Основные принципы работы инжектора, Энциклопедия автолюбителей

Большое количество японских автомобилей выпускаемых в настоящее время оснащаются не устаревшими система подготовки топливной смеси в виде карбюратора, а современными системами впрыска топлива. Бытует мнение, что впрыск топлива - это лучше и более современно. Также бытует другое мнение, полностью противоположное первому: впрыск топлива- это сложное устройство, которое еще и повышает стоимость автомобиля и трудноремонтируемое. Сторониками последнего мнения являются автолюбители с большим стажем и опытом эксплуатации отечественного автомобиля оборудованного карбюратором, который они частенько разбирают и регулируют и система впрыска топлива им незнакома.

Обзор начнем, пожалуй, с компьютера управления, который имеет абриатуру ECU (Electronic Control Unit). В постоянной памяти компьютера находится программа управления и определенный набор так называемых "карт", в которых находится необходимая для корректной работы программы необходимая информация. При этом собственно сама программа более-менее стандартизирована для любого двигателя внутреннего сгорания, а вот сами карты, которые она использует, уникальны для каждой модели автомобиля и каждой модификации двигателя.

Теперь об обратной связи в системе TCCS, как и в любой электронной системе впрыска, обслуживается лямбда-зондом (датчиком кислорода). Необходимость ее обоснована тем, что сколь бы ни были хороши и точно разработаны карты, которые находятся в памяти ECU, каждый двигатель все по любому отличается от своих братьев и тем более условия эксплуатации двух одинаковых двигателей будут различными и в процессе эксплуатации потребуется индивидуальная подстройка топливной системы.

ЭБУ любой системы управления впрыском топлива с обратной связью, в том числе и TCCS, в процессе работы двигателя может находиться в одном из двух режимов управления - или в состоянии замкнутого контура [closed loop], когда ЭБУ применяет данные полученные от датчика кислорода в целях более точной корректировки, либо в состоянии разомкнутого контура [open loop], когда электронный блок управления игнорирует полученную от датчика кислорода информацию. Ниже мы подробно рассмотрим основные режимы работы двигателя, а также режимы управления.

Как устроен каталитический нейтрализатор?

Нейтрализатор, представляет собой металлический кожух с наполнением из керамических "сот", которые покрыты активным слоем, способным дожигать несгоревшие частички топлива в выхлопных газах, также причиной выхода может стать заправка этилированным бензином. Выходит из строя катализатор - это означает, что он утрачивает способность к дожиганию несгоревших в двигателе частичек топлива. Известны случаи, когда керамические соты катализатора полностью оплавлялись, забивая нагаром мелкие ячейки и такой нейтрализатор уже создавал серьезное сопротивление выходящих из двигателя выхлопных газов. Но следует отметить, что сама по себе неоднократная заправка, этилированным бензином к выходу из строя катализатора не приведет. Основной причиной оплавления нейтрализатора - это длительная работа двигателя на обогащенной (или богатой) топливной смеси, к чему может привести как поломка из строя лямбда-зонда, так и различные неисправности в системе питания и электронного зажигания.

Как работает датчик кислорода?

Наиболее распространенный тип датчика кислорода - циркониевый кислородный датчик. По принципу работы он является электронным переключателем, резко меняющим свое состояние на границе 0.5% кислорода в составе выхлопных газов. Это количество кислорода которое соответствует идеальному стехиометрическому соотношению воздух/топливо 14.7:1.

Самодиагностика компьютера системы TCCS

Любая современная система впрыска топлива имеет встроенную дополнительную систему самодиагностики, которая позволяет определить основные неисправности датчиков и узлов системы. В результате сложной процедуры самодиагностики компьютер выдает диагностические коды, которые можно извлечь из памяти ЭБУ и расшифровать в соответствии с соответствующими таблицами. Способ извлечения кодов ошибки у разных производителей автомобилей - разный. В системе TCCS для этого используется диагностическая лампочка "Check Engine" на панели приборов, а переключение компьютера в режим вывода кодов ошибок осуществляется путем закорачивания пары контактов на разъеме в моторном отсеке автомобиля.

Источники: http://progiavto.ru/news/osnovnye_principy_raboty_inzhektora/2012-07-18-3316

Всем известно, что большинство автомобилей японского производства оснащены не карбюраторными, а инжекторными двигателями. Существует мнение, что впрыск – это прогрессивно, хорошо и современно. Однако есть и иное мнение, которое противоположно этому: впрыск – дорого, неремонтопригодно и сложно. Такого мнения придерживаются автолюбители с большим стажем работы на отечественных автомобилях, которые отлично представляют себе, что такое карбюратор, и даже не хотят вникать в эти новомодные компьютеры, датчики и инжекторы. Естественно, для того чтобы понять, как работает принципиально другая система, надо для начала иметь необходимость и желание разобраться в этом, также нужна информация, а ее по этому вопросу очень мало. Именно по этому сейчас мы расскажем вам принцип работы инжекторного ДВС, поймем, какие действия надо предпринимать водителю при поломках и дефектах двигателя.

Для начала, хотелось бы отметить основные принципы любой современной инжекторной системы, которая применяется на автомобилях. Вкратце, работа системы впрыска выглядит следующим образом: воздух, который поступает в двигатель, измеряется специальным датчиком расхода воздуха, данные показания переносятся в компьютер, анализирующий их и на основе некоторых процессов заложенных в его памяти (температура воздуха, температура двигателя, степень открытия дроссельной заслонки (также скорость, с которой она открывается), скорость вращения коленчатого вала и т.д.) рассчитывает то количество топлива, которое необходимо сжечь в количестве воздуха при данном режиме работы двигателя. Затем, компьютер передает на форсунки электрический импульс необходимой длительности, открываются форсунки, топливо (которое находится под давлением) впрыскивается во впускной коллектор. Все, процесс окончен.

Все, кажется, довольно просто, как могут сказать многие и, в общем-то, они будут правы – в инжекторе есть одна сложность – это ультра новая программа, которая находится в памяти компьютера, составлена она таким образом, что учитывается множество режимов работы двигателя, также она оценивает степень влияние внешних факторов, при которых приходится работать двигателю. Составные части и механические узлы ничего сложного собой не представляют, пересчитать их можно по пальцам: это перепускной клапан топливной магистрали, бензонасос, клапан поддержания холостого хода (он же зачастую отвечает за компенсацию падения оборотов, когда включается кондиционер и другие электроприборы, и за «прогревны» обороты), форсунки, а также множество различных иных датчиков. Одним датчиком, о котором в дорожной среде ходит достаточно много слухов – является датчик кислорода или лямбда-зонд. Немного позже мы уделим ему немного внимания.

Итак, следует сразу сказать, что в автомобильных систем впрыска топлива существует два вида – без обратной связи и с ее присутствием. Система с обратной связью устанавливается на автомобили, которые предназначены для рынков различных зарубежных стран (Япония, США, страны Европы) там, где существуют жесткие нормы содержания в выхлопных газах токсичных веществ, именно по этому к автомобилям предъявляют очень строгие требования. В подобных системах обязательно должно быть два компонента - лямбда-зонд и каталитический нейтрализатор. В тех системах, где обратная связь не устанавливается, таких компонентов как правило нет.

Инжекторная система на подобии TCCS (Toyota Computer Control System) не является в этом исключением. Начнем мы со сложного, но передового варианта с обратной связью, к тому же большинство автомобилей укомплектованы именно такой системой.

В принципе, работой инжекторного ДВС управляет компьютер в процессе эксплуатации которого может находиться два режима управления – режим замкнутого контура, когда используется информация датчика кислорода для точной корректировки или режим разомкнутого контура, в нем такая информация игнорируется. Ниже будут рассмотрены основные режимы работы двигателя и режимы его управления:

1. Запуск двигателя. Когда двигатель запускается, требуется (в зависимости от температуры, как окружающего воздуха, так и самого двигателя) обогащенная кислородом горючая смесь с повышенным содержанием топлива. Такой факт известный, характерен он преимущественно для всех бензиновых двигателей внутреннего сгорания, однако применяется и на карбюраторных и двигателях с впрыском, поэтому подробно останавливаться на причинах мы не станем. Скажем только одно - соотношение топливо/воздух в этом режиме варьируется примерно от 1:2 до 1:12. Компьютерная система работает в режиме разомкнутого контура.
2. Прогрев двигателядо температуры оптимальной для работы. После того как двигатель запустится, компьютер системы управления постоянно будет проверять текущую температуру двигателя. В зависимости от данного параметра будет производиться расчет состава смеси для горения, а также устанавливается требуемая величина прогревных оборотов воздушным клапаном Idle Speed Control. При прогреве двигателя с увеличением температуры соотношение топливо/воздух изменяется компьютером в сторону уменьшения, уменьшаются также и прогревные обороты. В это же время в выпускном коллекторе происходит разогрев датчика кислорода до необходимой для работы температуры. Компьютер при этом будет работать в режиме разомкнутого контура.
3. Режим холостого хода. По достижении установленной температуры двигателя и условий определенного для работы разогрева кислородного датчика (только при температуре от 300 о C и выше датчик кислорода начинает выдавать корректные показания) компьютер будет переключен в режим замкнутого контура и начнет использовать показания кислородного датчика для поддержания стехиометрического состава горючей смеси (16.8:1). Так обеспечивается в выхлопных газах наименьший уровень содержания вредных веществ.
4. Движение на постоянной скорости, плавное уменьшение или увеличение скорости. В таком случае компьютер будет находиться также в режиме замкнутого контура, при этом использует все показания кислородного датчика. Двигатель вы можете раскрутить хоть до 7000 об/мин, нажав наполовину педаль газа, но компьютер все равно останется в режиме замкнутого контура, при этом обеспечивая состав горючей смеси в пределах примерно от 17.6:1 до 16.8:1.
5. Резкое ускорение движения. Как только вы нажмете на педаль газа, при этом в полной мере открываете дроссельную заслонку – блок управления безоговорочно перейдет в режим разомкнутого контура. Под нагрузкой (а компьютер всегда может определить, какая нагрузка возлагается на двигатель) компьютер может переключить систему в режим разомкнутого контура немного раньше - уже, когда дроссельная заслонка открыта на 70% от ее хода или более. При этом состав горючей смеси поддерживаться в пределах от 12.8:1 до 14:1, для того чтобы получить большую мощность.
6. Торможение двигателем или принудительный холостой ход. Компьютер перейдет в режим разомкнутого контура в тех случаях, когда обороты двигателя превысят величину оборотов на холостом ходу, а дроссельная заслонка полностью закроется. К примеру, когда вы движетесь на склоне, не выключив передачу и убрав ногу с педали газа. Компьютер при этом обеспечит обедненный состав смеси горения.

Источники: http://www.autoshcool.ru/1555-princip-raboty-inzhektornogo-dvs.html

Инжектор стал логичным развитием системы впрыска автомобиля, когда последующее усовершенствование карбюратора для выполнения экологических норм было нецелесообразным. Принудительное дозирование впрыскиваемого топлива превосходит карбюратор по экономичности, экологичности и мощностным характеристикам. Рассмотрим, принцип работы инжектора, а также устройство инжекторной системы питания.

Свое название инжекторная система впрыска топлива получила от устройства, которое отвечает за распыление бензина – инжектора (от англ. Injection – впрыск, injector – форсунка). Система питания такого типа устанавливалась на самолеты еще в 20-х годах прошлого столетия. Что примечательно, уже тогда это был непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя. Основное внимание уделим развитию вариациям системы Motronic, в которой за подачу топлива и регулировку угла зажигания отвечает блок управления двигателем (далее ЭБУ или ECU).

Одноточечный тип впрыска, более известный как моновпрыск, является переходной технологией, которая позволила многим автопроизводителям задешево перейти от карбюраторной системы питания к инжектору.

Иными словами, вместо карбюратора над впускным коллектором начал устанавливаться агрегат центрального впрыска топлива. Система имела ряд преимуществ, поскольку ЭБУ позволял более точно дозировать бензин.

Принцип работы инжектора построен на следующих элементах:

1. – топливный бак с расположенным в нем топливным насосом;
2. – фильтрующий элемент для очистки топлива;
3. – центральный агрегат впрыска. 3а – датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ); 3б – регулятор, отвечающий за давление топлива; 3с – форсунка инжектора; 3д – датчик температуры воздуха, поступающего во впускной коллектор; 3е – регулятор положения дроссельной заслонки (в простейших вариантах конструкции привод заслонки был связан с педалью акселератора тросовым приводом);
4. – датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ);
5. – лямбда-зонд (кислородный датчик);
6. – электронный блок управления двигателем.

Принцип работы

На схеме не показан один элемент, без которого работа механизма была бы невозможной, – датчик положения коленчатого вала. Именно ДПКВ позволяет ЭБУ рассчитывать количество воздуха, поступающего в двигатель. Напомним, что количество подаваемого топлива всецело зависит от массы воздуха, поступающего в цилиндры, иначе регулировать состав топливовоздушной смеси (ТПВС) для нормальной работы бензинового двигателя невозможно. На этапе создания двигателя конструкторами рассчитывается, сколько воздуха проходит при определенной нагрузке, то есть степени открытия дросселя, и на определенных оборотах двигателя. Данные заносятся в топливную карту двигателя, которая будет записана в ЭБУ. Впоследствии при работе двигателя блок управления фиксирует обороты с помощью ДПКВ, нагрузка определяется потенциометром дроссельной заслонки, что позволяет взять из топливной карты значение, соответствующее необходимому количеству топлива. Но система идеально может работать только в лабораторных условиях, поскольку на практике атмосферное давление зависит не только от положения над уровнем моря, но и от температуры, воздушный фильтр со временем забивается, пропуская через себя меньше воздуха, засоряется и сам дроссельный узел. Для коррекции используется датчик температуры воздуха, но роль его невелика. По-настоящему на состав смеси влияет лямбда-зонд, измеряющий количество кислорода в выхлопных газах. Если кислорода слишком много, ЭБУ понимает, что смесь необходимо обогатить, и наоборот.

Характеристика

Главное преимущество одноточечного впрыска – дешевизна реализации. Недостатки:

• неравномерное наполнение цилиндров, что обусловлено месторасположением форсунки;
• «мокрый» коллектор. При открытии форсунки бензин преодолевает долгий путь до камеры сгорания. Когда коллектор холодный, топливо не испаряется, а оседает на стенках, вследствие чего смесь необходимо сильно богатить;
• лямбда-зонд хоть и позволяет корректировать ТПВС, но способ измерения массы воздуха в целом неэффективен.

Многоточечный впрыск стал значительным шагом вперед, по сравнению с одноточечным впрыском, поскольку позволил автомобилям вкладываться в нормы токсичности ЕВРО-3.

Одноточечный впрыск, ввиду неизлечимых болезней, обусловленных особенностями конструкции, мог выполнить только требования ЕВРО-2.

История эволюции систем впрыска автомобилей крайне интересна, но не она является главной темой этой статьи. Именно поэтому уделять внимание тонкостям работы таких систем управления двигателем с распределенным впрыском, как D-Jetronic, KE-Jetronic, K-Jetronic и L-Jetronic мы не будем. Устанавливать на авто перечисленные вариации перестали еще в начале 90-х, а поэтому встретить автомобиль с «живой» системой распределительного впрыска такого типа крайне сложно.

Главное отличие полноценного инжектора от моновпрыска – наличие 4-х форсунок, расположенных вблизи впускных клапанов. Компоненты инжекторного двигателя:

1. – топливный насос, который в подавляющем большинстве случаев расположен в баке;
2. – фильтр грубой очистки топлива;
3. – регулятор давления топлива, от которого к баку идет магистраль обратки для слива лишнего топлива. В некоторых авто обратная магистраль отсутствует как таковая, а регулятор топлива находится рядом с насосом в баке;
4. – форсунка. На рисунке сверху показано, как все форсунки соединены топливной рампой;
5. – расходомер воздуха;
6. – датчик температуры охлаждающей жидкости;
7. – регулятор холостого хода (РХХ);
8. – потенциометр, фиксирующий фактическое положение дроссельной заслонки (ДПДЗ);
9. – датчик частоты вращения коленчатого вала (ДПКВ);
10. – кислородный датчик;
11. – ЭБУ;
12. – распределитель зажигания.

Расчет массы воздуха

Помимо форсунок, особенностью системы является способ расчета массы воздуха. Существует всего 5 способов измерения количества воздуха, проходящего через дроссельную заслонку:

1. • обороты/нагрузка. Применяется на одноточечной системе впрыска и в качестве резервного варианта для распределительного впрыска, если расходомер воздуха выходит из строя;
   • расходомер флюгерного типа. Применялся на системах управления двигателем Jetronic;
   • ДМРВ – датчик массового расхода воздуха. Принцип работы основывает на поддержании электрическим током постоянной температуры нагревательного элемента. Проходящий через ДМРВ воздух охлаждает элемент, что требует увеличения тока. При помощи преобразователя величина тока нагрева элемента преобразовывается в выходное напряжение. Между напряжением и массой поступившего воздуха существует зависимость, которая и позволяет ЭБУ рассчитать количество необходимого для подачи топлива;
   • MAP-сенсор – датчик давления во впускном коллекторе. ЭБУ, имея информацию о величине абсолютного давления во впускном коллекторе и дополнительно используя показания датчика температуры воздуха, рассчитывает цикловую подачу топлива;
   • датчик объема воздуха. Измеряется именно объем, который впоследствии пересчитывается в массу; на данный момент такой способ расчета воздуха не используется.

Характеристика

Преимущества распределительного впрыска на клапаны:

• равномерное наполнение цилиндров;
• использование ДМРВ или MAP-сенсора позволяет точно рассчитывать расход воздуха, что дает больше возможностей для регулировки ТПВС на всех режимах работы мотора.

Именно поэтому автомобили с полноценным инжектором всегда мощнее и экономичнее авто с одноточечным впрыском.

Непосредственный впрыск, являющийся разновидностью системы распределительного впрыска, – последнее слово в системах питания бензиновых двигателей. Главной особенностью прямого впрыска является подача топлива непосредственно в камеру сгорания.

GDI, FSI, D4 – аббревиатуры, использующиеся Mitsubishi, Volkswagen и Toyota, соответственно, для обозначения двигателей с непосредственным впрыском. Система питания таких ДВС больше походит на дизельные моторы, нежели на привычные всем ДВС цикла Отто. Устройство:

Чем обусловлена эффективность

Дороговизна и сложность производства, являющиеся главными недостатками прямого впрыска, с лихвой окупаются чрезвычайной экономичностью и мощностными характеристиками. Достигается это за счет того, что мотор может работать на 3-х основных вариантах топливной смеси (в качестве примера выбрана система GDI):

• сверхбердная смесь. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия и сгорает в непосредственной близости к свече зажигания, в то время как вокруг зоны сгорания в камере сгорания находится преимущественно чистый воздух либо смесь воздуха с выхлопными газами, за подачу которых отвечает EGR;
• стехиометрическая. Топливо подается на такте впуска, хорошо перешивается с воздухом, образуя смесь близкую к идеальному пропорциональному соотношению (14,7/1) во всей камере сгорания;
• мощностной режим, при котором ТПВС приготавливается в два этапа. Небольшое количество топлива подается на такте впуска, но основная порция впрыскивается в конце такта сжатия.

За счет подачи топлива в жидкой фазе непосредственно в камеру сгорания двигатели с прямым впрыском менее склонны к детонации, что позволяет повысить степень сжатия и увеличить КПД двигателя.

Источники: http://autolirika.ru/teoriya/princip-raboty-inzhektora.html