромагнитные, пьезоэлектрические. Они применяются при распределении впрыска:

• Одновременном (синхронное наполнение всех цилиндров);
• Попарно-параллельном — одна пара поршней принимает нижнее положение, другая — верхнее. Залив топлива и вывод продуктов сгорания производятся так же;
• Двухстадийном (фазовом)— передача горючего в камеры сгорания производится в две операции.
• Непосредственном — применяется в конструкциях моторов, подразумевающих сжигание сверхобедненного кислородом состава.

Важный факт: технология TBI сегодня практически не распространена, так как она менее экономичная и ненадежная!

Каталитический нейтрализатор

Это устройство позволяет сократить в выводимых газах содержание веществ, как окиси углерода и азота, за счет преобразования их в углеводороды. Не управляется ЭБУ, но взаимодействует с центром обработки через датчик, определяющий процент кислорода в выхлопных скоплениях. При избыточной подаче горючего контроллер получает сведения от датчика и корректирует ее.

В нейтрализаторе установлены керамические элементы со встроенными катализаторами:

• окислительными (платиновый и палладиевый);
• восстановительным родиевым;
• селективными;
• накопительными.

На заметку: этилированный бензин губителен для работы нейтрализаторов, а заправочные вещества с высоким содержанием серы приведет в негодность элементы накопительной катализации!

Датчики

Слаженную работу всех механизмов инжекторных двигателей обеспечивают показания мини-приборов, закрепляемых на агрегатных исполнителях. Каждое устройство замеряет параметры контролируемого участка и передает их в ЭБУ.

1. ДМРВ (R массового расхода воздуха) — крепится на входе в воздушный фильтр. Функционирует по принципу сравнения показаний. Через 2 нити платины поступает ток. Меняется сопротивление (зависит от температуры). При этом одна нить свободно обдувается, вторая — герметично укрыта. За счет появившейся разницы ЭБУ производит подсчет.
2. ДАД (R абсолютного давления и температуры в двигателе) — комбинируется или ставится отдельно от предыдущего. Состоит из 2 камер: одна герметична (внутри вакуум), вторая подводится напрямую к камере коллекторного впуска. Промеж камер проходит диафрагма, закреплены пьезоэлементы, которые создают напряжение при ее движении.
3. ДПКВ (R положения коленчатого вала) — устанавливается в виде магнитной гребенки на шкиве коленвала. Он обустроен 58 зубцами и 2 зазорами, равными шагу зуба. Зубцы движутся в медной обмотке, что при взаимодействии с намагниченным сердечником образует индукционное напряжение — оно зависит от скорости оборотов шкива.
4. ДФ (R фаз) — содержит диск с катушкой и прорезь. Прорезь обращается к прибору — выходное напряжение уравнивается с нулем. Одновременно достигается верхняя мертвая точка сжатия в первом цилиндре. Благодаря этому, центральный блок выдает напряжение в нужный цилиндр для зажигания, управляет тактами.
5. ДД (R детонации) — им обустроен блок цилиндров. В момент детонации по нему проходит вибрация. В основе передачи информации лежит генерация напряжения свободного тока — оно увеличивается при большей вибрации.
6. ДПДЗ (R положения дроссельной заслонки) — при опорном напряжении в 5 V происходит его увеличение или падение, за счет изменения поворотного угла заслонки.
7. ДТОЖ (R температуры охлаждающей жидкости).
8. Датчик кислорода — для разных конструкций внедряется единично или парой. Снимает замеры свободного кислорода в продуктах выхлопа. Его функция позволяет ЭБУ определить: обогатить или обеднить топливную смесь.

Инжектор значительно лучше карбюратора. Чтобы в этом убедиться, рассмотрим сравнение схожих моторных конструкций в таблице: