Как работает инжектор? / Хабр

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 MAF — датчик 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 MAP — датчик 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 — ДПРВ — датчик 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 — РХХ — регулятор 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 — ДПДЗ — датчик 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.

Разбираем принцип работы и устройство инжектора

Здравствуйте, уважаемые автолюбители! Как «железный конь пришел на смену деревенской лошадке», также и инжекторная система впрыска топлива, пришла на смену карбюраторам в автомобилях.

О преимуществах и недостатках систем подачи топлива, пусть спорят специалисты, а задача владельца автомобиля иметь представление о том, что такое инжектор, как устроен инжектор автомобиля.

И не обязательно устройство и принцип работы инжектора вам понадобится для того, чтобы ремонтировать его своими руками. Но, знать о том, как работает и из чего состоит инжектор автомобиля, нужно. Хотя бы для того, чтобы недобросовестные мастера автосервисов не пытались «нагреть» руки на вашем незнании своего авто.

Содержание

1. Инжектор, как революция в автомобилестроении
2. Принцип работы инжектора в системе подачи топлива
3. Схема работы инжектора
4. Устройство простейшего инжектора

Инжектор, как революция в автомобилестроении

Что такое инжектор автомобиля? Инжектором (лат. injicio, фр. Injecteur, англ. Injector – выбрасываю) – называется форсунка, как распылитель газа или жидкости (топлива) в двигателях, либо часть инжекторной системы подачи (впрыска) топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Годом рождения инжекторной системы впрыска считается 1951, когда компания Bosch оснастила ею 2-х тактный двигатель купе Goliath 700 Sport. Затем, в 1954 году, эстафету подхватил Mercedes-Benz 300 SL.

Массовое, серийное внедрение инжекторных систем впрыска топлива началось в конце 70-х годов прошлого века. Работа инжектора, по своим эксплуатационным характеристикам, во многом превосходила работу карбюраторной подачи топлива.

Как результат: первое десятилетие 21 века практически завершило вытеснение карбюраторов. Современные авто снабжаются в основном системами распределенного и прямого электронного впрыска.

Принцип работы инжектора в системе подачи топлива

Fuel Injection System (система впрыска топлива) осуществляет подачу топлива посредством прямого впрыска при помощи форсунки (инжектора) в цилиндр двигателя либо во впускной коллектор. Соответственно, автомобили, оснащенные такой системой, носят название инжекторные.

Классификация инжекторного впрыска зависит от того, какой принцип действия инжектора, а также по месту установки и количеству инжекторов.

Центральный впрыск топлива (моновпрыск) осуществляет впрыск посредством одной форсунки на все цилиндры двигателя. Инжектор, как правило, располагается на впускном коллекторе (на месте карбюратора). Система моновпрыска на сегодняшнее время не пользуется популярностью у автомобилестроителей.

Основная масса современных серийных автомобилей, снабжена системой распределенного впрыска топлива. То есть, отдельная форсунка отвечает за свой цилиндр.

Система распределенного впрыска топлива, классифицируется по типам:

• одновременный – все форсунки системы подают топливо одновременно во все цилиндры,
• попарно-параллельный – тип впрыска, когда происходит парное открытие форсунок: одна открывается перед циклом впуска, другая, перед циклом выпуска. Характерно то, что попарно-параллельный принцип открытия форсунок применяется в период запуска двигателя, либо в аварийном режиме неисправности датчика положения распредвала. А во время движения, используется так называемый фазированный впрыск топлива,
• фазированный –  тип впрыска, когда каждый инжектор открывается перед тактом впуска,
• прямой – тип впрыска, происходящий непосредственно в камеру сгорания.

Принцип работы инжектора основывается на использовании сигналов микроконтроллера, который в свою очередь получает данные от датчиков.

Схема работы инжектора

Если не влазить в дебри «электронного мозга» нашего автомобиля, то схема работы инжектора выглядит следующим образом. На многочисленные датчики поступает информация о: вращении коленвала, о расходе воздуха, о том, какая температура охлаждающей жидкости двигателя, о дроссельной заслонке, о детонации в двигателе, о расходе топлива, о скоростном режиме, о напряжении бортовой сети авто и так далее.

Контроллер, получая данную информацию о параметрах автомобиля, производит управление системами и приборами, в частности: подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, системой диагностики и так далее. Изменение рабочих параметров инжекторной системы впрыска меняется систематически, исходя из полученных данных.

Устройство простейшего инжектора

Инжектор включает в себя такие исполнительные элементы, как:

• бензонасос (электрический),
• ЭБУ (контроллер),
• регулятор давления,
• датчики,
• форсунка (инжектор).

Соответственно, схема инжектора: электробензонасос подает топливо, регулятор давления поддерживает разницу давления в инжекторах (форсунках) и воздухом впускного коллектора. Контроллер, обрабатывает информацию от датчиков: температуры, детонации, распредвала и коленвала, и управляет системами зажигания, подачи топлива и так далее.

Всем хороша инжекторная система впрыска топлива, но и она не обошлась без своих особенностей. Приверженцы карбюраторов, называют их недостатками. Особенностями инжектора смело можно назвать: достаточно высокая стоимость узлов инжектора, низкая ремонтопригодность, высокие требования к качеству и составу топлива, необходимость специального оборудования для диагностики, и высокая стоимость ремонтных работ.

Теперь, перейдем от рассказа о том, как работает и выглядит инжектор к наглядному пособию. Вы увидите на  видео, принцип работы инжектора, и вам сразу же станет понятно всё, о чем написано выше.

Как топливная форсунка работает внутри двигателя?

То, как вы заботитесь о своем автомобиле, напрямую зависит от того, насколько хорошо вы разбираетесь в различных компонентах, которые делают его современным чудом. К сожалению, одним из наиболее часто сбивающих с толку аспектов современных автомобилей является способ подачи топлива в двигатель. Все мы знаем, насколько это важно, потому что мощность, вырабатываемая двигателем автомобиля, прямо пропорциональна правильному количеству подаваемого в него топлива. В то время как в прошлом автомобили полагались на не очень совершенные карбюраторные механизмы для подачи топлива в двигатель, сегодня все по-другому. Современные автомобили теперь оснащены топливными форсунками для выполнения той же основной задачи. Таким образом, понимание того, как работают топливные форсунки, имеет решающее значение для лучшего ухода за автомобилем.

Основные вопросы подачи топлива в двигатель

Все мы знаем назначение двигателя. Всем также известен тот факт, что воздух и топливо должны быть объединены или смешаны в камере сгорания, чтобы произвести контролируемые взрывы и запустить двигатель. Таким образом, крайне важно, чтобы топливо подавалось в камеру сгорания в очень точном количестве. Слишком много (богатая топливная смесь) и вы рискуете задушить двигатель, затруднить запуск или даже заглохнуть. Слишком мало (худой), и вы также не сможете запустить свой двигатель. Вот почему важно обеспечить камеру сгорания правильным количеством топлива, которое нужно смешать с правильным количеством воздуха.

К сожалению, это непростая задача, потому что существует множество факторов, которые могут повлиять на подачу как воздуха, так и топлива. Это всегда было проблемой в прошлом, особенно среди карбюраторных двигателей. Основная проблема заключалась в том, что один карбюратор должен был снабжать топливом определенное количество цилиндров. Обычно это означало, что в самый дальний от карбюратора цилиндр будет поступать немного меньше топлива, чем в цилиндр, расположенный ближе к карбюратору. Вот почему некоторые старые системы имели сдвоенные карбюраторы для лучшей подачи топлива в двигатель. К сожалению, их было намного сложнее настроить или синхронизировать, и, что хуже всего, они снижали расход топлива.

С учетом этих проблем необходимо было разработать более эффективный механизм для более точных измерений расхода топлива. Здесь на помощь приходят системы впрыска топлива.

Система впрыска топлива

Технически современная система впрыска топлива включает в себя своего рода сенсорный механизм для определения правильного количества топлива, которое необходимо распылить во впускной коллектор двигателя. многообразие. Необходим еще один механизм для подачи или распыления «рассчитанного» количества топлива в каждый цилиндр. Это функция топливных форсунок, которую мы обсудим более подробно в следующем разделе.

Существует два типа систем впрыска топлива, которые обычно соответствуют двум основным типам двигателей, представленных на современном рынке.

Прямой

Конструкция некоторых двигателей требует подачи или распыления топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя. Каждый цилиндр уже заполнен сжатым воздухом. Когда распыленное топливо впрыскивается в каждый цилиндр, оно самовоспламеняется. Это справедливо для большинства дизельных двигателей. Мы сказали «большинство», потому что в некоторых конструкциях дизельных двигателей топливо сначала подается в камеру предварительного сгорания, прежде чем оно достигнет цилиндра.

Косвенный

Автомобили, работающие на бензине, оснащены системами непрямого впрыска топлива. Топливо под давлением подается в моторный отсек из топливного бака автомобиля. Топливо под давлением подается во впускной канал или во впускной коллектор, в зависимости от конструкции двигателя. Это позволяет сначала смешивать топливо с воздухом, который проходит через впускное отверстие или коллектор, прежде чем смесь будет нагнетаться в камеру сгорания.

Современные автомобили оснащены многоточечным впрыском топлива. В этой системе каждый цилиндр получает топливо от одной конкретной топливной форсунки. Итак, если у вас 6 цилиндров, вы также можете ожидать 6 топливных форсунок. Именно эта конфигурация 1:1 делает эту систему очень мощной и эффективной, хотя и сложной и дорогой в ремонте. Однако большинство автомобилей имеют систему одноточечного впрыска топлива или даже инжектор на каждые два цилиндра.

Что такое топливные форсунки?

Топливные форсунки — это детали современных автомобильных двигателей, которые прямо или косвенно подают топливо в камеру сгорания двигателя. Эти небольшие электромеханические устройства обычно располагаются под определенным углом, чтобы обеспечить распыление топлива в направлении впускного клапана двигателя или непосредственно в цилиндр.

Как работает механическая топливная форсунка?

Многие путают механическую систему впрыска топлива с карбюратором. Хотя принцип в основном похож, существует большая разница в типе топлива, подаваемого в двигатель. В то время как карбюраторные системы подают топливо под низким давлением из бензобака, механическая топливная форсунка подает топливо под высоким давлением в аккумулятор. Вы можете думать об этом как о временном хранилище для вашего топлива. Затем топливо проходит через распределитель, который обычно рассматривается как дозирующий блок управления системой. Отсюда топливо «распределяется» по каждому цилиндру в нужном количестве и в нужное время.

Поток топлива, впрыскиваемого во впускное отверстие, регулируется заслонкой, расположенной в воздухозаборнике двигателя, поскольку воздух и топливо должны быть смешаны перед поступлением в цилиндр. Когда вы ускоряетесь, заслонка открывается, чтобы увеличить количество воздуха, проходящего через нее. Это также побуждает распределитель топлива увеличивать количество топлива, проталкиваемого через форсунку, для поддержания правильного баланса воздуха и топлива.

Если топливо не впрыскивается во впускное отверстие, клапан внутри топливной форсунки остается закрытым благодаря натяжению пружинного механизма. Когда топливо смешивается с воздухом на входе воздуха, давление топлива открывает этот клапан, позволяя впрыскивать топливо. Вот почему они называют механические топливные форсунки подпружиненными форсунками.

Во время холодного пуска микропроцессор активирует специальную форсунку, которая добавляет в смесь дополнительное топливо для более плавного пуска. После прогрева двигателя подача топлива из форсунки холодного пуска автоматически прекращается. Это отличается от карбюратора, поскольку вам нужно только перекрыть поток воздуха, чтобы создать более богатую смесь.

Как работают электронные топливные форсунки?

Многие современные автомобили оснащены электронными системами впрыска. Их часто обозначают аббревиатурой EFI. По сути, это почти то же самое, что и механические системы впрыска топлива, за исключением того, что они не зависят от количества топлива и напряжения пружины для открытия и закрытия клапана форсунок. У них есть очень сложные мини-компьютеры, называемые электронным блоком управления или ECU. ЭБУ выполняет множество функций, в том числе следующие.

• Управляет топливной смесью.
• Управляет скоростью холостого хода.
• Управляет опережением зажигания.
• Он управляет фазами газораспределения.

Датчики, измеряющие давление воздуха, температуру воздуха на впуске, положение акселератора, температуру двигателя и частоту вращения двигателя, устанавливаются на двигатель автомобиля. Эти датчики передают информацию в ЭБУ, который обрабатывает эти биты данных для расчета правильного количества топлива, которое должно быть впрыснуто в цилиндры двигателя. Клапаны на топливных форсунках получают входные данные от ECU, поэтому он точно знает, когда открывать, чтобы топливо впрыскивалось во впускное отверстие.

Система настолько эффективна, что все эти сложные процессы — от сбора данных с датчиков до их интеграции на уровне ЭБУ, их обработки и возможного ввода в клапан топливной форсунки — происходят за долю секунды.

По пути ваше топливо из бензобака попадает в топливную рампу благодаря электрическому топливному насосу, который всасывает топливо из бака. Кстати, здесь проявляется еще одно отличие от механических форсунок. Поскольку движение топлива контролируется электроникой, нет необходимости иметь его под высоким давлением. Системе нужно только поддерживать постоянное давление для подачи топлива из бака в рампу.

Топливные форсунки подключены к рампе и, как мы уже упоминали выше, откроют свои клапаны только при получении сигнала от ЭБУ. Электронные сигналы от ECU поступают на один из двух контактов на форсунках. Другой контакт подключен к аккумулятору и через реле зажигания. Замыкание цепи осуществляется путем отправки ECU импульса заземления на форсунку. Это активирует соленоид инжектора, который притягивает магнитную верхнюю часть плунжера, открывая клапаны. Поскольку давление топлива внутри рампы уже высокое, это помогает подавать топливо через распылительный наконечник форсунки с высокой скоростью. Здесь он попадает во впускной коллектор или прямо в цилиндр, в зависимости от типа системы впрыска топлива на вашем автомобиле.

Топливные форсунки — это инновационные устройства, которые помогают обеспечить подачу в двигатель необходимого количества топлива в нужное время. Хотя все еще существуют системы, в которых используется механический тип впрыска топлива, многие современные автомобили теперь используют электронные системы впрыска топлива. Это позволяет повысить топливную экономичность и экономичность, поскольку учитываются различные факторы для определения правильного количества топлива, подаваемого в каждый цилиндр.

Вам также может понравиться:

Лучшие очистители топливных форсунок

Источники:

1. Как работает впрыск топлива? – МысльКо
2. Как работают системы впрыска топлива – Howstuffworks

Как работают дизельные топливные форсунки

Рынок дизельного топлива продолжает расти из года в год, так как потребность в надежных автомобилях малой и большой грузоподъемности возрастает в основном в странах среднего и третьего мира. По мере совершенствования инфраструктуры во всем мире растет и потребность в надежных рабочих грузовиках. J.D. Power and Associates прогнозирует, что продажи дизельных двигателей увеличатся более чем в три раза в течение следующих 10 лет, что составит более 10% всех продаж автомобилей по сравнению с 3,6% всего 10 лет назад в 2005 году. С 2000 по 2005 год количество регистраций дизельных двигателей увеличилось более чем на 80%. более 550 000 автомобилей. С 2005 по 2015 год это число увеличилось еще на 67%.

Как работают топливные форсунки

Топливные форсунки — это небольшие электрические компоненты, которые используются для подачи топлива через распылитель непосредственно во впускной коллектор перед впускным клапаном в дизельном двигателе. Форсунки дизельного топлива довольно сложны; инжектор имеет фильтр с высокой микронной проницаемостью на верхней входной стороне, который соответствует небольшим отверстиям подкожного размера на дне для распыления дизельного топлива. Дизельное топливо действует как источник смазки для внутренних частей форсунки. Основной причиной неисправности форсунок является наличие воды в топливе. Когда вода в топливе вытесняет смазочные свойства, внутренние детали быстро изнашиваются, и форсунка в целом может довольно быстро выйти из строя.

Форсунки являются чрезвычайно важным компонентом двигателя. Клапан форсунки открывается и закрывается при тех же оборотах, что и дизельный двигатель. Типичная скорость вращения дизельных двигателей в Северной Америке составляет около 1800 об/мин. Это примерно 140 000 оборотов в час! Помимо воды в топливе, форсунки подвергаются воздействию нагара и частиц грязи, попадающих в агрегат через неисправный элемент воздушного фильтра. Тип топлива, качество и используемые присадки также оказывают значительное влияние на ожидаемый срок службы топливной форсунки. ECM (модуль управления двигателем) управляет топливными форсунками в большинстве электрических дизельных двигателей. На дизельные форсунки постоянно подается питание при повороте ключа зажигания независимо от того, провернут ли двигатель. ECM заземляет форсунку, замыкая цепь и вызывая открытие форсунки. ECM после получения информации от различных контрольных датчиков определяет продолжительность времени, в течение которого форсунки должны быть заземлены для впрыска точного количества топлива с учетом требуемой мощности двигателя.

Процесс открытия, закрытия дизельных форсунок и подачи нужного количества топлива происходит за миллисекунды. Включение цикла форсунки в среднем занимает от 1,5 до 5 миллисекунд. Форсунки дизельного топлива бывают разных форм и размеров в зависимости от марки и модели двигателя, а также потребляемой мощности. Автомобильные форсунки немного меньше, чем дизельные двигатели для тяжелых условий эксплуатации, и измеряются в кубических дюймах. Существует два типа дизельных топливных форсунок: первый называется впрыском в корпус дроссельной заслонки, где 1-2 форсунки расположены в самом корпусе дроссельной заслонки в дизельном двигателе и подают дозированное количество распыленного топлива во впускной коллектор. Эта система подачи по существу заряжает впуск, а впускной клапан втягивает топливо в цилиндр двигателя. Вторая система подачи, известная как топливная форсунка с индивидуальным портом, является более новой и более экономичной. Портовый впрыск более эффективен, чем карбюратор, поскольку он адаптируется к плотности воздуха и высоте над уровнем моря и не зависит от вакуума во впускном коллекторе.

При впрыске с дроссельной заслонкой неэффективность возникает, когда в ближайших к форсункам цилиндрах смесь лучше, чем в самых дальних. При портовом впрыске этот недостаток устраняется за счет впрыска одинакового количества топлива в каждый цилиндр двигателя.

Детали форсунки

Каждая топливная форсунка немного отличается, но все они состоят из 15 основных частей, включая фильтр, направляющее кольцо, пружину сердечника, пружину седла, седло, полюсный наконечник, упор, катушку соленоида, корпус соленоида, кольцо сердечника, сердечник, корпус наконечника распылителя, направляющая и наконечник распылителя. Поток топлива регулируется блоком управления двигателем путем поднятия шарика со своего места. Это позволяет топливу течь через отверстие седла, а затем через неподвижную направляющую пластину с несколькими отверстиями. Направляющая пластина служит для направления распыления топлива. Этот тип инжектора имеет угол распыления от 10 до 15 градусов. Распыление топлива в форсунках этого типа аналогично форсункам дискового типа. Форсунки дискового и шарикового типа по конструкции менее подвержены засорению.