Работа инжектора: принцип работы и устройство инжекторных систем

Как работает инжектор? / Хабр

В заметке пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла. Попытаюсь на пальцах и в общем объяснить что же и как происходит.

Чем занимаются те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника — альтернатива другим системам, выполняющим те же функции. Дозированием топлива занимался карбюратор, зажиганием управлял механический или вакуумный корректор угла опережения зажигания. В общем не электроникой единой возможно реализовать все это и достаточно продолжительное время именно так и было. На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, которые призван заменить инжектор.
Зачем же понадобилось что-то менять? Зачем сносить существующие проверенные и весьма надежные системы? Все просто — гонка за экономичностью, экологичностью и мощностью. Точность работы описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами по себе электронные системы управления двигателем начали появляться достаточно давно.

Я опущу принцип работы поршневых ДВС, многие знакомы с тем как работает двигатель, а те кто не знакомы — не слишком пострадают. В разрезе работы системы питания и системы зажигания двигатель это просто преобразователь воздушно-топливной смеси в механическую энергию. Можно рассматривать его как черный ящик, с некоторыми особенностями.

Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из этого механическую энергию. Сложность состоит в том, что для получения интересующих нас характеристик надо смешивать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджигать их в достаточно точно определенный момент времени. Более того — при недостаточной точности мы получим ухудшение характеристик.

Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и поджигом смеси в цилиндрах двигателя. Это основные функции. Кроме них есть еще и дополнительные — управление турбиной, управление трансмиссией.

Подсистема, занимающаяся дозированием топлива называется инжектор, поджигом топлива занимается зажигание. Воздух в двигатель поступает «естественным» порядком. Двигатель сам всасывает воздух, его количество только может ограничиваться, для снижения мощности двигателя. Нам не нужна максимальная мощность все время, бОльшую часть времени мощность как раз ограничивается. В случае с турбиной воздух попадает в двигатель принудительно, но это не меняет сути. Воздуха столько сколько есть и мы управляем его количеством при помощи педали.
Сколько топлива нам надо подать в двигатель и как его дозировать? Есть так называемое стехиометрическое отношение, показывающее, что для полного сжигания килограмма топлива нам нужно вполне определенное количество воздуха. Для бензина это соотношение равно 14,7:1. также его называют AFR (Air Fuel Rate по английски) Это не аксиома, это некий оптимум. Смесь может быть «беднее», в ней может быть меньше топлива. Такая смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но сгорает все полностью. Это значения в большую сторону — AFR 15 и более. Может быть и «богаче», когда топлива больше — AFR 14 или меньше.

При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна. И в ту и в другую сторону есть ограничения — если слишком увлечься, работать двигатель не будет. Нельзя просто налить 20 частей топлива и ожидать пропорционального прироста мощности.

Итак, чтобы определить сколько же топлива нам надо подать в двигатель нам надо знать сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто — из количества воздуха по соотношению определяем количество бензина и дело сделано!

Погодите ка, а как же нам определить сколько воздуха поступает в двигатель? Для этого есть несколько путей. Обычно используют один из следующих датчиков:

ДМРВ или MAF — датчик массового расхода воздуха. Датчик этот измеряет количество проходящего через него воздуха. Как подсказывает википедия — «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель. ». Датчики такого типа зачастую устанавливаются в гражданские автомобили. В общем то все достаточно просто. Похоже, это именно то, что нужно! Примерно так и есть.

Другой тип датчиков

ДАД или MAP — датчик абсолютного давления. Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет разрежение (или же избыточное давление, в случае с наддувом) в коллекторе. На основании показаний этого датчика и датчиков температуры, частоты вращения коленвала тоже можно вычислить объем поступающего воздуха, что нам и требуется. Для корректировки его показаний надо еще знать давление окружающего воздуха. Для измерения атмосферного давления либо ставят еще один такой же датчик, который непрерывно его измеряет, либо просто до запуска двигателя измеряют давление. Во втором случае может выйти неприятность, если вы с берега моря рванули прямиком на Эверест.
MAP часто ставят на спортивные автомобили.

Устанавливается один из этих датчиков, наличие одного из них — обязательно.
Ну что же, сколько воздуха поступает в двигатель мы примерно можем вычислить.

Другой обязательный датчик —
ДПКВ или датчик положения коленвала. Этот датчик позволяет мозгам точно знать, в каком положении находится коленвал. Зачем нам это нужно? Мало знать сколько топлива надо подать в двигатель, надо подавать его в определенный момент времени. Да и зажигать смесь в цилиндрах тоже надо строго вовремя. Так что без этого датчика — никак. Есть несколько типов таких датчиков, но большинство из них — либо индукционные, либо датчики Холла, либо подобные им. В общем — бесконтактные датчики, подобные тем, которые трудятся, например, в двигателе вашего винчестера. Или в кулерах.
Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что же происходит в двигателе в данный конкретный момент — ДПРВ — датчик положения распредвала. Также его называют датчиком фаз. При помощи этого датчика можно понять в каком из цилиндров в данный момент такт впуска, куда же нам надо подавать топливо, в каком цилиндре у нас такт сжатия и время поджигать смесь. По принципу работы он подобен ДПКВ, но зачастую несколько проще. В общем то тоже самое, но на распредвале.

Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя. Худо бедно, но этого достаточно, чтобы примерно понять сколько надо подавать топлива, когда это делать и когда поджигать полученный коктейль.
Так давайте же тогда подавать и поджигать! (не путать с разжигать и науськивать)

Исполнительные механизмы

Топливо дозируется форсунками или другими словами «инжекторами». Да да, именно по названию этого узла все это безобразие нами так и называется. Форсунка из себя ничего особо интересного не представляет. Просто электромеханический клапан. Два провода и трубопровод с топливом под давлением. Подали напряжение на выводы — форсунка открылась, прекратили пропускание тока — форсунка закрылась. Для простоты давайте сначала примем, что форсунка открывается и закрывается моментально. Тогда для оценки объема проходящего через нее топлива нам достаточно знать ее

статическую производительность. Это просто объем топлива, который пройдет через форсунку за минуту. Открыли форсунку, измерили объем бензина, который через нее за минуту вытек — получили основной параметр. Теперь нам для точного дозирования надо просто открывать и закрывать форсунку на определенное время. Получается что дозирование производится «выдержкой», если говорить терминами фотографов. Чем длиннее время на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы нальем в двигатель.
А поджиг смеси осуществляет все та же бессменная свеча зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели. И катушка зажигания тоже на месте. Вот только управляется она уже «мозгами». Зажигание не изменилось, но для его работы важен ДПКВ и ДПРВ, так что без этих датчиков дела не будет.

В общем то это, можно считать, и есть в общих чертах как работает инжектор. Смотрим на показания датчиков, отмеряем нужное количество топлива и открываем форсунку на вычисленное время. И так каждый такт. Т.е. в зависимости от частоты — 100 раз в секунду на частоте в 6000об/мин коленвала. Часто? Да не так чтобы и очень.

Идем дальше?

В реальных двигателях все несколько сложнее. Точно вычислить сколько же воздуха попадает в двигатель не так просто. Для корректировки значений нужны датчики температуры охлаждающей жидкости — просто термодатчик, аналогичный тому, что показывает температуру на приборной панели. И датчик температуры поступающего воздуха. В целом незначительно отличающийся от первого, а функционально и вовсе его брат близнец — тоже просто измеряет температуру, но уже не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель. Зачем нам что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры — топливо испаряется не так хорошо, а горят именно пары. Соответственно нам нужно топлива подавать больше, чтобы двигатель работал. Значит берем наше значение для оптимального соотношения, измеряем двигателю температуру и корректируем это наше значение. Также нужно откорректировать момент зажигания смеси в цилиндрах — по тем же причинам.

И тут тоже корректируем.

Другой не совсем приятный момент — форсунка, которую мы приняли идеальной — на самом деле таковой не является. Во первых нужно время, чтобы она открылась, а потом закрылась. Соответственно в этом время она тоже подает топливо, но в меньшем количестве. На это тоже делается поправка. Само время открытия и закрытия зависит от напряжения бортовой сети. Одно дело когда генератор шпарит на всю и в сети 14В, а другое дело, когда генератор умер, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В. Время открытия форсунки меняется и его надо корректировать. Мало умершего генератора, ехать то надо и двигатель не должен перестать работать в таких условиях.

Мало нам было исполнительных механизмов, для работы на холостом ходу, когда педаль мы совсем не трогаем — двигатель не должен глохнуть, его работу надо поддерживать. Для этого есть специальное исполнительное устройство — РХХ — регулятор холостого хода. Это такой шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал дает двигателю «вздохнуть» мимо перекрывающей воздух дроссельной заслонки. Умный мозг не дает двигателю зачахнуть и приоткрывает этот клапан, когда обороты снижаются. Но и разойтись не дает — прикрывает его, когда обороты возрастают уж слишком сильно.

Хорошо бы нам также знать на сколько сильно водитель давит на педаль акселератора. Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Датчик так и называется — ДПДЗ — датчик положения дроссельной заслонки. Технически это просто потенциометр, который измеряет на какой угол повернута ось дроссельной заслонки. Это зачем это нам надо знать, как сильно водитель давит в пол, спросите вы? Все просто, нам надо знать когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично давит на педаль — не время экономить, льем от души!

Экологические нормы достаточно строго контролируют что же «выдыхает» (пускай уж выдыхает) наш двигатель. Так что при всем желании лить «на глазок» — нельзя. нужно контролировать состав выхлопных газов. Как это сделать? Для этой цели есть так называемый лямбда зонд или датчик кислорода — датчик, показывающий сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо либо же свободный кислород. По показаниям этого датчика инжектор может корректировать свое поведение, либо увеличивая либо уменьшая количество подаваемого топлива. Нужно это достаточно часто — бензин везде разный и даже просто хранясь в канистре или баке — стареет. А уж о заправках наших можно легенды слагать. Соответственно и режимы его горения совсем не постоянны. Ко всему прочему и производительность форсунок может «плавать». Ведь как вы поняли — расчет ведется исходя из их постоянной производительности, а форсунка со временем может забиться, производительность ее может снизиться.
А нормы строгие, а бензин дорогой, да и ехать же надо. Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обеспечения обратной связи. Смотрим на состав выхлопных газов, если сгорело не все — льем меньше. Если сгорело дочиста — льем больше.
Лямбда зонды бывают двух видов — узкополосные и широкополосные. Отличаются они точностью. Первые только показывают богатая или бедная у нас смесь, вторые показывают на сколько она богатая или бедная. Даже точно указывают тот самый AFR упоминаемый в начале статьи. Ну и цена, конечно. Первые стоят 25$, вторые — 200$. С лямбдами тоже не все просто — они достаточно капризны, требуют определенной температуры для работы, а это не всегда возможно, в некоторых типах зондов рабочий элемент специально подогревают от бортовой сети. Да, лямбда может быть не одна, но это уже тонкости.

Еще один сенсор, применяемый для анализа происходящего в двигателе — датчик детонации. Детонация это процесс сгорания топлива, который протекает взрывообразно. В нормальном режиме топливо просто сгорает, при детонации топливо взрывается. Это вредно для двигателя — все равно что бить по поршню молотком. Никто не любит когда по нему бьют молотком — поршень не исключение. Явление это крайне нежелательное и для определения того, что смесь детонирует и применяют такой датчик. Он по принципу работы похож на микрофон, который «слушает» двигатель (датчик закреплен на блоке цилиндров) и по услышанному пытается отфильтровать шум работы двигателя и понять где же детонация, а где нормальная работа. Все не просто и здесь. Для облегчения работы этого датчика ставят еще датчик неровной дороги, который покажет, что это наши дороги так шумят, а не двигатель. Востребованность этого датчика возрастает на турбированых двигателях.

В итоге сами по себе мозги работают примерно следующим образом:
Есть так называемая топливная карта — таблица, в которой записано какого состава должна быть смесь. У таблицы три измерения — частота вращения коленвала двигателя, нагрузка на двигатель и собственно AFR. Просто берем из таблицы значение, положенное туда опытным товарищем.
Корректируем это значение в соответствии с показаниями датчиков температур, лямбда зонда, датчика детонации, изменением положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (часть из них тоже в табличках) вычисляем необходимое количество топлива. Пересчитываем объем топлива во время открытия форсунки в соответствии с ее производительностью, корректируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент впуска — открываем форсунку на вычисленное время.

Как видите — ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может быть местами ПИД регулятор, коэффициенты влияния тех или иных факторов и в итоге просто время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там карта углов, аналогичная топливной карте (тоже таблица) и тоже корректировки в соответствии с показаниями датчиков.

В штатном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как это понять? Если датчик температуры, например, показывает что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует несмотря на все корректировки? В этом и заключается продуманность мозгов. Вычислить, что датчик врет, не принимать во внимание его показания, зажечь «check engine» на панели и продолжить работу. Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.

Да, многие из вас заметят, что инжектор по сути достаточно простое устройство. И схематически там нет ничего военного — входящие значения считываются по АЦП, выходящие так и вовсе чисто бинарные. Ну выходные транзисторы, ну достаточно жесткие условия работы. Но это не космос далеко.
Касательно работы прошивки — тоже вроде как все не так и сложно. На мой взгляд проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всякое такое. В процессе настройки саму прошивку никто не трогает обычно. В том смысле, что открывать исходники, корректировать алгоритмы, оптимизировать что-то — такого нет. Просто софт который позволяет изменять те самые топливные карты и другие коэффициенты. А прошивками занимаются уже инженеры на заводах. Или простые смертные, которым это интересно.
Да да, не каждый готов платить за «мозги» космические деньги, а кому-то может быть просто хочется больше контроля над происходящим. Все это привело к тому, что есть несколько проектов вполне доступных «мозгов». Есть megasquirt — www.megamanual.com/index.html, для этой аппаратной базы в последствии была написана и поддерживается кастомная прошивка с расширенным функционалом — msextra.com/doc/index.html На последнем сайте есть даже схемы этих «мозгов», может быть кому-то из электронщиков будет интересно. А программистам может быть интересно глянуть на код. Если не ошибаюсь, то он есть здесь. msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip
Есть еще VEMS — www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь сам по себе. Видел еще вот таких ребят — forum.diyefi.org там у них какой-то свой проект FreeEMS. На мой взгляд все это показывает, что все не так уж сложно и местами даже очень даже доступно.

Надеюсь получилось достаточно интересно и в меру понятно. Об опечатках прошу писать в личку. Если где ошибся — поправьте.

Разбираем принцип работы и устройство инжектора

Здравствуйте, уважаемые автолюбители! Как «железный конь пришел на смену деревенской лошадке», также и инжекторная система впрыска топлива, пришла на смену карбюраторам в автомобилях.

О преимуществах и недостатках систем подачи топлива, пусть спорят специалисты, а задача владельца автомобиля иметь представление о том, что такое инжектор, как устроен инжектор автомобиля.

И не обязательно устройство и принцип работы инжектора вам понадобится для того, чтобы ремонтировать его своими руками. Но, знать о том, как работает и из чего состоит инжектор автомобиля, нужно. Хотя бы для того, чтобы недобросовестные мастера автосервисов не пытались «нагреть» руки на вашем незнании своего авто.

Содержание

1. Инжектор, как революция в автомобилестроении
2. Принцип работы инжектора в системе подачи топлива
3. Схема работы инжектора
4. Устройство простейшего инжектора

Инжектор, как революция в автомобилестроении

Что такое инжектор автомобиля? Инжектором (лат. injicio, фр. Injecteur, англ. Injector – выбрасываю) – называется форсунка, как распылитель газа или жидкости (топлива) в двигателях, либо часть инжекторной системы подачи (впрыска) топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Годом рождения инжекторной системы впрыска считается 1951, когда компания Bosch оснастила ею 2-х тактный двигатель купе Goliath 700 Sport. Затем, в 1954 году, эстафету подхватил Mercedes-Benz 300 SL.

Массовое, серийное внедрение инжекторных систем впрыска топлива началось в конце 70-х годов прошлого века. Работа инжектора, по своим эксплуатационным характеристикам, во многом превосходила работу карбюраторной подачи топлива.

Как результат: первое десятилетие 21 века практически завершило вытеснение карбюраторов. Современные авто снабжаются в основном системами распределенного и прямого электронного впрыска.

Принцип работы инжектора в системе подачи топлива

Fuel Injection System (система впрыска топлива) осуществляет подачу топлива посредством прямого впрыска при помощи форсунки (инжектора) в цилиндр двигателя либо во впускной коллектор. Соответственно, автомобили, оснащенные такой системой, носят название инжекторные.

Классификация инжекторного впрыска зависит от того, какой принцип действия инжектора, а также по месту установки и количеству инжекторов.

Центральный впрыск топлива (моновпрыск) осуществляет впрыск посредством одной форсунки на все цилиндры двигателя. Инжектор, как правило, располагается на впускном коллекторе (на месте карбюратора). Система моновпрыска на сегодняшнее время не пользуется популярностью у автомобилестроителей.

Основная масса современных серийных автомобилей, снабжена системой распределенного впрыска топлива. То есть, отдельная форсунка отвечает за свой цилиндр.

Система распределенного впрыска топлива, классифицируется по типам:

• одновременный – все форсунки системы подают топливо одновременно во все цилиндры,
• попарно-параллельный – тип впрыска, когда происходит парное открытие форсунок: одна открывается перед циклом впуска, другая, перед циклом выпуска. Характерно то, что попарно-параллельный принцип открытия форсунок применяется в период запуска двигателя, либо в аварийном режиме неисправности датчика положения распредвала. А во время движения, используется так называемый фазированный впрыск топлива,
• фазированный –  тип впрыска, когда каждый инжектор открывается перед тактом впуска,
• прямой – тип впрыска, происходящий непосредственно в камеру сгорания.

Принцип работы инжектора основывается на использовании сигналов микроконтроллера, который в свою очередь получает данные от датчиков.

Схема работы инжектора

Если не влазить в дебри «электронного мозга» нашего автомобиля, то схема работы инжектора выглядит следующим образом. На многочисленные датчики поступает информация о: вращении коленвала, о расходе воздуха, о том, какая температура охлаждающей жидкости двигателя, о дроссельной заслонке, о детонации в двигателе, о расходе топлива, о скоростном режиме, о напряжении бортовой сети авто и так далее.

Контроллер, получая данную информацию о параметрах автомобиля, производит управление системами и приборами, в частности: подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, системой диагностики и так далее. Изменение рабочих параметров инжекторной системы впрыска меняется систематически, исходя из полученных данных.

Устройство простейшего инжектора

Инжектор включает в себя такие исполнительные элементы, как:

• бензонасос (электрический),
• ЭБУ (контроллер),
• регулятор давления,
• датчики,
• форсунка (инжектор).

Соответственно, схема инжектора: электробензонасос подает топливо, регулятор давления поддерживает разницу давления в инжекторах (форсунках) и воздухом впускного коллектора. Контроллер, обрабатывает информацию от датчиков: температуры, детонации, распредвала и коленвала, и управляет системами зажигания, подачи топлива и так далее.

Всем хороша инжекторная система впрыска топлива, но и она не обошлась без своих особенностей. Приверженцы карбюраторов, называют их недостатками. Особенностями инжектора смело можно назвать: достаточно высокая стоимость узлов инжектора, низкая ремонтопригодность, высокие требования к качеству и составу топлива, необходимость специального оборудования для диагностики, и высокая стоимость ремонтных работ.

Теперь, перейдем от рассказа о том, как работает и выглядит инжектор к наглядному пособию. Вы увидите на  видео, принцип работы инжектора, и вам сразу же станет понятно всё, о чем написано выше.

Принцип работы инжектора, фото, видео, типы инжектора

Принцип работы инжектора в последнее время интересует многих автолюбителей. И это не удивительно, ведь в последние годы инжекторные автомобили существенно потеснили карбюраторные, а в ближайшем будущем вообще полностью их заменят.

Хотя многие автомобилисты со стажем со скептицизмом относятся к системам принудительного впрыска топлива, обосновывая свою позицию сложностью конструкции, дороговизной в обслуживании и ремонте.

Но для этих людей все же можно найти оправдание, ведь когда все время ездишь на карбюраторном отечественном автомобиле, то про карбюратор знаешь по сути все.

Поэтому ремонт и обслуживание топливной системы у таких людей не вызывает проблем, а вот что делать с инжекторной топливной системой многие еще не знают.

Хотя если захотеть понять принцип работы инжектора, то все на много проще, чем кажется. Как говорится, было бы желание.

Однако желания мало, чтобы понять принцип работы инжектора, необходима соответствующая информация, которая помогла бы быстро разобраться в этом вопросе.

Система TCCS

Возьмем, к примеру, систему принудительного впрыска топлива от фирмы Toyota. Называется она TCCS — Toyota Computer Control System. Данная система является одной из передовой и самой надежной на данное время и поэтому заслуживает особого к себе внимания. Однако она дорогая и сложная в обслуживании.

Принцип работы инжектора

Принцип же работы инжектора других топливных систем аналогичный и основывается он на следующих процессах.

Воздух под давлением поступает в двигатель. Но предварительно поток воздуха анализируется специальным датчиком, который вычисляет объем воздуха в данный момент времени.

Эти данные передаются на компьютер, который анализирует не только данные с датчика расхода воздуха, но и другие данные по работе двигателя, такие как частота вращения коленвала двигателя, температура двигателя и воздуха и т.д.

После того как вся полученная информация обработана, компьютер определяет количество топливо, которое является оптимальным для данного объема воздуха и при этом было получено максимальное КПД (коэффициент полезного действия) от двигателя.

После обработки всей информации на форсунки подается электрически разряд определенной продолжительности. Форсунки открываются на необходимый период времени и впрыскивают заданную дозу топлива во впускной коллектор.

Принцип работы инжекторного ДВС с прямым впрыском.

Вот и весь основной принцип работы инжектора. Конечно же все это происходит очень быстро буквально за долю секунды.

Сложная составляющая

Основой и самой сложной составляющей, казалось бы, не сложного процесса, является специальная программа, которая прописана в компьютере.

Сложность ее заключается в том, что в ней должны быть учитаны и прописаны все внутренние и внешние условия работы двигателя и его систем. А это не так просто и сделать.

В остальном же, если рассматривать механическую сторону всей этой системы, то принцип работы инжектора не так уж и сложен. Про что уже и говорилось выше.

Устройство системы принудительного впрыска топлива

Из чего же состоит система принудительного впрыска топлива.

Как мы уже говорили, это:

1. Специальная программа, прописанная для каждой марки автомобиля;
2. Клапан холостых оборотов;
3. Топливный перепускной клапан;
4. Форсунки;
5. Различные датчики (в том числе и датчик кислорода, он же лямда-зонд).

Типы инжекторов

Так же хотелось бы отметить тот факт, что системы принудительного впрыска топлива встречаются двух типов.

Первый тип

Первый предназначен для стран Европы, Японии, США, в общем, для развитых стран, где существуют строгие экологические нормы на выброс токсических веществ в атмосферу, и называется он тип инжектора с обратной связью. В таких системах уже предусмотрены и лямбда-зонд и каталитический нейтрализатор.

Второй

Другой тип не имеет обратной связи, и такое оборудование в нем не предусмотрено. Соответственно такие автомобили дешевле. И выпускаются такие автомобили для стран, где не очень жесткие экологические нормы и законы.

Вкратце, не углубляясь в сложные технологические процессы, мы рассмотрели принцип работы инжектора автомобиля.

Конечно, он в некоторой мере сложнее, чем у карбюратора, но сложность эта оправдана более экономичным расходом топлива, и более высоким КПД работы двигателя в разных режимах работы. Да и время диктует свое.

Когда-то, и инжектор будет заменен более совершенной, но в тоже время еще сложной системой. Новые технологии, от этого не куда не денешься.

7 мифов о чистке инжектора.

Понимание принципа работы и схемы топливной форсунки

Электронная система впрыска топлива представляет собой серию топливных систем, в которых используются электромеханические детали для подачи топлива из бака в цилиндр с идеальным соотношением.

Одной из основных частей системы EFI является форсунка. Тогда каково определение инжектора? как работает форсунка на двигателе? проверьте содержимое ниже

Определение и функция топливной форсунки

Топливная форсунка представляет собой клапан с электроуправлением, который используется для распыления топлива. В системе впрыска бензина форсунка действует как дверца для распыления топлива из топливопроводов во впускной коллектор.

Функция инжектора заключается не только в распылителе, инжектор также распыляет топливо во впускном коллекторе. Когда топливо находится в форме распыления, молекулы могут лучше смешиваться с воздухом.

Когда на форсунку подается питание, форсунка открывается, так что топливо под высоким давлением внутри форсунки может быть распылено наружу.

Тогда кто контролирует работу инжектора? это работа ЭБУ. ЭБУ (электронный блок управления) будет регулировать открытие форсунки, и это . Но ECU нуждается в помощи ряда датчиков.

Таким образом, датчик будет обнаруживать несколько состояний двигателя, таких как температура двигателя, температура всасываемого воздуха, период впуска воздуха и другие. Затем датчик отправит данные в ЭБУ, данные обрабатываются ЭБУ, и выходные данные будут отправлены для включенных форсунок.

Более того, Общие сведения о системе впрыска топлива в бензиновых двигателях

Принцип работы инжектора

img by enginebasics.com

Форсунка работает с использованием электроэнергии, при подаче напряжения на форсунку форсунка открывается, так что топливо распыляется. Какова продолжительность подачи напряжения, влияющего на объем распыляемого топлива.

Инжектор состоит из трех основных компонентов;

• Трубка
• Соленоид
• Форсунка

Трубка — основной корпус форсунки (это цилиндрическая часть), здесь заканчивается топливо.

Соленоид представляет собой магнитную катушку, которая может преобразовывать электрическую энергию в энергию движения. При этом на соленоид поступает напряжение от ЭБУ. В соленоидах электромагнитные силы возникают из-за протекания электричества через катушку.

Электромагнитная сила будет перемещать железный сердечник в середине катушки, это движение открывает сопло.

При этом насадка представляет собой игольчатый компонент (конический). В нормальных условиях (форсунка выключена) форсунка закроет зазор трубки. Однако, когда сопло немного жидкое, зазор трубки откроется.

Это приводит к разбрызгиванию топлива.

Одна вещь, о которой нельзя забывать, топливо распыляется в виде распыления.

Это происходит из-за того, что зазор на трубке очень маленький, а форма круглая. При высоком давлении топливо распыляется.

Тип топливной форсунки

Есть три типа инжекторов, которые широко применяются;

1. Форсунка пружинного типа

Этот тип также называется механическим инжектором, это связано с тем, что в его работе не используется электрическая энергия, а вместо этого используется существующее давление топлива.

Основным компонентом этой форсунки является пружина, при выключенной форсунке пружина толкает форсунку вниз, что приводит к закрытию трубки. Однако при самопроизвольном повышении давления топлива форсунка автоматически открывается.

Но открытие форсунки также очень мало, потому что пружина все еще удерживается.

Поскольку она работает только при самопроизвольном повышении давления топлива, давление топлива в этой системе впрыска нельзя поддерживать постоянно. Давление топлива будет увеличиваться только при достижении угла опережения зажигания.

Итак, как контролировалось время и продолжительность форсунки?

Это работа ТНВД. Насос будет повышать давление самопроизвольно, когда время достигнет, в то время как продолжительность контролируется топливным баррелем внутри насоса, и объем может изменяться в зависимости от открытия педали газа.

Этот тип широко применяется в обычных дизельных двигателях

2. Электромагнитные форсунки

Электромагнитные форсунки работают на электромагнитных принципах, как описано выше. Где электрические силы будут преобразованы в механические движения через магнитную катушку.

Отличие от первого типа, соленоидный тип имеет стабильное давление топлива (постоянно). Это связано с тем, что форсунка управляется ЭБУ.

Этот тип широко применяется в бензиновых двигателях EFI, а также в дизельных системах впрыска Common Rail.

3. Пьезофорсунка

Топливная форсунка Pizeo представляет собой инжектор, в котором используется материал ломтиков pizeo. Pizeo slice — это материал, который может изменять свой объем при подаче питания.

В этом случае в инжектор помещаются тысячи кусочков пизео. Когда ЭБУ подает напряжение, этот кусок пьезоэлемента сдуется. Дефлятор совершает минимальное движение, и это движение используется для перемещения сопла так, чтобы зазор сопла был открыт.

Этот тип относительно новый, поэтому разработчиков, использующих эту модель, пока немного.

Как работает топливная форсунка? Бензин против дизельного топлива

Назначение топливной форсунки — распылять топливо в виде распыла или тумана, чтобы оно сгорало полностью и равномерно. Топливный насос высокого давления (FIP) подает дизельное топливо под давлением по линиям высокого давления к впускному отверстию каждой форсунки. Однако обычные форсунки или форсунки первого поколения открываются гидромеханическим давлением. Внутри обычного инжектора пружина удерживает игольчатый клапан в «закрытом» положении до тех пор, пока давление в магистралях высокого давления не достигнет определенного значения. Как видно на диаграмме ниже, в дизельных двигателях DI и IDI более раннего поколения использовались обычные форсунки.

Диаграмма поперечного сечения обычной дизельной форсунки

Принцип работы обычной топливной форсунки:

Игольчатый клапан точно управляется чувствительной к давлению пружиной. Он поднимается со своего места, впрыскивая дизельное топливо в цилиндр в виде сильного распыления или тумана. В момент падения давления игольчатый клапан возвращается на свое место, что приводит к остановке впрыска. Форсунка впрыска имеет чрезвычайно критические допуски. Зазор между его движущимися частями составляет всего 0,002 мм или 2 микрона.

Современный блок форсунок нагнетает дизельное топливо через небольшое отверстие в форсунке размером всего 0,25 мм². В результате количество впрыскиваемого топлива может варьироваться от 1 мм³ до 350 мм³. Обычные форсунки открываются и закрываются гидромеханически. Они имеют среднее давление открытия сопла от 140 до 210 кг/см2. Кроме того, современная установка Bosch распыляет дизельное топливо на скорости 2000 км/ч. Bosch и Lucas — ведущие мировые производители дизельных форсунок.

Принцип работы a Бензиновый инжектор:

Бензиновые форсунки нового поколения существенно отличаются по конструкции и размеру от обычных дизельных форсунок. Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском (GDI) создает воздушно-топливную смесь внутри камеры сгорания. Открытие впускного клапана позволяет поступать только свежему воздуху. В то время как форсунки высокого давления впрыскивают бензин в камеру сгорания, это улучшает охлаждение камеры сгорания. Таким образом, он обеспечивает более высокую эффективность двигателя за счет более высокой степени сжатия, что, в свою очередь, увеличивает эффективность использования топлива и крутящий момент.

Тип Petrol-GDI (Фото предоставлено Bosch)

Насос высокого давления подает топливо в топливную рампу высокого давления (она же Common Rail). Кроме того, электромагнитный инжектор высокого давления Bosch HDEV5 имеет номинальное давление в системе до 20 МПа и размер капли/SMD (средний диаметр по Заутеру) всего 15 мкм. Форсунки подходят к топливной рампе / общей рампе. Более того, форсунки очень быстро дозируют и распыляют топливо под высоким давлением. Кроме того, форсунки обеспечивают оптимальную смесь и впрыскивают бензин в камеру сгорания.

Для получения дополнительной информации прочитайте о GDI.

Что такое насос-форсунка?

Кроме того, в системах впрыска топлива на дизельных двигателях CRDi используется «насос-форсунка» или «насос/форсунка». Он объединяет функции форсунки-форсунки и ТНВД в одном блоке. Эта конструкция состоит из отдельного насоса, назначенного для каждого цилиндра, а не общего насоса, используемого для всех цилиндров в моделях более раннего поколения.

Насос-форсунка (Изображение предоставлено Bosch)

В этой системе насос и форсунка сливаются в единый компактный узел, который устанавливается непосредственно на головку блока цилиндров. Эта конструкция устраняет необходимость в топливных трубах высокого давления. Вместо этого встроенные каналы, выточенные непосредственно в головке блока цилиндров , подают дизельное топливо. Таким образом, это помогает устранить потенциальные отказы от утечек топливопровода.

Функционирование насос-форсунки:

Во время работы верхний распределительный вал приводит в действие насос подачи топлива низкого давления. Впоследствии он подает дизельное топливо в топливные каналы в головке блока цилиндров и во впускное отверстие всех форсунок. Для привода плунжерного насоса внутри форсунки используется общий распределительный вал. Эта конструкция обеспечивает более высокое давление впрыска до 2200 бар и точное время впрыска. Кроме того, он точно контролирует количество впрыскиваемого топлива. Кроме того, электромагнитный клапан работает как выключатель для подачи топлива на форсунку.

Тип Pump-Deuce (Фото: VW)

Пьезоэлектрическая форсунка:

Наиболее совершенным типом форсунки, несомненно, является «Пьезоэлектрическая форсунка», которая обеспечивает повышенную точность для двигателей CRDi последнего поколения и создает давление топлива до 3000 бар или 44000 фунтов на кв. дюйм. Кроме того, эти современные топливные форсунки работают по принципу «пьезо». Слово «пьезо» происходит от греческого слова «piezein», что означает сдавливание или сдавливание.

Пьезоэлектрический тип (Фото предоставлено Denso)

Пьезопривод состоит из сотен керамических пластин, уложенных одна над другой в инжекторе. Пьезокристаллы могут изменять свою структуру всего за несколько тысячных долей секунды, когда они электрически заряжены, слегка расширяясь. Это расширение стека приводит к его линейному перемещению. Затем он передается непосредственно на иглу инжектора без какой-либо механической связи между ними. В результате форсунки открываются/закрываются в течение нескольких миллисекунд (тысячных долей секунды). Следовательно, он может впрыскивать крошечное количество топлива весом менее одной тысячной грамма и точно его распределять.

Пьезоэлектрические форсунки имеют:

1. Очень высокую скорость работы
2. Чрезвычайно быстрое время отклика
3. Повторяемость движения клапана
4. Точное дозирование впрыскиваемого топлива
5. Большая частота – вверх до семи впрысков за цикл сгорания

Пьезофорсунки:

1. Оптимизация сгорания воздушно-топливной смеси.
2. Снижение расхода топлива.
3. Сокращение выбросов загрязняющих веществ.

Посмотреть видео работы форсунки можно здесь:

сообщите об этом объявлении

О команде CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог. Члены команды CarBikeTech имеют более чем 20-летний опыт работы в автомобильной сфере. Команда CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи об автомобильных технологиях.

ФОРСУНКА COMMON RAIL – ПЬЕЗО (CRIP)

Общее описание  
Форсунки Common Rail обеспечивают точное электронное управление временем и количеством впрыска топлива, а более высокое давление, обеспечиваемое технологией Common Rail, обеспечивает лучшее распыление топлива. Чтобы снизить шум двигателя, электронный блок управления двигателем может впрыскивать небольшое количество дизельного топлива непосредственно перед основным впрыском («пилотный» впрыск), тем самым снижая его взрывоопасность и вибрацию, а также оптимизируя время и количество впрыска для различных условий. качество топлива, холодный пуск и тд.
Третье поколение системы Common Rail делает дизельные двигатели еще более чистыми, экономичными, мощными и тихими.
Ключевым моментом является инновационная система впрыска: она работает с быстрым переключением, компактными пьезоэлектрическими форсунками.
Некоторые усовершенствованные топливные системы Common Rail выполняют до пяти впрысков за один ход.
Внешний вид  
На рис. 1 показана типичная пьезофорсунка Common Rail.

Рис. 1

Принцип работы пьезофорсунки Common Rail

Работа пьезоэлектрических форсунок очень похожа на работу соленоидных форсунок с тем отличием, что они имеют керамический сердечник. Это характеризуется его способностью расширяться или втягиваться при получении импульса тока — пьезоэлектрический эффект. Однако для того, чтобы форсунки этого типа стали возможными, производители должны были обойти ряд проблем. Во-первых, расширение пьезоэлектрического элемента чрезвычайно мало. Чтобы получить полезную степень смещения, требуется стопка из не менее 400 керамических дисков, образующих активный элемент инжектора. Чтобы привести их в действие, на них подается импульс в сто вольт, а крошечное плечо рычага усиливает их движение. Кроме того, как и в случае с электромеханическими форсунками, пьезоэлектрические диски не управляют движением иглы напрямую. Они также активируют небольшой клапан.
Основным преимуществом пьезоэлектрических форсунок является их скорость работы и повторяемость движения клапана. Движения расширения и втягивания пьезоэлектрических элементов почти мгновенны. Эта скорость реакции позволяет даже
более точно дозировать впрыскиваемое топливо и большее количество впрысков за цикл.

Перекачиваемое топливо поступает в форсунку через горловину подачи топлива, а излишки могут возвращаться в бак через горловину возврата топлива.
Толкатель распределительного вала давит на плунжер в верхней части, создавая давление топлива в форсунке. Пьезоклапан управляет выпуском этого топлива под высоким давлением через форсунку в камеру сгорания. Вот и горит топливо. Без электронного клапана топливо будет скапливаться под давлением и впрыскиваться в камеру сгорания. Управление синхронизацией, громкостью и т. д. было бы очень плохим.
С помощью пьезоклапана синхронизацию, объем и т. д. можно контролировать более точно.
Пьезоклапан может открываться и закрываться так быстро, что можно получить различное количество впрысков от одной заправки топливом. Это значительно улучшает экономию топлива и контроль загрязнения.

Рис. 2

Рис. 3

         При подаче напряжения на пьезоэлемент создается расширение. Это расширение зависит от напряжения и количества пьезоэлементов.

1. Пьезоэлемент выдвигается
2. Гидравлическая подвижная конструкция опускается
3. Трехходовой клапан перемещается вниз
4. Игла поднимается

• Проверьте сопротивление

1. Убедитесь, что зажигание выключено и двигатель не запущен.
2. Отсоедините двухконтактный разъем форсунки.
3. Подсоедините омметр между каждой клеммой форсунки и корпусом форсунки.
   Ни один из них не должен быть подключен к корпусу (земля или «-»).
4. Затем подключите омметр между клеммами разъема форсунки.
   Сопротивление должно быть в пределах от 150 до 210 кОм.
5. Вставьте разъем форсунки.

• Проверка выходного сигнала

Напряжение пьезоэлемента в зависимости от тока

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ О ВЫСОКОМ НАПРЯЖЕНИИ:  Пьезофорсунки обычно работают при напряжении до 200 вольт.
Необходимо соблюдать крайнюю осторожность для защиты от ударов. Не прикасайтесь ни к одному из контактов форсунки при работающем двигателе.
Если не использовать входные аттенюаторы и не подключить осциллограф напрямую, это может привести к его повреждению.

1. Установите все входы осциллографа на 200 В (полная шкала).
2. Подсоедините активный щуп канала №1 к плюсовой клемме одной из форсунок.
   Затем подключите провод заземления к заземлению корпуса.
3. Подключите токоизмерительные клещи переменного/постоянного тока к другому каналу осциллографа.
   Установите диапазон токовых клещей переменного/постоянного тока на ±20 А.
   Важное примечание:  Зажимать следует только один из двух проводов, а не оба. Неважно, какой провод будет зажиматься токоизмерительными клещами: положительный или отрицательный. Это повлияет только на полярность измеряемого тока.
4. Запустите двигатель, прогрейте его до рабочей температуры и оставьте работать на холостом ходу
5. Сравните результат с осциллограммой на рис. 4. Синий сигнал является каналом А осциллографа и соответствует току форсунки. Красный сигнал на экране соответствует рабочему напряжению форсунки и каналу В осциллографа.

Рис. 4
Примечание:  Тестовая установка может слегка исказить записанные сигналы.

Пьезоэлектрическое напряжение

ВНИМАНИЕ! ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ: Пьезоинжекторы обычно работают при напряжении до 200 вольт. Следует соблюдать крайнюю осторожность для защиты от ударов. Не прикасайтесь ни к одному из контактов форсунки при работающем двигателе. Если не использовать входные аттенюаторы и не подключить осциллограф напрямую, это может привести к его повреждению.

1. Установите все входы осциллографа на 200 В (полная шкала).
2. Подсоедините активный измерительный провод канала №1 к плюсовой клемме первой форсунки.
   Затем подключите провод заземления к заземлению шасси.
3. Подсоедините активный щуп канала №2 к плюсовой клемме второй форсунки.

   No related posts.