Системы впрыска бензиновых двигателей

Топливная система инжектора. Устройство

Устройство

Электробензонасос

Электробензонасос конструктивно входит в модуль электробензонасоса, устанавливаемого на инжекторных автомобилях внутри топливного бака. Модуль включает в себя сам насос, датчик указателя уровня топлива, фильтр и завихритель для отделения пузырьков пара. Электробензонасос нагнетает топливо из топливного бака в подающий топливопровод. На инжекторных автомобилях применяется модуль погружного типа, то есть располагается непосредственно в топливном баке и охлаждается за счет бензина. Создаваемое насосом давление топлива значительно больше требуемого для нормальной работы двигателя на любых режимах.

Топливный фильтр

Система топливоподачи предназначена для точной регулировки количества поступающего в двигатель топлива. Грязь в топливе может привести к неустойчивой работе форсунок и регулятора давления, быстрому их износу. Поэтому к чистоте топлива предъявляются особые требования.

В системе топливоподачи предусмотрен фильтр. Основу топливного фильтра составляет бумажный элемент с пористостью около 10 мкм. Интервал замены фильтра зависит от объема фильтра и степени загрязнения топлива.

Топливопроводы

Различают прямой и обратный топливопроводы. Прямой предназначен для топлива, поступающего из модуля электробензонасоса в топливную рампу. Обратный доставляет избыток топлива после регулятора давления обратно в бак.

Топливная рампа

Топливная рампа инжекторного двигателя Топливо заполняет топливную рампу и равномерно распределяется на все форсунки. На топливной рампе кроме форсунок располагаются регулятор давления топлива и штуцер контроля давления в топливной системе. Размеры и конструктивное исполнение рампы устраняют локальные пульсации давления топлива вследствие резонансов при работе форсунок.

Регулятор давления топлива

Количество впрыскиваемого топлива должно зависеть только от длительности впрыска — времени открытого состояния форсунки. Поэтому разница между давлением топлива в топливной рампе и давлением во впускной трубе (перепад давления на форсунках) должна оставаться постоянной. Для этого служит регулятор давления топлива. Он пропускает обратно в бак излишки топлива.

Электромагнитная форсунка

В спокойном состоянии спиральная пружина прижимает клапанную иглу к уплотнительному седлу распылителя и закрывает выходное топливное отверстие. При прохождении электрического тока сердечник с клапанной иглой поднимается (на 60—100 мкм), и топливо впрыскивается через калиброванное отверстие. В зависимости от способа впрыска, частоты вращения и нагрузки двигателя время включения составляет 1,5—18 мс. Зависимость количества прошедшего через форсунку топлива от времени открытия при постоянной разности давлений — важнейший показатель работы форсунки.

Не стоит менять форсунки на своем автомобиле на дорогие от иномарки. Как правило, хороших результатов это не дает, более действенный метод это очистка форсунок. Из вышесказанного видим, что форсунка — очень важный компонент системы впрыска. Поэтому она требует к себе большого внимания.

Как работает

Для нормальной работы двигателя необходимо обеспечить поступление в камеру сгорания двигателя топливовоздушной смеси оптимального состава. Смесь приготавливается во впускной трубе при смешивании воздуха и топлива. Контроллер подает на форсунку управляющий импульс, который открывает нормально закрытый клапан форсунки, и топливо под давлением распыляется во впускную трубу перед клапаном.

Поскольку перепад давления топлива поддерживается постоянным, количество подаваемого топлива пропорционально времени, в течение которого форсунки находятся в открытом состоянии. Контроллер поддерживает оптимальное соотношение топливовоздушной смеси путем изменения длительности импульсов. Увеличение длительности импульса впрыска приводит к увеличению количества подаваемого топлива — обогащению смеси. Уменьшение длительности импульса впрыска приводит к уменьшению количества подаваемого топлива, то есть к обеднению.

Что это

Впрыск воды в ДВС — идея, пришедшая в автомобильную отрасль из авиастроения. Еще во времена Второй Мировой войны американские и немецкие инженеры использовали впрыск смеси воды и метанола в двигатели истребителей. Тем самым повышается мощность моторов в режиме форсажа. Развитие этой идеи было похоронено после наступления эпохи турбореактивных двигателей.

В 80-е годы XX столетия технология вернулась, но уже в автоспорте. Впрыск воды начал использоваться для повышения отдачи двигателей гоночных болидов Формулы-1, а позднее в гонках на выносливость Ле-Ман и в раллийной серии. Однако неизменно конструкция запрещалась организаторами чемпионатов. Максимального распространения идея впрыска воды в мотор достигла в мире дрэг-рейсинга, где не было серьезного контроля со стороны организаторов гонок.

С этого момента впрыск воды в цилиндры поршневых ДВС стал одним из элементов автотюнинга. Такое положение не изменило даже появление интеркулеров, которые более эффективны, чем системы впрыска воды в двигатель. Последние до сих пор остаются популярны из-за своей дешевизны, неприхотливости и легкости установки. Однако используют их, как правило, на высокофорсированных двигателях, особенно оснащенных турбиной.

Неисправности подачи воздуха

Ошибка «Богатая смесь» , которую определяет система диагностики автомобиля, гораздо чаще бывает вызвана недостаточным поступлением кислорода в камеру сгорания. Причин такому нарушению несколько.

В первую очередь может быть элементарно загрязнен воздушный фильтр. По некоторым причинам (тяжелые условия эксплуатации, езда по грязным дорогам) этот элемент системы очистки кислорода может прийти в негодность даже раньше указанного производителем срока. Поэтому необходимо визуально оценить очиститель. Если он грязный, покрыт маслом, его в срочном порядке необходимо заменить. Иначе мотор быстро выйдет из строя.

В некоторых случаях причиной неполноценной подачи воздуха в камеру сгорания может стать поломка датчика его расхода. Это поможет выявить система показаний сканера. Иногда определяется неисправность датчика давления воздуха в коллекторной системе.

Устройство и принцип работы инжекторной системы впрыска

Второе название систем впрыска бензиновых моторов – инжекторная. Основная ее особенность заключается в точной дозировке топлива. Достигается это путем использования в конструкции форсунок. Устройство инжекторного впрыска двигателя включает в себя две составляющие – исполнительную и управляющую.

В задачу исполнительной части входит подача бензина и его распыление. Она включает в себя не так уж и много составных элементов:

1. Бак.
2. Насос (электрический).
3. Фильтрующий элемент (тонкой очистки).
4. Топливопроводы.
5. Рампа.
6. Форсунки.

Но это только основные компоненты. Исполнительная составляющая может в себя включать еще ряд дополнительных узлов и деталей – регулятор давления, систему слива излишков бензина, адсорбер.

В задачу указанных элементов входит подготовка топлива и обеспечение его поступления к форсункам, которыми и осуществляется их впрыскивание.

Принцип работы исполнительной составляющей прост. При повороте ключа зажигания (на некоторых моделях – при открытии водительской двери) включается электрический насос, который качает бензин и заполняет им остальные элементы. Топливо проходит очистку и по топливопроводам поступает в рампу, которая соединяет собой форсунки. За счет насоса топливо во всей системе находится под давлением. Но его значение ниже, чем на дизелях.

Открытие форсунок осуществляется за счет электрических импульсов, подаваемых с управляющей части. Эта составляющая системы впрыска топлива состоит из блока управления и целого комплекта следящих устройств – датчиков.

Эти датчики отслеживают показатели и параметры работы – скорость вращения коленчатого вала, количества подаваемого воздуха, температуры ОЖ, положения дросселя. Показания поступают на блок управления (ЭБУ). Он эту информацию сравнивает с данными, занесенными в память, на основе чего определяется длина электрических импульсов, подаваемых на форсунки.

Электроника, используемая в управляющей части системы впрыска топлива, нужна, чтобы высчитать время, на которое должна открыться форсунка при том или ином режиме работы силового агрегата.

Виды инжекторов

Но отметим, что это общая конструкция системы подачи бензинового мотора. Но инжекторов разработано несколько, и каждая из них обладает своими конструктивными и рабочими особенностями.

На автомобилях применяются системы впрыска двигателя:

• центрального;
• распределенного;
• непосредственного.

Центральный впрыск считается первым инжектором. Его особенность заключается в использовании только одной форсунки, которая впрыскивала бензин во впускной коллектор одновременно для всех цилиндров. Изначально он был механическим и никакой электроники в конструкции не использовалось. Если рассмотреть устройство механического инжектора, то она схожа с карбюраторной системой, с единственной разницей, что вместо карбюратора использовалась форсунка с механическим приводом. Со временем центральную подачу сделали электронной.

Сейчас этот тип не используется из-за ряда недостатков, основной из которых — неравномерность распределения топлива по цилиндрам.

Распределенный впрыск на данный момент является самой распространенной системой. Конструкция этого типа инжектора расписана выше. Ее особенность заключается в том, что топливо для каждого цилиндра подает своя форсунка.

В конструкции этого вида форсунки устанавливаются во впускном коллекторе и располагаются рядом с ГБЦ. Распределение топлива по цилиндрам дает возможность обеспечить точную дозировку бензина.

Непосредственный впрыск сейчас является самым совершенным типом подачи бензина. В предыдущих двух типах бензин подавался в проходящий поток воздуха, и смесеобразование начинало осуществляться еще во впускном коллекторе. Этот же инжектора по конструкции копирует дизельную систему впрыска.

В инжекторе с непосредственной подачей распылители форсунок располагаются в камере сгорания. В результате компоненты топливовоздушной смеси здесь запускаются в цилиндры по отдельности, и уже в самой камере они смешиваются.

Особенность работы этого инжектора заключается в том, что для впрыскивания бензина требуется высокие показатели давления топлива. И его создание обеспечивает еще один узел, добавленный в устройство исполнительной части – насос высокого давления.

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.

Система подачи воздуха в дизельный двигатель

Как известно, современный дизельный двигатель на разных автомобилях и спецтехнике обычно оснащается турбокомпрессором. Также данное решение активно используется и на турбобензиновых ДВС.

Другими словами, для получения необходимой отдачи от моторов силовую установку дополнительно турбируют. Дизельный агрегат с турбонаддувом получил название турбодизель. Давайте остановимся на схеме подачи воздуха в такие моторы более подробно.

Как и в случае с бензиновыми ДВС, система питания дизельных моторов воздухом предполагает его забор из атмосферы, очистку поступающего воздуха и дальнейшую подачу в цилиндры. При этом воздух дополнительно проходит через турбину, охлаждается и уже затем поддается в камеру сгорания, причем нагнетается под давлением.

На примере турбодизеля стоит выделить следующие элементы системы питания воздухом:

• воздухозаборник;
• воздухоочиститель (воздушный фильтр);
• турбокомпрессор;
• специальный воздушный радиатор (интеркулер);
• впускной коллектор;

С функцией воздухозаборника и воздушного фильтра мы уже ознакомились при рассмотрении атмосферного бензинового мотора. Что касается турбодвигателей на спецтехнике, которая работает в условиях сильной запыленности и общего загрязнения воздуха, используется многоступенчатая система очистки (двух или даже трехступенчатые схемы). В конструкцию может быть включен инерционный предварительный очиститель воздуха и другие подобные решения.

Итак, после прохода через фильтры, воздух втягивается в турбокомпрессор. После турбины воздух идет по трубопроводам уже под давлением, проходя через так называемый воздушный радиатор. Дело в том, что после сжатия в турбине воздух нагревается. При этом если его охладить перед подачей в цилиндры, тогда общая масса воздуха увеличивается.

В результате такого снижения температуры в камеру сгорания удается подать больше воздуха, что позволяет более полноценно и эффективно сжечь топливо, добиться прироста мощности, улучшенной экономичности и снизить токсичность выхлопа.

Далее сжатый и охлажденный воздух попадает во впускной коллектор, а затем и в цилиндры дизельного двигателя. Что касается турбокомпрессора, данное устройство использует энергию отработавших газов. Если просто, газы под давлением вращают турбинное колесо, за счет такого вращения начинает крутиться и компрессорное колесо, которое закреплено на одном валу вместе с турбинным колесом. Затем выхлоп после турбины попадает в выпускную систему ТС и выводится в атмосферу.

Отметим, что существует много разновидностей турбин, которые отличаются по размерам, по своей производительности и могут иметь ряд индивидуальных отличий в общей схеме устройства. Еще добавим, что дизельный двигатель долгое время вообще не имел дроссельной заслонки по сравнению с бензиновыми аналогами. В двух словах, мощность в дизельном агрегате регулируется не количеством подаваемого в цилиндры воздуха, а количеством впрыскиваемого горючего.

Кстати, на современных дизельных ДВС дроссельная заслонка все же появилась, но она выполняет другие задачи. Если точнее, снижается токсичность выхлопа в соответствии с жесткими экологическими нормами.

Работает дроссельный узел тогда, когда нагрузки на двигатель минимальны, то есть мотор не нуждается в мощном потоке свежего воздуха. В этот момент заслонка частично перекрывает подачу воздуха, параллельно с этим срабатывает клапан системы рециркуляции отработавших газов EGR.

В результате оставшийся воздух перемешивается с выхлопными газами, после чего такая смесь снова поступает в цилиндры. Подача выхлопа вместе с воздухом снижает температуру в камере сгорания, в результате в отработавших газах отмечается уменьшение окиси азота.

Автоматическая система диагностики

Если система диагностики автомобиля показывает, что возникла ошибка «Слишком богатая смесь» , необходимо предпринять определенные действия. Для этого необходимо разобраться в принципах работы сканера.

Воздух подается в горючее при диагностике сенсора МАР и лямбда-зонд. Может, ошибка P0172 вызвана отклонениями именно этих систем. Однако, кроме них, проблемы могут быть связаны с отклонениями в тепловых зазорах (двигатель с ГБО), при механическом повреждении уплотнительных материалов, недостаточной компрессии или отклонении при работе ГРМ.

Чтобы понять, почему автоматическая диагностика указывает такую ошибку, владелец автомобиля может выполнить несколько действий. В первую очередь требуется проанализировать информацию, которую предоставляет сканер. Далее можно искусственно сымитировать условия появления такой неисправности.

Следующим шагом может стать проверка узлов и механизмов, например контактов, отсутствия подсоса, а также работоспособность систем, связанных с подачей топлива и кислорода в камеру сгорания.

Советы по использованию

Можно дать несколько рекомендаций, соблюдение которых позволит повысить эффективность использования системы впрыска воды в двигатель.

1. Повысить отдачу системы поможет использование не просто дистиллированной воды, а ее смеси со спиртом в соотношении 50 на 50. Метанол сгорает медленнее, чем бензин, что более плавно повышает давление в цилиндрах мотора. В результате происходит существенный рост крутящего момента.
2. Особого смысла в установке системы на обычные «атмосферники» нет. Впрыск воды в двигатель повышает КПД форсированных двигателей, особенно велика отдача на турбированных моторах. Установка системы впрыска воды на обычный атмосферный движок лишь позволит снизить детонации топливно-воздушной смеси, ждать прилива мощности и крутящего момента в таком случае не приходится.
3. При установке системы необходимо добиться наилучшего распыления, так как наибольшей эффективностью обладает мелкодисперсная смесь. Поэтому нужно использовать мощный насос и качественный распылитель.

Изготовить систему подачи воды в двигатель достаточно просто. Гораздо сложнее настроить объемы воды, чтобы они не повредили мотору и в то же время давали необходимый эффект. Если есть сомнения, что удастся точно отрегулировать дозы поступающей в цилиндры воды, то лучше приобрести заводской комплект со встроенным блоком управления.

Основные функции

При монтаже газобаллонного оборудования необходимо предусмотреть способ прекращения подачи бензина при переходе на газ. Для этого отключаются штатные форсунки. Но электронный блок управления двигателем быстро определяет эту неисправность и переходит в аварийный режим работы. В тот же момент на приборном щитке загорается индикатор Check Engine. Использование эмулятора форсунок с ГБО 2 поколения позволяет избежать этого, так как блок управления просто не замечает потери соединения с форсунками.

Во время работы двигателя на бензине цепь находится в замкнутом состоянии, а после перехода на газ она размыкается. Питание проходит через нагрузочные резисторы эмулятора форсунок, в результате чего ЭБУ «думает», что ничего не произошло.

Информация о моменте включения/выключения эмулятора передается с кнопки в салоне транспортного средства, отвечающей за переключение между бензином и газом. Для этого используется черный провод.

Схема подключения и установка

Мы рекомендуем не выполнять подключение эмулятора в ГБО 2 поколения своими руками. Отсутствие опыта препятствует правильной установке прибора. Если же у вас нет возможности воспользоваться помощью профессионалов, необходимо внимательно изучить инструкцию по установке, которой всегда комплектуются эти устройства.

Ниже приведены варианты подключения эмулятора бензиновых форсунок при использовании ГБО 2 поколения.

Как изображено на схемах, эмуляторы форсунок обычно соединен с клапаном газа либо кнопкой переключения видов топлива синим проводом, черный провод – это «масса» или «корпус». Современные эмуляторы могут комплектоваться универсальными разъемами для форсунок, поэтому вам не придётся «врезаться» в штатную проводку автомобиля. Установка устройства осуществляется в разрыв бензиновых форсунок, между инжектором и электронным блоком управления двигателя. После того как на эмулятор подаётся питание, бензиновые форсунки отключаются.

Как проверить топливные форсунки своими руками

И хотя существует две популярные системы инжекторов, TBI системы, используемые в GM рассматривать не будем, в виду их редкости и специфичности. Поэтому мы расскажем вам о том, как тестировать топливные форсунки инжекторов EFI (с электронной системой впрыска топлива).

Электронная система впрыска топлива (EFI) не имеет доступного для визуальной проверки распыления топлива. Структура системы EFI слишком для этого сложна, что при этом позволяет ей иметь небольшие размеры при высокой производительности. Поэтому, вам будет нужно использовать некоторое оборудование, для того чтобы проверить картину распыления по каждому инжектору.

Тем не менее есть некоторые тесты, которые способы проверить, хорошо ли работает один или все инжекторы, или проблема находится в цепи управления инжектора.

Чтобы сделать этот тест, вы должны проверить каждый инжектор. Когда автомобильный компьютер работает для включения или выключения инжектора, клапан внутри инжектора создаёт щёлкающий звук, когда он открывается и закрывается.

Сначала вам нужно будет использовать механический стетоскоп или, возможно, кусок тонкого шланга соответствующей длины или длинную стандартную отвёртку для прослушивания инжектора. Выполнение проверки форсунок состоит из следующих несложных шагов:

• Запустите автомобиль и дайте ему поработать на холостом ходу;
• Нажмите на стояночный тормоз и откройте капот;
• Используйте стетоскоп для прослушивания звуков внутри форсунок.

Если щёлкающий звук отсутствует, то либо компьютер не посылает импульсный сигнал, либо соленоид сломался. Это означает, что у вас сломан инжектор. Повторите процесс на другом инжекторе и запишите номера сломанных инжекторов, которые вы сможете проверить далее.

Регулировка многоточечного впрыска

Прежде чем рассмотреть принцип регулировки впрыска, стоит учесть, что каждая модификация ТС имеет свои тонкости работы. Поэтому и настройка системы может происходить по-разному. Вот как выполняется процедура в случае с самыми распространенными модификациями.

Bosch L3.1, MP3.1

Прежде чем приступать к настройке такой системы, нужно:

1. Проверить состояние зажигания. В случае необходимости изношенные детали меняются на новые;
2. Убедиться, что дроссель работает исправно;
3. Устанавливается чистый воздушный фильтр;
4. Прогревается мотор (пока не включится вентилятор).

Вначале настраивается холостой ход. Для этого на дросселе имеется специальный регулировочный винт. Если поворачивать его по часовой стрелке (закручивается), то показатель оборотов ХХ будет снижаться. В противном случае – увеличиваться.

В согласии с рекомендациями завода-изготовителя на систему устанавливаются анализаторы качества выхлопа. Далее снимается заглушка с регулировочного винта подачи воздуха. Поворотом этого элемента настраивается состав ВТС, о чем будет указывать анализатор отработанных газов.

Bosch ML4.1

В данном случае холостой ход не выставляется. Вместо этого к системе подключается упомянутый в предыдущем обзоре прибор. По состоянию выхлопных газов при помощи регулировочного винта настраивается работа многоточечного распыления. Когда рука проворачивает винт по ходу часовой стрелки, состав СО будет увеличиваться. При повороте в другую сторону этот показатель уменьшается.

Bosch LU 2-Jetronic

Такая система регулируется на число оборотов ХХ так же, как и первая модификация. Настройка обогащения смеси производится при помощи алгоритмов, прошитых в микропроцессоре блока управления. Этот параметр корректируется в соответствии с импульсами лямбда-зонда (подробней об устройстве и его принципе работы читайте отдельно).

Bosch Motronic M1.3

Обороты холостого хода в такой системе регулируются, только если газораспределительный механизм имеет 8 клапанов (4 на впуск, 4 на выпуск). В 16-клапанниках ХХ корректируется электронным блоком управления.

8-клапанник регулируется по той же схеме, что и предыдущие модификации:

1. ХХ настраивается винтом на дросселе;
2. Подсоединяется анализатор СО;
3. При помощи регулировочного винта настраивается состав ВТС.

Некоторые автомобили оснащены такой системой, как:

• ММ8Р;
• Bosch Motronic5.1;
• Bosch Motronic3.2;
• Sagem-Lukas 4GJ.

В этих случаях отрегулировать ни холостые обороты, ни состав воздушно-топливной смеси не получится. Производитель таких модификаций не предусмотрел такой возможности. Всю работу должен выполнять ЭБУ. Если электроника не смогла настроить работу впрыска корректно, значит, имеются какие-то системные ошибки или поломки. Их выявить можно только при диагностике. В самых сложных ситуациях некорректная работа ТС обусловлена поломкой блока управления.