Система топливного впрыска: Как этот гений удерживает ваш автомобиль в движении?

Принцип работы любого внутреннего сгорания двигателя (ДВС) основан на сжигании бензина, дизельного топлива или другого вида топлива. Важным условием является качественное смешение этого горючего с воздухом. Только в таком случае можно получить максимальную производительность от двигателя. Двигатели с карбюратором, в отличие от современных инжекторных аналогов, обычно не достигают такой эффективности. Часто двигатель, оборудованный карбюратором, может иметь меньшую мощность даже при большем объеме. Причина тому заключается в качестве смешивания бензина и воздуха. Если эти компоненты не перемешиваются правильно, часть горючего может попасть в выхлопную систему, где она будет догорать.

Из других возможных неполадок в выхлопной системе, таких как повреждения катализатора или клапаны, мотор не сможет использовать свой полный потенциал. Поэтому современные двигатели оснащаются системами принудительного впрыска горючего. Давайте рассмотрим разные вариации этой системы и их принципы работы.

Понятие системы впрыска топлива относится к механизму принудительной и точной подаче топлива в цилиндры двигателя. Это важно ввиду того, что неэффективное сгорание горючего приводит к выделению отходящих газов, которые благодаря точному впрыску можно значительно снизить, сделав двигатель более экологически чистым.

Для достижения лучшего смешивания горючего и воздуха системы впрыска используют электронный контроль. Электроника более надежно и точнее регулирует количество горючего и распределяет его на мелкие порции. Далее мы рассмотрим различные вариации систем впрыска, однако все они опираются на одинаковый принцип работы.

Принцип работы и компоненты

Если раньше система принудительного впрыска была характерна только для дизельных двигателей, то современные бензиновые моторы также оснащают подобными системами. Принцип их работы зависит от типа системы и включает следующие компоненты:

Блок управления обрабатывает сигналы от различных датчиков и основываясь на этой информации, выдает команды исполнительным устройствам по моменту распыления горючего, объема горючего и количества подаваемого воздуха.

Датчики, расположенные вокруг двигателя, включая датчики в районе дроссельной заслонки, катализатора, на коленвале, распределительном вале и т.д. Они измеряют количество и температуру впускного воздуха, его количество в выхлопных газах и другие параметры работы двигателя. Сигналы, получаемые от этих датчиков, помогают блоку управления настраивать впрыск топлива и подачу воздуха в каждый конкретный цилиндр.

Форсунки распыляют бензин или во впускной коллектор или непосредственно в камеру цилиндра, подобно системе дизельного двигателя. Эти компоненты расположены в головке блока цилиндров, рядом со свечами зажигания или на впускном коллекторе.

Топливный насос высокого давления, создающий необходимый напор в топливной магистрали. В некоторых модификациях системы этот параметр должен быть значительно выше компрессии в цилиндрах.

Работа системы основывается на схожем принципе, характерном для карбюраторов. Когда во впускной коллектор попадает поток воздуха, форсунка (в большинстве случаев их количество соответствует числу цилиндров в блоке двигателя), срабатывает. Первые версии этих систем использовали механический принцип, при котором одна форсунка распыляла бензин во впускной коллектор, что привело к более высокому горению топлива.

Этот компонент был единственным, который подчинялся электронному управлению. Во всех остальных случаях исполнительные механизмы были механическими. Современные системы впрыска используют аналогичный принцип, но отличаются количеством исполнительных элементов и их расположением.

Типы и виды систем впрыска топлива

Современные электронные системы принудительного впрыска горючего можно поделить на три главные категории:

• Сверхдроссельное распыление (или центральный впрыск);
• Коллекторное распыление (или распределенный впрыск);
• Непосредственное распыление (форсунка установлена непосредственно в головке блока цилиндров, горючее смешивается с воздухом непосредственно в цилиндре).

Схема работы этих видов впрыска практически одинакова. Они поставляют горючее в полость, используя высокое давление в топливной системе. Это давление может снабжаться отдельным резервуаром, расположенным между впускным коллектором и насосом, или самой магистралью высокого давления.

Центральный впрыск (однофорсуночный)

Система однофорсуночного впрыска была первой реализацией электронных систем и идентична своему карбюраторному аналогу. Ее главная особенность состоит в том, что впускной коллектор оснащен только одной форсункой вместо механического устройства.

Бензин поступает в коллектор и смешивается с впускным воздухом, после чего попадает в ответный рукав, где создается разрежение. Эта инновация существенно повысила эффективность стандартных двигателей, ведь систему можно настраивать под разные режимы работы мотора.

Основным преимуществом однофорсуночного впрыска является его простота. Эту систему можно установить на любой двигатель в качестве замены карбюратора. Электронный блок управления управляет только одной форсункой, поэтому не требуется сложной прошивки микропроцессора.

В такой системе присутствуют следующие компоненты:

• Регулятор давления, обеспечивающий постоянное давление горючего в магистрали. Этот регулятор позволяет сохранять давление в системе, когда двигатель выключается, что упрощает работу насоса при повторном запуске двигателя.
• Форсунка работающая по сигналам от электронного блока управления. Форсунка оснащена электромагнитным клапаном, который обеспечивает импульсное распыление горючего.
• Электропривод дроссельной заслонки, регулирующий количество впускного воздуха.
• Датчики, собирающие информацию, необходимую для определения количества горючего и момента его распыления.
• Микропроцессорный блок управления, обрабатывающий сигналы от датчиков и в соответствии с ними, отправляет команды для активирования форсунки, движения дроссельной заслонки и топливного насоса.

Несмотря на некоторые преимущества, эта система имеет несколько серьезных недостатков:

1. В случае поломки форсунки весь двигатель может прекратить работу.
2. Распыление горючего происходит в головной части коллектора, что приводит к накоплению топлива на стенках труб. Это требует большего топлива для достижения максимальной мощности по сравнению с карбюратором.
3. Однофорсуночный впрыск не поддерживает многоточечный режим распыления, доступный только в системе непосредственного впрыска. Это может привести к неполному сгоранию горючего и ухудшению экологических показателей автомобиля.

Система распределенного впрыска

Одной из более производительных модификаций системы впрыска является использование индивидуальных форсунок для каждого цилиндра. Эта инновация позволила расположить распылители ближе к впускным клапанам, что привело к уменьшению потери топлива (меньше горючего остается на стенках коллектора).

Этот вид впрыска обычно сопровождается дополнительным компонентом – рампой или резервуаром, где горючее хранится под высоким давлением. Такой дизайн позволяет придавать каждой форсунке соответствующее давление топлива без использования сложных регуляторов.

Современные автомобили в основном оборудованы именно этим типом впрыска из-за его высокой эффективности. Однако на сегодняшний день существуют несколько разновидностей этой системы:

Первая модификация похожа на работу моновпрыска, где ЕБУ отправляет сигнал на все форсунки одновременно, и каждая из них срабатывает независимо, независимо от потребности конкретного цилиндра в горючей смеси. Это позволяет индивидуально настраивать подачу топлива для каждого цилиндра, но требует большего топлива по сравнению с более современными аналогами.

Параллельный попарный впрыск – работает подобно первой модификации, но форсунки соединены парами. Каждый пар распиливает топливо сразу перед открытием впускных клапанов двух разных цилиндров. Этот метод, хоть и редко используется на автомобилях, активируется в аварийном режиме в большинстве электронных систем впрыска. Он активируется, например, при выходе из строя датчика распределительного вала.

Фазируемая модификация распределенного впрыска – это новейшее развитие таких систем, которое имеет наилучшие показатели эффективности в этой категории. Он использует то же количество форсунок, что и цилиндров в двигателе, но распил происходит непосредственно перед открытием впускных клапанов. Такой тип впрыска имеет самый высокий коэффициент полезного действия в данной категории. Топливо распиливается не во всем коллекторе, а только в той части, откуда убирается воздушно-топливная смесь. Это позволяет двигателю работать более экономично.

Прямой впрыск

Система прямого впрыска является одной из форм распределенного впрыска. Ее основное отличие состоит в расположении форсунок. Они расположены аналогично свечам зажигания, в верхней части двигателя, чтобы предоставлять горючую смесь непосредственно в камеру цилиндра.

Систему прямого впрыска в основном используют в премиум-сегменте автомобилей, поскольку она наиболее ценна, но в то же время на сегодняшний день наиболее эффективной. Эти системы обеспечивают максимально точное смешивание топлива и воздуха, используя каждую микрокапку бензина во время работы двигателя.

Прямой впрыск позволяет точно регулировать работу двигателя на разных режимах. Благодаря особенностям конструкции (кроме клапанов и свечей зажигания в головке блока цилиндров нужно также устанавливать форсунку) они не используются в малолитражных ДВС, но обычно устанавливаются в мощных аналогах с большим объемом.

Другой причиной использования такой системы только в дорогих автомобилях является то, что для перехода серийного двигателя на прямой впрыск нужно серьезно модернизировать, включая переделку ГБЦ, установку соответствующего блока управления и необходимых датчиков. В бюджетных силовых агрегатах такая модернизация невозможна.

Система прямого впрыска требует высококачественного горючего из-за большой чувствительности плунжерных пар к любым мелким абразивам и требует постоянной смазки. Топливо должно отвечать требованиям производителя, поэтому автомобили с такими топливными системами нельзя заправлять на ненадежных или неизвестных заправочных станциях.

С появлением более современных модификаций прямого впрыска существует большая вероятность, что они в скором будущем вытеснят другие виды впрыска. К более передовым системам впрыска относят многоточечный и шаровой впрыск. Оба эти варианта нацелены на достижение максимально полного сгорания горючего и максимального КПД.

Многоточечный впрыск достигается с помощью специального распылителя, помогающего равномерно распределять микроскопические капельки горючего в разных частях камеры. Послойный впрыск разбивает одну порцию горючего на две части, сначала осуществляя предварительную инъекцию. Этот подход облегчает процесс сгорания и сохраняет крутящий момент двигателя, делая его более плавным.

Какой впрыск лучше?

Эта проблема часто беспокоит владельцев автомобилей с вышеупомянутыми топливными системами. Ответ на этот вопрос зависит от ряда факторов. Например, если важные параметры включают в себя экономичность автомобиля, соблюдение высоких экологических стандартов и максимальную эффективность сгорания горючего, то ответ однозначен: прямой впрыск, поскольку оно ближе к идеалу. Но следует отметить, что автомобиль с такой системой будет стоить относительно дорого и будет иметь большой объем двигателя.

Однако, если водитель планирует модернизировать свой транспорт, заменив карбюратор на форсунки для улучшения производительности ДВС, ему нужно будет обратиться к одному из вариантов распределенного впрыска (однако моновпрыск уже не считается достаточно эффективным, поскольку это устаревшая технология, которая не намного лучше карбюратора). Такая система впрыска имеет более доступную цену и менее требовательна к качеству горючего.

Сравнивая инжектор и карбюратор, существуют некоторые преимущества инжектора:

• Повышенная экономичность автомобиля. Даже первые модели инжекторов показывают снижение расхода примерно на 40%.
• Повышение мощности двигателя, особенно на низких оборотах, что облегчает вождение, особенно для новичков на автомобилях с инжекторами.
• Запуск двигателя требует меньше действий водителя, поскольку этот процесс полностью автоматизирован.
• На непрогретом двигателе водитель может не контролировать обороты во избежание заглохания во время прогрева.
• Повышенная динамика двигателя.
• Система подачи горючего автоматически регулируется электроникой в зависимости от режима работы двигателя.
• Контроль состава горючей смеси повышает экологические показатели выбросов.
• Топливная система не нуждается в плановом обслуживании до уровня Евро-3, иначе говоря, только случайные ремонты в случае выхода из строя отдельных деталей.
• Иммобилайзер может быть установлен на автомобиле с инжекторной системой.
• В некоторых моделях автомобилей с инжекторами увеличивается подкапотное пространство, так как не требуется кастрюля.
• Выбросы паров бензина из карбюратора при низких оборотах или длительной остановке практически отсутствуют, что снижает риск их взрыва вне цилиндров.
• В некоторых автомобилях с карбюраторами даже небольшой наклон (иногда 15% или больше) может привести к остановке двигателя или нестабильной работе карбюратора.
• Карбюратор очень чувствителен к изменениям атмосферного давления, что может повлиять на работу двигателя в горных регионах.

Несмотря на очевидные преимущества над карбюраторами, система инжектора также имеет некоторые недостатки:

• В некоторых случаях стоимость обслуживания системы очень высока.
• Система инжектора состоит из дополнительных механизмов, которые могут выйти из строя.
• Для диагностики требуется специализированное оборудование, хотя для настройки карбюратора также требуются определенные навыки.
• Система инжектора полностью зависит от электричества, поэтому при модернизации двигателя необходимо заменить генератор.
• Ошибки могут возникать из-за несовместимости оборудования и программного обеспечения.

Со временем стандарты экологии становятся все более высокими, а стоимость горючего растет, что заставляет многих автомобилистов переходить на транспорт с инжекторными двигателями.

Если вам нужна консультация по подбору необходимых деталей для ремонта системы топливного впрыска или других систем вашего автомобиля. Так обращайтесь к специалистам на нашем сайте АвтоТО. Мы гарантируем качественный сервис в подборе и заказе всех деталей для вашего автомобиля.