Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

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

Краткая история появления

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

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

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Существует несколько основных видов систем впрыска топлива, которые отличаются способом образования топливовоздушной смеси.

Моновпрыск, или центральный впрыск

Схема с центральным впрыском предусматривает наличие одной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Такие системы впрыска можно найти только на старых легковых автомобилях. Она состоит из следующих элементов:

• Регулятор давления – обеспечивает постоянную величину рабочего давления 0,1 МПа и предотвращает появление воздушных пробок в топливной системе.
• Форсунка впрыска – осуществляет импульсную подачу бензина во впускной коллектор двигателя.
• Дроссельная заслонка – выполняет регулирование объема подаваемого воздуха. Может иметь механический или электрический привод.
• Блок управления – состоит из микропроцессора и блока памяти, который содержит эталонные данные характеристики впрыска топлива.
• Датчики положения коленчатого вала двигателя, положения дроссельной заслонки, температуры и т.д.

Системы впрыска бензина с одной форсункой работают по следующей схеме:

• Двигатель запущен.
• Датчики считывают и передают информацию о состоянии системы в блок управления.
• Полученные данные сравниваются с эталонной характеристикой, и, на основе этой информации, блок управления рассчитывает момент и длительность открытия форсунки.
• На электромагнитную катушку направляется сигнал об открытии форсунки, что приводит к подаче топлива во впускной коллектор, где он смешивается с воздухом.
• Смесь топлива и воздуха подается в цилиндры.

Распределенный впрыск (MPI)

Система с распределенным впрыском состоит из аналогичных элементов, но в такой конструкции предусмотрены отдельные форсунки для каждого цилиндра, которые могут открываться одновременно, попарно или по одной. Смешение воздуха и бензина происходит также во впускном коллекторе, но, в отличие от моновпрыска, подача топлива осуществляется только во впускные тракты соответствующих цилиндров.

Схема работы системы с распределенным впрыском

Управление осуществляется электроникой (KE-Jetronic, L-Jetronic). Это универсальные системы впрыска топлива Bosch, получившие широкое распространение.

Принцип действия распределенного впрыска:

• В двигатель подается воздух.
• При помощи ряда датчиков определяется объем воздуха, его температура, скорость вращения коленчатого вала, а также параметры положения дроссельной заслонки.
• На основе полученных данных электронный блок управления определяет объем топлива, оптимальный для поступившего количества воздуха.
• Подается сигнал, и соответствующие форсунки открываются на требуемый промежуток времени.

Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Система предусматривает подачу бензина отдельными форсунками напрямую в камеры сгорания каждого цилиндра под высоким давлением, куда одновременно подается воздух. Эта система впрыска обеспечивает наиболее точную концентрацию топливовоздушной смеси, независимо от режима работы мотора. При этом смесь сгорает практически полностью, благодаря чему уменьшается объем вредных выбросов в атмосферу.

Схема работы системы непосредственного впрыска

Такая система впрыска имеет сложную конструкцию и восприимчива к качеству топлива, что делает ее дорогостоящей в производстве и эксплуатации. Поскольку форсунки работают в более агрессивных условиях, для корректной работы такой системы необходимо обеспечение высокого давления топлива, которое должно быть не менее 5 МПа.

Конструктивно система непосредственного впрыска включает в себя:

• Топливный насос высокого давления.
• Регулятор давления топлива.
• Топливная рампа.
• Предохранительный клапан (установлен на топливной рампе для защиты элементов системы от повышения давления больше допустимого уровня).
• Датчик высокого давления.
• Форсунки.

Электронная система впрыска такого типа от компании Bosch получила наименование MED-Motronic. Принцип ее действия зависит от вида смесеобразования:

• Послойное – реализуется на малых и средних оборотах двигателя. Воздух подается в камеру сгорания на большой скорости. Топливо впрыскивается по направлению к свече зажигания и, смешиваясь на этом пути с воздухом, воспламеняется.
• Стехиометрическое. При нажатии на педаль газа происходит открытие дроссельной заслонки и осуществляется впрыск топлива одновременно с подачей воздуха, после чего смесь воспламеняется и полностью сгорает.
• Гомогенное. В цилиндрах провоцируется интенсивное движение воздуха, при этом на такте впуска происходит впрыск бензина.

Непосредственный впрыск топлива в бензиновом двигателе – наиболее перспективное направление в эволюции систем впрыска. Впервые он был реализован в 1996 году на легковых автомобилях Mitsubishi Galant, и сегодня его устанавливают на свои автомобили большинство крупнейших автопроизводителей.

Устройство системы питания бензинового двигателя

Двигатель внутреннего сгорания является первоисточником крутящего момента и всех последующих процессов механического и электронного типа в транспортном средстве. Его функционирование обеспечивает целый комплекс устройств. Это система питания бензинового двигателя.

Как она устроена, какие бывают поломки, следует рассмотреть каждому владельцу транспортных средств с бензиновым двигателем. Это поможет правильно эксплуатировать и проводить техобслуживание системы.

Общая характеристика

Устройство системы питания бензинового двигателя позволяет обеспечить нормальное функционирование транспортного средства. Для этого внутри топливного агрегата происходит приготовление смеси из горючего и воздуха. Система питания бензинового двигателя также хранит и обеспечивает подачу компонентов для приготовления топлива. Смесь распределяется по цилиндрам мотора.

При этом система питания ДВС работает в разных режимах. Сначала мотор должен запуститься и прогреться. Затем проходит период холостого хода. На двигатель действуют частичные нагрузки. Существуют также переходные режимы. Двигатель должен правильно функционировать при полной нагрузке, которая может возникать в неблагоприятных условиях.

Чтобы мотор работал максимально правильно, нужно обеспечить два основных условия. Топливо должно сгорать быстро и полностью. При этом образуются отработанные газы. Их токсичность не должна превышать установленные нормы.

Чтобы обеспечить нормальные условия для функционирования узлов и механизмов, система питания топливом бензинового двигателя должна выполнять ряд функций. Она обеспечивает не только подачу топлива, но и производит его хранение и очистку. Также система питания очищает воздух, который подается в топливную смесь. Еще одной функцией является смешение в правильной пропорции компонентов горючего. После этого топливная смесь передается в цилиндры мотора.

Независимо от разновидности бензинового ДВС, система питания включает в себя ряд конструкционных элементов. В нее входит топливный бак, который обеспечивает хранение определенного количества бензина. Также система включает в себя насос. Он обеспечивает подачу топлива, его перемещение по топливопроводу. Последний состоит из металлических труб, а также шлангов из специальной резины. По ним передается бензин из бака к двигателю. Излишек горючего также по трубкам возвращается обратно.

Система подачи бензина обязательно имеет в своем составе фильтры. Они очищают горючее и воздух. Еще одним обязательным элементом являются устройства, которые готовят топливную смесь.

Бензин

Назначение системы питания бензинового двигателя заключается в подаче, очистке и хранении бензина. Это особый вид топлива, который обладает определенным уровнем испаряемости и детонационной стойкости. От его качества во многом зависит работа двигателя.

Показатель испаряемости говорит о способности бензина менять свое агрегатное состояние из жидкого в парообразное. Этот показатель в значительной степени влияет на особенности образования топливной смеси и ее горение. В процессе работы ДВС участвуют только газообразная часть топлива. Если же бензин находится в жидком виде, он отрицательно влияет на работу мотора.

Жидкое топливо стекает по цилиндрам. При этом с их стенок смывается масло. Такая ситуация влечет за собой быстрый износ металлических поверхностей. Также жидкий бензин препятствует правильному сгоранию топлива. Медленное сгорание смеси приводит к падению давления. При этом мотор не сможет развивать требуемую мощность. Токсичность отработанных газов повышается.

Также еще одним неблагоприятным явлением при наличии жидкого бензина в двигателе является появление нагара. Это ведет к быстрому разрушению мотора. Чтобы поддерживать показатель испаряемости в норме, нужно приобретать топливо в соответствии с погодными условиями. Существует летний и зимний бензин.

Рассматривая назначение системы питания бензинового двигателя, следует рассмотреть еще одну характеристику топлива. Это детонационная стойкость. Этот показатель оценивается при помощи октанового числа. Для определения детонационной стойкости новый бензин сравнивают с показателями эталонных типов топлива, октановое число которых известно заранее.

В состав бензина входят гептан и изооктан. По своим характеристикам они противоположны. У изооктана отсутствует способность к детонации. Поэтому его октановое число составляет 100 ед. Гептан же, наоборот, сильный детонатор. Его октановое число составляет 0 ед. Если смесь в ходе испытаний состоит на 92% из изооктана и на 8% из гептана, октановое число составляет 92.

Способ приготовления топливной смеси

Работа системы питания бензинового двигателя в зависимости от особенностей ее конструкции может значительно отличаться. Однако независимо от того, как она устроена, к узлам и механизмам выдвигают ряд требований.

Система подачи топлива должна быть герметичной. В противном случае появляются сбои в различных ее участках. Это приведет к неправильной работе мотора, его быстрому разрушению. Также система должна производить точную дозировку топлива. Она должна быть надежной, обеспечивать нормальные условия функционирования двигателя в любых условиях.

Еще одним немаловажным требованием, которое сегодня выдвигается к системе приготовления топливной смеси, является простота в обслуживании. Для этого конструкция имеет определенную конфигурацию. Что позволяет владельцу транспортного средства самостоятельно проводить техобслуживание при необходимости.

Сегодня система питания бензинового двигателя отличается по способу приготовления топливной смеси. Она может быть двух типов. В первом случае при приготовлении смеси применяется карбюратор. В нем смешивается определенное количество воздуха с бензином. Вторым способом приготовления топлива является принудительный впрыск во впускной коллектор бензина. Этот процесс происходит через инжекторы. Это специальные форсунки. Такой тип двигателей называется инжекторным.

Обе представленные системы обеспечивают правильную пропорцию бензина и воздуха. Топливо при правильной дозировке сгорает полностью и очень быстро. На этот показатель в значительной степени влияет количество обоих ингредиентов. Нормальным считается соотношение, в котором присутствует 1 кг бензина и 14,8 кг воздуха. Если же происходят отклонения, можно говорить о бедной или богатой смеси. В этом случае условия для правильной работы мотора ухудшаются. Важно, чтобы система обеспечивала нормальное качество топлива, которое подается в ДВС.

Процедура происходит в 4 такта. Существуют также и двухтактные бензиновые моторы, но для автомобильной техники они не применяются.

Карбюратор

Система питания бензинового карбюраторного двигателя основана на действии сложного агрегата. Он смешивает бензин и воздух в определенной пропорции. Это карбюратор. Чаще всего он имеет поплавковую конфигурацию. Конструкция включает в себя камеру с поплавком. Также в системе есть диффузор и распылитель. Топливо готовится в смесительной камере. Также конструкция имеет дроссельную и воздушную заслонки, каналы для подачи ингредиентов смеси с жиклерами.

Ингредиенты в карбюраторе смешиваются по пассивному принципу. При движении поршня в цилиндре создается пониженное давление. В это разряженное пространство устремляется воздух. Он сначала проходит через фильтр. В смесительной камере карбюратора происходит формирование топлива. Бензин, который вырывается из распределителя, в диффузоре дробится потоком воздуха. Далее эти две субстанции смешиваются.

Карбюраторный тип конструкции включает в себя разные дозирующие устройства, которые последовательно включаются при работе. Иногда несколько из этих элементов работают одновременно. От них зависит правильная работа агрегата.

Далее через впускной коллектор и клапаны топливная смесь попадает в цилиндр мотора. В необходимый момент эта субстанция воспламеняется под воздействием искры свечей зажигания.

Система питания бензинового двигателя карбюраторного типа еще называется механической. Сегодня ее практически не применяют для создания моторов современных автомобилей. Она не может обеспечить выполнение существующих энергетических и экологических требований.

Инжектор

Инжекторный двигатель является современной конструкцией ДВС. Она значительно превышает по всем показателям карбюраторные системы питания бензинового двигателя. Инжектор является устройством, которое обеспечивает впрыск топлива в мотор. Такая конструкция позволяет обеспечить высокую мощность двигателя. При этом токсичность отработанных газов значительно снижается.

Инжекторные двигатели отличаются стабильностью работы. Автомобиль при разгоне демонстрирует улучшенную динамику. При этом количество бензина, которое требуется транспортному средству для передвижения, будет значительно ниже, чем у карбюраторной системы питания.

Топливо при наличии инжекторной системы сгорает более качественно и полноценно. При этом система управления процессами полностью автоматизирована. Вручную не потребуется производить настройки агрегата. Инжектор и карбюратор значительно отличаются конструкцией и принципом работы.

Инжекторная система питания бензинового двигателя имеет в своем составе специальные форсунки. Они под давлением впрыскивают бензин. Затем он смешивается с воздухом. Такая система позволяет сэкономить расход топлива, увеличить мощность мотора. Она увеличивается до 15%, если сравнивать с карбюраторными типами ДВС.

Насос инжекторного мотора является не механическим, как это было в карбюраторных конструкциях, а электрическим. Он обеспечивает требуемое давление при впрыске бензина. При этом система подает топливо в нужный цилиндр в определенное время. Весь процесс контролирует бортовой компьютер. При помощи датчиков он оценивает количество и температуру воздуха, двигателя и прочие показатели. После проведения анализа собранной информации, компьютер принимает решение о впрыске топлива.

Особенности инжекторной системы

Инжекторная система питания бензинового двигателя может иметь разную конфигурацию. В зависимости от особенностей конструкции бывают устройства представленного класса нескольких видов.

К первой группе относятся моторы с одноточечным впрыском топлива. Это самая ранняя разработка в области инжекторных двигателей. Она включает в себя всего одну форсунку. Она находится во впускном коллекторе. Эта инжекторная форсунка распределяет бензин для всех цилиндров мотора. Эта конструкция имеет ряд недостатков. Ныне ее практически не используют при изготовлении бензиновых двигателей транспортных средств.

Более современной разновидностью стал распределительный тип конструкции впрыска. Например, такая конфигурация системы питания у бензинового двигателя «Хендай Икс 35».

Распределительная система впрыска может быть нескольких видов. К первой группе относятся устройства одновременного впрыска топлива. В этом случае все форсунки одновременно впрыскивают топливо в камеру сгорания. Ко второй группе относятся попарно-параллельные системы. Их форсунки открываются по две. Они приводятся в движение в определенный момент. Первая форсунка открывается перед тактом впрыска, а вторая – перед выпуском. К третьей группе относятся фазированные распределительные системы впрыска. Форсунки открываются перед тактом впрыска. Они вводят под давлением топливо непосредственно в цилиндр.

Устройство инжектора

Система питания бензинового двигателя с впрыском топлива имеет определенное устройство. Чтобы произвести техобслуживание такого мотора самостоятельно, нужно понимать принцип его работы и конструкции.

Инжекторная система имеет в своем составе несколько обязательных элементов (схема представлена далее).

Чтобы понять принцип работы представленной системы питания, нужно рассмотреть взаимодействие представленных элементов на примере. Новые автомобили часто оснащаются инжекторной системой с распределенным по нескольким точкам впрыском. При запуске мотора топливо поступает на бензонасос. Он находится в топливном баке в горючем. Далее горючее под определенным давлением поступает в магистраль.

В рампе установлены форсунки. По ней производится подача бензина. В рампе есть датчик, который регулирует давление топлива. Он определяет давление воздуха в инжекторах и на впуске. Датчики системы передают информацию бортовому компьютеру о состоянии системы. Он синхронизирует процесс подачи компонентов смеси, корректируя их количество для каждого цилиндра.

Зная, как устроен инжекторный процесс, можно провести самостоятельно техническое обслуживание системы питания бензинового двигателя.

Техобслуживание карбюраторной системы

Техобслуживание и ремонт приборов системы питания бензинового двигателя можно произвести своими руками. Для этого нужно выполнить ряд манипуляций. Они сводятся к проверке креплений топливопроводов, герметичности всех компонентов. Также проводится оценка состояния системы выпуска отработанных газов, тяги дроссельных приводов, воздушной заслонки карбюратора. Кроме того, нужно проводить контроль состояния ограничителя коленчатого вала.

При необходимости нужно проводить очистку трубопроводов, замену уплотнителей. Особенностью техобслуживания карбюратора является необходимость проведения его настройки весной и осенью.

В некоторых случаях причиной ухудшения работы карбюраторного мотора могут быть неисправности в других узлах. Перед началом техобслуживания системы подачи топлива нужно проверить другие компоненты механизмов.

Неисправности системы питания бензинового двигателя карбюраторного типа можно проверить при работающем и выключенном двигателе.

Если мотор заглушен, можно оценить количество бензина в баке, а также состояние уплотнительных резинок под пробкой горловины. Также оценивается крепление бензобака, топливопровода и всех его элементов. Иные элементы системы тоже следует проверить на прочность крепежа.

Затем нужно запустить мотор. Проверяется отсутствие протечек в местах соединений. Также следует оценить состояние фильтров тонкой очистки и отстойника. Карбюратор нужно правильно настроить. В соответствии с рекомендациями производителя проводится выбор соотношения воздуха и бензина.

Частые неисправности инжектора

Ремонт системы питания бензинового двигателя инжекторного типа происходит несколько иначе. Существует перечень частых неисправностей подобных систем. Зная их, установить причину неправильной работы мотора будет проще. Со временем из строя выходят датчики, которые контролируют разные показатели состояния системы. Периодически их нужно проверять на работоспособность. В противном случае бортовой компьютер не сможет выбрать адекватную дозировку и оптимальный режим впрыска топлива.

Также со временем в системе загрязняются фильтры или даже сами форсунки инжектора. Такое возможно при использовании бензина недостаточного качества. Периодически фильтр нужно менять. Также нужно обращать внимание на сеточный очиститель бензонасоса. В некоторых случаях его можно чистить. Один раз в несколько лет нужно мыть бензобак. В этот момент также желательно поменять все фильтры системы.

Если же со временем засорятся инжекторные форсунки, мотор станет терять мощность. Расход бензина также увеличится. Если вовремя не устранить эту неисправность, система будет перегреваться, клапаны будут перегорать. В некоторых случаях форсунки могут недостаточно плотно закрываться. Это чревато переизбытком топлива в камере сгорания. Бензин будет смешиваться с маслом. Чтобы предотвратить неблагоприятные последствия, форсунки нужно периодически очищать.

Система питания бензинового двигателя инжекторного типа может потребовать промывки форсунок. Эту процедуру можно выполнить двумя способами. В первом случае инжекторные форсунки не демонтируют из автомобиля. Через них пропускается специальная жидкость. Топливную магистраль нужно отсоединить от рампы. При помощи специального компрессора промывочная жидкость поступает в форсунки. Это позволяет эффективно очистить их от загрязнений. Второй вариант чистки предполагает снятие форсунок. Далее их обрабатывают в специальной ультразвуковой ванне или на промывочном стенде.

Советы экспертов

Эксперты рекомендуют учесть, что система питания бензинового двигателя в условиях эксплуатации на российских дорогах подвергается повышенным нагрузкам. Поэтому техобслуживание нужно производить часто. Топливные фильтры нужно менять через каждые 12-15 тыс. км пробега, проводить чистку форсунок через каждые 30 тыс. км.

Важно уделять внимание качеству топлива. Чем оно выше, тем долговечнее будет работа двигателя и всей системы. Поэтому важно приобретать бензин в проверенных точках реализации.

Рассмотрев особенности и устройство системы питания бензинового двигателя,можно понять принцип ее работы. При необходимости техобслуживание и ремонт можно произвести собственными руками.