Системы впрыска топлива современных двигателей внутреннего сгорания: бензиновые и дизельные системы

Распределенный многоточечный впрыск

Система впрыска – основной составляющий элемент системы топлива в транспортном средстве, форсунка выступает в качестве основного рабочего «органа». На сегодняшний день не составит труда найти большое количество разнообразных устройств, их задача сводится к обеспечению впрыска. В статье будет рассмотрен многоточечный впрыск – его особенности, достоинства, а также основные отличия от некоторых других систем.

Особенности действия

Особенности деятельности и существования данной системы базируются на том, что необходимо обеспечивать бесперебойную подачу топлива в цилиндры с помощью форсунок, число которых равно количеству цилиндров.

Если рассматривать классификационные моменты по принципу работы, то можно выделить две основные группы систем – непрерывный впрыск и импульсную подачу. Есть электронный и механический варианты контроля их работы.

Разновидности

Рассматривая конструкции, которые предполагают распределенный впрыск топлива, можно выделить наиболее распространенные моменты:

• K-JETRONIC – механический элемент в непосредственной подаче топлива, используется часто.
• L-JETRONIC – система, в которой наблюдается импульсное действие элементов, находящихся под электронным управлением.
• KE-JETRONIC – механический элемент подачи топлива непрерывного типа.

Надо отметить, что все эти варианты уже устарели и являются очень капризными конструкциями.

Таким образом, система может иметь несколько разновидностей, зависящих от определенного набора факторов и характеристик работы.

Другой вариант классификации

Система может быть нескольких видов и вариантов.

• Одновременная комбинация – с практической точки зрения встречается редко. За один оборот все форсунки в ней срабатывают в одновременном порядке.
• Параллельная работа (попарно) – в течение одного оборота вала происходит парное срабатывание форсунок, по одному разу за оборот.
• Фазированная, последовательная – когда за выполнение валом одного оборота происходит отдельное регулирование любой из форсунок. При этом открытие элемента осуществляется 1 раз перед впуском.

Независимо от варианта классификации все механизмы имеют различия по ряду параметров, учитываемых в ходе эксплуатации.

Распределенный впрыск, каким он может быть?

Устройство

Система в целом имеет в составе основные узлы.

1. Бак топлива – является компактным элементом, который имеет насос, фильтр для чистки от механических частиц. Он предназначен для хранения топлива.
2. Инжектор используется с целью образования смеси – эмульсии, а также для ее подачи в цилиндры.
3. Блок управления – его установка осуществляется непосредственно на двигателях с инжектором.
4. Топливный насос – используется обычно традиционный вариант. Он представлен электрическим двигателем с высокой мощностью.

Таким образом, рассматриваемый механизм является простым и прогрессивным, позволяет добиваться нужных результатов при его использовании и ездить с комфортом.

Особенности многоточечного механизма

Система впрыска используется почти всеми изготовителями авто.

Управление каждой форсункой производится в «личном» порядке. Время, когда это происходит, заложено программой управленческого блока. Если их активировать, происходит замена параллельным пуском.

Система по мере прогревания двигателя может демонстрировать должные качества работы на повышенных оборотах. Поломка датчика способствует иногда переходу устройства в полностью аварийный режим, его показания учитывает блок управления в процессе определения дозировки жидкости. Управление таким механизмом сегодня производится посредством специального компьютера, который называется электронным управленческим блоком

Для вычисления нужного момента открытия форсунок важно получать информационные данные от датчиков. Важный показатель – объем потоков, которые поступают в двигатель и измеряются датчиком

В процессе вычисления подачи определенного количества топлива, которое необходимо для бесперебойной работы агрегата, компьютер анализирует другую информацию – это температурные и влажностные режимы, набор прочих параметров.

Таким образом, рассматриваемая система впрыска топлива является достаточно простой и оригинальной в своей работе, позволяя пользователям достигать комфортного результата и чувствовать себя за рулем безопасно.

Просто о сложном: что такое непосредственный впрыск топлива

Например, всё тот же пресловутый TSI. Известно, что бензина потребляет мало, а едет не по-силам шустро. Да в общем-то, уже практически все крупные автопроизводители перешли на непосредственный впрыск. А как он устроен и чем отличается от «посредственного»? Давайте разбираться.Вообще, для начала неплохо бы рассмотреть, чем в принципе система с впрыском топлива (она же инжекторная) отличается от «дедушки» всех топливных систем автомобиля — карбюратора. Но об этом я расскажу как-нибудь позже, а сегодня поговорим об отличиях непосредственного впрыска бензина от распределенного — классического, то бишь.

Пройдя нелегкий путь от топливного бака до топливной рейки двигателя, бензин попадает в цилиндры. Это общая очевидная схема. А вот далее начинаются различия.

Распределенный впрыск

В системе с распределенным впрыском топлива форсунка (это устройство, распрыскивающие топливо в виде мелкодисперсной пыли) установлена во впускном коллекторе — по одной перед каждым цилиндром. То есть она расположена перед впускным клапаном.

Что происходит в процессе работы: на такте впуска, когда поршень идет вниз и впускной клапан открывается, форсунка впрыскивает необходимое количество топлива во впускной коллектор, где он, перемешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр уже в виде готовой топливо-воздушной смеси. После чего, на такте сжатия смесь эта сжимается и поджигается свечой.

Непосредственный впрыск

А вот в случае с непосредственным впрыском, форсунка стоит в головке блока цилиндров и часть ее «торчит» непосредственно (ага) в камере сгорания. И топливо впрыскивается не на такте впуска, а в конце такта сжатия, когда и перемешивается с воздухом — уже практически в момент поджига свечой. Примечание . Здесь стоит отметить, что системы непосредственного впрыска имеют разные алогоритмы подачи топлива — в том числе и такой, когда подача осуществляется и на такте впуска, и на такте сжатия.

Отличия друг от друга

Ниже на картинке я очень схематично сравнил момент работы этих двух систем. Но не вдаваясь в технические тонкости процесса, здесь просто нужно понять главное отличие этих двух вариантов питания:

В системе с распределенным впрыском в цилиндры поступает уже готовая смесь воздуха и бензина. В системе с непосредственным впрыском топливо подается отдельно, смешиваясь с воздухом уже в цилиндре.

Логично задать вопрос: какие плюсы дает второй вариант?

Основных преимуществ целая куча:

• Конечно, топливная экономичность. Системы с непосредственным впрыском ( далее — НВ ) умеют работать на сверхбедных составах смеси. Так, широко распространенный двигатель 1.8 TSI от Volkswagen на холостых «нюхает» всего около 0.6-0.7 литра в час.
• Второй конек таких систем — удельная мощность на единицу объема. Другими словами, двигатель с НВ будет на 10-15% мощнее своего аналога одинакового объема с классической распределенной системой питания. Это достигается за счет как более точной дозировки топлива в различных режимах работы двигателя, так и за счет более оптимизированной схемы смешивания с воздухом и последующего более эффективного сгорания смеси.
• Хоть и мало кого в нашей стране волнует, но экологичность. Собственно, это является следствием всего вышеперечисленного. Меньше расход топлива — меньше накоптит воздух, если говорить по-простому. Плюс, возможность работы на сверхбедных смесях и более эффективное (т.е., более полное, без «сажи») сгорание, сами по себе делают выхлоп более чистым.

Разумеется, нельзя не сказать и о недостатках, куда же без них.

• Дорого. Топливная аппаратура систем с НВ на порядок дороже и сложнее классических.
• Высокая чувствительность к качеству топлива. Кстати, один из основополагающих факторов отпугивания людей при покупке машины с НВ. Наверняка многие помнят байки, как первопроходцы систем с непосредственным впрыском (японцы со своим GDI) могли запросто и враз помереть после одной заправки в какой-нибудь деревне, в те самые веселые 90-е годы. Так вот, байки-байками, а таки действительно могли.

Конечно, сейчас такие системы питания уже давно отлажены и получили широчайшее распространение, а качество бензина в крупных городах даже у нас в целом стало более-менее сносным. Так что, не нужно поддаваться паранойе: если вы не планируете регулярно эксплуатировать такую машину глубоко в «Васюках», то всё будет хорошо. Скажу больше — на непосредственный впрыск постепенно переходят даже недорогие бренды, а носителями таких моторов становятся модели всё доступнее по классу.

Надеюсь, кому-то было полезно!

Другие мои статьи на авто тему ниже и также в журнале Дзен OVER9000:

Источник

Как функционирует L-Jetronic: все сложное – очень просто

L-Джетроник – детище известной немецкой компании Bosch. Системы выпускаются с различной маркировкой, в зависимости от года изготовления система приобретает новейшие доработки.

Данная система устанавливается на бензиновых двигателях автомобилей. Ее основное отличие от карбюраторной системы заключается в том, что топливо принудительно впрыскивается в цилиндр или впускной коллектор.

Для этого используются форсунки, которая и осуществляет распыление под высоким давлением на топливо. Система L-Джетроник, как и прочие системы такого типа, называется инжекторной. Принцип ее работы заключается в следующем:

В каждый цилиндр силового агрегатора, при помощи форсунки впрыскивается топливо. Это система импульсной подачи топлива, которая регулируется электроникой. О ее работе мы подробнее расскажем ниже.

Новые разработки

Конструкторы же на достигнутом не останавливаются. Своеобразную доработку прямого впрыска сделали в концерне VAG в силовом агрегате TFSI. У него систему питания объединили с турбокомпрессором.

Интересное решение предложила компания Orbital. Они разработали особую форсунку, которая помимо топлива впрыскивает в цилиндры еще и сжатый воздух, подающийся от дополнительного компрессора. Такая топливовоздушная смесь обладает отличной воспламеняемостью и хорошо сгорает. Но это пока только разработка и найдет ли она применение на авто, пока неизвестно.

В целом же, непосредственный впрыск сейчас является самой лучшей системой питания в плане экономичности и экологичности, хоть и имеются у нее свои недостатки.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Впрыск может быть:

• центральным (ДВС с карбюраторами, наддроссельный впрыск),
• распределённый или коллекторный (осуществляется отдельной форсункой в каждый цилиндр двигателя),
• непосредственный (осуществляется напрямую в камеры сгорания, отдельными форсунками), встречается в разных вариациях, характерен для современных автомобилей.

Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)

Решения с карбюраторами

Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И множество лет – единственно доступные. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на около сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.
Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.

Принцип их действия основан на принципе втягивания топлива в поток воздуха, проходящего через карбюратор. Всё это возможно за счет сужения воздушного канала и разрежения воздуха.

Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое соотношение топлива к воздуху.

Как работает устройство?

1. Топливо из бака забирает насос (управляемый механически или электрически – в зависимости от модели).
2. ДВС запускается, и поток воздуха, проходящий через сужение воздушного канала карбюратора, создает разрежение.
3. В смесительную камеру карбюратора поступает топливо.
4. Жиклер (калиброванное отверстие) дозирует топливо.

С точки зрения работы всё достаточно просто. Так почему же карбюраторы уходят в историю?
Здесь достаточно много причин:

• Низкая экономичность, а соответственно, и низкий уровень топливной эффективности.
• Проблемы при переменных режимах работы, обусловленные низкими динамическими качествами.
• Прямая зависимость от положения двигателя.
• Выброс в окружающую среду большого количества вредных веществ (несоответствие нормативам эмиссии газообразных вредных выбросов в атмосферу).

Особенности системы впрыска

Основным преимуществом системы впрыска считают точную дозировку топлива, необходимую для оптимальной работы двигателя в определенный момент и под определенной нагрузкой. Этого позволила добиться только электронная система управления. Старые инжекторные системы имели механическое управление и подавали бензин по средним потребностям мотора. Современный инжектор способен точно вычислить сколько топлива необходимо и в какой момент его нужно подать. Синхронизация системы питания с зажиганием позволяет оперативно менять как угол опережения подачи искры, так и момент подачи бензина, поэтому теоретически, инжекторные системы должны быть эффективнее и экономичнее карбюраторных.

Тест-драйвы, которые читают с этой статьей:

Интересные новости по теме

Основатель Rimac назвал неэффективной коробку передач электрического Porsche Taycan

Мате Римак — основатель специализирующейся на производстве гиперкаров хорватской компании Rimac, — считает неэффективной концепцию двухскоростной трансмиссии, которая, к слову, применена в электромобиле Porsche Taycan 31 июля 2020

Сенсорные экраны признали причиной повышения смертности на дорогах

Тачскрины представляют опасность, поскольку они заставляют водителей больше отвлекаться от дороги. Эти выводы теперь подтвердили в Министерстве транспорта Великобритании, где признали сенсорные экраны виновными в смертях и серьезных травмах в ДТП 17 июля 2020

Правительство покроет расходы при переводе машины с бензина на метан

Правительство планирует увеличить субсидии на перевод автомобилей с бензина на сжатый природный газ (метан) с 30 до 60% от суммы расходов на конвертацию. С таким предложением выступил министр энергетики Александр Новак 16 июня 2020

Двигатели внутреннего сгорания проживут еще 20-30 лет

Так считают представители компании BMW, которая не собирается отказываться от использования традиционных моторов, несмотря на активную разработку электрических двигателей 14 января 2020

В Hyundai разработали круиз-контроль, который умеет думать

Концерн Hyundai Motor Group,объявил о завершении работы над первым в мире «умным» круиз-контролем, работа которого основана на методах машинного обучения 21 октября 2019

BMW разработает новый восьмицилиндровый двигатель

В BMW планируют развивать текущую линейку восьмицилиндровых бензиновых моторов. Правда, новое поколение моторов, хоть и сохранит V-образную компоновку, но потеряет в объеме 27 сентября 2019

BMW не откажется от мощных моторов

Помните, тот 12-цилиндровый двигатель, от которого марка уже хотела откреститься. Мол, слишком сложно удерживать этот агрегат в моторной линейке, так как экологические нормы давят, да и постоянная модернизация обходится дорого 19 сентября 2019

Хороним автомобильный ручник

Смиритесь, традиционному рычагу больше нет места в современных автомобилях, во всяком случае, так думает большинство автомобильных экспертов 19 сентября 2019

История

Появление и применение систем впрыска в авиации

Первый в России опытный мотор с системой впрыска был изготовлен в 1916 году Микулиным и Стечкиным.

К 1936 году на фирме Robert Bosch были готовы первые комплекты топливной аппаратуры для непосредственного впрыска бензина в цилиндры, которую через год стали серийно ставить на V-образный 12-цилиндровый двигатель Daimler-Benz DB 601. Именно этими моторами объёмом 33,9 л оснащались, в частности, основные истребители ЛюфтваффеMesserschmittBf 109.

И если карбюраторный двигатель DB 600 развивал на взлетном режиме 900 л. с., то DB 601 с впрыском позволял поднять мощность до 1100 л. c. и более. Позже в серию пошла девятицилиндровая «звезда» BMW 132 с подобной системой питания — лицензионный авиадвигатель Pratt 

Система датчиков инжекторных двигателей

Без этих компонентов работа системы впрыска топлива невозможна. Именно датчики сообщают блоку управления всю информацию, которая необходима для работы исполнительных устройств в нормальном режиме. Неисправности системы питания инжекторного двигателя по большей части вызывают именно датчики, так как они могут неверно производить замеры.

1. Датчик расхода воздуха устанавливается после воздушного фильтра, так как в конструкции имеется дорогостоящая платиновая нить, которая при попадании мелких посторонних частиц может засоряться, отчего показания окажутся неверными. Датчик считает, какое количество воздуха проходит через него. Понятно, что взвесить воздух не представляется возможным, да и объем его измерить проблематично. Суть работы заключается в том, что внутри пластиковой трубки находится платиновая нить. Она нагревается до рабочей температуры (более 600º, именно это значение закладывается в ЭБУ). Поток воздуха охлаждает нить, блок управления фиксирует температуру и, исходя из этого, вычисляет количество воздуха.
2. Датчик абсолютного давления необходим для более точного снятия показаний о количестве потребляемого двигателем воздуха. Состоит из 2 камер, одна из которых герметична и внутри у неё вакуум. Вторая камера соединена с впускным коллектором. В последнем при впуске разрежение. Между камерами устанавливается диафрагма с пьезоэлементом, который вырабатывает небольшое напряжение во время изменения давления. Это значение напряжения поступает на вход блока управления.
3. Датчик положения коленвала располагается рядом со шкивом генератора. Если присмотреться, то можно увидеть, что на шкиве есть зубья, причём они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Суммарное число зубьев — 60, оси соседних расположены на расстоянии 6º. Но если присмотреться ещё внимательнее, то можно увидеть, что 2-х не хватает. Этот промежуток необходим, чтобы датчик фиксировал положение коленвала максимально точно. Датчик вырабатывает напряжение, которое тем больше, чем выше частота вращения.
4. Датчик фаз (распредвала) работает на эффекте Холла. В конструкции есть диск с вырезанным сегментом и катушка. При вращении диска вырабатывается напряжение. Но в момент, когда прорезь находится над чувствительным элементом, напряжение снижается до 0. В этот момент первый цилиндр находится в ВМТ на такте сжатия. Благодаря датчику фаз точно подаётся искра на свечу и открывается своевременно форсунка.
5. Датчик детонации расположен на блоке ДВС между 2 и 3 цилиндрами (чётко посередине). Работает на пьезоэффекте — при наличии вибрации происходит генерирование напряжения. Чем сильнее вибрация, тем выше уровень сигнала. Блок управления при помощи датчика изменяет угол опережения зажигания.
6. Датчик дроссельной заслонки представляет собой переменный резистор, на который подаётся напряжение 5 В. В зависимости от того, в каком положении находится заслонка, напряжение уменьшается. Иногда случаются поломки — в начальном положении показания датчика прыгают. Стирается резистивный слой, ремонт невозможен, эффективнее установить новый.
7. Датчик температуры ОЖ, от него зависит качество воспламенения топливовоздушной смеси. С его помощью не только происходит коррекция угла опережения зажигания, но и включение электровентилятора.
8. Лямбда-зонд расположен в системе выпуска отработанных газов. В современных системах, которые удовлетворяют последним экологическим стандартам, можно встретить 2 датчика кислорода. Лямбда-зонд отслеживает количество кислорода в выхлопных газах. У него есть внешняя часть и внутренняя. За счёт напыления из драгметалла можно оценить количество кислорода в выхлопных газах. Внешняя часть датчика «дышит» чистым воздухом. Показания передаются на блок управления и сравниваются. Эффективные замеры возможны только при достижении высоких температур (свыше 400º), поэтому часто устанавливают подогреватель, чтобы даже в момент начала работы двигателя не наблюдалось перебоев.

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

Управление системой впрыска топлива

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

https://www.youtube.com/watch?v=62F4rCSCkgE

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.

Устройство

В инжекторной системе подачи впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками — инжекторами.

Классификация

По точке установки и количеству форсунок:

• Моновпрыск, центральный впрыск, или одноточечный впрыск — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). В настоящее время непопулярна ввиду возросших экологических требований: начиная с Евро-3 экологический стандарт требует индивидуальной дозировки топлива для каждого из цилиндров. Моновпрыски отличались простотой и очень высокой надежностью, прежде всего из-за того, что форсунка находится в относительно комфортном месте, в потоке холодного воздуха.
• Распределённый впрыск, или многоточечный впрыск — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

• Одновременный — все форсунки открываются одновременно.
• Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (так называемой фазы).
• Фазированный впрыск — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.
• Непосредственный впрыск — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

Управление системой подачи топлива

В настоящее время системами подачи топлива управляют специальные микроконтроллеры, этот вид управления называется электронным. Принцип работы такой системы основан на том, что решение о моменте и длительности открытия форсунок принимает микроконтроллер, основываясь на данных, поступающих от датчиков. На ранних моделях системы подачи топлива, в роли контроллера выступали специальные механические устройства.

Принцип работы

В контроллер при работе системы поступает со специальных датчиков информация о следующих параметрах:

• положении и частоте вращения коленчатого вала;
• массовом расходе воздуха двигателем;
• температуре охлаждающей жидкости;
• положении дроссельной заслонки;
• содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);
• наличии детонации в двигателе;
• напряжении в бортовой сети автомобиля;
• скорости автомобиля;
• положении распределительного вала (в системе с последовательным распределенным впрыском топлива);
• запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле);
• неровной дороге (датчик неровной дороги);
• температуре входящего воздуха.

На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:

• топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),
• системой зажигания,
• регулятором холостого хода,
• адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),
• вентилятором системы охлаждения двигателя,
• муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле),
• системой диагностики.

Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также, современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и многие другие характеристики и спецификации. Ранее использовалась механическая система управления впрыском.

Для оперативного выявления неисправностей инжектора используется компьютерная диагностика инжекторной системы подачи топлива.