Принцип работы инжектора

Как работает

Если опустить незначительные детали, то работа инжектора будет состоять из этапов, которые тесно взаимосвязаны между собой :

1. Измерения массы поступающего воздуха с помощью специального датчика.
2. Передачи полученных сведений в ЭБУ инжектора (к нему же поступают данные и от других датчиков: температурного, дроссельного, измеряющего скорость вращения коленного вала).
3. Расчёта компьютером необходимого количества топливной жидкости после анализа сведений от датчиков.
4. Воздействия электрического разряда установленной продолжительности на форсунки, что способствует их открытию и передаче топлива из магистрали в коллектор.

Видео: как работает инжекторСамая сложная составляющая всей системы — её «мозг» (ЭБУ), представлен он в виде мини-компьютера. Содержит программу, предназначенную для быстрого анализа всех параметров функционирования мотора и соответствующей реакции на имеющиеся изменения.

Поэтому, чтобы обеспечить адекватную работу инжектора, незаменимыми будут каталитический нейтрализатор (дожигает несгоревшие топливные частицы) и кислородный датчик (отправляет блоку управления данные о состоянии топливной смеси и токсичности выхлопа). Без этой информации работа всего устройства будет некорректной.

Ознакомьтесь с признаками и причинами неисправности датчика массового расхода воздуха.

Отличие карбюратора от инжектора

Самое главное отличие этих устройств – в схеме формирования ВТС и принципе ее подачи. Как мы выяснили, инжектор осуществляет принудительный впрыск бензина, газа или солярки и за счет распыления топливо более качественно смешивается с воздухом. В карбюраторе же главную роль играет качество вихря, который создается в воздушной камере.

Карбюратор не расходует энергию, вырабатываемую генератором, а также для его работы не требуется сложная электроника. Все элементы в нем исключительно механические и работают на основе физических законов. Инжектор же без ЭБУ и электричества работать не будет.

Принцип работы инжектора и его конструкция

Думаю что будет лучше всего, если мы рассмотрим принцип работы инжектора на распределенной системе впрыска, так как именно она установлена на большинстве автомобилей и считается одной из самых удачных и распространенных.

Для удобства предлагаю разделить систему подачи топлива на две основные составляющие – электронную и механическую. Роль механической системы достаточно простая – обеспечение непрерывной и дозированной подачи топлива в цилиндры. А вот управление и контроль системы производится электроникой.

Механическая часть

Механическая составляющая инжекторной системы включает в себя следующие компоненты:

• бензонасос (электрический);
• топливный бак;
• фильтр очистки бензина;
• топливную рампу;
• топливопроводы высокого давления;
• форсунки;
• дроссельный узел;
• воздушный фильтр.

Этот список составляющих не исчерпывающий. В зависимости от конструктивных особенностей двигателя и системы управления в механическую часть могут включатся и другие элементы. Приведенный выше список является списком обязательных элементов для любого двигателя.

https://www.youtube.com/watch?v=XhSyHJkh4xg

Принцип работы

Теперь давайте рассмотрим зачем все эти составляющие нужны и какую работу выполняет каждая из них. Думаю все и так знают, что топливный бак это емкость для бензина. Электрический бензонасос, который расположен в баке, обеспечивает непрерывную подачу топлива под давлением.

После чего топливо попадает в фильтр, где очищается от примесей и прочего мусора. Топлипроводы высокого давления позволяют бензину беспрепятственно двигаться по системе подачи топлива.

Регулятор давления не позволяет достигать критической отметки давления во всей системе. Через регулятор топливо попадает в топливную рамку, которая подводит его к форсункам. Форсунки расположены во впускном коллекторе.

Несколько лет назад форсунки срабатывали под давлением топлива и их конструкция была полностью механической. Тут принцип работы достаточно прост – бензин оказывает давление на пружину форсунки и открывает её, а уже через неё и впрыскивается в цилиндры.

Сейчас на большинстве автомобилей устанавливают электромагнитные форсунки. Основной составляющей, которой являются обычный якорь и обмотка. Канал подачи топлива открывается благодаря получению сигнала от электронной системы управления.

С обратной стороны в систему принудительно подается воздух, через воздушный фильтр. Дроссельный узел с заслонкой располагается в патрубке по которому идет воздух. Когда водитель нажимает на педаль газа, он воздействует на заслонку. Но водитель осуществляет контроль только над воздухом, который подается в цилиндр, топливо регулирует электронная система управления.

Электронная часть

Блок памяти и контролер являются основными составляющими в электронной системе управления, которая в свою очередь выполняет роль основы электронной части инжекторной системы. Блок управления осуществляет контроль над системой подачи топлива благодаря целому ряду датчиков, которые входят в конструкцию инжектора.

Основные датчики, которые дают электронному блоку управления информацию о работе топливной системы являются:

1. Лямбда-зонд. Задача этого датчика определение остатков воздуха в выхлопных газах. На основе получаемых данных блок управления регулирует подачу воздуха в топливную смесь.
2. Датчик массового расхода воздуха. Задачей этого датчика является определение объема воздуха, который проходит через дроссельную заслонку. Обычно этот датчик устанавливается внутри корпуса воздушного фильтра.
3. Датчик положения дроссельной заслонки. Подача сигнала о положении педали газа – вот основное предназначение данного датчика.
4. Датчик температуры силовой установки. В зависимости от температуры мотора, о которой сообщает этот датчик, блок управления регулирует топливную смесь.
5. Датчик положения коленчатого вала. Этот датчик ответственный за выбор цилиндра в который нужно подать топливо и время подачи искры.
6. Датчик детонации. Располагается в блоке цилиндров и предназначен для выявления и устранения детонаций.
7. Датчик скорости. Создает импульсы, благодаря которым рассчитывается скорость движения автомобиля. Корректируется топливная смесь, опираясь на показания от него.
8. Датчик фаз. Он определяет угловое расположение распредвала.

Виды электронных форсунок

Существует классификация электронных форсунок, основывающихся на способе впрыска топлива. Выделяют такие три разновидности:

• Электромагнитная. Зачастую характерна для бензиновых ДВС (и с прямым впрыском тоже). Конструкцию нельзя назвать очень сложной, а основными составляющими её частями выступают клапан с иголкой (электромагнитный), сопло. Контроль за работой указанной форсунки выполняется с помощью ЭБУ, обеспечивающего на обмотке клапана напряжение в наиболее подходящий для этого момент.
• Электрогидравлическая. По большей части используют на дизельных движках. Являет собой электромагнитный клапан, дополненный камерой управления, а также сливным и впускным дросселями. Рабочий принцип этой разновидности форсунок основывается на участии давления самой топливной смеси в любой момент работы. За деятельностью электрогидравлической форсунки следит ЭБУ, именно он отправляет рабочие сигналы электромагнитному клапану.
• Пьезоэлектрическая. Считается наиболее удачным устройством среди всех представленных, но может работать только на дизельных агрегатах с системой впрыска Common Rail. Основное преимущество этого типа — быстрота реакции, что гарантирует многократную подачу топлива за один полный цикл. В основе работы пьезоэлемента — гидравлический принцип действия (как и в предыдущем варианте), предусматривающий срабатывание поршня толкателя за счёт увеличения длины пъезоэлемента под воздействием электрического сигнала ЭБУ. Количество подаваемого за один раз топлива определяется продолжительностью такого воздействия и давлением топливной смеси в топливной рампе.

Принцип работы инжектора

Принцип же работы инжектора других топливных систем аналогичный и основывается он на следующих процессах.

Воздух под давлением поступает в двигатель. Но предварительно поток воздуха анализируется специальным датчиком, который вычисляет объем воздуха в данный момент времени.

Эти данные передаются на компьютер, который анализирует не только данные с датчика расхода воздуха, но и другие данные по работе двигателя, такие как частота вращения коленвала двигателя, температура двигателя и воздуха и т.д.

После того как вся полученная информация обработана, компьютер определяет количество топливо, которое является оптимальным для данного объема воздуха и при этом было получено максимальное КПД (коэффициент полезного действия) от двигателя.

После обработки всей информации на форсунки подается электрически разряд определенной продолжительности. Форсунки открываются на необходимый период времени и впрыскивают заданную дозу топлива во впускной коллектор.

Принцип работы инжекторного ДВС с прямым впрыском.

https://youtube.com/watch?v=OpIEJqh1t24

Вот и весь основной принцип работы инжектора. Конечно же все это происходит очень быстро буквально за долю секунды.

Чем отличается инжектор от карбюратора

Принцип, по которому карбюратор подает смесь бензина с кислородом в камеры сгорания двигателя, – разница в давлении. Принудительного впрыска здесь нет, и топливоподача происходит с помощью всасывания топлива. Значит, часть мощности силового агрегата тратится на этот процесс.

Количество воздуха в топливной смеси автоматически не регулируется. Карбюратор настраивается механическим путем еще до поездки, и эта настройка универсальная. Но в этом есть некоторые недостатки. Двигатель в определенные моменты способен получать от карбюратора больше топлива, чем он может переработать. В итоге часть бензина не сгорает, а выходит вместе с выхлопными газами, что наносит вред окружающей среде и не экономит топливо.

В случае же с инжектором происходит принудительная подача топлива в камеры сгорания при помощи форсунок, а количество бензина регулируется электроникой, которая и отвечает за приготовление топливовоздушной смеси.

Выхлоп инжекторного автомобиля менее токсичен, не так вреден для окружающей среды, как карбюраторный, потому что в нем меньше несгоревшего бензина.

В этом и заключаются отличия системы питания карбюраторного двигателя от инжекторного. Теперь перейдем к вопросу «что лучше» не для экологии, а для водителя и автомобиля.

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Что такое объем двигателя автомобиля?
• Устройство, виды и назначение фильтра тонкой очистки топлива
• Датчик коленвала: признаки неисправности

 Плюсы двигателя с инжекторной топливоподачей

1. Если допустить, что остальные устройства в двух автомобилях идентичны и различны только способы подачи топлива, то большая мощность остается у инжекторного мотора. Разница в лошадиных силах между карбюраторным и инжекторным ДВС может составлять 10%. Эти отличия достигаются за счет другого впускного коллектора, точно выставляемого в каждый момент угла опережения зажигания, и другого способа подачи топлива.
2. Инжекторные моторы, по сравнению с карбюраторными аналогами, отличаются топливной экономичностью за счет точной дозированной подачи бензина. При таком способе 100% бензина сгорает в камерах двигателя, превращая тепловую энергию в механическую.
3. Основная причина перехода всех мировых автопроизводителей на инжекторную систему –  экологичность. Карбюраторные выхлопы более токсичны.
4. В морозную погоду инжекторный двигатель не нуждается в дополнительном прогреве перед запуском.
5. Инжекторы намного надежнее карбюраторов, их выход из строя встречается реже, по сравнению с неисправностями карбюраторов.
6. Инжекторные двигатели не имеют катушку-трамблер. Эта деталь часто выходит из строя на машинах с карбюраторной топливоподачей.

Минусы инжекторов

1. Хоть инжектор надежен, но он выходит из строя. А для его диагностики и последующего ремонта необходимо специализированное оборудование.  Ремонт в условиях «гаража» невозможен, для этого нужен опыт и квалификация. Ремонт этого устройства на СТО, как и обслуживание с профилактикой – работа дорогостоящая.
2. Инжектор требует только качественного топлива. Если топливо содержит некоторое количество механических примесей, то нормальная его работа затруднена. Он быстро засорится и выйдет из строя. А чистка и ремонт стоят недешево.
3. Следующий недостаток касается двигателей, на которые вместо карбюратора установили инжектор. В результате доработки повысится количество сгораемого в двигателе топлива, что повышает его рабочую температуру. Это чревато возможным перегревом ДВС со всеми вытекающими последствиями.

Плюсы карбюраторных систем

1. В плане обслуживания карбюраторы считаются простыми устройствами. Для их ремонта не нужно специализированное оборудование и инструмент. Все необходимое для этого найдёте в гараже.
2. Стоимость деталей – невысока. В случае невозможности ремонта можно купить новый карбюратор. По сравнению с инжектором его стоимость низкая.
3. Карбюратор не требует высокого качества топлива. Он нормально работает на бензине с низким октановым числом. Небольшое количество механических примесей несильно затруднит его работу. Максимум – забьются жиклеры.

Минусы карбюраторов

Недостатков у карбюраторных систем намного больше, чем достоинств, и поэтому существует тенденция на их замещение инжекторами.

1. Автомобиль, двигатель которого оснащен карбюратором, потребляет больше бензина, чем инжекторный аналог. Причем излишнее потребление топлива не переходит в дополнительную мощность. Топливо не догорает и выбрасывается в атмосферу;
2. Карбюратор не любит перепадов температур. Он чувствителен и к повышенной, и к пониженной температуре окружающей среды. Зимой его детали примерзают друг к другу. Это происходит из-за образования внутри него конденсата;
3. Низкая экологичность.

Разновидности инжектора

На сегодняшний день используется электронный распределенный непосредственный впрыск. Переходным этапом инжектирования был моновпрыск (центральный) с одной форсункой. Моновпрыск использовался очень мало, так как недостатков было больше, чем достоинств. Скоро его заменил распределенный впрыск.

Распределенный электронный впрыск топлива предполагает наличие форсунок, по одной на каждый цилиндр. Воздух в цилиндры попадает через впускной коллектор и дозируется дроссельной заслонкой.

Непосредственный впрыск напоминает дизельную топливную систему, так как форсунки вмонтированы прямо в цилиндры, от чего и происходит название.

Принцип работы инжектора

Принцип работы инжектора на автомобилях можно условно поделить на 2 части — механическую составляющую и электронную.

К механической части инжектора относится:

• топливный бак;
• электрический бензонасос;
• фильтр очистки бензина;
• топливопроводы высокого давления;
• топливная рампа;
• форсунки;
• дроссельный узел;
• воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей. Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенную со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Современная форсунка – электромагнитная, в ее основе лежит соленоид. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Основным элементом электронной части является электронный блок, состоящий из контроллера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой. Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

• Лямбда-зонд, устанавливается в выпускной системе авто, определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах;
• Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента, определяет количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами;
• Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), установлен в дроссельном узле, подает сигнал о положении педали акселератора;
• Датчик температуры силовой установки, располагается возле термостата, регулирует состав смеси в зависимости от температуры мотора;
• Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), установлен возле шкива коленчатого вала;
• Датчик детонации, расположен на блоке цилиндров;
• Датчик скорости, установлен на коробке передач;
• Датчик фаз,предназначен для определения углового положения распредвала, установлен в головке блока.

Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от всех датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

На основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться детальнее в принципе работы инжектора, нужно посмотреть на его основные компоненты. Любая инжекторная система состоит из нескольких базовых элементов. А именно из:

• топливных форсунок,
• топливной рампы,
• насоса,
• датчиков,
• ЭБУ.

Каждый компонент играет свою ключевую роль в том, как работает инжектор с установленными внутри него топливными подающими форсунками.

1. Форсунки. Являются основным, главным элементом всей подающей системы. Именно форсунки стали причиной для названия инжектора, поскольку они предназначены для распыления и подачи через специальные впускные коллекторы или напрямую в камеру сгорания топлива. Форсунка состоит из корпуса, внутри которого размещается клапан. Этот клапан обязательно электромагнитного типа. Он открывает и закрывает распылитель (форсунку). Сам процесс распыления осуществляется за счёт наличия отверстия кольцевой формы, предусмотренного между иглой и стенками корпуса. Игла управляется клапаном.
2. Рампа. Важный элемент для современных автомобильных инжекторных систем, которые функционируют по принципу распределённого впрыска. С помощью рампы топливо подаётся на все установленные форсунки, и объединяет их в общую систему.
3. Насос. Поскольку топливо в случае с инжекторами подаётся под определённым давлением, для его создания нужен электронасос.
4. ЭБУ. Блок управления полностью отвечает за контроль и процесс подачи формируемой топливовоздушной смеси. Внешне напоминает небольшой блок, соединённый с разными датчиками, форсунками, топливным насосом, а также системой зажигания и прочими элементами. ЭБУ собирает информацию с разных контроллеров и датчиков, что позволяет ему правильно определять пропорции горючего и воздуха, в нужный момент выполнять впрыск и т. д.
5. Датчики. С помощью датчиков фиксируются различные показатели в условиях реального времени. Причём каждый автопроизводитель определяет перечень датчиков, к которым подключается ЭБУ. Чем больше информации передают контроллеры на блок управления, тем эффективнее работает вся система.

Все эти компоненты тесно связаны друг с другом и постоянно взаимодействуют. Именно на этом взаимодействии базируется принцип работы самого инжекторного двигателя.

Выглядит это примерно следующим образом:

• включается зажигание,
• питание идёт на насос, расположенный в топливном баке,
• насос передаёт топливо по магистрали под давлением,
• форсунки располагаются на рейке,
• через рейку топливо поступает к форсунке,
• дополнительно на рейке (рампе) находятся регуляторы давления,
• датчики передают на ЭБУ необходимую для анализа информацию,
• блок синхронизирует впрыск, подавая на форсунки специальные управляющие импульсы,
• импульсы вынуждают рабочие форсунки открываться в заданный момент времени.

Если говорить простым языком, то горючее распыляется с помощью рабочих форсунок в самом коллекторе, там смешивается с кислородом (воздухом) и подаётся в камеру сгорания через клапаны.

Неоспоримым преимуществом современной инжекторной топливоподающей системы является способность автоматически за доли секунды менять режим работы двигателя, опираясь на текущие условия.

Такая высокая точность в работе системы стала возможной за счёт использования электроники, объединённой в блок управления всем автомобильным двигателем.

Каждый датчик непрерывно передаёт информацию в ЭБУ, который её анализирует и корректирует работу системы по мере необходимости. Это позволяет добиться необходимой мощности, производительности, экономичности и экологичности.

Виды и технические характеристики инжекторных систем

На сегодняшний день официально используемыми в автомобильной сфере считаются всего два вида инжекторов:

• Электронный инжектор. Узел подобного вида работает строго по описанному выше принципу. То есть, топливо доставляется до форсунок, а далее посредством использования электронного блока управления происходит его верная дозировка и грамотная подача в камеры сгорания мотора. Работа инжекторов электронного типа наиболее удобна для беспроблемной эксплуатации любого автомобиля, поэтому именно они используются в конструкции практически всех современных автомобилей;
• Механический инжектор. Этот же узел лишён головного управления в виде электронного «мозга». Если быть точнее, то работа инжектора механического типа основана на регулировке подачи горючего в мотор при помощи его клапанов (происходит дозировка посредством соединения форсунок с клапанами специальными трубками, первые, исходя из степени открытости вторых, подают оптимальное количество топлива в двигатель). Узлы с таким устройством считались некоторой инновацией в «инжекторной» сфере, однако в короткие сроки успели доказать свою несостоятельность и по сей день в серийном выпуске машин не применяются.

Вне зависимости от вида узла у него принято выделять основные свойства. На сегодняшний день среди технических характеристик инжектора стоит выделить один момент, а точнее – способ впрыска горючего в мотор. Безусловно, форсунки в любой инжекторной системе осуществляют непосредственный впрыск топлива в цилиндры (впускной коллектор), однако принципы доставки бензина могут отличаться. Так, существуют инжекторы:

С моновпрыском (центральным впрыском). В таких системах имеется лишь одна форсунка, которая и подаёт топливо в мотор

Сегодня инжекторы с моновпрыском не используются, поэтому заострять внимание на них нет необходимости;
С распределённым впрыском – самые используемые на данный момент. Их конструкция предполагает, что инжектор состоит из n-ого количества форсунок, которые подают топливо в каждый отдельный цилиндр

Среди инжекторных систем с распределённым впрыском выделяют несколько подтипов, а точнее:непосредственный впрыск (часто называемый прямым) – горючее поступает в камеру сгорания напрямую;
одновременный впрыск – топливо подаётся синхронно всеми форсунками в каждый цилиндр двигателя;
попарно-параллельный впрыск – горючее поступает по парной схеме работы форсунок (то есть, один насос работает на «впуск», другой — на «выпуск»);
фазированный впрыск – подача бензина осуществляется исключительно на «впуск» при любом режиме работы.

Стоит отметить, что столь большое разнообразие инжекторов лишь отчасти оправдано, так как в подавляющем числе случаев используются системы либо с непосредственным, либо с одновременным видами впрыска.