Инжекторный двигатель: принцип работы, преимущества и недостатки
Как работает? Инжекторный двигатель представляет собой более современную систему впрыска топлива в сравнении с карбюратором. Бензин поступает не самотеком, а под давлением, как в дизеле, но при этом конструкция ДВС намного проще.
Где устанавливается? Инжекторные двигатели устанавливаются на большей части современных легковых автомобилей. Благодаря повышенному КПД, более стабильной работе инжектор постепенно вытеснил карбюратор. Конкуренцию ему может составить только дизель, который по большей части используется в коммерческом транспорте.
Вопросы, рассмотренные в материале:
- История создания инжекторного двигателя
- Преимущества и недостатки инжекторных двигателей
- Типы инжекторных систем двигателя
- Механические компоненты инжекторной системы
- Электронные компоненты инжекторной системы
- Мнения автовладельцев об инжекторных двигателях
История создания инжекторного двигателя
Автомобилестроительная отрасль двигается вперед высокими темпами. Только при этом условии производство может быть успешным, что относится и к такой части автомобиля, как силовая установка. Многим знакомо словосочетание «инжекторный двигатель». Он отличается от карбюраторного модифицированным узлом для смешивания горючего с воздухом.
Как и в карбюраторном, в нем осуществляется сжигание топлива, в процессе которого выделяется энергия. Различие состоит в способе подачи топливовоздушной смеси.
Карбюратор стал первой системой по образованию топливовоздушной смеси.
Благодаря этой системе топливо подается в цилиндры двигателя и запускает его. Первоначально карбюратор располагали перед впускным коллектором, в нем готовилась горючая смесь оптимального состава.
Впоследствии требования водителей и конструкторов к топливной системе значительно повысились. Карбюраторы были не в состоянии справиться с поставленными задачами, особенно в судостроении и авиастроении, поскольку в этих отраслях требуются высокий коэффициент полезного действия и огромная мощность.
Конструкторы разработали абсолютно новую систему, которая была похожа на дизельный двигатель, но в ней применялись стандартные свечи зажигания. Первые инжекторные двигатели сконструировали в начале 1940-х годов.
Саму систему прямого впрыска топлива начали разрабатывать еще в 1894 г., а в авиации применили в 1937 г. (это были истребители «Мессершмитт БФ 109»). В автомобильной отрасли бензиновые инжекторные двигатели стали применять в 1950-х годах — первым автомобилем был Goliath GP700 Sport.
Благодаря новым технологиям удалось достичь желаемой мощности двигателей, но это не удовлетворяло требованиям по экологической безопасности, поэтому деятельность в данном направлении была приостановлена вплоть до 1970-х годов. В этот период конструкторы из США возобновили работу над системами непосредственной подачи топлива в цилиндры двигателя и усовершенствовали их. Массовое производство автомобилей с инжекторной системой началось в 1980-х годах.
Преимущества и недостатки инжекторных двигателей
Инжекторные двигатели благодаря своим преимуществам широко распространены. Разумеется, они не лишены и недостатков. В частности, это необходимость регулярно устранять неисправности системы, осуществлять промывку инжекторного двигателя и т. д. Однако положительных сторон гораздо больше, благодаря чему инжекторные системы так популярны.
|
Преимущества |
Недостатки |
|
Уменьшение расхода бензина — система подачи топлива имеет электронное управление, благодаря чему оно расходуется экономно. |
Необходимость чистить форсунки — при несвоевременной замене топливных фильтров и использовании низкокачественного бензина форсунки засоряются и перестают выполнять функцию распыления. |
|
Бензин сгорает полностью. Если инжектор настроен правильно, то гарантируется сгорание всего объема топлива, что положительно сказывается на функциональности автомобиля. |
Необходимость перепрограммирования электронной системы управления, зато даже старые автомобили можно значительно усовершенствовать. |
|
Динамика работы двигателя выражена ярче — происходит быстрая реакция на нажатие педали газа. |
Необходимость замены бортового компьютера на современный функциональный электронный блок управления (ЭБУ), подбираемый и настраиваемый для каждого автомобиля индивидуально. |
|
Возможность перепрошивки — благодаря чип-тюнингу можно сделать параметры авто лучше. |
Регулярная замена воздушного и топливного фильтров, чтобы инжектор мог нормально работать. |
|
Соответствие экологическим требованиям — автомобиль с инжекторной системой выбрасывает меньше вредных газов в атмосферу. |
Использование бензина с высоким октановым числом в соответствии с предписанными нормами. |
|
Надежность запуска в любых условиях. Чтобы работа инжекторного двигателя была полноценной, не нужно вручную управлять заслонкой воздуха. Также двигатель хорошо заводится в холодное время года. |
Необходимость проведения регулярного сервиса и своевременной диагностики неисправностей инжекторного двигателя. |
Типы инжекторных систем двигателя
Первое время инжекторы, которые устанавливали на бензиновых двигателях, были механическими, хотя уже появлялись электронные компоненты, благодаря чему двигатель работал лучше. Современные инжекторные системы снабжены большим количеством электроники, а их работа находится под контролем ЭБУ.
]Создано три типа топливных систем инжекторных двигателей, которые отличаются друг от друга способами подачи горючего.
Центральная инжекторная система (моновпрыск)
Принцип ее работы таков: топливо впрыскивается в одной точке — на входе во впускной коллектор, где оно перемешивается с воздухом и затем подается в цилиндры. Эта система имеет много общего с карбюратором, но отличается от него тем, что бензин поступает под давлением. Благодаря такому режиму подачи топливо лучше распыляется и смешивается с воздухом. Однако из-за некоторых факторов наполняемость цилиндров бывает неравномерной, поэтому система устарела.
Центральная система имела простую конструкцию и быстро отвечала на смену рабочих настроек силовой установки. Проблема состояла в том, что система не могла работать полноценно: из-за того что цилиндры наполнялись неравномерно, топливо сгорало не полностью.
Распределенная инжекторная система (мультивпрыск)
Эта система обладает отличными характеристиками и работает на большинстве современных автомобилей. Топливо впрыскивается во впускной коллектор, но этот тип инжектора обеспечивает раздельную его подачу в каждый цилиндр. Элементы подачи топлива располагаются рядом с головкой блока, бензин поступает в рабочую зону клапанов, поэтому подается раздельно.
С помощью такого устройства обеспечивается соблюдение пропорций топливовоздушной смеси, и в результате горючее сгорает эффективнее. Автомобили, снабженные подобным инжекторным двигателем, более экономичны и экологичны, но выходная мощность при этом выше.
Отрицательными качествами распределенной системы являются сложность устройства и высокие требования к качеству бензина.
Система непосредственного впрыска
Это самая совершенная система впрыска, она является разновидностью предыдущего типа. Различие состоит в том, что впрыск топлива осуществляется прямо в цилиндры, и уже там оно смешивается с воздухом. Принцип работы приблизительно такой же, как в дизельных двигателях. Бензин существенно экономится, а выход мощности двигателя увеличивается. Однако конструкция очень сложна и чувствительна к качеству топлива.
Форсунки инжекторного двигателя делятся на три типа в зависимости от способа впрыска горючего:
- Электромагнитная
Чаще всего используется в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, в том числе с прямым впрыском. Ее устройство довольно простое: электромагнитный клапан с иглой и сопло. ЭБУ контролирует работу форсунки и в нужный момент обеспечивает подачу напряжения на обмотку клапана.
- Электрогидравлическая
Устанавливается преимущественно на дизельных двигателях. В ее состав входит электромагнитный клапан, снабженный дросселями — впускным и сливным, а также камерой управления. Работа таких форсунок основывается на силе давления топливной смеси. ЭБУ контролирует работу электрогидравлической форсунки и подает сигналы на электромагнитный клапан.
- Пьезоэлектрическая
Считается самой совершенной системой, но ее использование ограничено дизельными двигателями с системой впрыска Common Rail. Главное достоинство этого типа форсунок — быстрая реакция, поэтому топливо за один цикл можно подавать много раз.
Работают они также под контролем ЭБУ, посылающего необходимые сигналы, под действием которых увеличивается длина пьезоэлемента и срабатывает поршень толкателя. Порция топлива определяется временем такого воздействия и давлением, которое создается горючей смесью в топливной рампе.
Механические компоненты инжекторной системы
В составе инжекторных систем имеется два типа компонентов — механические и электронные.
Механическими элементами являются:
- топливный бак;
- электрический бензонасос;
- фильтр очистки топлива;
- форсунки;
- дроссельный узел;
- топливопроводы, работающие под высоким давлением;
- топливная рампа;
- воздушный фильтр.
Здесь перечислены основные составляющие. В зависимости от типа силового агрегата и системы питания инжекторного двигателя могут устанавливаться дополнительные элементы с определенными функциями. Однако перечисленные компоненты являются обязательными для каких бы то ни было двигателей, в том числе инжекторных.
В баке бензин хранится, и именно оттуда происходит его подача в систему. Находящийся в нем электрический бензонасос проводит забор топлива, а также обеспечивает подачу его в систему под давлением.
Бензин необходимо очищать от ненужных примесей — эту задачу выполняет топливный фильтр. Как уже было сказано, бензин находится под высоким давлением, поэтому его передвижение происходит по соответствующему топливопроводу.
Чтобы давление топлива не превышало допустимых значений, в системе работает специальный регулятор. Пройдя через фильтр, бензин по топливопроводам перетекает в топливную рампу, которая имеет сообщение со всеми форсунками. Они установлены во впускном коллекторе, рядом с клапанными узлами цилиндров.
Современные электромагнитные форсунки работают с помощью соленоида. ЭБУ подает электрический импульс, за счет чего в обмотке возникает магнитное поле. Оно воздействует на сердечник, который, справившись с усилием пружины, передвигается и открывает канал подачи. Топливо под давлением через канал и распылитель поступает в коллектор.
Одновременно через воздушный фильтр запускается воздух. Он продвигается по патрубку, на котором имеется дроссельный узел с заслонкой. Как раз на эту заслонку и оказывает воздействие водитель, когда давит на педаль акселератора. При этом он может регулировать лишь подачу воздуха, а на количество впрыскиваемого топлива влияния не оказывает.
Электронные компоненты инжекторной системы
Принцип работы инжекторного двигателя основан на использовании электронных компонентов, в частности электронного узла, который состоит из блока памяти и контроллера. В системе установлено много различных датчиков. Их показания используются ЭБУ для управления системой.
Электронному блоку управления для осуществления его функций нужна информация от следующих датчиков:
- датчика положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), расположенного в дроссельном узле. Он сообщает, в каком положении находится педаль акселератора;
- лямбда-зонда, расположенного в выпускной системе автомобиля и определяющего объем несгоревшего воздуха, который остался в выхлопных газах;
- датчика положения коленчатого вала (ДПКВ), установленного возле шкива коленчатого вала;
- датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), установленного в корпусе воздушного фильтра. Он вычисляет количество воздуха, который протекает через дроссельный узел и всасывается его цилиндрами;
- датчика температуры силовой установки, находящегося около термостата и изменяющего состав смеси в соответствии с температурой двигателя;
- датчика скорости, расположенного на коробке передач;
- датчика детонации, установленного на блоке цилиндров;
- датчика фаз, находящегося в головке блока и служащего для определения углового положения распределительного вала. Также имеется датчик холостого хода инжекторного двигателя.
Основная функция электрического бензонасоса — заполнение системы бензином. Контроллер собирает показания со всех датчиков и сравнивает их с данными, находящимися в блоке памяти. Если информация различается, то контроллер проводит коррекцию работы системы питания инжекторного двигателя, чтобы достичь максимального совпадения данных из блока памяти и с датчиков.
Пользуясь информацией от датчиков, контроллер определяет, когда нужно открыть форсунки, чтобы подать нужное количество бензина и тем самым обеспечить необходимые пропорции топливовоздушной смеси.
Если один из датчиков становится неисправным, то контроллер начинает работать в аварийном режиме, то есть пользуется усредненными показателями вышедшего из строя датчика. При этом может изменяться количество оборотов инжекторного двигателя, снижается его мощность, повышается расход топлива, наблюдаются сбои в работе. Однако если сломался ДПКВ, то двигатель вовсе не сможет работать.
Мнения автовладельцев об инжекторных двигателях
- Проверка только компьютерной диагностикой
«Просто скинуть разъем — не вариант. ДМРВ показывает неверный расход, машина на ходу, но бензина уходит много, хотя вроде никаких ошибок. Надо подключать компьютер с эталонными данными или брать нормально работающий ДМРВ».
- Как я проверял работу инжектора.
«Я проверял модуль зажигания с помощью тестера. Тут нужно подключить зажигание на входах управления 1-4 и 3-2, соединить с выходами управления электронного блока, но при этом напряжение должно быть нулевое. Я применял специальный переходник (колодку), подключал между блоком управления и жгутом. Но его еще нужно поискать (хорошо, если есть связи среди автомехаников, которые могут одолжить нужную деталь).
Простыми разрядниками ничего проверить не получится. По крайней мере, мне в сервисе сказали, что с МЗ все о’кей, но это оказалось не так. А новый МЗ обойдется тысячи в полторы».
- Регулировка решает проблемы.
«Я отрегулировал клапаны и свечи поставил новые, так что теперь двигатель работает намного тише, больше не стреляет».
Инжекторный или карбюраторный — какой двигатель лучше? Стоимость инжектора выше, и он требователен к качеству бензина. Однако преимуществ по сравнению с карбюратором у него больше: высокая надежность, возможность изменения настроек в широком диапазоне, меньший вред для экологии. Со временем, при определенном пробеге, эти двигатели сравняются в цене, только карбюратор будет выходить из строя гораздо чаще.