Система подачи топлива. Инжекторные системы, описание и принцип работы

Система подачи топлива нужна для поступления горючего из бензобака, его дальнейшей фильтрации, а также образования кислородно-топливной смеси с ее передачей в цилиндры двигателя. В настоящее время есть несколько видов топливных систем. Наиболее распространенной в 20-м веке была карбюраторная, но сегодня все большей популярностью пользуется инжекторная система. Существовала еще и третья – моновпрыск, которая была хороша лишь тем, что позволяла несколько сократить расход горючего. Давайте более подробно рассмотрим инжекторную систему и разберемся с ее принципом работы.

Общие положения

Большинство современных систем питания двигателя топливом схожи. Отличие может заключаться только на этапе смесеобразования. В состав топливной системы входят следующие узлы:

1. Топливный бак – компактное изделие, имеющее насос и фильтр для очистки от механических частиц. Основное назначение – хранение топлива.
2. Топливопроводы образуют комплекс шланг и трубок для перемещения горючего от бака к системе смесеобразования.
3. Устройство смесеобразования. В нашем случае будет идти речь об инжекторе. Данный узел предназначен для получения эмульсии (воздушно-топливной смеси) и подачи ее в цилиндры в такт работы мотора.
4. Блок управление системой смесеобразования. Устанавливается только на инжекторных двигателях, что обусловлено необходимостью контроля датчиков, форсунок и клапанов.
5. Топливный насос. В большинстве случаев используется погружной вариант. Представляет собой электродвигатель небольшой мощности, который соединяется с жидкостным насосом. Смазка реализуется горючим, а длительное использование ТС с количеством топлива менее 5 литров может привести к выходу электродвигателя из строя.

Если говорить вкратце, то инжектор – это точечная подача горючего через форсунку. Электронный сигнал приходит с блока управления. Несмотря на то, что инжектор имеет ряд существенных преимуществ перед карбюратором, он долго не использовался. Это было обусловлено технической сложностью изделия, а также низкой ремонтопригодностью деталей, вышедших из строя. В настоящее время точечные системы впрыска практически заменили карбюратор. Давайте более подробно рассмотрим, чем же так хорош инжектор и каковы его особенности.

Особенности топливного оборудования

Автомобиль всегда являлся объектом внимания защитников экологии. Отработанные газы выпускаются непосредственно в атмосферу, что чревато ее загрязнением. Диагностика топливной системы показала, что количество выбросов при неверном смесеобразовании увеличивается в разы. По этой простой причине было принято решение устанавливать каталитический нейтрализатор. Однако это устройство показывало хорошие результаты только при качественной эмульсии, а в случае каких-либо отклонений его эффективность значительно падала. Было принято решение заменить карбюратор на более точную систему впрыска, которой являлся инжектор. Первые варианты включали в себя большое количество механических составляющих и, согласно исследованиям, такая система становилась все хуже по мере эксплуатации ТС. Это было вполне закономерно, так как важные узлы и рабочие органы загрязнялись и выходили из строя.

Для того чтобы система впрыска смогла сама себя корректировать, был создан электронный блок управления (ЭБУ). Наряду с вмонтированным лямба-зондом, который расположен перед каталитическим нейтрализатором, это давало хорошие показатели. Можно с уверенностью говорить о том, что цены на топливо сегодня довольно высокие, а инжектор хорош как раз тем, что позволяет экономить бензин или дизель. Помимо этого есть следующие плюсы:

1. Увеличение эксплуатационных характеристик мотора. В частности увеличенная мощность на 5-10%.
2. Улучшение динамических показателей транспортного средства. Инжектор более чувствителен к изменению нагрузок и сам корректирует состав эмульсии.
3. Оптимальная топливно-воздушная смесь уменьшает количество и токсичность отработанных газов.
4. Инжекторная система легко запускается независимо от погодных условий, что является существенным достоинством перед карбюраторными двигателями.

Инжекторная система подачи топлива и ее устройство

Прежде всего стоит отметить тот факт, что современные впрысковые двигатели оснащаются форсунками, количество которых равно количеству цилиндров. Между собой форсунки соединяются рампой. Там горючее содержится под небольшим давлением, а создает его электрический прибор – бензонасос. Количество впрыскиваемого горючего напрямую зависит от продолжительности открытия форсунки, что определяется блоком управления. Для этого снимаются показатели с различных датчиков, которые установлены по всему ТС. Сейчас мы рассмотрим основные из них:

1. Датчик расхода воздуха. Служит для определения наполненности цилиндров воздухом. В случае поломки показания игнорируются, а в качестве основных показателей берутся табличные данные.
2. Датчик положения дроссельной заслонки отражает нагрузку на двигатель, которая обусловлена положением дросселя, циклового наполнения воздухом и оборотов ДВС.
3. Датчик температуры хладгена. При помощи данного контроллера реализуется управление электровентилятором и коррекция топливоподачи, а также зажигания. В случае неисправности мгновенная диагностика топливной системы необязательна. Температура берется в зависимости от длительности работы ДВС.
4. Датчик положения коленчатого вала (коленвала) нужен для синхронизации системы в целом. Контроллер рассчитывает не только обороты двигателя, но и его положение в определенный момент времени. Так как он является полярным датчиком, то при его неисправности дальнейшая эксплуатация ТС не является возможной.
5. Датчик кислорода нужен для определения % кислорода в выбрасываемых в атмосферу газах. Информация с этого контроллера передается на ЭБУ, который в зависимости от показаний корректирует эмульсию.

Стоит обратить внимание на то, что не все ТС с инжектором комплектуются датчиком кислорода. Их имеют только те авто, которые оснащаются каталитическим нейтрализатором с нормами токсичности «Евро-2» и «Евро-3».

Типы инжекторных систем: одноточечный впрыск

В настоящее время активно используются все системы. Они классифицируются в зависимости от количества форсунок и места подачи горючего. Всего есть три системы впрыска:

• одноточечный (моновпрыск);
• многоточечный (распределительный);
• непосредственный.

Для начала давайте рассмотрим системы одноточечного впрыска. Они были созданы сразу после карбюраторных и считались более совершенными, однако в настоящее время постепенно теряют свою популярность ввиду многих причин. Есть несколько неоспоримых преимуществ таких систем. Основные заключаются в существенной экономии топлива. Учитывая, что цены на топливо сегодня немаленькие, такой инжектор является актуальным. Интересно то, что эта система содержит несколько меньше электроники, поэтому является более надежной и стабильной. Когда информация с датчиков передается на контрольный элемент, параметры впрыска тут же меняются. Весьма интересным является то, что практически любой карбюраторный двигатель можно переделать под одноточечный впрыск без существенных конструкционных изменений. Основной недостаток таких систем заключается в низкой приемистости ДВС, а также оседании существенного количества топлива на стенках коллектора, хотя данная проблема была присуща и карбюраторным моделям.

Так как форсунка в данном случае всего одна, то располагается она на впускном коллекторе на месте карбюратора. Так как форсунка стояла в хорошем месте и постоянно находилась под потоком холодного воздуха, то ее надежность была на высшем уровне, да и конструкция была предельно простой. Промывка топливной системы с одноточечным впрыском не занимала много времени, так как достаточно было продуть лишь одну форсунку, но повышенные экологические требования привели к тому, что начали разрабатывать другие, более современные системы.

Системы многоточечного впрыска

Распределенный впрыск считается более современным, сложным и менее надежным. В данном случае каждый цилиндр оснащается изолированной форсункой, которая располагается во впускном коллекторе в непосредственной близости от впускного клапана. Следовательно, подача эмульсии осуществляется отдельно. Как было отмечено выше, при таком впрыске мощность ДВС можно увеличить до 5-10%, что будет заметно при движении на дороге. Еще один интересный момент: данная инжекторная система подачи топлива хороша тем, что форсунка располагается очень близко к впускному клапану. Это минимизирует оседание горючего на стенках коллектора, благодаря чему можно добиться существенной экономии топлива.

Существует несколько типов многоточечного впрыска:

1. Одновременный – открытие всех форсунок происходит в одно время.
2. Попарно-параллельный – открытие форсунок парами. Одна форсунка открывается в такт впуска, а вторая перед тактом выпуска. В настоящее время такая система используется только в момент аварийного запуска ДВС в случае поломки фазы (датчика положения коленвала).
3. Фазированный – каждая форсунка управляется отдельно, а открывается перед тактом впуска.

В данном случае система довольно сложная и полностью полагается на точность работы электроники. Например, промывка топливной системы будет требовать гораздо больше времени, так как нужно промыть каждую форсунку. А сейчас пойдем дальше и рассмотрим еще один популярный вид впрыска.

Непосредственный впрыск

Инжекторные автомобили с такими системами можно считать наиболее экологичными. Основная цель внедрения этого способа впрыска заключается в улучшении качества смеси горючего и незначительном увеличении КПД двигателя транспортного средства. Основные достоинства такого решения заключаются в следующем:

• тщательное распыление эмульсии;
• образование высококачественной смеси;
• эффективное использование эмульсии на различных этапах работы ДВС.

Исходя из этих преимуществ, можно говорить о том, что такие системы экономят топливо. Особенно это заметно при спокойной езде в городских условиях. Если сравнивать два автомобиля с одинаковым объемом двигателя, но разными системами впрыска, например, непосредственный и многоточечный, то заметно лучшие динамические характеристики будут у непосредственной системы. Отработанные газы менее токсичны, а взятая литровая мощность будет несколько выше за счет охлаждения воздуха и того, что давление в топливной системе несколько увеличено.

Но стоит обратить внимание на чувствительность непосредственных систем впрыска к качеству горючего. Если брать во внимание стандарты России и Украины, то содержание серы должно быть не выше 500 мг на 1 литр горючего. В это же время европейские стандарты подразумевают содержание этого элемента 150, 50 и даже 10 мг на литр бензина или дизеля.

Если вкратце рассматривать данную систему, то она выглядит следующим образом: форсунки располагаются в головке блоков цилиндра. Исходя из этого, впрыск осуществляется непосредственно в цилиндры. Стоит заметить, что данная инжекторная система подходит для многих бензиновых двигателей. Как было отмечено выше, используется высокое давление в топливной системе, под которым подается эмульсия непосредственно в камеру сгорания, минуя впускной коллектор.

Система впрыска топлива: езда на обедненной смеси

Немного выше мы с вами рассмотрели непосредственный впрыск, который впервые был использован на автомобилях марки «Митсубиси», которая имела аббревиатуру GDI. Давайте вкратце рассмотрим один из основных режимов – работу на обедненной смеси. Суть ее заключается в том, что транспортное средство в этом случае работает при небольших нагрузках и умеренных скоростях до 120 километров в час. Впрыск топлива осуществляется факелом в заключительном этапе сжатия. Отражаясь от поршня, горючее смешивается с воздухом и попадает в зону свечки зажигания. Получается так, что в камере смесь значительно обедняется, тем не менее ее заряд в районе свечи зажигания можно считать оптимальным. Этого хватает для его воспламенения, после этого загорается и остальная эмульсия. По сути, такая система впрыска топлива обеспечивает нормальную работу ДВС даже при соотношении воздух/топливо – 40:1.

Это весьма эффективный подход, позволяющий значительно экономить горючее. Но стоит обратить внимание, что остро встал вопрос нейтрализации отработанных газов. Дело в том, что катализатор неэффективен, так как образуется оксид азота. В этом случае используется рециркуляция отработанных газов. Специальная система ERG позволяет разбавить эмульсию отработанными газами. Это несколько снижает температуру горения и нейтрализует образование оксидов. Тем не менее такой подход не позволят увеличивать нагрузку на двигатель. Для частичного разрешения проблемы используется накопительный катализатор. Последний крайне чувствителен к горючему с высоким содержанием серы. По этой причине требуется периодическая проверка топливной системы.

Однородное смесеобразование и 2-стадийный режим

Мощностной режим (однородное смесеобразование) – идеальное решение для агрессивной езды в городских условиях, обгонов, а также движения по скоростным трассам и шоссе. В этом случае используется конический факел, он менее экономичный по сравнению с предыдущим вариантом. Впрыск осуществляется на такте впуска, а образованная эмульсия обычно имеет соотношение 14,7:1, то есть близкое к стехиометрическому. По сути, данная система автоматической подачи топлива точно такая же, как и распределительная.

Двухстадийный режим подразумевает впрыск топлива на такте сжатия, а также пуска. Основная задача – резкое повышение двигателя. Ярким примером эффективной работы такой системы является движение на малых оборотах и резкое нажатие на акселератор. В таком случае вероятность детонации значительно возрастает. По этой простой причине вместо одного этапа впрыск проходит в два.

На первом этапе впрыскивается небольшое количество горючего на такте впуска. Это позволяет несколько понизить температуру воздуха в цилиндре. Можно говорить о том, что в цилиндре будет находиться сверхбедная смесь в соотношении 60:1, следовательно, детонация невозможна как таковая. На заключительном этапе такта сжатия осуществляется впрыск струи горючего, которая доводит эмульсию до богатой в соотношении примерно 12:1. Сегодня можно говорить о том, что такая топливная система двигателя введена только для транспортных средств европейского рынка. Обусловлено это тем, что Японии не присущи большие скорости, следовательно, нет высоких нагрузок на двигатель. В Европе же большое количество скоростных шоссе и автобанов, поэтому водители привыкли ездить быстро, а это большая нагрузка на ДВС.

Еще кое-что интересное

Стоит обратить внимание на то, что, в отличие от карбюраторных систем, инжекторная требует того, чтобы была регулярная проверка топливной системы. Это обусловлено тем, что большое количество сложной электроники может дать сбой. В результате это приведет к нежелательным последствиям. К примеру, избыточный воздух в топливной системе приведет к нарушению составу эмульсии и неверному соотношению смеси. В дальнейшем это сказывается на двигателе, появляется нестабильная работа, выходят из строя контроллеры и т. п. По сути, инжектор – это сложная система, которая определяет, когда на цилиндры нужно подать искру, как доставить качественную смесь к блоку цилиндров или впускному коллектору, когда открывать форсунки и какое соотношение воздуха и бензина должно быть в эмульсии. Все эти факторы влияют на синхронизированную работу топливной системы. Интересно то, что без большинства контроллеров машина может исправно работать, при этом не будет существенных отклонений, так как имеются аварийные записи и таблицы, которые будут использоваться.

Экономичность работы ДВС в нашем случае определяется тем, насколько корректными будут полученные с контроллеров данные. Чем они точнее, тем менее возможны различные неисправности топливной системы. Важную роль играет и скорость срабатывания системы в целом. В отличие от карбюраторов тут не требуется ручная регулировка, а это исключает ошибки во время калибровочных работ. Следовательно, мы получим более полное сгорание смеси и лучшую с точки зрения экологии систему.

Заключение

В заключение стоит рассказать немного о недостатках, которые присущи инжекторным системам. Главный минус заключается в дороговизне ДВС. По большому счету, стоимость таких агрегатов будет выше примерно на 15%, что существенно. Но есть и другие минусы. К примеру, вышедший из строя клапан топливной системы в большинстве случаев не подлежит ремонту, что обусловлено нарушением герметичности, поэтому его нужно просто менять. Это касается и ремонтопригодности оборудования в целом. Некоторые узлы и детали гораздо проще купить новыми, нежели потратиться на их ремонт. Это качество не присуще карбюраторным ТС, где можно перебрать все важные узлы и восстановить их работоспособность без больших затрат времени и сил. Без всякого сомнения, электронная система подачи топлива ремонтируется большими силами и средствами. Сложная электроника вряд ли может быть восстановлена на первом попавшемся СТО.

Ну вот мы и поговорили с вами о том, что такое инжекторные системы. Как вы видите, это весьма интересная тема для разговора. Можно еще много рассказывать о том, чем хороши форсунки и возможность мгновенной корректировки работы двигателя. Но об основных моментах мы уже сказали. Помните о том, что топливная система бензинового двигателя должна регулярно осматриваться на возможные дефекты. К примеру, из-за низкого качества топлива, что собственно присуще нашей стране, часто забиваются форсунки. Из-за этого двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, смесь становится слишком обедненной или наоборот. Все это очень плохо сказывается на автомобиле в целом, поэтому нужен постоянный и регулярный контроль. Кроме того, старайтесь заправляться только тем бензином, который советует производитель вашего ТС.