Принцип действия инжектора

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.

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.

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.
Рекомендуем:  Свеча накаливания в дизельном двигателе

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.

Устройство

Чтобы понимать, как он функционирует, следует знать его состав. Сюда входят:

  • электронасос;
  • электрический блок управления либо контроллер;
  • датчик, регулирующий давление;
  • датчики;
  • форсунка либо сам инжектор.

Что такое инжектор

Под термином «инжектор» понимают отдельно установленную на мотор форсунку или конкретную часть целостной системы транспортного средства, служащую для распределения топливной смеси. Впрыскивание топлива происходит или сразу в цилиндры мотора, или в его впускной коллектор. В этом и есть основное отличие между инжекторными и карбюраторными агрегатами.

Исходя из места установки форсунки, выделяют несколько разновидностей этих устройств. Любая из них будет обеспечивать либо точечную подачу топливной смеси в мотор машины, либо его местонахождение в камере сгорания для дальнейшего получения топливно-воздушной смеси.

Неважно, какое топливо «предпочитает» ваш автомобиль — этот конструктивный элемент одинаково успешно функционирует как на дизельных, так и на бензиновых разновидностях транспортных средств.

Узнайте о принципе работы роторного двигателя внутреннего сгорания.

Расположение, классификация и маркировка форсунок

После разбора вопроса как работает инжектор, просмотрим поверхностно всю инжекторную систему. Инжекторная система, производит впрыск горючего во впускной коллектор и цилиндр мотора посредством форсунки, которая способна за секунду открываться и закрываться много раз. Система делится на два типа. Классификация зависит от расположения крепления форсунки, устройства ее работы и количества:

  1. Моновпрыск, иначе как центральный впрыск топлива Throttle body injection (TBI), работает посредством одной форсунки, подающей горючие в цилиндры мотора. Подача струи не синхронизирована ко времени открытия впускного клапана мотора. Одноточечный впрыск простой и мало содержит управляющей электроникой. Вся система TBI находится внутри впускного коллектора. Технология сегодня не популярна и почти не задействуется при производстве авто, так как не удовлетворяет нынешним требованиям.
  2. Распределительный впрыск топлива Multiport Fuel Injection (MFI) на сегодня востребован, потому что гораздо совершенен. Его суть в том, что каждая форсунка подает горючее индивидуально к каждому цилиндру. Крепится конструкция снаружи впускного коллектора. Сигналы синхронизированы с последовательностью зажигания двигателя. Этот тип впрыска сложнее по конструкции, однако, мощнее НА 7–10%!и экономичнее предшественников.

    Сравнение карбюратора и инжектора

Есть несколько классификаций распределительного впрыска:

  • одновременный – работа всех форсунок синхронна, то есть впрыск идет сразу во все цилиндры;
  • попарно-параллельный – когда одна открывается перед впуском, а другая перед выпуском;
  • фазированный или двухстадийный режим – инжектор открывается только перед впуском. Дает возможность на малых оборотах, при резком нажатии на педаль акселератора увеличить момент двигателя. Впрыск проходит в два этапа.
  • непосредственный (впрыск на такте впуска) GDI (Gasoline Direct Injection) – струя идет сразу в камеру сгорания. Для моторов с таким впрыском требуется и более качественное топливо, где незначительное количество серы и других химических элементов. Мотор GDI способен исправно служить в режиме сгорания сверхобедненной топливовоздушной смеси. Меньшее содержание воздуха делает состав менее воспламеняемым. Горючее внутри цилиндра прибывает как облако, пребывающее рядом со свечей зажигания. Смесь схожа с стехиометрическим составом, который легко воспламеняется.

Инжекторные форсунки имеют разный способ подачи струи:

  1. Электрогидравлический. Работает посредством разницы давления дизеля на поршень и форсунку. Когда клапан обесточен, иглу форсунки жидкостью придавливает к седлу. А если клапан открывается, то открывается и дроссель, после чего осуществляется заполнение дизелем топливной магистрали. Во время этого давление на поршень снижается, а на игле ничего не происходит, что ее и поднимает в момент впрыска.

    Устройство инжектора

  2. Электромагнитный. На обмотку клапана поступает электрический разряд, контролируемый ЭБУ. В итоге возникает электромагнитное поле наравне со сдавливанием пружины. Поле притягивает иглу и освобождает сопло для подачи струи. Пружина возвращается в прежнее положение после рассеивания электромагнитного поля, отправляя иглу на свое место.
  3. Пьезоэлектрический. Самый продвинутый тип, применяется в дизельных агрегатах. Скорость его действий превышает предыдущие типы в четыре раза, помимо этого, количество впрыскиваемого топливо максимально выверено. Действия инжектора основаны на принципе гидравлики, работа осуществляется из-за разницы давления. Сначала игла находится на седле, потом ток растягивает пьезоэлемент, который начинает воздействовать на толкатель, чем открывает клапан для движения топлива в магистраль. Затем давление спадает, и игла подымается, вверх осуществляя впрыск.
Рекомендуем:  Обзор лучших моделей авто в кузове универсал

Плюсы и минусы инжектора

Одно из основных достоинств – более низкий по сравнению с карбюраторным двигателем расход топлива, обусловленный точечным впрыском. Также точное дозирование обеспечивает практически полное сгорание топлива в цилиндрах, что уменьшает токсичность выхлопных газов. В результате работы инжектора мотор работает в наиболее оптимальном режиме, что увеличивает его мощность (примерно на 5-10%!) и продлевает срок службы.

К другим плюсам относится облегченный запуск в зимнее время (подогрев не требуется) и быстрое реагирование на изменение нагрузки, что улучшает динамические свойства авто. Но не обошлось и без минусов: инжектор обходится дороже карбюраторной системы, а его ремонт достаточно сложен и дорог. Если обслуживание карбюратора нередко сводится к промывке, продувке, то для одной только качественной диагностики инжектора требуется специальное оборудование, которое, учитывая российскую специфику, имеется далеко не в каждом автосервисе.

Типы инжекторных форсунок

Инжекторные форсунки различаются по способам впрыска:

  1. Электромагнитная;
  2. Электрогидравлическая;
  3. Пьезоэлектрическая.

Электромагнитная форсунка – довольно проста и ставится на бензиновые моторы (в большинстве случаев). Ею оснащают и двигатели с непосредственным впрыском. Ее главными составными частями являются оснащенный иглой электромагнитный клапан, а также сопло. В процессе функционирования на обмотку клапана подается электрический разряд. Частотой его подачи ведает специальный электронный блок управления. В ходе процесса происходит образование электромагнитного поля. Оно втягивает иглу, освобождает сопло и происходит впрыск, причем делается это одновременно со сжиманием пружины, которая разжимается после исчезновения электромагнитного поля и возвращает иглу в исходное положение.

Электрогидравлическая форсунка – применяется на дизельных моторах (в том числе с системой Common Rail). Основные элементы данной форсунки – это камера управления, дроссели (впускной и сливной) и электромагнитный клапан. Работают они благодаря разнице в давлении солярки на форсунку и поршень: иглу форсунки топливо прижимает к седлу, тогда как электромагнитный клапан закрыт (обесточен).

Когда блок управления открывает клапан, открывается и дроссель (сливной). Далее происходит заполнение топливной магистрали соляркой, вытекающей через дроссель. При этом начинает уменьшаться давление дизтоплива на поршень, тогда как на игле оно остается прежним. Из-за этого игла приподнимается и осуществляется впрыск.

Пьезоэлектрическая форсунка – это наиболее совершенный (в техническом отношении) вариант. Как правило, ею оснащают дизельные движки. У нее немало достоинств, среди которых скорость работы (по сравнению электромагнитным устройством она быстрее в 4 раза), а также предельно точная и выверенная дозировка. В данном случае применяется пьезокристалл, который изменяет свою длину под напряжением. Это устройство состоит из толкателя, пьезоэлемента, клапана и иглы.

Принцип работы схож с электрогидравлической форсункой. Здесь также применена схема с разницей в давлении топлива. Электрический ток удлиняет пьезоэлемент, который давит на толкатель. В результате переключающий клапан открывается, и топливо вливается в магистраль. Давление на иглу уменьшается, и она отходит вверх, производя впрыск.

Порядок работы

Да, на смену карбюратору пришел инжектор. Он на порядок эффективней своего предшественника. Таким моторам предписывается улучшенный разгон, экономия топлива, неплохие экологические параметры. Это достигается без ручного регулирования и иных манипуляций.

Принцип действия этого устройства в топливной системе основан на подаче бензина, смешанного с воздухом, сквозь специальную форсунку. Их располагают в коллекторе впуска, систему называют моновпрыском. Из-за своих недостатков она успела несколько отойти в прошлое. Второй вариант расположение форсунок возле впускных цилиндрических клапанов. Этот вид системы называется распределенным впрыском. Они могут находиться на головке цилиндра. Это прямой впрыск, который используется часто.

 

Топливо и воздух подаются сразу в камеру. Система распределенного впрыска разделяется на несколько типов:

  • одновременный – имеющиеся форсунки горючее подают все вместе;
  • парно-параллельный – приоткрываются парами, на впрыск и на выпуск. Данный метод используют при запуске силовой установки;
  • фазированный – раскрывается перед впрыскиванием;
  • прямой – топливо-воздушная смесь впускается сразу в ресивер.

Чтобы происходили впрыски топлива, его подводит к распылению давление, создаваемое электрическим бензонасосом. Импульсные сигналы подаются бортовым компьютером. Протяженность импульса и партия бензина или солярки для каждого впрыска определяются по данным, которые поступают с датчиков читки информации функционирования мотора.

Как работает

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

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

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

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

Ознакомьтесь с признаками и причинами неисправности датчика массового расхода воздуха.

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.

Частые неисправности инжектора

Так как инжектор является сложной многокомпонентной системой, со временем отдельные элементы могут выходить из строя. Главной задачей инжектора является максимально возможная эффективность сгорания топлива, которая достигается благодаря поддержанию строго определенного состава рабочей смеси топлива и воздуха. В результате любой сбой в работе электронных датчиков приводит к дисбалансу в работе всей инжекторной системы, могут плавать обороты на холостом ходу или в движении, двигатель может троить или не заводиться, отмечается изменение цвета выхлопа и т.д.

В отдельных случаях ЭБУ может перевести мотор в аварийный режим. Силовой агрегат в такой ситуации не набирает обороты, на приборной панели горит «check» и т.п. Еще одной причиной неисправностей инжектора является загрязнение фильтрующих элементов в системе топливоподачи или самих инжекторных форсунок в результате использования бензина низкого качества. Для поддержания работоспособности топливный фильтр нужно своевременно менять. Не меньше внимания, особенно на автомобилях с пробегом более 50-70 тыс. км, заслуживает сетка-фильтр бензонасоса. Указанную сеточку бензонасоса рекомендуется менять или чистить.

Также желательно один раз в несколько лет мыть топливный бак параллельно замене или очистке указанной сетки-фильтра грубой очистки топливного насоса.  Отметим, что важно определять и устранять неисправность инжектора своевременно, так как сбои в его работе могут существенно ухудшить общее состояние ДВС и привести к другим поломкам. Что касается засорения топливных форсунок, в этом случае двигатель хуже заводится, теряет мощность и начинает расходовать больше топлива. Нарушение формы факела распыла топлива (особенно в моторах с прямым впрыском) приводит к локальным перегревам, детонации двигателя, прогарам клапанов и т.д.

Также форсунки могут «лить» топливо, то есть не закрываться после прекращения импульса от ЭБУ. В этом случае избытки топлива попадают в камеру сгорания, затем могут проникать в выпускную систему и в систему смазки двигателя через неплотности в местах установки поршневых колец. В таких ситуациях сильно страдает весь двигатель, так как бензин разжижает масло и смазка нагруженных деталей ухудшается. Наличие топлива в выхлопной системе выводит из строя каталитический нейтрализатор (катализатор), который очищает отработавшие газы от вредных соединений.

Для предотвращения неисправностей инжектора форсунки необходимо периодически очищать. Дело в том, что наличие фракций и примесей в бензине постепенно загрязняет инжекторы, что и снижает их производительность, а также нарушает качество распыла топлива. Почистить форсунки можно двумя способами: со снятием или прямо на машине. Процедура очистки инжекторных форсунок на автомобиле предполагает то, что через инжекторы пропускается специальная промывочная жидкость для чистки инжектора.

Способ заключается в том, что от топливной рампы отсоединяется топливная магистраль, после чего вместо бензонасоса в систему начинает качать промывочную жидкость специальный компрессор вместо бензонасоса. Еще одним вариантом чистки инжектора является очистка со снятием форсунок в ультразвуковой ванне или на специальном промывочном стенде. Что касается ультразвука, форсунки помещаются в специальный аппарат или ванну, где волновые колебания «разбивают» отложения. Промывка форсунок со снятием на стенде представляет собой процедуру, когда имитируется работа форсунок в двигателе, при этом вместо бензина через них пропускается промывочная жидкость. 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: