Что такое система впрыска топлива и как она работает?

Впрыск топлива — это система дозированной подачи топлива в цилиндры двигателя. Расскажем про электронные системы подачи топлива, как они работает и из каких датчиков состоят.

Как работает?

На рисунке схематично показан принцип работы распределенного впрыска.

Подача воздуха (2) регулируется дроссельной заслонкой (3) и перед разделением на 4 потока накапливается в ресивере (4). Ресивер необходим для правильного измерения массового расхода воздуха (т.к измеряется общий массовый расход или давление в ресивере.

Последний должен быть достаточного объема для исключения воздушного «голодания» цилиндров при большом потреблении воздуха и сглаживания пульсаций на пуске. Форсунки (5) устанавливаются в канал в непосредственной близости от впускных клапанов.

Датчики системы впрыска топлива

Для функционирования электронной системы управления двигателем не обязательно наличие всех датчиков. Комплектации зависят от системы впрыска, от норм токсичности. В программе управления есть флаги комплектации, которые информируют ПО о наличии или отсутствии каких-либо датчиков. Например, в системах Евро-2 отсутствуют датчик неровной дороги.

Датчик кислорода (ДК) — рассчитывает содержание О₂ в отработанных газах. Используется только в системах с катализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода — до катализатора и после него). Датчик фазы нужен для более точного расчета времени впрыска в системах с фазированным впрыском.
Датчик положения коленвала (ДПКВ) — считывает частоту вращения коленвала и его положение. Служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — определяет массовый расход воздуха, поступающего в двигатель. Служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) — следит за температурой охлаждающей жидкости. Служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Сигнал ДТОЖ подается только на электронный блок управления, для индикации на панели используется другой датчик.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — определяет положение дросселя (нажата педаль «газа» или нет). Служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик детонации — служит для контролем детонации двигателя. При обнаружении последней, блок управления двигателем включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания. В первых системах впрыска применялся резонансный датчик детонации, пришедший с системы GM. Сейчас повсеместно используются широкополосные датчики. Датчик скорости (ДС) — определение скорость движения автомобиля. Используется при расчетах блокировки/возобновления топливоподачи при движении. Этот сигнал так же подается на приборную панель для расчета пробега. 6000 сигналов с ДС примерно соответствуют 1 км. пробега автомобиля.
Датчик фазы (ДФ) — определяет положение распредвала. Служит для точной синхронизации по времени впрыска в системах с фазированным (последовательным) впрыском. При аварии или отсутствие датчика система переходит на попарно — параллельную (групповую) систему подачи топлива.
Датчик неровной дороги — служит для оценки уровня вибраций двигателя. Это необходимо для правильной работы системы обнаружения пропусков воспламенения, чтобы определить причину неравномерности (применяется в связи с вводом норм токсичности Евро-3).

Исполнительные механизмы

По результатам опроса датчиков системы впрыска, программа электронного блока управления осуществляет управление исполнительными механизмами (ИМ). Форсунка — электромагнитный клапан с нормированной производительностью. Служит для впрыска вычисленного для данного режима движения количества топлива.

Бензонасос — предназначен для нагнетания топлива в топливную рампу. Давление в топливной рампе поддерживается вакуумно-механическим регулятором давления. В некоторых системах регулятор давления топлива совмещен с бензонасосом.

Модуль зажигания — электронное устройство управления искрообразованием. Содержит в себе два независимых канала для поджига смеси в цилиндрах. В последних модификациях низковольтные элементы модуля зажигания помещены в электронный блок управления, а для получения высокого напряжения используются либо выносная двухканальная катушка зажигания, либо катушки зажигания непосредственно на свече.

Регулятор холостого хода — служит для поддержании заданных оборотов холостого хода. Представляет собой шаговый двигатель, регулирующий обводной канал воздуха в корпусе дроссельной заслонки, для обеспечения двигателя воздухом, необходимым для поддержания холостого хода при закрытой дроссельной заслонке.

Вентилятор системы охлаждения — управляется электронным блоком управления по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости. Разница между включением/выключением как правило 4-5°С.

Сигнал расхода топлива — выдается на маршрутный компьютер — 16000 импульсов на 1 расчетный литр израсходованного топлива. Данные эти приблизительные, т.к рассчитываются они на основе суммарного времени открытия форсунок с учетом некоторого эмпирического коэффициента, который необходим для компенсации погрешностей измерения, вызванных работой форсунок в нелинейном участке диапазона, асинхронной топливоподачей и другими факторами.

Адсорбер — является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 не предусмотрен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг.

Электронный блок управления

Электронный блок управления — микрокомпьютер, обрабатывающий данные, поступающие с датчиков и по определенному алгоритму управляющий исполнительными механизмами.

Сама программа хранится в микросхеме ПЗУ, английское название микросхемы — CHIP. Содержимое «чипа» — обычно делится на две функциональные части — собственно программа, осуществляющая обработку данных и математические расчеты и блок калибровок. Калибровки — набор (массив) фиксированных данных (переменных) для работы программы управления.

Следует иметь ввиду, что для правильной работы системы впрыска необходимо наличие исправных датчиков и исполнительных механизмов.

Cистема впрыска топлива — из чего она состоит?

Одной из важнейших рабочих систем практически любого автомобиля, является система впрыска топлива, ведь именно благодаря ей определяется объем топлива необходимый двигателю в конкретный момент времени. Сегодня мы рассмотрим принцип действия данной системы на примере некоторых ее видов, а также ознакомимся из существующими датчиками и исполнительными механизмами.

1. Особенности работы системы впрыска топлива

На выпускаемых сегодня двигателях, уже давно не применяется карбюраторная система, которая оказалась полностью вытесненной более новой и усовершенствованной системой впрыска топлива. Впрыском топлива принято называть систему дозированной подачи топливной жидкости в цилиндры мотора транспортного средства. Она может устанавливаться как на бензиновых, так и на дизельных двигателях, однако, понятно, что конструкция и принцип работы будут разные. При использовании на бензиновых двигателях, при впрыске, появляется однородная топливовоздушная смесь, которая принудительно воспламеняется под воздействием искры свечи зажигания.

Что касается дизельного типа двигателя, то здесь впрыск топлива осуществляется под очень высоким давлением, при чем, необходимая порция топлива смешивается с горячим воздухом и практически сразу воспламеняется. Величина порции впрыскиваемого топлива, а заодно и общая мощность двигателя, определяется давлением впрыска. Следовательно, чем больше давление, тем вышей становится мощность силового агрегата.

На сегодняшний день, существует довольно весомое количество видового разнообразия этой системы, а к основным видам относят: систему с непосредственным впрыском, с моно впрыском, механическую и распределенную система.

Принцип работы системы прямого (непосредственного) впрыска топлива заключается в том, что топливная жидкость, с помощью форсунок, подается прямо в цилиндры двигателя (например, как у дизельного мотора). Впервые такая схема использовалась в военной авиации времен Второй Мировой и на некоторых автомобилях послевоенного периода (первым был Goliath GP700). Однако, система прямого впрыска того времени, не смогла завоевать должной популярности, причиной чего стали требуемые для работы дорогие топливные насосы высокого давления и оригинальная головка блока цилиндров.

В итоге, инженерам так и не удалось добиться от системы рабочей точности и надежности. Лишь в начале 90-годов ХХ века, из-за ужесточения экологических норм, интерес к непосредственному впрыску опять начал возрастать. В числе первых компаний, запустивших производство таких двигателей, были Mitsubishi, Mercedes-Benz, Peugeot-Citroen, Volkswagen, BMW.

В целом, прямой впрыск можно было бы назвать пиком эволюции систем питания, если бы не одно но…Такие двигатели очень требовательны в плане качества топлива, а при использовании обедненных смесей, еще и сильно выделяют оксид азота, с чем приходится бороться путем усложнения конструкции мотора.

Одноточечный впрыск (еще называют «моновпрыском» или «центральным впрыском») — представляет из себя систему, которая в 80-х годах ХХ века начала применятся как альтернатива карбюратору, тем более что принципы их работы очень схожи: потоки воздуха смешиваются с топливной жидкостью во впускном коллекторе, вот только на смену сложному и чувствительному к настройкам карбюратору, пришла форсунка. Конечно, на начальной стадии развития системы, никакой электроники вообще не было, а подачей бензина управляли механические устройства. Однако, не смотря на некоторые недостатки, использование впрыска все равно обеспечивало двигателю куда более высокие показатели мощности и значительно большую топливную экономичность.

А все благодаря той же форсунке, которая позволила намного точнее дозировать топливную жидкость, распыляя ее на мелкие частицы. В результате смеси с воздухом, получалась однородная смесь, а при изменении условий движения автомобиля и режима работы мотора, практически мгновенно менялся и ее состав. Правда, без минусов тоже не обошлось. К примеру, так как, в большинстве случаев, форсунка устанавливалась в корпус бывшего карбюратора, а громоздкие датчики утрудняли «дыхание мотора», поступающий в цилиндр поток воздуха встречал серьезное сопротивление. С теоретической стороны, такой недостаток мог быть легко устранен, но вот с имеющимся плохим распределением топливной смеси, никто и ничего тогда сделать не смог. Наверное, поэтому, и в наше время, одноточечный впрыск так редко встречается.

Механическая система впрыска появилась еще в конце 30-х годов ХХ века, когда начала использоваться в системах топливного питания самолетов. Она была представлена в виде системы впрыска бензина дизельного происхождения, используя для этого топливные насосы высокого давления и закрытые форсунки каждого отдельного цилиндра. Когда же их попытались установить на автомобиль, то оказалось, что они не выдерживают конкуренцию карбюраторных механизмов, а виной тому существенная сложность и высокая стоимость конструкции.

Впервые, система впрыска низкого давления была установлена на автомобиле компании MERSEDES в 1949 году и по эксплуатационным характеристикам сразу же превзошла топливную систему карбюраторного типа. Данный факт дал толчок дальнейшим разработкам идеи впрыска бензина для автомобилей, оборудованных двигателем внутреннего сгорания. С точки зрения ценовой политики и надежности в эксплуатации, наиболее удачной в этом плане, получилась механическая система «K-Jetronic» компании BOSCH. Ее серийной производство было налажено еще в 1951 году и она, практически сразу, получила широкое распространение почти на всех марках европейских автомобильных производителей.

Многоточечный (распределенный) вариант системы впрыска топлива, отличается от предыдущих наличием индивидуальной форсунки, которая устанавливалась во впускном патрубке каждого отдельного цилиндра. Ее задача – подавать топливо непосредственно на впускной клапан, что означает приготовление топливной смеси прямо перед подачей в камеру сгорания. Естественно, что в таких условиях, она будет иметь однородный состав и примерно одинаковое качество в каждом из цилиндров. Как результат, значительно повышается мощность мотора, его топливная экономичность, а также снижается уровень токсичности выхлопных газов.

На пути развития системы распределенного впрыска топлива иногда встречались определенные сложности, однако, она все равно продолжала совершенствоваться. На начальном этапе, она также, как предыдущий вариант, управлялась механическим путем, однако, стремительное развитие электроники, не только сделало ее более эффективной, но и дало шанс скоординировать действия с остальными компонентами конструкции мотора. Вот и получилось, что современный двигатель способен просигнализировать водителю о неисправности, в случае необходимости самостоятельно переключится на аварийный рабочий режим или заручившись поддержкой систем безопасности, исправить отдельные ошибки в управлении. Но все это, система выполняет с помощью определенных датчиков, которые призваны фиксировать малейшие изменения в деятельности той или иной ее части. Рассмотрим основные из них.

2. Датчики системы впрыска топлива

Датчики системы впрыска топлива предназначены для фиксации и передачи информации от исполнительных устройств к блоку управления работой двигателя и обратно. К ним относят следующие устройства:

Датчик кислорода. Его чувствительный элемент размещен в потоке выхлопных (отработанных) газов, а когда рабочая температура достигает значения 360 градусов по Цельсию, датчик начинает вырабатывать собственную ЭДС, которая прямо пропорциональна количеству кислорода в отработанных газах. С практической точки зрения, когда петля обратной связи замкнута, сигнал датчика кислорода являет собой быстро меняющееся напряжение, находящееся между 50 и 900 милливольтами. Возможность смены напряжения вызвана постоянным изменением состава смеси рядом с точкой стехиометрии, а сам датчик не приспособлен для генерации переменного напряжения.

В зависимости от подачи питания выделяют два вида датчиков: с импульсным и постоянным питанием нагревательного элемента. При импульсном варианте, подогрев датчика кислорода осуществляет электронный блок управления. Если же его не прогреть, то он будет иметь высокое внутреннее сопротивление, что не позволит вырабатывать собственную ЭДС, а значит блок управления будет «видеть» только указанное стабильное опорное напряжение. В ходе прогрева датчика, происходит уменьшение его внутреннего сопротивления и начинается процесс генерации собственного напряжения, что сразу становится известным ЭБУ. Для блока управления это есть сигналом готовности к применению в целях регулировки состава смеси.

Датчик массового расхода воздуха используется для получения оценки количества воздуха, который поступает в двигатель машины. Он – часть электронной системы управления работой двигателя. Данное устройство может применятся вместе с некоторыми другими датчиками, такими как датчик температуры воздуха и датчик атмосферного давления, которые выполняют корректировку его показаний.

В состав датчика расхода воздухавходят две платиновые нити, нагреваемые электротоком. Одна нить пропускает через себя воздух (охлаждаясь таким способом), а вторая является контрольным элементом. С помощью первой платиновой нити, вычисляется количество воздуха попавшего в двигатель.

Основываясь на информации получаемой от датчика расхода воздуха, ЭБУ рассчитывает требуемый объем топлива, необходимый для поддержания стехиометрического соотношения воздуха и топлива в заданных рабочих режимах двигателя. Кроме того, электронный блок использует полученную информацию для определения режимной точки мотора. На сегодняшний день существует несколько различных видов датчиков, отвечающих за массовый расход воздуха: например, ультразвуковые, флюгерные (механические), термоанемометрические и т.д.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ). Имеет вид термистора, тоесть резистора, в котором электрическое сопротивление может изменяться в зависимости от температурных показателей. Термистор располагается внутри датчика и выражает отрицательный коэффициент сопротивления температурных показателей (с нагреванием сила сопротивления уменьшается).

Соответственно, при высокой температуре охлаждающей жидкости – наблюдается низкое сопротивление датчика (примерно 70 Ом при 130 градусах за Цельсием), а при низкой – высокое (примерно 100800 Ом при -40 градусах за Цельсием). Как и большинство других датчиков, данное устройство не гарантирует точные результаты, а значит говорить о зависимости сопротивления температурного датчика охлаждающей жидкости от температурных показателей можно только примерно. В общем, хоть описанное устройство и практически не ломается, но иногда серьезно «заблуждается».

Датчик положения дроссельной заслонки. Монтируется на дроссельный патрубок и связывается с осью самой заслонки. Он представлен в виде потенциометра, имеющего три конца: на один подается плюсовое питание (5В), а другой соединяется с массой. Третий вывод (от ползунка) передает выходной сигнал к контролеру. Когда при нажатии педали дроссельная заслонка поворачивается, выходное напряжение датчика меняется. Если дроссельная заслонка пребывает в закрытом состоянии, то, соответственно, оно ниже 0,7 В, а когда заслонка начинает открываться – напряжение растет и в полностью открытом положении должно быть больше 4 В. Следя за выходным напряжением датчика, контролер, в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, совершает коррекцию подачи топлива.

Учитывая, что контролер сам определяет минимальное напряжение устройства и принимает его за нулевое значение, данный механизм не нуждается в регулировке. По мнению, некоторых автолюбителей, датчик положения дросселя (если он отечественного производства) – это самый ненадежный элемент системы, требующий периодической замены (часто уже через 20 километров пробега). Все бы ничего, но и замену произвести не так то просто, особенно не имея при себе качественного инструмента. Все дело в креплении: нижний винт вряд ли получится открутить обычной отверткой, а если и получится, то сделать это довольно трудно.

Кроме того, при закручивании на заводе, винты «сажают» на герметик, который так из «припечатывает», что при откручивании часто срывается шляпка. В таком случае, рекомендуется полностью снять весь дроссельный узел, а в худшем случае – придется его выковыривать насильно, но только если Вы полностью уверены в его нерабочем состоянии.

Датчик положения коленчатого вала (ДПВК). Служит для передачи контролеру сигнала о частоте вращения и положении коленвала. Такой сигнал является серией повторяемых электроимпульсов напряжения, которые генерируются датчиком в ходе вращения коленчатого вала. Основываясь на полученных данных контролер может осуществлять управление форсунками и системой зажигания. Датчик положения коленвала устанавливается на крышке масляного насоса, на расстоянии одного миллиметра (+0,4мм) от шкива коленчатого вала (имеет 58 зубцов расположенных по кругу).

Что бы обеспечить возможность генерации «импульса синхронизации», два зуба шкива отсутствуют, тоесть фактически их 56. Когда коленвал вращается, зубцы диска меняют магнитное поле датчика, создавая тем самым, импульсное напряжение. Исходя из характера импульсного сигнала, поступающего от датчика, контролер может определить положение и частоту вращения коленвала, что позволяет рассчитать момент срабатывания модуля зажигания и форсунок.

Датчик положения коленчатого вала является самым главным из всех приведенных здесь и в случае появления неисправности механизма, двигатель автомобиля работать не будет. Датчик скорости. Принцип деятельности этого устройства основывается на эффекте Холла. Суть его работы заключается в передаче контролеру импульсов напряжения, с частотой прямо пропорциональной скорости вращения ведущих колес транспортного средства. Исходя из присоединительных разъемов колодки жгута, все датчики скорости могут иметь некоторые отличия. Так, например, разъем квадратной формы используется в системах «Бош», а круглый – соответствует системам Январь4 и GM.

На основе исходящих сигналов датчика скорости, система управления может определить пороги отключения подачи топлива, а также установить электронные скоростные ограничения автомобиля (доступно в новых системах).

Датчик положения распределительного вала (или как его еще называю «датчик фаз») – это устройство, предназначенное для определения угла распределительного вала и передачи соответствующей информации в электронный блок управления транспортного средства. После этого, на основе полученных данных, контролер может осуществить управление системой зажигания и подачей топлива на каждый отдельный цилиндр, что собственно, он и делает.

Датчик детонации применяется с целью поиска детонационных ударов в двигателе внутреннего сгорания. С конструктивной точки зрения, он является заключенной в корпусе пьезокерамической пластиной, располагающейся на блоке цилиндров. В наше время, существует два вида датчика детонации – резонансный и более современный широкополосный. В резонансных моделях, первичная фильтрация сигнального спектра, проводиться внутри самого устройства и напрямую зависит от его конструкции. Поэтому, на разных типах двигателя используются разные модели датчиков детонации, отличающиеся друг от друга резонансной частотой. Широкополосный вид датчиков обладает ровной характеристикой в диапазоне шумов детонации, а фильтрацию сигнала выполняет электронный блок управления. На сегодняшний день, резонансные датчики детонации уже не устанавливаются на серийных моделях автомобилей.

Датчик абсолютного давления. Обеспечивает отслеживание перемен в атмосферном давлении, которые случаются в результате изменения барометрического давления и/или изменения показателей высоты над уровнем море. Барометрическое давление можно измерить в ходе включения зажигания, до того как двигатель начнет прокручиваться. С помощью электронного блока управления, есть возможность «обновления» данных о барометрическом давлении при работающем моторе, когда, на малой частоте вращения двигателя, дроссельная заслонка практически полностью открыта.

Также, использовав датчик абсолютного давления, есть возможность измерить изменение давления во впускной трубе. К переменам в давлении приводят изменения нагрузок двигателя и частоты вращения коленвала. Датчик абсолютного давления трансформирует их в выходной сигнал, имеющий определенное напряжение. Когда дроссель находится в закрытом положении, получается, что выходной сигнал абсолютного давления дает сравнительно низкое напряжение, в то время как полностью открытая дроссельная заслонка — соответствует сигналу высокого напряжения. Появление высокого выходного напряжения объясняется соответствием атмосферного давления и давления внутри впускной трубы при полном открытой дроссельной заслонки. Показатели внутреннего давления трубы рассчитываются электронным блоком управления, основываясь на сигнале датчика. Если оказалось, что оно высокое, значит требуется повышенная подача топливной жидкости, а если давление низкое, то наоборот – пониженная.

Электронный блок управления (ЭБУ). Хоть это и не датчик, но учитывая, что он имеет непосредственное отношение к работе описанных устройств, мы посчитали за нужное внести и его в данный список. ЭБУ – «мозговой центр» системы впрыска топлива, который постоянно обрабатывает информационные данные получаемые от разных датчиков и на основе этого совершает управление выходными цепями (системы электронного зажигания, форсунок, регулятором холостого хода, разными реле). Блок управления оборудован встроенной диагностической системой, способной распознавать сбои в работе системы и, с помощью контрольной лампы «CHECK ENGINE», предупреждать о них водителя. Более того, в его памяти хранятся диагностические коды, которые указывают конкретные области неисправности, что значительно облегчает проведение ремонтных работ.

В состав ЭБУ входит три вида памяти: постоянное запоминающее устройство с возможностью программирования (RAM и ППЗУ), оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ) и запоминающее устройство подлежащее электрическому программированию (ЭПЗУ или EEPROM). ОЗУ используется микропроцессором блока для временного хранения результатов измерений, расчетов и промежуточных данных. Данный вид памяти зависит от энергического обеспечения, а значит требует для сохранения информации, постоянной и стабильной подачи питания. В случае перерыва подачи электропитания, все имеющиеся в ОЗУ коды диагностики неполадок и расчетная информация сразу стираются.

ППЗУ хранит общую рабочую программу, которая содержит последовательность необходимых команд и разную калибровочную информацию. В отличие от предыдущего варианта, данный вид памяти не есть энергозависимым. ЭПЗУ применяется для временного сохранения кодов-паролей иммобилайзера (противоугонной автомобильной системы). После того, как контролер принял эти коды от блока управления иммобилайзера (если такой имеется), они сравниваются с уже сохраненными в ЭПЗУ, а затем, принимается решение о разрешении или запрещении запуска мотора.

3. Исполнительные механизмы системы впрыска

Исполнительные механизмы системы впрыска топлива представлены в виде форсунки, бензонасоса, модуля зажигания, регулятора холостого хода, вентилятора системы охлаждения, сигнала расхода топлива и адсорбера. Рассмотрим каждый из них более подробно. Форсунка. Выполняет роль электромагнитного клапана с нормированной производительностью. Используется для впрыска определенного количества топлива, рассчитанного для конкретного рабочего режима.

Бензонасос. Применяется для перемещения топлива в топливную рампу, давление в которой поддерживается с помощью вакуумно-механического регулятора давления. В некоторых вариантах системы, он может быть совмещен с бензонасосом.

Модуль зажигания являет собой электронные устройство, предназначенное для управления процессом искрообразования. Состоит из двух независимых каналов для поджога смеси в цилиндрах мотора. В последних, модифицированных вариантах устройства, его низковольтные элементы определены в ЭБУ, а что бы получить высокое напряжение используется либо двухканальная выносная катушка зажигания, либо те катушки, которые находятся непосредственно на самой свече.

Регулятор холостого хода. Его задачей есть поддержание заданных оборотов в режиме холостого хода. Регулятор представлен в виде шагового двигателя, управляющего в корпусе дроссельной заслонки обводным каналом воздуха. Это обеспечивает мотор необходимым для работы воздушным потоком, особенно когда дроссельная заслонка закрыта. Вентилятор охладительной системы, как и следует из названия, не допускает перегрева деталей. Управляется ЭБУ, который реагирует на сигналы датчика температуры охлаждающей жидкости. Как правило, разница между положениями включения и выключения составляет 4-5°С.

Сигнал расхода топлива – поступает на маршрутный компьютер в соотношении 16000 импульсов на 1 расчетный литр использованного топлива. Конечно, это только приблизительные данные, ведь они рассчитываются на основе суммарного времени, потраченного на открытие форсунок. К тому же, учитывается некий эмпирический коэффициент, который нужен, что бы компенсировать допущение в измерении погрешности. Неточности в расчетах, вызваны работой форсунок в нелинейном участке диапазона, несинхронной топливоотдачей и некоторыми другими факторами.

Адсорбер. Существует в качестве элемента замкнутой цепи в ходе рециркуляции бензиновых паров. Стандарты Евро-2 исключают возможность контакта вентиляции бензобака с атмосферой, а бензиновые пары должны адсорбироваться и в ходе продувки отправляться на дожег.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Как работает система впрыска топлива?

Как работает система впрыска топлива?
 
C годами, системы подачи топлива, которые используются в современных автомобилях, претерпели значительные изменения для того, чтобы соответствовать стандартам топливной и эмиссионной эффективности. Subaru Justy 1990 г. была последним автомобилем с карбюратором, проданным на территории США, все последующие модельные ряды Justy имели систему впрыска топлива. Однако системы впрыска топлива существовали с 1950-х, а системы электронного впрыска топлива широко использовались в европейских автомобилях с 1980-х. Сейчас все автомобили, продающиеся в США, имеют системы впрыска топлива.
 
В этой статье мы узнаем о том, как топливо попадает в цилиндр двигателя, а также, что означают такие термины, как «впрыск топлива во впускной тракт» и «впрыск топлива в корпусе дроссельных заслонок».
 
Отказ от карбюраторов
 
В течение долгого времени, карбюратор был устройством подачи топлива в двигатели внутреннего сгорания. Он до сих пор используется в таких устройствах, как газонокосилки и бензопилы. Однако с развитием автомобилей, конструкция карбюраторов становилась все сложнее в попытке соответствовать всем техническим требованиям. Например, для того, чтобы справиться с некоторыми задачами, карбюраторы имели пять различных узлов:
 
— Главная дозирующая система — Обеспечивает подачу топлива, достаточного при движении автомобиля со средними скоростями
— Система холостого хода — Обеспечивает подачу топлива, необходимого для работы двигателя на низких оборотах
— Ускорительный насос — Обеспечивает впрыск дополнительного топлива при нажатии на педаль газа для предотвращения остановки двигателя и перебоев в его работе при разгоне автомобиля
— Система обогащения смеси — Обеспечивает подачу дополнительного топлива при движении автомобиля в гору или использовании прицепа
— Воздушная заслонка — Обеспечивает подачу дополнительного топлива для запуска холодного двигателя
 
Для соответствия ужесточающимся требованиям к качеству выхлопных газов, стали применять каталитический конвертер. Для эффективной работы каталитического конвертера необходим тщательный контроль состава топливно-воздушной смеси. Кислородные датчики отслеживают количество кислорода в выхлопе, и блок управления двигателем (ECU) использует данную информацию для корректировки состава топливно-воздушной смеси в реальном времени. Это называется регулирование с обратной связью — данный метод невозможно было применять при использовании карбюраторов. Время карбюраторов с электронным управлением было недолгим, после чего стали использоваться системы впрыска топлива, однако устройство электронных карбюраторов было намного сложнее механических.
 
Вначале, карбюраторы заменили на систему впрыска топлива в корпусе дроссельных заслонок (также известная как система одноточечного или центрального впрыска топлива), которая объединяла в себе клапаны инжектора с электрическим управлением и дроссельную заслонку. Такие системы стали простым решением для замены карбюраторов, при этом производителям автомобилей не пришлось значительно изменять конструкции двигателей.
 
Постепенно, с разработкой новых двигателей, система впрыска топлива в корпусе дроссельных заслонок была заменена на систему впрыска топлива во впускной тракт (также известную как точечный, многоточечный или последовательный  впрыск топлива). В этих системах для каждого цилиндра установлен свой инжектор, обычно расположенный таким образом, чтобы впрыск происходил непосредственно во впускной клапан. Такие системы обеспечивают более точный замер расхода топлива и являются более чувствительными.
 
Когда Вы нажимаете на педаль газа
 
Педаль газа Вашего автомобиля соединяется с дроссельной заслонкой — клапаном, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Таким образом, педаль газа — это педаль подачи воздуха.

Когда Вы нажимаете на педаль газа, дроссельная заслонка открывается больше, подавая больше воздуха. Блок управления двигателем (ECU, компьютер, контролирующий все электронные компоненты двигателя) «видит», что дроссельная заслонка открылась, и увеличивает подачу топлива в связи с увеличением подачи воздуха. Необходимо увеличивать подачу топлива при открытии дроссельной заслонки; в противном случае, при нажатии на педаль газа может произойти задержка, т.к. воздух поступает в цилиндры без топлива.
 
Датчики отслеживают массу воздуха, поступающую в двигатель, а также количество кислорода в выхлопе. Блок управления двигателем использует данную информацию для точной регулировки подачи топлива, чтобы обеспечить необходимый состав топливно-воздушной смеси.
 
Инжектор
 
При подаче питания на инжектор, электромагнит перемещает плунжер, который открывает клапан, который распыляет топливо под давлением через небольшую форсунку. Форсунка предназначена для распыления топлива — чем мельче распыление, тем легче сгорает топливо.
 

Срабатывание инжектора
 
Количество топлива, подаваемого на двигатель, определяется временем, в течение которого форсунка остается открытой. Это называется длительность импульса и контролируется блоком управления двигателем.
Инжекторы устанавливаются на впускном коллекторе для распыления топлива непосредственно во впускные клапаны. Труба, которая называется топливная рампа, осуществляет подачу топлива на все инжекторы.
Для обеспечения подачи необходимого количества топлива, блок управления двигателем оснащен множеством датчиков. Давайте рассмотрим некоторые из них.

Датчики двигателя
 
Для обеспечения подачи необходимого количества топлива для всех условий езды, блок управления двигателем (ECU) оснащен множеством датчиков. Ниже представлены некоторые из них:
 
·        Датчик массового расхода воздуха — Передает на блок управления двигателем массу воздуха, поступающего в двигатель
·        Датчик(и) кислорода — Отслеживает количество кислорода в выхлопе для того, чтобы блок управления определил, насколько богатой или бедной является топливная смесь, и произвел необходимые корректировки
·        Датчик положения дроссельной заслонки — Отслеживает положение дроссельной заслонки (которое определяет количество воздуха, поступающего в двигатель) для того, чтобы блок управления произвел корректировку, понижая или повышая количество поступающего топлива
·        Датчик температуры охлаждающей жидкости — Позволяет блоку управления определить, что двигатель разогрелся до нужной рабочей температуры
·        Датчик напряжения — Отслеживает напряжение бортовой сети для того, чтобы блок управления мог увеличить скорость холостого хода при падении напряжения (что является показателем высокой электрической нагрузки)
·        Коллекторный датчик абсолютного давления — Отслеживает давления воздуха во впускном коллекторе
·        Количество поступающего в двигатель воздуха является хорошим показателем производимой мощности; чем больше воздуха поступает в двигатель, тем ниже давление в коллекторе, эти данные используются для определения производимой мощности.
·        Датчик скорости вращения коленчатого вала — Отслеживает число оборотов двигателя, что является одним из показателей для расчета длительности импульса
 
Существует два основных типа контроля многоточечных систем: Все инжекторы могут срабатывать одновременно, либо каждый срабатывает отдельно перед открытием соответствующего впускного клапана цилиндра (такой тип называется последовательный многоточечный впрыск топлива).
 
Преимущество последовательного впрыска топлива заключается в том, что если при езде происходят резкие изменения, то система более быстро реагирует на них, т.к. для изменения необходимо дождаться лишь пока не откроется следующий впускной клапан, вместо того, чтобы дожидаться начала следующего оборота двигателя.

Управление двигателем и Модули увеличения мощности
 
Алгоритмы, контролирующие двигатель, являются довольно сложными. Программное обеспечение должно позволять автомобилю соответствовать требованиям по выхлопу на каждые 100.000 км, требованиям Управления по охране окружающей среды, а также препятствовать раннему износу двигателя. Помимо этого, существует множество требований, которым необходимо соответствовать.
 
Блок управления двигателем использует формулу и большое количество поисковых таблиц для определения длительности импульса для заданных условий работы. Формула представляет собой ряд показателей, умноженных друг на друга. Большая часть показателей берется из поисковых таблиц. Давайте рассмотрим упрощенную формулу вычисления длительности импульса инжектора. В данном примере уравнение будет содержать всего три показателя, в то время как система управления может использовать несколько сотен или даже больше.
 
Длительность импульса = (Начальная длительность импульса) х (Показатель А) х (Показатель В)
 
Для вычисления длительности импульса, блок управления двигателем в первую очередь определяет длительность опорного импульса в поисковой таблице. Начальная длительность импульса представляет собой функцию частоты вращения двигателя (об/мин) и нагрузки (которая вычисляется по абсолютному давлению во впускном коллекторе). Допустим, что частота вращения двигателя составляет 2.000 об/мин при нагрузке 4. Нужное значение мы найдем на пересечении 2.000 и 4, что составляет 8 мс.
 об/минНагрузка
12345
1.00012345
2.000246810
3.0003691215
4.00048121620
 
В следующих примерах, A и B являются показателями, которые поступают с датчиков. Предположим, что A — это температура охлаждающей жидкости, а B — это уровень кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100, а уровень кислорода равен 3, то, исходя из данных таблицы, мы получаем, что Показатель А = 0,8, а Показатель В = 1,0.
 AПоказатель А
BПоказатель B
01,2
01,0
251,1
11,0
501,0
21,0
750,9
31,0
1000,8
40,75
 
Итак, теперь мы знаем, что начальная длительность импульса является функцией нагрузки и частоты вращения, и что длительность импульса = (начальная длительность импульса) x (Показатель A) x (Показатель B), общая длительность импульса в нашем примере равна:
 
8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 мс
 
Исходя из этого примера, Вы теперь понимаете, как система управления совершает корректировки. Если показатель В — это уровень кислорода в выхлопе, в таблице указано, что значение показателя В соответствует (согласно данным конструкторов двигателя) повешенному содержанию кислорода в выхлопе; при этом блок управления двигателем сокращает подачу топлива.
 
Настоящие системы управления используют более 100 показателей, для каждого из которых имеется соответствующая таблица. Некоторые показатели меняются со временем с учетом поправки на изменения эффективности работы некоторых компонентов двигателя, например, каталитического конвертера. И, в зависимости от частоты вращения двигателя, блок управления двигателем выполняет данные вычисления более 100 раз в секунду.
 
Модули увеличения мощности
 
Далее логично будет перейти к модулям увеличения мощности. Теперь, когда мы немного разобрались в том, как работают алгоритмы управления, мы можем понять, что же делают производители модулей увеличения мощности для повышения мощности двигателя.
 
Модули увеличения мощности изготавливаются компаниями, работающими на послегарантийном рынке, и используются для повышения мощности двигателя. В блоке управления двигателем находится модуль, в котором хранятся все поисковые таблицы; модуль увеличения мощности заменяет его. Таблицы в модуле увеличения мощности содержат данные, которые позволяют увеличить подачу топлива в определенных условиях езды. Например, может подаваться больше топлива при полном дросселе на любых оборотах двигателя. Также может быть изменена установка момента зажигания (для этого также существуют таблицы). В связи с тем, что производители модулей увеличения мощности, в отличие от производителей автомобилей, не связаны такими обязательствами, как надежность, пробег и контроль выхлопа, они могут использовать более высокие значения в поисковых таблицах.
 
Для получения большей информации по системам впрыска топлива, рекомендуем ознакомиться с ссылками на следующей странице.

Источник:  http://auto.howstuffworks.com/fuel-injection6.htm
 

 

Распределенный впрыск — Энциклопедия журнала «За рулем»

В системе центрального впрыска подача смеси и ее распределение по цилиндрам осуществляются внутри впускного коллектора единственной форсункой (Позиция 5 на рисунке).

Более современная система — распределенного впрыска топлива — отличается тем, что во впускном тракте каждого цилиндра устанавливается отдельная форсунка, которая в определенный момент впрыскивает дозированную порцию бензина на впускной клапан соответствующего цилиндра. Бензин, поступивший в цилиндр, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь.

Схема системы распределенного впрыска топлива Motronic:
1 — подача топлива;
2 — поступление воздуха;
3 — дроссельная заслонка;
4 — впускной трубопровод;
5 — форсунки;
6 — двигатель

Двигатели с такими системами питания обладают лучшей топливной экономичностью и пониженным содержанием вредных веществ в отработавших газах по сравнению с карбюраторными двигателями. Работой форсунок управляет электронный блок управления (ЭБУ), представляющий собой специальный компьютер, который получает и обрабатывает электрические сигналы от системы датчиков, сравнивает их показания со значениями, хранящимися в памяти компьютера, и выдает управляющие электрические сигналы на электромагнитные клапаны форсунок и другие исполнительные устройства. Кроме того, ЭБУ постоянно проводит диагностику системы впрыска топлива и при возникновении неполадок в работе предупреждает водителя с помощью контрольной лампы (Check или Check engine), установленной в щитке приборов. Серьезные неполадки записываются в памяти блока управления и могут быть считаны при проведении диагностики.
Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:
— система подачи и очистки топлива;
— система подачи и очистки воздуха;
— система улавливания и сжигания паров бензина;
— электронная часть с набором датчиков;
— система выпуска и дожигания отработавших газов.

Признаки неисправности регулятора давления топлива

Регулятор давления топлива является элементом системы питания инжекторного двигателя, который позволяет поддерживать необходимое давление горючего в топливных форсунках на разных режимах работы ДВС. Другими словами, от исправности регулятора давления топлива (РДТ) зависит общая производительность форсунок и стабильность работы мотора.

С учетом того, что регулятор давления фактически является мембранным клапаном, выход данного элемента из строя может сильно влиять на работу двигателя. В этой статье мы рассмотрим принцип работы регулятора, выделим основные признаки его неисправностей, а также поговорим о том, как проверить регулятор давления топлива.

Читайте в этой статье

Для чего нужен регулятор давления топлива

Как уже было сказано выше, указанный регулятор поддерживает нужное давление горючего, необходимое для нормальной работы форсунок с учетом того или иного режима работы силового агрегата. Другими словами, РДТ влияет на количество и интенсивность подачи топлива, которое попадает через форсунки в цилиндры мотора.

Если просто, количество топлива, подаваемого в двигатель в момент впрыска, зависит от того давления, которое создается внутри топливной рампы (рейки), а также от длительности импульса для открытия форсунки и разряжения во впускном коллекторе.

Для более точного дозирования и поддержания постоянного давления используется мембранный клапан-регулятор, который испытывает с одной стороны давление горючего, а с другой на него воздействует усилие пружины. РДТ используется в системах питания, где присутствует так называемая «обратка». Местом установки регулятора является топливная рампа. Также указанный элемент может быть расположен в топливном баке, при этом подобные системы обратной магистрали не имеют.

• Давайте сначала остановимся на распространенной схеме, в которой регулятор находится в топливной рейке. Работает элемент по следующему принципу: топливный насос нагнетает горючее из топливного бака по магистрали. Полученное давление горючего воздействует на регулятор. Само устройство имеет две камеры (пружинная камера и камера для топлива), которые разделены мембраной. На мембрану с одной стороны давит топливо, которое попадает в регулятор через специальные отверстия для впуска, а с другой присутствует давление пружины и давление впускного коллектора. Если давление горючего оказывается сильнее усилия пружины и давления во впуске, тогда регулятор приоткрывается, в результате чего происходит сброс части топлива в «обратку». По обратной магистрали горючее возвращается назад в топливный бак.
• В системах без обратной магистрали регулятор обычно расположен прямо в баке. К преимуществам можно отнести отсутствие дополнительного трубопровода. На форсунки реализована подача нужного количества горючего прямо из бака, то есть лишнее топливо не попадает в подкапотное пространство, а также нет необходимости доставлять его обратно в бак. Это также позволяет говорить о меньшем нагреве топлива и обеспечивает ряд дополнительных плюсов в виде менее интенсивного испарения.

Еще одним вариантом регулировки давления является электронная схема, которая конструктивно не имеет механического регулятора. Давление топлива в таких системах контролируется электробензонасосом, на котором электронная система управления определяет напряжение, регулирует количество подаваемого горючего и т.д. Данное решение (датчик регулятора давления топлива) позволяет уменьшить степень нагрева топлива, обеспечивает максимальную экономичность.

Топливный насос осуществляет подачу к форсункам строго определенного количества горючего применительно к конкретным условиям и режимам работы ДВС. Добавим, что в указанной системе дополнительно присутствует клапан сброса избыточного давления, что позволяет избежать его повышения до критической отметки.

Неисправности регулятора давления топлива

Проблемы в системе питания двигателя могут быть разными. По этой причине во время диагностики необходимо учитывать определенные признаки неисправности регулятора давления топлива.  Чаще всего главными симптомами считаются такие, когда двигатель не набирает обороты и не развивает полную мощность, а также глохнет на разных режимах работы.  В списке основных признаков специалисты отмечают:

• неустойчивую работу на ХХ, агрегат глохнет на холостых;
• потерю мощности, заметное повышение расхода топлива;
• замедленные реакции на нажатие педали газа;
• рывки и провалы во время разгона, в момент перегазовки;
• автомобиль не разгоняется, не набирает обороты;

Отметим, что неисправность РДТ на бензиновых авто напоминает по симптомам распространенные проблемы с топливным насосом или его сетчатым фильтром. По этой причине во время определения неисправностей системы питания необходима обязательная проверка регулятора давления топлива.

Другими словами, если машина глохнет на холостом ходу, пропала мощность двигателя, появились провалы, автомобиль дергается во время разгона или в момент переключения передачи, отмечен значительный расход горючего, тогда дело может быть не только в сетке бензонасоса, моторчике или его реле, но и в регуляторе давления топлива.

Неполадки регулятора обычно сводятся к тому, что пружина теряет нужное усилие, в результате чего горючее преждевременно сливается в «обратку», а двигателю попросту не хватает топлива в момент нажатия на газ и повышения оборотов, а также на переходных режимах. Получается, давление в топливной рампе при неисправной пружине регулятора давления топлива низкое, в результате чего двигатель работает неустойчиво, снижается мощность мотора, ЭБУ не способен правильно корректировать состав смеси для различных режимов работы и т.п.

Также стоит отметить, что возможно и снижение пропускной способности, а также закупорка РДТ. При такой неисправности двигатель глохнет независимо от режима работы ДВС. Если регулятор сильно забит, тогда давление в системе растет и горючее начинает выливаться через уплотнительные элементы в местах соединений. Дело в том, что производители автомобилей всегда учитывают вероятность снижения производительности насоса и форсунок. Для решения задачи бензонасос всегда качает топливо «с запасом». Если слив в возвратную магистраль по каким-либо причинам затруднен, тогда избытку горючего не удается вернуться в топливный бак, давление в результате растет.

Еще возможны сбои в работе РДТ, когда регулятор давления в топливной рампе начинает заклинивать с определенной периодичностью. В таких случаях в системе топливоподачи возникают перепады давления, машина начинает дергаться. Добавим, что к наиболее частым причинам выхода регулятора из строя, в результате чего проявляются признаки неисправности регулятора давления топлива на дизеле или бензиновом авто, также относят износ самих материалов внутри устройства, то есть клапан со временем просто отрабатывает свой ресурс. На срок службы и состояние регулятора влияет качество топлива и содержание различных примесей в нем, длительный простой транспортного средства без запуска двигателя и т.д.

Проверка и замена регулятора давления топлива

Как видно, неисправность регулятора давления имеет симптомы, очень схожие с неисправностями  бензонасоса или забитым топливным фильтром. В самом начале отметим, что если во время проверки обнаружены неполадки данного элемента, тогда предпочтительна замена РДТ на новый. Дело в том, что замена отдельных частей, попытки очистки и другие манипуляции часто не позволяют вернуть устройству должную работоспособность. Если учесть, что цена регулятора давления топлива является вполне доступной, тогда любые попытки ремонта можно считать нецелесообразными.

Для самостоятельной проверки регулятора своими руками можно воспользоваться одним из доступных способов. Наиболее простым и достаточно эффективным считается решение проверить давление в топливной системе при помощи манометра (подойдет шинный манометр). Чтобы замерить давления регулятора на холостом ходу, манометр подключается между топливным шлангом и штуцером, параллельно отсоединяется вакуумный шланг.

Замеры должны показать изменение давления в системе в определенном диапазоне. Давление горючего должно увеличиваться, находясь в рамках от 0.3 — 0.7 Бар. Если такого не произошло, тогда для начала можно попробовать осуществить замену вакуумного шланга, после чего повторить замеры. Чтобы проверить давление топлива на торцевой части рампы понадобится выполнить отворачивание пробки штуцера. В указанной пробке также имеется специальное кольцо для уплотнения. Указанное кольцо следует проверить на целостность, элемент должен оставаться эластичным. Если есть дефекты, тогда кольцо или всю пробку сразу также нужно поменять.

1. После осмотра кольца можно вывернуть зонтик из штуцера. Многие водители для отворачивания пользуются металлическим колесным колпачком вентиля. Теперь шланг и подключенный к нему манометр нужно соединить со штуцером, после чего конструкция закрепляется дополнительно при помощи хомутов. Далее мотор можно запустить и произвести замеры. В норме показатели должны составлять около 2.9-3.3 кгс на см2. После можно отсоединить шланг от РДТ, наблюдая за показаниями манометра. Показатель давления должен увеличиться от 20 до 70 кПа.
2. В том случае, если регулятор давления топлива по-прежнему выдает низкий или нулевой показатель, тогда можно задуматься о замене устройства. Поменять РДТ не является сложной задачей, то есть замену можно выполнить самому в условиях гаража. В начале процедуры нужно «стравить» давление в  системе питания двигателя.  Для решения задачи необходимо открутить гайку, при помощи которой  крепится топливная трубка. Теперь можно открутить пару болтов, которыми регулятор обычно прикреплен к топливной рейке на большинстве инжекторных авто.
3. Следующим шагом становится аккуратное извлечение штуцера регулятора из отверстия в топливной рейке и его окончательный демонтаж (топливную трубку нужно заранее полностью отсоединить). Завершающим этапом становится установка нового или заведомо исправного элемента в рампу, после чего осуществляется проверка работоспособности описанным выше способом при помощи манометра. Напоследок добавим, что также рекомендуется дополнительно смазывать бензином уплотнительные кольца перед установкой нового РДТ или в случае замены указанных колец.

Читайте также

• Двигатель не тянет: возможные причины

  Что делать, если машина стала хуже разгоняться, не набирает скорость, есть провалы при разгоне. Почему мотор не тянет, как найти причину снижения мощности.

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 декабря 2018; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 декабря 2018; проверки требуют 4 правки.

Система непосредственного впрыска топлива (СНВТ) (Gasoline Direct Injection (GDI)) — инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива, у которой форсунки расположены в головке блока цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор.

Такие двигатели более экономичны (до 20 % экономии^[1]), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако и более требовательны к качеству топлива.

Аббревиатура GDI подразумевает систему непосредственного впрыска на двигателях Mitsubishi. Это произошло потому, что впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI, устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi.^[1] Это утверждение верно лишь частично. Так, первый серийный двигатель с непосредственным впрыском был Daimler-Benz DB 601 для Messerschmitt Bf.109E. Впервые непосредственный впрыск топлива на автомобиле Mercedes W196, на котором знаменитый Фанхио выиграл сезоны 54 и 55 года. Mitsubishi первыми применила электронно-управляемый непосредственный впрыск что позволило применить на некоторых режимах суперобедненную смесь.

Согласно SAE J1930, система непосредственного впрыска имеет наименование DFI, direct fuel injection (рус. «непосредственный впрыск топлива»). В то же время, производители двигателей часто дают системам непосредственного впрыска собственные торговые наименования, например:

GDI состоит из следующих составляющих:

Инжекторная система питания

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

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

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

Устройство ДВС

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

Устройство системы

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

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

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

Датчики системы инжектора

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

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

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

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

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

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

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

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

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

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

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

Обратная связь с датчиками

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

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

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

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

На разных режимах обратная связь работает так:

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

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

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