Инжекторный двигатель- Устройство и принцип работы

История возникновения инжекторной системы впрыска

Инжектор по сути, форсунка, выступающая распрыскивателем горючего в двигателях. Изготовлен первый инжекторный мотор был в 1916 году российскими конструкторами Стечкиным и Микулиным. Однако воплощена система впрыска топлива в автомобилестроении, была только в 1951 году западногерманской компанией Bosch, которая наделила двухконтактный мотор незамысловатой механической конструкцией впрыска. Примерил на себя новинку микролитражный купе «700 Sport» компании Goliath из Бремена.

По прошествии трех лет задумку подхватил четырехконтактный мотор Mercedes-Benz 300 SL — легендарное купе «Крыло Чайки». Но, так как жестких экологических требований не было, то идея инжекторного впрыска была не востребована, а состав элементов сгорания двигателей не вызывал интереса. Главной задачей на тот момент было повысить мощность, поэтому состав смеси составлялся с расчетом избыточного содержания бензина. Таким образом, в продуктах сгорания, вообще, не было кислорода, а оставшееся несгоревшее горючие образовывало вредоносные газы посредством неполного сгорания.

Установлен инжекторный двигатель

Стремясь увеличить мощность, разработчики ставили на карбюраторы ускорительные насосы, заливавшие горючие в коллектор с каждым нажатием на педаль акселератора. Только в конце 60 х-годов 20 века проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами стала ребром. Транспортные средства заняли лидирующую строчку среди загрязнителей. Было решено для нормальной жизнедеятельности кардинально перестроить конструкцию топливного аппарата. Тут-то и вспомнили за инжекторную систему, которая гораздо эффективнее обычных карбюраторов.
Так, в конце 70-го произошло массовое вытеснение карбюраторов инжекторными аналогами, превосходящими во много раз эксплуатационными характеристиками. Испытательной моделью выступил седан Rambler Rebel («Бунтарь») 1957 модельного года. После инжектор был включен в серийное производство всеми мировыми автопроизводителями.

Основные неисправности

Чаще всего сбои инжекции проявляются несколькими неисправностями:

• не заводится мотор (неисправно главное реле, не работает насос, на форсунках нет напряжения);
• неустойчиво работает холодный двигатель (неисправен температурный датчик);
• мотор плохо работает на переходах (неисправен насос или форсунка);
• мотор глохнет (вышла из строя топливная система, разгерметизировался впуск воздуха).

Принцип работы инжектора

Самый простой инжектор имеет в своей конструкции следующие элементы:

1. Электронный блок управления;
2. Бензонасос (электрический);
3. Форсунки;
4. Датчики;
5. Регуляторы давления.

Как видно, ничего слишком сложного в конструкции инжектора нет, по крайней мере, это касается его механической части. Если коротко, то работа инжекторной системы впрыска происходит следующим образом:

• Датчик расхода воздуха измеряет массу воздуха, поступающего в мотор.
• Далее эта информация передается в блок управления инжектора, вместе с другими данными (температура силового агрегата, скорость вращения коленвала, температура воздуха, скорость и степень открытия дроссельной заслонки, и другие параметры).
• Компьютер анализирует всю эту информацию и точно высчитывает то количество топлива (бензина, дизтоплива, газа), которое требуется для сжигания в поступившей массе воздуха.
• Далее происходит подача электрического разряда (определенной длительности) на форсунки инжектора, которые открываются, пропуская топливо из топливной магистрали во впускной коллектор.

Наиболее сложная часть всей инжекторной системы – это электронный блок управления (сокращенно – ЭБУ). Он представляет собой микрокомпьютер, производящий вычисления по программе, внесенной в его память. Программа составлена таким образом, что успевает анализировать все параметры работы двигателя и реагировать на изменение информации, полученной от внешних датчиков.

Именно поэтому для корректной работы инжектора крайне важны следующие два компонента: каталитический нейтрализатор отработанных газов и датчик кислорода (лямбда-зонд).

1. Каталитический нейтрализатор. Внешне он имеет сходство с сотами, которые покрыты специальным слоем. Его задача состоит в дожигании несгоревшего топлива, вылетающего из камеры сгорания вместе с выхлопными газами. Но он теряет эту способность в результате всего нескольких заправок этилированным бензином. Однако не только топливо может стать причиной неисправности. Часто нейтрализатор просто оплавляется в результате длительной езды на обогащенной смеси – соты попросту забиваются нагаром. Это происходит в результате поломки датчика кислорода или неисправностей в системе зажигания.
2. Датчик кислорода. Чаще всего автомобили оснащают циркониевыми датчиками, которые прогреваются до рабочей температуры (свыше 300 °С) и подают блоку управления информацию о состоянии смеси, ориентируясь на состав выхлопа. Если смесь слишком богатая или бедная – компьютер корректирует подачу топлива, соответственно увеличивая или уменьшая его количество.

Как вы могли убедиться, инжектор представляет собой весьма сложный механизм. Поэтому такие операции, как чистка инжектора или его ремонт, мы не рекомендуем проводить самостоятельно.

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.

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.

Электронный блок управления

Его задача беспрерывно анализировать поступающие параметры от датчиков и давать команды системами. Компьютер учитывает факторы внешней среды и особенности различных режимов работы двигателя, при которых происходит эксплуатация. В случае выявления несовпадений, центр подает команды исполнительным элементам для коррекции. ЭБУ также имеет систему диагностики. Когда случается сбой, она распознает возникшие неполадки, оповещая водителя индикатором «CHECK ENGINE». Вся информация о диагностических кодах и ошибках хранится в центральном блоке.

Различают 3 вида памяти:

1. Однократное программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ). Хранит общую установку с последовательностью действий для управления системой. Располагается запоминающий чип в панели на плате блока, он легко сниматься и заменятся на новый. Информация здесь не меняется и при сбоях сети не стирается.
2. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Выступает как временное хранилище «блокнот», где рассчитываются параметры и куда компьютер может вносить изменения. Микросхема располагается на печатной плате блока. Для ее работы постоянно нужна электрическая сеть, если питание не поступает, то все данные находящиеся во временном хранилище стираются.
3. Электрически программируемое запоминающее устройство (ЭПЗУ). Временное хранилище данных и кодов-паролей противоугонной системы транспортного средства. Память не зависит от сети. Хранящиеся в ней коды нужны для сравнения с кодами иммобилайзера, если совпадения не произошло, то мотор не заведется.
   

   Первый тойотовский инжекторный двигатель M-E 1972 года

Видео о том, как работает инжектор

Нужно ли прогревать инжекторный двигатель зимой

Среди автовладельцев часто возникают дискуссии по поводу, прогревать ли инжекторный двигатель зимой. Известно, что инжекторный двигатель и карбюраторный существенно различаются. Моторы, оснащенные инжекторным впрыском, более технологичны, материалы изготовления рабочих элементов обладают улучшенными характеристиками, смазочные жидкости более приспособлены к работе при пониженных температурах. Отмечается существенная разница в работе и холодном запуске бензиновых моторов, карбюраторного и инжекторного типов.

Однако, вопреки представленным доводам, существуют приверженцы предварительного прогрева инжекторов, особенно в зимние месяцы.

Интересно: В Европе на законодательном уровне запрещено прогревать мотор или давать работать двигателю на холостом ходу длительное время вблизи жилых домов. Если водитель допускает подобные нарушения, ему грозят высокие штрафы. В странах СНГ экологические стандарты не отличаются повышенной строгостью. Здесь принято проявлять основную заботу не об окружающей среде, а о дорогостоящем транспортном средстве.

Нейтрализатор/катализатор

Для сокращения выброса окисей углерода и азота, в инжектор был добавлен каталитический нейтрализатор. Он преобразует выделенные из газов углеводороды. Применяется на инжекторах лишь с обратной связью. Перед катализатором имеется датчик содержания кислорода в выхлопных газах, по-другому его называют как лямбда-зонд. Контроллер, получая информацию от датчика, вытягивает подачу топливной смеси до нормы. В нейтрализаторе есть керамические составляющие с микроканалами, где содержатся катализаторы:

• два окислительных из платины и палладия;
• один восстановительный из родия.
  

  Инжекторная топливная система

Нельзя чтобы мотор с нейтрализатором работал на этилированном бензине. Это выведет из строя не только нейтрализаторы, но и датчики концентрации кислорода.

Так как простых каталитических нейтрализаторов недостаточно, то используется рециркуляция отработавших газов. Она существенно убирает образовавшиеся оксиды азота. Помимо этого, для этих целей устанавливается дополнительный NO-катализатор, так как система EGR не способна создать полное удаление NOx. Есть два типа катализаторов для понижения выбросов NOx:

1. Селективные. Не привередливы к качеству топлива.
2. Накопительного типа. Гораздо эффективнее, но очень чувствительны к высокосернистым горючим, что нельзя сказать о селективных. Поэтому они обширно применяются на авто для стран с малым количеством серы в топливе.

Виды систем впрыска дизельных ДВС

Основные виды СПТ в дизельных двигателях:

1. Насос-форсунки. Такие СПТ используются для подачи, а также дальнейшего впрыска образованной эмульсии под высоким давлением с помощью насос-форсунок. Основной особенностью таких СПТ является то, что насос-форсунки выполняют опции образования давления, а также непосредственно впрыска. Такие СПТ имеют и свои недостатки, в частности, речь идет о насосе, оборудованном специальным приводом постоянного тип от распределительного вала силового агрегата. Этот узел является не отключаемым, соответственно, он способствует повышенному износу конструкции в целом.
2. Именно из-за последнего недостатка большинство производителей отдают предпочтение СПТ типа Common Rail или аккумуляторного впрыска. Такой вариант считается более совершенным для многих дизельных агрегатов. СПТ имеет такое название в результате использования топливной рамы — основного элемента конструкции. Рампа используется одна для всех форсунок. В данном случае подача топлива осуществляется к форсункам от самой рампы, она может называться аккумулятором повышенного давления.
   Подача горючего осуществляется в три этапа — предварительный, основной, а также дополнительный. Такое распределение дает возможность снизить шум и вибрации при работе силового агрегата, сделать его работу более эффективной, в частности, речь идет о процессе возгорания смеси. Кроме того, это также позволяет и снизить объем вредоносных выбросов в окружающую среду.

Вне зависимости от вида СПТ, дизельные агрегаты тоже управляются с помощью электронных либо механических устройств. В механических вариантах устройства контролируют уровень давления и объема составляющих смеси и момента впрыска. Что касается электронных вариантов, то они позволяют обеспечить более эффективное управление силовым агрегатом.

 Загрузка …

Характерные неисправности

Сложная и многокомпонентная конструкция является одновременно преимуществом и недостатком инжекторной системы. Некоторые элементы с течением времени и при неправильной эксплуатации могут ломаться, их работоспособность нарушается, что приводит к необходимости проведения ремонтных работ.

Инжектор направлен на то, чтобы максимально эффективно сжигать топливо. Это стало возможным благодаря электронному управлению, которое определяет оптимальный состав смеси, состоящей из топлива и кислорода.

Существует несколько наиболее распространённых неисправностей, которые встречаются в работе инжектора на современных автомобилях.

1. Поломка или сбой в работе датчиков. Вне зависимости от того, какой именно датчик пострадал, нарушается общий баланс в работе всей инжекторной топливной системе. Подобная ситуация приводит к появлению плавающих оборотов во время движения и при холостых оборотах. Также не запускается двигатель или мотор троит. Всё это обусловлено тем, что воздух и топливо смешиваются в неправильных пропорциях. Часто это можно заметить по изменённому цвету выхлопа. Иногда сбой датчиков привод к переходу двигателя в режим аварийной работы. В итоге обороты не могут набираться, на приборной доске горит соответствующая лампа.
2. Загрязнение фильтров или форсунок. Ещё одна распространённая ситуация, которая происходит в основном по вине самого автовладельца. Подобная неисправность актуальна для инжекторных машин, которые заправляют низкокачественным топливом. Примеси и разный мусор в горючем забивает фильтр, а в дальнейшем могут загрязниться и сами форсунки. Если они забиваются, то нарушается форма факела распыления. Это приводит к локальному повышению температуры, детонации и прогоранию клапанов. Чтобы не допускать такой ситуации, фильтр подлежит обязательной периодической замене. Дополнительно стоит менять фильтрующую сетку на бензонасосе при пробеге свыше 70 тысяч километров, а также 1 раз в 3-4 года мыть топливный бак.
3. Льющие топливо форсунки. Такое происходит по причине того, что форсунки не закрываются после прекращения подачи импульсов со стороны электронного блока управления. В итоге часть топлива проникает внутрь камеры сгорания, в систему выпуска смазки двигателя, просачиваясь через поршневые кольца. Это приводит к печальным последствиям для всего двигателя. Ведь топливо смешивается с маслом, и смазочные характеристики существенно снижаются. Если топливо окажется в выхлопной системе, ломается катализатор, предназначенный для очистки выхлопа от вредных примесей.
4. Выход из строя бензонасоса. В нём может падать давление ниже установленных автопроизводителем норм. Причины поломки бывают разные, но в основном это загрязнения. От этого падает производительность самих форсунок.

Наиболее важной процедурой, которую часто автовладельцы инжекторных машин проводят своими руками, считают очистку форсунок. Чистят их путём снятия или непосредственно на силовой установке.

Промывка на двигателе предусматривает использование специальных промывочных составов. Они заливаются в двигатель и прокачиваются по системе. При этом от рампы следует отключить топливную магистраль, а на место топливного насоса поставить компрессор. Именно с его помощью по всей системе прокачивается специальная промывка, предназначенная для инжекторов.

Другой вариант подразумевает снятие форсунок и использование ультразвуковой ванный на стенде. Но такое доступно только в специализированных автосервисах. Реализовать подобную промывку в гаражных условиях практически невозможно.

Суть ультразвуковой ванны заключается в том, что специальный аппарат волновыми колебаниями воздействует на скопившиеся отложения, и разрушает их.