Как работает инжекторный двигатель – Устройство и Схема, Электронный Или Механический, Описание и Эксплуатация, Принципы Работы Форсунок, Технические Характеристики, Впрыск Топлива

Содержание

Принцип работы инжекторного двигателя, что такое инжекторный двигатель

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.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).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.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.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.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

principraboty.ru

Как работает инжекторный двигатель, принцип работы и преимущества

Вместо недавно повсеместно распространенных карбюраторных двигателей сейчас в основном используются инжекторные или впрысковые двигатели. Принцип их работы относительно прост и чрезвычайно экономичен. Однако, чтобы оценить преимущество инжектора, нужно сначала разобраться, почему они пришли на смену карбюраторам.

Карбюратор служит для подачи топлива во впускной коллектор, где оно уже смешивается с воздухом, а оттуда распределяется в камеры сгорания поршней. На подачу и смешивание топлива с воздухом израсходуются силы двигателя — до десяти процентов. Бензин всасывается в коллектор благодаря разнице в давлении в атмосфере и коллекторе, а чтобы поддерживать нужный уровень давления, как раз и расходуются ресурсы двигателя.

Кроме этого у карбюратора есть и масса других недостатков, например, когда через карбюратор проходит слишком много топлива, он просто физически не успевает направить его через узкую горловину в коллектор, в результате чего карбюратор начинает коптить. Если же топливо ниже определенного уровня, то двигатель попросту не тянет и глохнет — знакомая многим ситуация.

Принцип работы инжектора

Инжектор, в принципе, исполняет в двигателе ту же работу, что и карбюратор — подает топливо в камеры сгорания поршней. Однако происходит это не из-за всасывания бензина в коллектор, а методом впрыска топлива через форсунки непосредственно в камеры сгорания или в коллектор, и здесь же происходит смешивание топлива с воздухом.

Мощность инжекторных двигателей в среднем на 10 процентов выше, чем карбюраторных.

Инжекторы делятся на два основных вида:

  • моновпрыск — топливо подается через форсунки в коллекторе, а затем распределяется непосредственно в камеры сгорания;
  • распределенный впрыск — в головке цилиндров имеется форсунка для каждого поршня и смесь топлива с воздухом происходит в камере сгорания.

Инжекторные двигатели с распределенным впрыском являются самыми экономичными и мощными. Подача бензина происходит в момент открытия впускного клапана.

Преимущества инжектора

Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки на двигатель, как только увеличиваются обороты, впрыск производится чаще.

Автомобили с впрысковой системой легче заводятся, увеличивается динамический момент двигателя. Инжектор меньше реагирует на погодные условия, ему не требуется длительное прогревание при минусовых температурах воздуха.

Инжекторы более «дружелюбны» к экологии, уровень выбросов вредных веществ на 50-70 процентов ниже, чем у карбюратора.

Также они более экономны, поскольку топлива расходуется ровно столько, сколько нужно для бесперебойной работы двигателя в данный момент.

Недостатки впрысковых систем

К недостаткам можно отнести тот факт, что для нормальной работы двигателя требуется слаженная работа нескольких электронных датчиков, которые контролируют разные параметры и передают их на главный процессор бортового компьютера.

Высокие требования к чистоте топлива — узкие горлышки форсунок очень быстро будут забиваться, если пользоваться некачественным бензином.

Ремонт обходится очень дорого, а некоторые элементы вообще не подлежат восстановлению.

Как видим, ни одна система не лишена недостатков, однако преимуществ у инжектора значительно больше и именно из-за этого инжекторные двигатели пришли на замену карбюраторным.

Очень наглядное видео, в 3D, о принципе работы инжекоторного двигателя.

В данном видео вы узнаете о принципе работы системы питания инжекторного двигателя.

Загрузка...

Поделиться в социальных сетях

vodi.su

Принцип работы инжекторного двигателя

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) основан на сгорании небольшого количества топлива в ограниченном объеме. При этом высвобождающаяся энергия преобразуется за счет движения поршней в механическую энергию. Дозированное количество топлива обеспечивается карбюратором или специальным устройством – инжектором. Двигатели с такими устройствами называются инжекторными. Рабочий принцип инжекторного двигателя прост – подача в нужный момент времени нужного количества топлива в нужное место.
инжекторный двигатель

инжекторный двигатель

Как работает ДВС

Чтобы ясно понимать различие между двумя типами силовых устройств, необходимо предварительно коснуться того, как вообще работает ДВС. Существует несколько отличающихся типов, из которых самыми распространенными будут:

  1. бензиновые;
  2. дизельные;
  3. газодизельные;
  4. газовые;
  5. роторные.

Принцип работы мотора лучше всего можно понять на примере бензинового двигателя. Самый популярный из них – четырехтактный. Это означает, что весь цикл преобразования энергии, образующейся при сгорании топлива, в механическую осуществляется за четыре такта.
Устройство двигателя таково, что последовательность выполнения тактов следующая:

  • впуск – заполнение цилиндров топливом:
  • сжатие – подготовка топлива к сгоранию;
  • рабочий ход – преобразование энергии сгорания в механическую;
  • выпуск – удаление продуктов сгорания топлива.

Для обеспечения работы двигателя у каждого из них своя задача. Во время первого такта поршень опускается из верхнего положения до крайнего нижнего, открывается клапан (впускной) и цилиндр начинает заполняться топливно-воздушной смесью. Во втором такте клапана закрыты, а движение поршня происходит от нижнего положения к верхнему, смесь в цилиндре сжимается. Когда он доходит до верхнего положения, на свече проскакивает искра и поджигается смесь.

При ее сгорании образуется повышенное давление, которое заставляет двигаться поршень от верхнего положения к нижнему. После его достижения под действием инерции вращения коленвала поршень начинает двигаться опять вверх, при этом срабатывает выпускной клапан, продукты сгорания топлива выводятся наружу из цилиндра. Когда поршень дойдет до верхнего положения, закрывается выпускной, но зато открывается впускной клапан и весь цикл работы повторяется.

Все описанное выше можно увидеть на видео

О карбюраторе, его достоинствах и недостатках

Здесь необходимо сделать небольшое дополнение. Раз мы рассматриваем бензиновый мотор, то в нем подача бензина в цилиндры двигателя возможна различными способами. Исторически первой была разработана подача и дозировка бензина при помощи карбюратора. Это специальное устройство, которое обеспечивает необходимое количество топливно-воздушной смеси (ТВС) в цилиндрах.
карбюратор

карбюратор
Топливно-воздушной называется смесь воздуха и паров бензина. Она приготавливается в карбюраторе, специальном устройстве, для их смешивания в нужной пропорции, зависящей от режима работы двигателя. Будучи достаточно простым по своему устройству, карбюратор длительное время успешно работал с бензиновым мотором.
Однако по мере развития автомобиля выявились недостатки, с которыми в сложившихся к тому времени условиях уже было трудно мириться разработчикам двигателя. В первую очередь это касалось:
  • топливной экономичности. Карбюратор не обеспечивал экономного расходования бензина при внезапном изменении режима движения машины;
  • экологической безопасности. Содержание в отработанных газах токсичных веществ было достаточно высоким;
  • недостаточной мощности двигателя из-за несоответствия ТВС режиму движения автомобиля и его текущему состоянию.

Чтобы избавиться от отмеченных недостатков был реализован иной принцип подачи топлива в мотор – с помощью инжектора.

Про инжекторные моторы

У них есть еще одно название – впрысковые двигатели что, в общем-то, никоим образом не изменяет сути происходящих явлений. По выполняемой работе впрыск напоминает принцип, реализуемый в работе дизеля. В двигатель в нужный момент через форсунки инжектора впрыскивается строго дозированное количество топлива, и оно поджигается искрой со свечи, хотя при работе дизеля свеча не используется.
форсунки инжектора

форсунки инжектора
Весь цикл четырехтактного ДВС, рассмотренный ранее, остается неизменным. Основное отличие в том, что карбюратор готовит ТВС за пределами двигателя, и она потом поступает в цилиндры, а у инжекторного двигателя последних моделей бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр.

Как это происходит, можно в деталях увидеть на видео


Подобное устройство мотора позволяет решить те проблемы, которые возникают при работе карбюратора. Использование инжектора обеспечивает по сравнению с карбюраторным вариантом следующие преимущества мотору:
  • повышение мощности на 7-10%;
  • улучшение показателей топливной экономичности;
  • снижение уровня токсичных веществ в составе выхлопных газов;
  • обеспечение оптимального количества топлива, зависящее от режима движения автомашины.

Это только основные достоинства, которые позволяет получить инжекторный двигатель. Однако у каждого достоинства есть и свои недостатки. Если карбюраторный мотор чисто механический и его можно отремонтировать практически в любых условиях, то для управления инжекторным требуется сложная электроника и целая система датчиков, из-за чего работы (регламентные и ремонтные) необходимо проводить в условиях сервисного центра.

Устройство впрыска

Если посмотреть, как выглядит устройство ДВС с впрыском вместо карбюратора, то можно выделить:

  • контроллер впрыска – электронное устройство, содержащее программу для работы всех составных узлов системы;
  • форсунки. Их может быть как несколько, так и одна, в зависимости от используемой системы впрыска;
  • датчик расхода воздуха, определяющий наполнение цилиндров в зависимости от такта. Сначала определяется общее потребление, а потом программно пересчитывается необходимое количество для каждого цилиндра;
  • датчик дроссельной заслонки (ее положения), устанавливающий текущее состояние движения и нагрузку на двигатель;
  • датчик температуры, контролирующий степень нагрева охлаждающей жидкости, по его данным корректируется работа двигателя и при необходимости начинается работа вентилятора обдува;
  • датчик фактического нахождения коленчатого вала обеспечивающий синхронизацию работы всех составных узлов системы;
  • датчик кислорода, определяющий его содержание в выхлопных газах;
  • датчик детонации контролирующий возникновение последней, для ее устранения по его сигналам меняется значение опережения зажигания.

датчик кислорода

датчик кислорода
Вот примерно так выглядит в общих чертах система, обеспечивающая впрыск топлива, принцип работы должен быть вполне понятен из ее состава и назначения отдельных элементов.

Виды впрысковых систем

Несмотря на достаточно простое описание работы инжекторного мотора, приведенное ранее, существует несколько разновидностей, осуществляющий подобный принцип работы.

Одноточечный впрыск

Это самый простой вариант реализации принципа впрыска. Он практически совместим с любым карбюраторным двигателем, разница заключается в применении впрыска вместо карбюратора. Если карбюратор во впускной коллектор подает ТВС, то при одноточечном впрыске во впускной коллектор впрыскивается через форсунку бензин.

Как и в случае с карбюраторным мотором, при такте впуск двигатель всасывает готовую топливно-воздушную смесь, и его работа практически не отличается от работы обычного двигателя. Преимуществом такого мотора будет лучшая экономичность.
прямой впрыск топлива

прямой впрыск топлива

Многоточечный впрыск

Представляет дальнейший этап совершенствования инжекторных моторов. Топливо по сигналам от контроллера подается к каждому цилиндру, но тоже во впускной коллектор, т.е. ТВС готовится вне цилиндра и уже в готовом виде поступает в цилиндр.
В таком варианте реализации принципа инжекторного двигателя возможно обеспечить многие из преимуществ, присущие впрысковому двигателю и отмеченные ранее.

Непосредственный впрыск

Является следующим этапом развития инжекторных двигателей. Впрыск топлива выполняется прямо в камеру сгорания, чем обеспечивается наилучшая эффективность работы ДВС. Итогом такого подхода является получение максимальной мощности, минимального расхода топлива и наилучших показателей экологической безопасности.

Инжекторный ДВС является следующим этапом в развитии бензинового мотора, значительно улучшающий его показатели. В моторах, использующих систему впрыска топлива, возрастает мощность, а также экономическая эффективность их работы, они отличаются значительно меньшим отрицательным влиянием на окружающую среду.

znanieavto.ru

принцип работы, плюсы и минусы

Современный автомобильный мир ушел на несколько шагов вперед. И это не удивительно, ведь только так можно оставаться на плаву и получать хорошую прибыль. Особенно это касается силовых установок, которые устанавливаются на автомобили. Вы наверняка слышали такое словосочетание, как инжекторный двигатель. По сути, это всем известный карбюратор, только немного видоизмененный.

В нем также происходит процесс сгорания топлива и выделение мощности. Единственное отличие инжектора заключается в новой инжекторной системе подачи топливовоздушной смеси.

История

Многие знают, что первая система по образованию топливовоздушной смеси называлась карбюратор.

Она позволяет подавать топливо непосредственно в каждый цилиндр автомобиля и приводить его в движение. Что касается расположения, то изначально карбюратор устанавливался перед впускным коллектором и готовил качественную смесь.

С некоторым временем потребности современных водителей и конструкторов возросли в несколько раз. Из-за этого система не могла выдавать того желаемого результата, который хотели видеть все. Особенно это касается кораблестроения и самолетостроения. Дело в том, что в этих отраслях нужна огромная мощность и высокий КПД.

В результате этого конструкторы придумали совершенно новую систему, которая немного походила на дизельный двигатель, но имела стандартные свечи зажигания. Все это произошло в начале 40-х годов, именно в это время были сконструированы первые инжекторные двигатели.

Данный скачок позволил получить желаемый результат по мощности, но немного не подходил под экологическую безопасность. В результате, разработки пришлось на время прекратить до начала 70-х годов. Именно в это время американские конструкторы решили возродить подачу топлива непосредственно в цилиндры двигателя и сделать более усовершенствованную систему.

Устройство

В современных инжекторных двигателях топливо подается не самотеком, а при помощи небольшой системы, под названием форсунка.

Ее работа основана на считывании всевозможных датчиков, которые располагаются в двигателе. Благодаря этому топливовоздушная смесь дозируется небольшими порциями и подается именно в тот момент, когда это необходимо.

Что касается самого управления, то все держится на простом блоке управления, так называемом компьютере. Именно он и раздает небольшие команды каждой форсунке.

Инжекторная система имеет следующие компоненты:

  1. Топливная форсунка;
  2. Топливная рампа;
  3. Насос;
  4. Сам блок управления;
  5. И небольшая система датчиков.

Подробнее о каждом компоненте:

  • Топливная форсунка является основным компонентом, который и называют инжектором. Она позволяет своевременно подавать топливо и распылять его непосредственно в каждый цилиндр. В основе форсунки лежит простой корпус и электромагнитный клапан, который и осуществляет процесс открытия и закрытия форсунки. Что касается самого распыления, то оно происходит через специальное отверстие, управляемое клапаном.
  • Топливную рампу можно найти в любом современном инжекторном двигателе. Ее главное предназначение состоит в подводе топлива ко всем форсункам. Если говорить просто, то она соединяет все форсунки в единое целое.
  • Что касается топливного насоса, то он просто подает топливовоздушную смесь под давлением, сравнимую с давлением в несколько атмосфер. Без него бы топливо подавалось просто самотеком, как и в карбюраторном двигателе.
  • Мозгом системы является блок управления, который и отдает команды всем форсункам. По сути, это небольшой микроконтроллер, соединенный с большим количеством датчиков, форсунками, топливным насосом, системой зажигания, регулятором холостого хода и другими системами. Его главная задача состоит в сборе всей информации по состоянию двигателя и распределении топлива.
  • Датчики отвечают за измерение основных параметров силовой установки в реальном времени. В основном это расход воздуха, расположение коленвала, образование детонации в цилиндрах, температура, скорость транспортного средства и другое. Также можно встретить датчики, которые определяют включен ли кондиционер, ровная ли дорога и как располагается распределительный вал.

Принцип работы

  1. В силовом агрегате топливная смесь подготавливается вне камеры сгорания при помощи специального устройства. В результате движения поршня вниз определенное количество топлива всасывается в камеру сгорания.
  2. Далее идет основной процесс, так называемый рабочий ход. В это время происходит сжимание топлива и поджигание при помощи искры.
  3. В итоге все топливо сгорает и выделяется огромное количество тепла, которое идет на мощность инжекторного двигателя.
  4. В конце такта поршень движется вверх и открывается выпускной клапан, который и выводит отработавшие газы. Далее приоткрывается впускной клапан, и новая порция топлива поступает в цилиндр.

Данный процесс происходит в течение долгого времени, пока двигатель работает. Специалисты называют такой газообмен четырехтактным. То есть все это происходит за четыре такта:

  1. Впуск;
  2. Сжатие;
  3. Сгорание;
  4. Выпуск.

Чтобы совершить один такой цикл требуется два оборота коленвала. Чтобы потери мощности были минимальны, конструкторы придумали многоцилиндровые системы. Они позволяют выдавать огромное количество тепла и мощности.

В современном мире большую популярность получил четырехтактный инжекторный двигатель, что неудивительно. Дело в том, что он отличается не только техническими характеристиками, но и самими габаритами. В основе данной системы лежит порядок работы цилиндров.

Режимы работы

Сейчас можно встретить восемь режимов работы силового агрегата:

  1. При холодном пуске топливная смесь очень сильно обедняется. Это случается из-за того, что топливо очень плохо смешивается с воздухом. В результате не происходит того испарения, которое нужно. Такой способ работы двигателя очень сильно вредит деталям. То есть большое количество топлива оседает на стенках цилиндра и выпускных труб;
  2. Если вы заводите авто при низкой температуре, то на начальном этапе требуется очень обогащенная смесь. Для этого нужно подавать большее количество топлива, пока температура в камере сгорания не повысится до нужного значения;
  3. После пуска идет процесс прогрева инжекторного двигателя. Вы знаете, что во время пуска в мороз смесь очень бедная, образуется некая топливная пленка в выпускной трубе. Она исчезает только после достижения очень высокой температуры. В связи с этим топливную смесь нужно очень сильно обогащать;
  4. При частичной нагрузке необходимо поддерживать определенный состав топливовоздушной смеси. Если двигатель инжекторный не оснащен нейтрализатором, то обогащенность должна быть в пределах 1,05 – 1,2;
  5. При полной нагрузке дроссельная заслонка полностью открыта. Поступает большое количество воздуха, что очень хорошо. В этом режиме достигается максимальная мощность и крутящий момент;
  6. Во время ускорения заслона то открывается, то закрывается. В результате этого смесь кратковременно обедняется и происходит ограничение подачи топлива. Для предотвращения такого явления обогащение должно быть меньше 1;
  7. В холостом режиме происходит замедление, автомобиль двигается по инерции. В этом случае подача топлива полностью перекрывается;
  8. Если происходит увеличение высоты, то плотность воздуха уменьшается. Из этого следует, что двигаться в горах очень сложно, топливная смесь будет очень обогащена. Это может привести к трудному пуску силового агрегата и увеличению расхода топлива.

Преимущества и недостатки

Инжектор получил огромную популярность в современном мире. Это обусловлено следующими плюсами:

  1. Режим работы меняется автоматически, без использования человеческого фактора;
  2. Полностью отсутствует необходимость в ручной настройке;
  3. Двигатель очень экономичный;
  4. Полностью соответствует всем экологическим нормам;
  5. Очень легко запускать в любую погоду, нет потери мощности.

Кончено, без недостатков никуда. О них тоже стоит рассказать:

  1. Довольно высокая стоимость и обслуживание;
  2. Многие детали непригодны к ремонту. То есть их придется полностью выкидывать и менять на новые;
  3. Производить ремонт и обслуживание в домашних условиях практически невозможно. Для этого требуется специальное оборудование и опыт;
  4. Двигатель очень зависим от напряжения сети.

Типы инжекторной системы

Сейчас можно встретить три типа:

  1. Одноточечный впрыск;
  2. Многоточечный впрыск;
  3. Непосредственный впрыск.

Первый является самым простым и очень распространённым. Он не очень сильно начинен электроникой, что приводит к меньшему эффекту. Большим недостатком такой системы является то, что некая часть топлива теряется во время впрыска. То есть топливная смесь подается через форсунку во впускной коллектор, где происходит распределение по цилиндрам.

Следом идет многоточечный впрыск, который позволяет подавать топливо индивидуально в каждый цилиндр. Благодаря этому у вас не будет возникать вопрос: нужно ли прогревать инжекторный двигатель. Что касается самого распределения, то он мощнее и экономичнее. По многочисленным тестам можно увидеть, что мощность увеличивается на 7 процентов. К основным преимуществам можно отнести автоматическую настройку подачи топлива и впрыскивание вблизи клапана.

Непосредственный впрыск используется во многих современных автомобилях. Его особенность состоит в том, что подача топлива происходит непосредственно в каждый цилиндр. Ни одной капли смеси не будет расходоваться впустую. Если у вас возникает вопрос надо ли прогревать двигатель, то ответ очень простой. Это зависит от самого производителя и его рекомендаций. Некоторые рекомендуют прогревать силовой агрегат не очень долго, чтобы не навредить всем деталям. Каждый должен сам ответить на вопрос, надо ли ему прогревать двигатель, изучив рекомендации к своему авто.

dvigatels.ru

Принцип работы инжектора для начинающих

Воспламенение смеси топлива и воздуха

С целью сокращения вредных выбросов и повышения экономичности двигателей автомобильная топливная система в последние годы серьезно изменилась. Например, в США от карбюраторов отказались ещё в 1990 году. Системы впрыска топлива появились ещё в середине ХХ века, а на серийных автомобилях европейских производителей их начали применять примерно с 1980-х.

На сегодняшний день все новые автомобили оснащаются именно инжекторными двигателями. В этой познавательной статье мы рассмотрим принцип работы инжектора и его устройство. Вы сможете узнать, как топливо попадает в цилиндр двигателя. Устройство двигателя с системой впрыска – очень актуальная тема для современного автолюбителя, поэтому устраивайтесь поудобнее и начинаем!

Карбюратор «сдаёт позиции»

После появления двигателя внутреннего сгорания карбюратор использовался для подачи топлива в двигатель. В такой технике как бензопилы и газонокосилки это устройство применяется до сих пор. Но в процессе эволюции автомобиля карбюратору становилось всё сложнее и сложнее удовлетворять многим требованиям к эксплуатации.

Например, для того чтобы соответствовать ужесточающимся экологическим нормам были введены каталитические нейтрализаторы (катализаторы). Катализатор эффективен лишь в случае тщательного контроля топливно-воздушной смеси. Кислородные датчики (как их проверяют мы уже писали – https://avtopub.com/proverka-kislorodnogo-datchika-lyambda-zonda-svoimi-silami/) отвечают за контроль количества кислорода в выхлопных газах. Эта информация используется и электронным блоком управления двигателем (ЭБУ) для регулировки пропорции воздух/топливо в режиме реального времени.

В итоге получается замкнутая система управления, которую невозможно было реализовать с использованием карбюраторов. В течение короткого периода времени выпускались карбюраторы с электронным управлением, но они были ещё более сложными, чем чисто механические устройства.

Сначала карбюраторы были заменены системой впрыска топлива в корпусе дроссельной заслонки (также известна как одноточечная система впрыска или система центрального впрыска топлива). В них форсунки были расположены в корпусе дроссельной заслонки. Это было простое решение для замены карбюратора, поэтому автопроизводителям не пришлось вносить изменения в конструкцию двигателей.

Со временем, в процессе появления новых двигателей, система центрального впрыска топлива была заменена многоточечной системой впрыска топлива (также известна как система последовательного впрыска). В этих системах используется отдельная топливная форсунка для каждого цилиндра. Как правило, они расположены так, чтобы распылять топливо прямо на впускной клапан. Эти системы обеспечивают более точное дозирование топлива и быструю реакцию. Пришло время подробнее изучить принцип работы инжектора.

Когда вы давите на газ

Педаль газа в вашем автомобиле подключена к дроссельной заслонке. Речь идет о клапане, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Так что педаль газа на самом деле является педалью воздуха.

Дроссельный узел

Когда вы нажимаете на педаль газа, дроссельная заслонка открывается больше, в результате чего двигатель получает больше воздуха. Блок управления двигателем (ЭБУ, компьютер, управляющий всеми электронными компонентами двигателя) «замечает» открытую дроссельную заслонку и увеличивает подачу топлива для приготовления оптимальной топливно-воздушной смеси. Очень важно, чтобы подача топлива увеличивалась сразу после открытия дроссельной заслонки. В противном случае, некоторая часть воздуха окажется в цилиндрах без достаточного количества топлива.

Датчики контролируют содержание кислорода в выхлопных газах, а также количество воздуха, поступающего в двигатель. ЭБУ использует эти данные для максимально точного выбора соотношения воздуха и топлива. Как работает инжектор на современных автомобилях?

Форсунка

Топливная форсунка (инжектор) – это клапан с электронным управлением. Подачу топлива к этому клапану обеспечивает топливный насос. Форсунка может открываться/закрываться много раз в секунду.

Устройство топливной форсунки

Когда форсунка находится под напряжением, электромагнит перемещает поршень, открывающий клапан, в результате чего происходит впрыск топлива под давлением через крошечное сопло. Насадка предназначена для распыления топлива. Появляется мелкий туман, который легко сгорает.

Количество топлива, которое подается в двигатель, зависит от того, сколько времени форсунка остается в открытом положении. Данный показатель называют длительностью или шириной импульса, он управляется ЭБУ.

Форсунки установлены во впускном коллекторе таким образом, чтобы распылять топливо прямо на впускные клапана. Трубка, которая поставляет топливо к каждой из форсунок под определенным давлением, называется топливной рампой.

Образование топливно-воздушной смеси

Для того чтобы определить оптимальное количество топлива, блок управления двигателя получает сигналы от множества датчиков. Рассмотрим самые важные из них.

Устройство инжекторного двигателя – основные датчики

Для выбора оптимального количества топлива в различных условиях эксплуатации ЭБУ двигателя следит за показаниями различных датчиков. Вот лишь несколько основных:

  • Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ). Сообщает блоку управления массу воздуха, поступающего в двигатель.
  • Датчик (-и) кислорода (лямбда-зонд). Контролирует содержание кислорода в выхлопных газах. С помощью полученной от него информации ЭБУ может выявить богатую или бедную топливную смесь и внести соответствующие коррективы.
  • Датчик положения дроссельной заслонки. Следит за положением дроссельной заслонки (она влияет на подачу воздуха в двигатель), благодаря чему блок управления может оперативно реагировать на изменения, увеличивая либо сокращая расход топлива по мере необходимости.
  • Датчик температуры охлаждающей жидкости. Помогает ЭБУ определить, когда двигатель достиг оптимальной рабочей температуры.
  • Датчик напряжения. Следит за напряжением бортовой сети автомобиля. В зависимости от показаний датчика блок управления может увеличить число оборотов холостого хода двигателя, если напряжение падает (такое бывает при высоких электрических нагрузках).
  • Коллекторный датчик абсолютного давления. Анализирует давление воздуха во впускном коллекторе. Количество воздуха, поступающего в двигатель, является хорошим показателем того, сколько энергии он вырабатывает. Чем больше воздуха поступает в двигатель, тем ниже давление в коллекторе. Этот показатель используется для определения количества производимой энергии.
  • Датчик скорости вращения коленчатого вала. Скорость вращения коленвала – один из факторов, влияющих на расчет требуемой длительности импульса.

Существует два основных типа управления многоточечными системами впрыска: топливные форсунки могут открываться одновременно или каждая из них может открываться только перед открытием впускного клапана соответствующего цилиндра (это называется последовательный многоточечный впрыск топлива).

Преимущество последовательного впрыска топлива заключается в том, что система может реагировать на любые действия водителя быстрее, поскольку с момента выполнения действия она ждет лишь очередного открытия впускного клапана. Системе не нужно ждать полного вращения двигателя. Разобраться в работе инжектора мы смогли, но кто всем этим «руководит»?

Управление работой двигателя

Алгоритмы, управляющие двигателем, являются довольно сложными. Существует множество требований, которым силовой агрегат должен удовлетворять. Например, это касается показателя вредных выбросов или требований топливной экономичности.

Блок управления двигателем использует формулу и множество таблиц соответствия для установки длительности импульса в определенных условиях эксплуатации. Формула представляет собой сочетание многих факторов, умноженных друг на друга. Мы рассмотрим упрощенную формулу определения длительности импульса топливной форсунки. В этом примере наша формула будет состоять лишь из трех показателей, в то время как в реальности обычно учитывается свыше сотни параметров.

Длительность импульса = (Длительность базового импульса) x (Фактор A) x (Фактор B)

Для расчета длительности импульса электронный блок сначала выполняет поиск длительности базового импульса в соответствующей справочной таблице. Базовая длительность импульса – это функция от частоты вращения двигателя (RPM) и нагрузки (она вычисляется из абсолютного давления в коллекторе). Например, частота вращения двигателя 2000 оборотов в минуту, а показатель нагрузки равен 4. В таблице необходимо найти число в месте пересечения показателей 2000 и 4. Получается 8 миллисекунд.

Частота вращения двигателя

Нагрузка

1 2 3 4 5
1,000 1 2 3 4 5
2,000 2 4 6 8 10
3,000 3 6 9 12 15
4,000 4 8 12 16 20

В следующих примерах А и В представляют собой параметры, которые блок управления получает от датчиков. Допустим, что А – это температура охлаждающей жидкости, а B – уровень содержания кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100, а уровень кислорода – 3, справочные таблицы свидетельствуют о том, что фактор А = 0,8, а фактор B = 1,0.

A Фактор A B Фактор B
0 1.2 0 1.0
25 1.1 1 1.0
50 1.0 2 1.0
75 0.9 3 1.0
100 0.8 4 0.75

Таким образом, поскольку нам известно, что длительность базового импульса – это функция от нагрузки и частоты вращения двигателя, а длительность импульса = (длительность базового импульса) x (фактор A) x (фактор B), общая длительность импульса в нашем примере равна:

8 х 0,8 х 1,0 = 6,4 мс

На этом примере видно, как система управления выполняет настройку. Так как параметр В отображает содержание кислорода в выхлопных газах, согласно данным с таблицы, можно сделать вывод, что выхлопные газы содержат слишком много кислорода, в результате чего ЭБУ сокращает подачу топлива.

Реальные системы управления учитывают свыше 100 параметров, для каждого из которых составлена собственная таблица соответствия. Некоторые параметры даже корректируются с течением времени с целью компенсации изменений производительности компонентов, к примеру, каталитического нейтрализатора (о проверке катализатора читайте по ссылке). И в зависимости от количества оборотов двигателя, блок управления может выполнять эти расчеты более 100 раз в секунду.

Если наша статья о том, как работает инжектор, и какие существуют системы впрыска топлива, вам понравилась, поделитесь ссылкой с друзьями в социальных сетях, используя соответствующие кнопочки ниже. Спасибо за внимание, оставайтесь с нами!

avtopub.com

Как работает инжектор? / Habr

В заметке пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла. Попытаюсь на пальцах и в общем объяснить что же и как происходит.

Чем занимаются те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника — альтернатива другим системам, выполняющим те же функции. Дозированием топлива занимался карбюратор, зажиганием управлял механический или вакуумный корректор угла опережения зажигания. В общем не электроникой единой возможно реализовать все это и достаточно продолжительное время именно так и было. На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, которые призван заменить инжектор.
Зачем же понадобилось что-то менять? Зачем сносить существующие проверенные и весьма надежные системы? Все просто — гонка за экономичностью, экологичностью и мощностью. Точность работы описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами по себе электронные системы управления двигателем начали появляться достаточно давно.

Я опущу принцип работы поршневых ДВС, многие знакомы с тем как работает двигатель, а те кто не знакомы — не слишком пострадают. В разрезе работы системы питания и системы зажигания двигатель это просто преобразователь воздушно-топливной смеси в механическую энергию. Можно рассматривать его как черный ящик, с некоторыми особенностями.

Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из этого механическую энергию. Сложность состоит в том, что для получения интересующих нас характеристик надо смешивать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджигать их в достаточно точно определенный момент времени. Более того — при недостаточной точности мы получим ухудшение характеристик.

Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и поджигом смеси в цилиндрах двигателя. Это основные функции. Кроме них есть еще и дополнительные — управление турбиной, управление трансмиссией.

Подсистема, занимающаяся дозированием топлива называется инжектор, поджигом топлива занимается зажигание. Воздух в двигатель поступает «естественным» порядком. Двигатель сам всасывает воздух, его количество только может ограничиваться, для снижения мощности двигателя. Нам не нужна максимальная мощность все время, бОльшую часть времени мощность как раз ограничивается. В случае с турбиной воздух попадает в двигатель принудительно, но это не меняет сути. Воздуха столько сколько есть и мы управляем его количеством при помощи педали.
Сколько топлива нам надо подать в двигатель и как его дозировать? Есть так называемое стехиометрическое отношение, показывающее, что для полного сжигания килограмма топлива нам нужно вполне определенное количество воздуха. Для бензина это соотношение равно 14,7:1. также его называют AFR (Air Fuel Rate по английски) Это не аксиома, это некий оптимум. Смесь может быть «беднее», в ней может быть меньше топлива. Такая смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но сгорает все полностью. Это значения в большую сторону — AFR 15 и более. Может быть и «богаче», когда топлива больше — AFR 14 или меньше. При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна. И в ту и в другую сторону есть ограничения — если слишком увлечься, работать двигатель не будет. Нельзя просто налить 20 частей топлива и ожидать пропорционального прироста мощности.

Итак, чтобы определить сколько же топлива нам надо подать в двигатель нам надо знать сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто — из количества воздуха по соотношению определяем количество бензина и дело сделано!
Погодите ка, а как же нам определить сколько воздуха поступает в двигатель? Для этого есть несколько путей. Обычно используют один из следующих датчиков:

ДМРВ или MAFдатчик массового расхода воздуха. Датчик этот измеряет количество проходящего через него воздуха. Как подсказывает википедия — «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.». Датчики такого типа зачастую устанавливаются в гражданские автомобили. В общем то все достаточно просто. Похоже, это именно то, что нужно! Примерно так и есть.

Другой тип датчиков

ДАД или MAPдатчик абсолютного давления. Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет разрежение (или же избыточное давление, в случае с наддувом) в коллекторе. На основании показаний этого датчика и датчиков температуры, частоты вращения коленвала тоже можно вычислить объем поступающего воздуха, что нам и требуется. Для корректировки его показаний надо еще знать давление окружающего воздуха. Для измерения атмосферного давления либо ставят еще один такой же датчик, который непрерывно его измеряет, либо просто до запуска двигателя измеряют давление. Во втором случае может выйти неприятность, если вы с берега моря рванули прямиком на Эверест.
MAP часто ставят на спортивные автомобили.

Устанавливается один из этих датчиков, наличие одного из них — обязательно.
Ну что же, сколько воздуха поступает в двигатель мы примерно можем вычислить.
Другой обязательный датчик —
ДПКВ или датчик положения коленвала. Этот датчик позволяет мозгам точно знать, в каком положении находится коленвал. Зачем нам это нужно? Мало знать сколько топлива надо подать в двигатель, надо подавать его в определенный момент времени. Да и зажигать смесь в цилиндрах тоже надо строго вовремя. Так что без этого датчика — никак. Есть несколько типов таких датчиков, но большинство из них — либо индукционные, либо датчики Холла, либо подобные им. В общем — бесконтактные датчики, подобные тем, которые трудятся, например, в двигателе вашего винчестера. Или в кулерах.
Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что же происходит в двигателе в данный конкретный момент — ДПРВдатчик положения распредвала. Также его называют датчиком фаз. При помощи этого датчика можно понять в каком из цилиндров в данный момент такт впуска, куда же нам надо подавать топливо, в каком цилиндре у нас такт сжатия и время поджигать смесь. По принципу работы он подобен ДПКВ, но зачастую несколько проще. В общем то тоже самое, но на распредвале.

Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя. Худо бедно, но этого достаточно, чтобы примерно понять сколько надо подавать топлива, когда это делать и когда поджигать полученный коктейль.
Так давайте же тогда подавать и поджигать! (не путать с разжигать и науськивать)

Исполнительные механизмы

Топливо дозируется форсунками или другими словами «инжекторами». Да да, именно по названию этого узла все это безобразие нами так и называется. Форсунка из себя ничего особо интересного не представляет. Просто электромеханический клапан. Два провода и трубопровод с топливом под давлением. Подали напряжение на выводы — форсунка открылась, прекратили пропускание тока — форсунка закрылась. Для простоты давайте сначала примем, что форсунка открывается и закрывается моментально. Тогда для оценки объема проходящего через нее топлива нам достаточно знать ее статическую производительность. Это просто объем топлива, который пройдет через форсунку за минуту. Открыли форсунку, измерили объем бензина, который через нее за минуту вытек — получили основной параметр. Теперь нам для точного дозирования надо просто открывать и закрывать форсунку на определенное время. Получается что дозирование производится «выдержкой», если говорить терминами фотографов. Чем длиннее время на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы нальем в двигатель.
А поджиг смеси осуществляет все та же бессменная свеча зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели. И катушка зажигания тоже на месте. Вот только управляется она уже «мозгами». Зажигание не изменилось, но для его работы важен ДПКВ и ДПРВ, так что без этих датчиков дела не будет.

В общем то это, можно считать, и есть в общих чертах как работает инжектор. Смотрим на показания датчиков, отмеряем нужное количество топлива и открываем форсунку на вычисленное время. И так каждый такт. Т.е. в зависимости от частоты — 100 раз в секунду на частоте в 6000об/мин коленвала. Часто? Да не так чтобы и очень.

Идем дальше?

В реальных двигателях все несколько сложнее. Точно вычислить сколько же воздуха попадает в двигатель не так просто. Для корректировки значений нужны датчики температуры охлаждающей жидкости — просто термодатчик, аналогичный тому, что показывает температуру на приборной панели. И датчик температуры поступающего воздуха. В целом незначительно отличающийся от первого, а функционально и вовсе его брат близнец — тоже просто измеряет температуру, но уже не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель. Зачем нам что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры — топливо испаряется не так хорошо, а горят именно пары. Соответственно нам нужно топлива подавать больше, чтобы двигатель работал. Значит берем наше значение для оптимального соотношения, измеряем двигателю температуру и корректируем это наше значение. Также нужно откорректировать момент зажигания смеси в цилиндрах — по тем же причинам. И тут тоже корректируем.

Другой не совсем приятный момент — форсунка, которую мы приняли идеальной — на самом деле таковой не является. Во первых нужно время, чтобы она открылась, а потом закрылась. Соответственно в этом время она тоже подает топливо, но в меньшем количестве. На это тоже делается поправка. Само время открытия и закрытия зависит от напряжения бортовой сети. Одно дело когда генератор шпарит на всю и в сети 14В, а другое дело, когда генератор умер, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В. Время открытия форсунки меняется и его надо корректировать. Мало умершего генератора, ехать то надо и двигатель не должен перестать работать в таких условиях.

Мало нам было исполнительных механизмов, для работы на холостом ходу, когда педаль мы совсем не трогаем — двигатель не должен глохнуть, его работу надо поддерживать. Для этого есть специальное исполнительное устройство — РХХрегулятор холостого хода. Это такой шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал дает двигателю «вздохнуть» мимо перекрывающей воздух дроссельной заслонки. Умный мозг не дает двигателю зачахнуть и приоткрывает этот клапан, когда обороты снижаются. Но и разойтись не дает — прикрывает его, когда обороты возрастают уж слишком сильно.

Хорошо бы нам также знать на сколько сильно водитель давит на педаль акселератора. Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Датчик так и называется — ДПДЗдатчик положения дроссельной заслонки. Технически это просто потенциометр, который измеряет на какой угол повернута ось дроссельной заслонки. Это зачем это нам надо знать, как сильно водитель давит в пол, спросите вы? Все просто, нам надо знать когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично давит на педаль — не время экономить, льем от души!

Экологические нормы достаточно строго контролируют что же «выдыхает» (пускай уж выдыхает) наш двигатель. Так что при всем желании лить «на глазок» — нельзя. нужно контролировать состав выхлопных газов. Как это сделать? Для этой цели есть так называемый лямбда зонд или датчик кислорода — датчик, показывающий сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо либо же свободный кислород. По показаниям этого датчика инжектор может корректировать свое поведение, либо увеличивая либо уменьшая количество подаваемого топлива. Нужно это достаточно часто — бензин везде разный и даже просто хранясь в канистре или баке — стареет. А уж о заправках наших можно легенды слагать. Соответственно и режимы его горения совсем не постоянны. Ко всему прочему и производительность форсунок может «плавать». Ведь как вы поняли — расчет ведется исходя из их постоянной производительности, а форсунка со временем может забиться, производительность ее может снизиться.
А нормы строгие, а бензин дорогой, да и ехать же надо. Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обеспечения обратной связи. Смотрим на состав выхлопных газов, если сгорело не все — льем меньше. Если сгорело дочиста — льем больше.
Лямбда зонды бывают двух видов — узкополосные и широкополосные. Отличаются они точностью. Первые только показывают богатая или бедная у нас смесь, вторые показывают на сколько она богатая или бедная. Даже точно указывают тот самый AFR упоминаемый в начале статьи. Ну и цена, конечно. Первые стоят 25$, вторые — 200$. С лямбдами тоже не все просто — они достаточно капризны, требуют определенной температуры для работы, а это не всегда возможно, в некоторых типах зондов рабочий элемент специально подогревают от бортовой сети. Да, лямбда может быть не одна, но это уже тонкости.

Еще один сенсор, применяемый для анализа происходящего в двигателе — датчик детонации. Детонация это процесс сгорания топлива, который протекает взрывообразно. В нормальном режиме топливо просто сгорает, при детонации топливо взрывается. Это вредно для двигателя — все равно что бить по поршню молотком. Никто не любит когда по нему бьют молотком — поршень не исключение. Явление это крайне нежелательное и для определения того, что смесь детонирует и применяют такой датчик. Он по принципу работы похож на микрофон, который «слушает» двигатель (датчик закреплен на блоке цилиндров) и по услышанному пытается отфильтровать шум работы двигателя и понять где же детонация, а где нормальная работа. Все не просто и здесь. Для облегчения работы этого датчика ставят еще датчик неровной дороги, который покажет, что это наши дороги так шумят, а не двигатель. Востребованность этого датчика возрастает на турбированых двигателях.

В итоге сами по себе мозги работают примерно следующим образом:
Есть так называемая топливная карта — таблица, в которой записано какого состава должна быть смесь. У таблицы три измерения — частота вращения коленвала двигателя, нагрузка на двигатель и собственно AFR. Просто берем из таблицы значение, положенное туда опытным товарищем.
Корректируем это значение в соответствии с показаниями датчиков температур, лямбда зонда, датчика детонации, изменением положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (часть из них тоже в табличках) вычисляем необходимое количество топлива. Пересчитываем объем топлива во время открытия форсунки в соответствии с ее производительностью, корректируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент впуска — открываем форсунку на вычисленное время.

Как видите — ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может быть местами ПИД регулятор, коэффициенты влияния тех или иных факторов и в итоге просто время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там карта углов, аналогичная топливной карте (тоже таблица) и тоже корректировки в соответствии с показаниями датчиков.

В штатном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как это понять? Если датчик температуры, например, показывает что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует несмотря на все корректировки? В этом и заключается продуманность мозгов. Вычислить, что датчик врет, не принимать во внимание его показания, зажечь «check engine» на панели и продолжить работу. Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.

Да, многие из вас заметят, что инжектор по сути достаточно простое устройство. И схематически там нет ничего военного — входящие значения считываются по АЦП, выходящие так и вовсе чисто бинарные. Ну выходные транзисторы, ну достаточно жесткие условия работы. Но это не космос далеко.
Касательно работы прошивки — тоже вроде как все не так и сложно. На мой взгляд проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всякое такое. В процессе настройки саму прошивку никто не трогает обычно. В том смысле, что открывать исходники, корректировать алгоритмы, оптимизировать что-то — такого нет. Просто софт который позволяет изменять те самые топливные карты и другие коэффициенты. А прошивками занимаются уже инженеры на заводах. Или простые смертные, которым это интересно.
Да да, не каждый готов платить за «мозги» космические деньги, а кому-то может быть просто хочется больше контроля над происходящим. Все это привело к тому, что есть несколько проектов вполне доступных «мозгов». Есть megasquirt — www.megamanual.com/index.html, для этой аппаратной базы в последствии была написана и поддерживается кастомная прошивка с расширенным функционалом — msextra.com/doc/index.html На последнем сайте есть даже схемы этих «мозгов», может быть кому-то из электронщиков будет интересно. А программистам может быть интересно глянуть на код. Если не ошибаюсь, то он есть здесь. msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip
Есть еще VEMS — www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь сам по себе. Видел еще вот таких ребят — forum.diyefi.org там у них какой-то свой проект FreeEMS. На мой взгляд все это показывает, что все не так уж сложно и местами даже очень даже доступно.

Надеюсь получилось достаточно интересно и в меру понятно. Об опечатках прошу писать в личку. Если где ошибся — поправьте.

habr.com

Инжекторная система питания

На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.

Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.

Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).

Устройство ДВС

Основным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

  • лямбда-зонд;
  • положения коленвала;
  • массового расхода воздуха;
  • положения дроссельной заслонки;
  • детонации;
  • температуры ОЖ;
  • давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

  • бак;
  • электрический топливный насос;
  • топливные магистрали;
  • фильтр;
  • регулятор давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

  1. С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
  2. Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная система непосредственного впрыска).

На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:

  1. Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
  2. Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
  3. Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.

Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.

Обратная связь с датчиками

Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.

Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.

На разных режимах обратная связь работает так:

  • Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
  • Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
  • Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
  • Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
  • Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
  • Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.

Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.

Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.

autoleek.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о