Как работает система впрыска топлива

Как работает система непосредственного впрыска топлива GDI

Система непосредственного впрыска топлива применяется на бензиновых двигателях последних поколений с целью повышения их экономичности и увеличения мощности. Она предполагает впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров, где и происходит его смешение с воздухом и образование топливовоздушной смеси. Первыми двигателями, которые были оснащены такой системой впрыска, стали моторы GDI (Mitsubishi). Аббревиатура GDI – расшифровывается как “Gasoline Direct Injection”, что дословно переводится как “непосредственный впрыск бензина”.

Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и экологический класс двигателя автомобиля. Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.

Классификация и устройство систем впрыска

Различия инжекторных механизмов определяются способом, применяемым для изготовления смеси бензина с воздухом.

Классификация в основном проводится по типу впрыска:

  • центральным впрыском;
  • распределительным;
  • непосредственным;
  • комбинированным.

Центральный впрыск (моновпрыск)

центральный впрыск (моновпрыск) фото

Эта система заменяет карбюратор, работает на одной форсунке. Моновпрыск почти не используется из-за несоответствия требованиям экологическим стандартам, встречается на очень старых машинах. Но эти механизмы простые и надежные благодаря расположению форсунки на месте с хорошим воздухообменом, в пускном коллекторе.

Элементы моносистемы:

  • регулятор давления — предотвращает образование воздушных пробок, обеспечивает неизменное давление 0,1 Мпа;
  • форсунка – обеспечивает подачу бензина в коллектор;
  • дроссельная заслонка (механическая, электрическая) – регулирует подачу воздуха;
  • блок управления (память, микропроцессор) — содержит информацию, необходимую для инжекции;
  • датчики температуры, состояние коленвала, дроссельной заслонки.

распределенный впрыск фото

Распределенный впрыск

Этот тип более современный и экологичный. Хотя, отличительной особенностью является лишь то, что в этой системе уже на каждый цилиндр приходится своя форсунка. Только монтируется она тоже в впускном коллекторе, только каждая в своем отдельном патрубке. Электронные системы контролируют дозировку топлива. Самые прогрессивные форсунки в этом плане принадлежат компании Bosch.

Непосредственный впрыск

непосредственный впрыск фото

Бензин одновременно с воздухом подается прямо в камеры сгорания. Преимущество системы с непосредственным впрыском — точный расчет составляющих для топливосмеси. Процент экологически опасных выбросов снижается благодаря почти стопроцентному сгоранию топливосмеси.

Устройство механизма с непосредственной инжекцией:

  • насос, подающий бензин;
  • устройство, регулирующее давление;
  • рампа, оснащенная предохранительным клапаном;
  • датчик, отображающий параметры давления;
  • форсунки.

Недостатки:

  • высокие требования к качественному составу топлива;
  • сложная для производителей конструкция;
  • необходимость в давлении от 5 МПа.

Зато инжекторные системы этого типа самые современные, перспективные.

Комбинированный впрыск

комбинированный впрыск фото

Чтобы снизить количество выбросов и выполнить требования Евро-6, в Volkswagen была разработана комбинированная система инжекции, объединившая распределительную с непосредственной. Системы блоком управления активируются по очереди, ориентируясь на режим работы. Эта система питания самая перспективная с точки зрения экологической безопасности.

Комбинированное устройство состоит из:

  • насоса, подающего топливо;
  • деталей непосредственного механизма (форсунок, установленных в камеры сгорания, рампы, поддерживающей давление 20 Мпа);
  • элементов распределительной системы (форсунок, установленных в каналы коллектора, рампы низкого давления).

Когда появился инжектор

Карбюратор, судя по всему, уже смешал отведенное ему количество топлива с воздухом в XX веке и его время стремительно подходит к концу. Несмотря на то что инжекторная система подачи топлива появилась гораздо раньше, чем карбюратор, она только начинает обживаться под капотами автомобилей. Своим происхождением впрыск обязан итальянскому физику и изобретателю Джованни Вентури, который изобрел форсунку с переменным сечением и скромненько назвал ее Труба Вентури.

Использовать ее в автомобилях начали ребята из гаража Леона Левассора. Что-то наподобие современного впрыска они ставили на свои автомобили еще в 1902 году. После этого автомобильные системы питания метались в поисках лучшего устройства, а инжектор нашел себе применение в авиационных двигателях. К концу 40-х годов все военные истребители поголовно пользовались инжекторной системой питания до тех пор, пока военная авиация не перешла на реактивную тягу.

Краткая история появления

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя. Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.

Виды электронных форсунок

Существует классификация электронных форсунок, основывающихся на способе впрыска топлива. Выделяют такие три разновидности:

    Электромагнитная. Зачастую характерна для бензиновых ДВС (и с прямым впрыском тоже). Конструкцию нельзя назвать очень сложной, а основными составляющими её частями выступают клапан с иголкой (электромагнитный), сопло. Контроль за работой указанной форсунки выполняется с помощью ЭБУ, обеспечивающего на обмотке клапана напряжение в наиболее подходящий для этого момент. Электрогидравлическая. По большей части используют на дизельных движках. Являет собой электромагнитный клапан, дополненный камерой управления, а также сливным и впускным дросселями. Рабочий принцип этой разновидности форсунок основывается на участии давления самой топливной смеси в любой момент работы. За деятельностью электрогидравлической форсунки следит ЭБУ, именно он отправляет рабочие сигналы электромагнитному клапану. Пьезоэлектрическая. Считается наиболее удачным устройством среди всех представленных, но может работать только на дизельных агрегатах с системой впрыска Common Rail. Основное преимущество этого типа — быстрота реакции, что гарантирует многократную подачу топлива за один полный цикл. В основе работы пьезоэлемента — гидравлический принцип действия (как и в предыдущем варианте), предусматривающий срабатывание поршня толкателя за счёт увеличения длины пъезоэлемента под воздействием электрического сигнала ЭБУ. Количество подаваемого за один раз топлива определяется продолжительностью такого воздействия и давлением топливной смеси в топливной рампе.

Принцип работы

Агрегаты инжекторного двигателя с единственной форсункой функционируют по схеме:

  1. запускается мотор;
  2. датчики считывают и передают информацию на блок управления;
  3. реальные данные сравниваются с эталонными, рассчитывается момент открытия форсунки;
  4. передается сигнал электромагнитной катушке;
  5. в коллектор подается бензин для смешивания с воздухом;
  6. в цилиндры подается топливная смесь.

Функционирование узла с распределенным впрыском:

  1. мотору подается воздух;
  2. датчики определяют объем, температуру, показатели коленвала, положение заслонки;
  3. объем топлива для поданного воздуха рассчитывает блок управления;
  4. форсункам подается сигнал;
  5. они открываются в запрограммированное время.
  6. смешивание бензина с воздухом происходит в коллекторе, смесь подается в цилиндры.

Учебное видео принципа работы распределенного впрыска

Принцип работы непосредственной инжекции зависит от способа смешивания бензина с воздухом:

  1. послойно;
  2. стехиометрически;
  3. гомогенно.

Послойное смешивание используется на средних оборотах, скорость подачи воздуха высокая, бензин подается в цилиндр через форсунку, загорается после смешивания с воздухом.

При смешивании стехиометрического типа, процесс запускается в момент нажатия на газ. Открывается дроссельная заслонка, бензин и воздух подаются в одно время, сгорают полностью.

При смешивании гомогенного типа, сначала создается движение воздуха в цилиндрах, затем впрыскивается бензин.

Видео-пояснение по принципу работы инжектора с непосредственным впрыском

Работа комбинированной системы полностью зависит от нагрузки на мотор:

  1. непосредственная инжекция запускается во время запуска, прогрева, максимальной нагрузки, количество впрысков зависит от режима;
  2. распределенная инжекция запускается во время движения на средней скорости с частыми остановками.

При распределенной инжекции периодически открываются форсунки непосредственной. Это предотвращает их засорения.

Системами впрыска комплектуются не только бензиновые, но и дизельные двигатели. Первые можно назвать искровыми двигателями, так как смесь бензина и воздуха воспламеняется от искры.

Что такое инжекторная система питания

Самым первым инжекторным автомобилем стал Mercedes-Benz 300 SL. Это тот самый легендарный МВ с дверями «крыло чайки», только он имел механический моновпрыск, который уже лет 30, как не применяется. Резюмируя эту историческую справку, скажем, что инжекторная система питания — это комплект устройств и элементов, которые обеспечивают дозированную подачу топлива в камеру сгорания.

Простейший инжекторный автомобиль в обязательном порядке имеет на борту:

  • форсунку-распылитель;
  • насос высокого давления;
  • топливный фильтр;
  • впускной коллектор;
  • воздушный фильтр;
  • систему управления, которая может быть механической или электронной.

Особенности эксплуатации системы

Конструкция поршня системы непосредственного впрыска

Главным требованием для корректной работы двигателя с прямым впрыском топлива является использование качественного бензина. Оптимальная марка топлива, как правило, указывается в инструкции к автомобилю.

Обычно рекомендуется заливать бензин с октановым числом не менее 95. Однако важно учитывать, что этот уровень не должен быть обеспечен за счет различных присадок. Исключение составляют присадки, рекомендованные производителем двигателя и автомобиля.

Низкое качество топлива, особенно при высоком проценте содержания серы, бензола и углеводородов в отечественном бензине способствует преждевременному износу форсунок, что может вывести двигатель GDI из строя.

Не менее требователен бензиновый мотор с непосредственным впрыском к тому, какое масло применяется в системе. Здесь лучше всего следовать инструкциям производителя.

Зачем она нужна двигателю?

Без какой-либо системы подачи топлива, будь то карбюратор или система впрыска, двигатель не работал бы.

Прелесть системы впрыска топлива в том, что она намного более управляема, чем старый карбюратор. Отчасти поэтому современные двигатели стали намного более эффективными (чистыми, экономичными и мощными), чем были раньше.

Преимущества и недостатки многоточечного впрыска

Форсунки и рампа двигателя

Главными достоинствами системы распределенного (многоточечного) впрыска является более экономичный расход топлива и соответствие требованиям экологических стандартов в сравнении с моновпрыском или карбюратором. С другой стороны, двигатель MPI менее мощный, нежели моторы с непосредственной подачей топлива в цилиндры двигателя. При этом, в сравнении с системами с непосредственным впрыском, отличается менее затратным обслуживанием.

К недостаткам распределенного впрыска можно отнести сложность изготовления, и, как следствие, высокую стоимость. Это также относится к ремонту электронной системы и инжекторов. Для обслуживания и диагностики необходимо специализированное оборудование и высококвалифицированные специалисты.

Для отечественных условий системы многоточечного распределенного впрыска считаются наиболее оптимальными по соотношению стоимости и удобства обслуживания, а также по уровню получаемой мощности и комфорту эксплуатации.

Устройство системы непосредственного впрыска топлива

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI (Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива). Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПА) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Схема системы непосредственного впрыска на примере системы Motronic MED7. 1.топливный бак; 2. топливный насос; 3.топливный фильтр; 4. перепускной клапан; 5. регулятор давления топлива; 6. топливный насос высокого давления; 7. трубопровод высокого давления; 8. распределительный трубопровод; 9. датчик высокого давления; 10. предохранительный клапан; 11. форсунки впрыска; 12. адсорбер; 13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

Основные неисправности

Чаще всего сбои инжекции проявляются несколькими неисправностями:

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

Плюсы и минусы использования

Главной особенностью двигателя gdi является подача топлива напрямую в цилиндр, что сокращает время цикла и существенно повышает мощность автомобиля (до 15%). Помимо этого уменьшается расход топлива (до 25%) и повышается экологичность выхлопа. Это обеспечивает более эффективную эксплуатацию автомобиля в городских условиях.

Для автомобилей, на которых установлен GDI двигатель, проблемы эксплуатации связаны прежде всего со следующим перечнем недостатков:

  • Необходимость нейтрализации отработавших газов при работе мотора на малых оборотах. При образовании обедненной топливно-воздушной смеси в выхлопных газах образуется много вредных компонентов, для устранения которых требуется установка системы рециркуляции отработавших газов.
  • Повышенные требования к топливу и маслу. Наилучшим бензином для GDI считается топливо с октановым числом 101, который практически недоступен на отечественном рынке.
  • Высокая стоимость производства двигателей и ремонта. Весомую долю проблем доставляют форсунки, подающие бензин в цилиндры. Они должны выдерживать высокое давление. Если они забиваются по причине некачественного топлива, их невозможно разобрать и почистить – форсунки подлежат только замене. Их стоимость в несколько раз выше, чем у обычных.
  • Повышенное внимание к системе фильтрации. Чистка и замена воздушного фильтра в такой системе должна производиться чаще, поскольку качество поступающего воздуха напрямую связано с состоянием форсунок.

Отечественные автомобилисты весьма скептически относятся к системе непосредственного впрыска, что обусловлено высокой стоимостью обслуживания автомобиля. С другой стороны, такие двигатели считаются передовой технологией, которая развивается и активно внедряется в автомобилестроение по всему миру.

Как выглядит система впрыска?

Чтобы увидеть её, вам придется избавиться от значительной части движка, потому что она состоит из нескольких отдельных компонентов:

  • Модуль подачи топлива, содержащий такие вещи, как электрический топливный насос высокого давления и топливный фильтр.
  • Регулятор всасываемого воздуха, чтобы убедиться, что количество воздуха в двигателе идеально.
  • Электронный блок управления и датчики, гарантирующие, что система впрыскивает точно нужное количество топлива во всасываемый воздушный поток.
  • Топливные форсунки, установленные на топливной рампе для подачи топлива в двигатель.

shema_toplivnoy_sistemy

Достоинства и недостатки

Здесь, как и в любой системе есть свои достоинства и недостатки.

Плюсы инжекторов (если сравнивать с карбюратором):

  1. снижение потребления топлива в 2 раза;
  2. увеличение мощности;
  3. упрощенный (автоматизированный) запуск;
  4. легкое управление;
  5. снижение выброса токсинов в несколько раз;
  6. самонастройка, упрощающая техобслуживание;
  7. ремонт сводится к замене деталей;
  8. снижение высоты капота за счет размещения элементов инжекции по бокам мотора;
  9. независимость от давления атмосферы, положения авто (работа карбюраторов нарушается при кренах).

Минусы инжекторных систем:

  1. сравнительно высокая цена производства;
  2. высокие требования к качеству бензина;
  3. необходимость в специально оборудовании для диагностики;
  4. зависимость от электроэнергии;
  5. повышение вероятности пожара при ДТП из-за подачи бензина под давлением.

Последний недостаток частично компенсируется установкой контроллера, отключающего подачу при ударе.

Несколько разновидностей систем впрыска позволило укомплектовать ими большинство легковых автомобилей, выпущенных позже восьмидесятых. Управление механическое или электронное, топливо может подаваться непрерывно или импульсами.

Независимо от строения и принципа работы системы впрыска топлива, она дольше прослужит без ремонта, если отказаться от манипуляций с питанием, не отключать без необходимости массу, не осуществлять запуск при помощи буксировки. Инжекторные системы не переносят влагу, если вода проникает в них зимой, велика вероятность выхода из строя форсунок. Топливо должно быть чистое, особое внимание следует уделить состоянию фильтра, установленного перед насосом. При наличии в топливе примесей насос и система управления очень скоро выходят из строя.

Как диагностировать неисправный инжектор?

Изношенная форсунка может вызвать пропуски зажигания, неравномерную работу на холостом ходу, преждевременное зажигание, когда топливо и воздух сгорают до зажигания свечи зажигания, или детонацию, когда воспламеняется избыток топлива, оставшийся после сгорания. Это может повредить двигатель, поэтому не следует игнорировать его.

Негерметичный инжектор с заедающим внутренним клапаном может залить и вызвать проблемы с запуском. Если вы чувствуете запах топлива, он может исходить от инжектора.

Поскольку неисправная форсунка вызовет неравномерную температуру сгорания, используйте лазерный термометр для проверки температуры выпускного коллектора.

Увеличение расхода топлива может быть связано с тем, что форсунка больше не подает мелкую струю, а вместо этого создает большие капли топлива, которые не распыляются должным образом во впускном коллекторе или камере сгорания.

Снимите форсунку (будьте осторожны – топливо вытечет, поэтому отсоедините аккумулятор и работайте в хорошо вентилируемом помещении) и осмотрите его на предмет трещин или утечек.

Проверьте электрическое сопротивление каждой форсунки с помощью мультиметра. Неисправная форсунка будет означать, что оставшиеся форсунки получают слишком большой электрический ток, который будет регистрировать мультиметр.

С помощью стетоскопа двигателя прислушайтесь к шуму от инжектора. Если вы не слышите регулярного тикающего звука, скорее всего, это сбой.

Диагностика инжекторных систем

Действительно, с применением электроники и распределенной системы впрыска моторы стали немного экономичнее, но против физики не попрешь, и без нужного количества бензина камера сгорания просто не выдаст ту энергию, которая необходима. С усложнением систем впрыска стали появляться новые проблемы, особенно на дешевых машинах, поскольку система впрыска очень требовательна к материалам топливной аппаратуры и особенно, к качеству топлива. Это вообще больной вопрос для всех инжекторов. Количество серы в отечественном бензине не укладывается ни в какие нормы, поэтому даже на недорогих системах впрыска очень часто требуется вмешательство механика.

Неисправности системы впрыска проявляются по-разному, но методы диагностики на современных СТО позволяют довольно точно определить нерабочий элемент. Чаще всего, это страдают от топлива насосы и форсунки. Определить неисправность просто, для этого даже не нужно ехать в сервис:

  • тяжелый пуск;
  • высокий расход;
  • провалы в работе на средних оборотах и отсутствие холостых;
  • сбои в переходных режимах.

Все это свидетельствует о недостаточном количестве бензина в камере сгорания. Насосы, как правило, не ремонтируют, по крайней мере, на официальных сервисах, а форсунки приходится мыть и прочищать.

Промывка инжекторной системы

Есть несколько способов очистки инжекторной системы. Если двигатель находится еще не в критическом состоянии, тогда может помочь промывка при помощи топливных присадок. Они растворяют отложения в насосе, топливопроводе, а главное, в форсунках, и в некоторой степени чистят систему от грязи и шлаков. не всегда это удается и не всегда это безопасно для двигателя, поэтому наиболее эффективным способом прочистки форсунок считают ультразвуковые ванны. Это не механический способ очистки и процесс проходит довольно эффективно.

Инжекторная система подачи топлива продолжает совершенствоваться, полностью вытесняя карбюраторы. Системы вполне работоспособны, только для того, чтобы избежать лишних проблем с очисткой и регулировками, стоит следить за качеством топлива ровно настолько, насколько это позволяют наши нефтеперерабатывающие комбинаты. Чистого всем бензина, и удачи в дороге!

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий