Система впрыска: Системы впрыска бензиновых двигателей

Содержание

Что такое система впрыска топлива автомобиля и как работает (основы)

Впрыск топлива автомобиля — это система дозированной подачи топлива в цилиндры двигателя. Расскажем про электронные системы подачи топлива, как работают и из каких датчиков состоят.

Как работает

На рисунке схематично показан принцип работы распределенного впрыска.

Подача воздуха (2) регулируется дроссельной заслонкой (3) и перед разделением на 4 потока накапливается в ресивере (4). Ресивер необходим для правильного измерения массового расхода воздуха — измеряет общий массовый расход или давление в ресивере.

Последний должен быть достаточного объема для исключения воздушного «голодания» цилиндров при большом потреблении воздуха и сглаживания пульсаций на пуске. Форсунки (5) устанавливаются в канал в непосредственной близости от впускных клапанов.

Датчики системы впрыска топлива

Для функционирования электронной системы управления двигателем необязательно наличие всех датчиков. Комплектации зависят от системы впрыска, норм токсичности. В программе управления есть флаги комплектации, которые информируют ПО о наличии или отсутствии каких-либо датчиков. Например, в системах Евро-2 отсутствуют датчик неровной дороги.

Датчик кислорода (ДК) — рассчитывает содержание О₂ в отработанных газах. Используется в системах с катализатором под нормы токсичности начиная с Евро-2 и дальше. В Евро-3 используется два датчика кислорода — до катализатора и после.

Датчик фазы нужен для более точного расчета времени впрыска в системах с фазированным впрыском.

Датчик положения коленвала (ДПКВ) — считывает частоту вращения коленвала и его положение. Нужен для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — определяет массовый расход воздуха, поступающего в двигатель. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) — следит за температурой охлаждающей жидкости. Нужен для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Сигнал ДТОЖ подается только на электронный блок управления, для индикации на панели используется другой датчик.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — определяет положение дросселя (нажата педаль «газа» или нет). Служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик детонации — контроль детонации мотора. При обнаружении, блок управления двигателем включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания. В первых системах впрыска применялся резонансный датчик детонации, но был заменён на широкополосный датчик.

Датчик скорости (ДС) — определение скорость движения машины. Используется при расчетах блокировки/возобновления топливоподачи при движении. Этот сигнал также подается на приборную панель для расчета пробега. 6000 сигналов с ДС примерно соответствуют 1 км. пробега автомобиля.

Датчик фазы (ДФ) — определяет положение распредвала. Нужен для точной синхронизации по времени впрыска в системах с фазированным (последовательным) впрыском. При аварии или отсутствие датчика система переходит на попарно — параллельную (групповую) систему подачи топлива.

Датчик неровной дороги — для оценки уровня вибраций двигателя. Необходим для правильной работы системы обнаружения пропусков воспламенения, чтобы определить причину неравномерности (применяется с Евро-3).

Таблица — основные датчики

Название	Что фиксирует	Для чего нужен	Чем чреват отказ
Датчик положения коленвала	Количество оборотов и положение коленвала.	Точка отсчета для системы управления зажиганием и питанием, сигнал к пробуждению.	Двигатель не заведется. ЭБУ просто ничего не «увидит» и будет думать, что двигатель просто спит.
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)	Степень открытия заслонки – как ты давишь на «газ».		Нестабильный холостой ход и рывки при увеличении оборотов.
Датчик фазы (положения распредвала).	Положение распредвала.	Реализует фазированный впрыск — каждая форсунка «срабатывает» один раз за два оборота коленчатого вала. Это оптимизирует процесс смесеобразования.	ЭБУ переходит на режим попарно-параллельной подачи топлива. Каждая форсунка срабатывает уже два раза за два оборота коленчатого вала, первый раз – при такте впуска, второй – при рабочем такте. Это неопасно, но такой режим работы считается аварийным, если не предусмотрен изначально.
Датчик детонации.	Детонация во время работы двигателя.	При возникновении детонации блок управления пытается ее нейтрализовать посредством корректировки угла опережения зажигания.	Реже других выходит из строя.
Датчик температуры охлаждающей жидкости	Температура охлаждающей жидкости.	Подсказывает, когда двигателю необходима дополнительная доза топлива и повышенные обороты.	Двигатель либо плохо заводится («мозг» думает, что мотор горячий и недоливает топлива), либо «богатит» смесь, когда ДТОЖ врет в меньшую сторону.
Датчик температуры воздуха	Температура воздуха во впускном коллекторе или в корпусе воздушного фильтра.	Температура воздуха напрямую связана с его плотностью, а значит – и массой. А расход топлива находится в прямой зависимости от расхода воздуха.	Малозаметен, хотя двигатель может немного «тупить».
Датчик скорости	Скорость автомобиля	Информация нужна для оценки нагрузки, работы ограничителя скорости, АКПП, круиз-контроля и, конечно, спидометра.	Спидометр, ограничитель скорости и круиз-контроль не работают, а АКПП будет переключаться по оборотам (среднестатистический водитель не заметит разницы).

Исполнительные механизмы

По результатам опроса датчиков системы впрыска, программа электронного блока управления осуществляет управление исполнительными механизмами (ИМ).

Форсунка — электромагнитный клапан с нормированной производительностью. Служит для впрыска вычисленного для данного режима движения количества топлива.
Бензонасос — предназначен для нагнетания горючего в топливную рампу. Давление в топливной рампе поддерживается вакуумно-механическим регулятором давления. В некоторых системах регулятор давления топлива совмещен с бензонасосом.
Модуль зажигания — электронное устройство управления искрообразованием. Содержит два независимых канала для поджига смеси в цилиндрах. В последних модификациях низковольтные элементы модуля зажигания помещены в электронный блок управления, а для получения высокого напряжения используются выносная двухканальная катушка зажигания или катушки зажигания непосредственно на свече.
Регулятор холостого хода — для поддержания заданных оборотов холостого хода. Это шаговый двигатель, регулирующий канал воздуха в корпусе дроссельной заслонки для обеспечения двигателя воздухом и поддержания холостого хода при закрытой дроссельной заслонке.
Вентилятор системы охлаждения — управляется электронным блоком управления по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости. Разница между включением/выключением обычно 4-5°С.
Сигнал расхода топлива — выдается на маршрутный компьютер — 16000 импульсов на 1 расчетный литр израсходованного топлива. Данные приблизительные, т.к рассчитываются на основе суммарного времени открытия форсунок с учетом некоторого коэффициента. Он необходим для компенсации погрешностей измерения, вызванных работой форсунок в нелинейном участке диапазона, асинхронной топливоподачей и другими факторами.
Адсорбер — элемент замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро не предусмотрен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг.

Электронный блок управления

Это микрокомпьютер, обрабатывающий данные, поступающие с датчиков и по определенному алгоритму управляющий исполнительными механизмами.

Сама программа хранится в микросхеме ПЗУ, английское название — CHIP. Содержимое «чипа» — обычно делится на две функциональные части — собственно программа, осуществляющая обработку данных и математические расчеты и блок калибровок. Калибровки — набор (массив) фиксированных данных (переменных) для работы программы управления.

Для правильной работы системы впрыска необходимо наличие исправных датчиков и исполнительных механизмов.

Система впрыска топлива бензиновых (инжекторных) и дизельных двигателей

В современных автомобилях в бензиновых силовых установках принцип работы системы питания схож с тем, который применяется на дизелях. В этих моторах она разделена на две – впуска и впрыска. Первая обеспечивает подачу воздуха, а вторая – топлива. Но из-за конструктивных и эксплуатационных особенностей функционирование впрыска существенно отличается от применяемого на дизелях.

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.

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.

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.

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.

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.

Многие элементы исполнительной части те же, что и у инжекторов – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы. Но есть и узлы, которые не встречаются на бензиновых моторах – топливоподкачивающий насос, ТНВД, магистрали для транспортировки топлива под высоким давлением.

В механических системах дизелей применялись рядные ТНВД, у которых давление топлива для каждой форсунки создавала своя отдельная плунжерная пара. Такие насосы отличались высокой надежностью, но были громоздкими. Момент впрыска и количество впрыскиваемого дизтоплива регулировалось насосом.

В двигателях, оснащаемых распределительным ТНВД, в конструкции насоса используется только одна плунжерная пара, которая качает топливо для форсунок. Этот узел отличается компактными размерами, но ресурс его ниже, чем рядных. Применяется такая система только на легковом автотранспорте.

В таком дизеле моментом начала подачи и количеством топлива «заведует» электронная составляющая. Задача насоса высокого давления — только нагнетание дизтоплива и создание высокого давления. Причем дизтопливо подается не сразу на форсунки, а в рампу, соединяющую форсунки.

Насос-форсунки – еще один тип дизельного впрыска. В этой конструкции ТНВД отсутствует, а плунжерные пары, создающие давление дизтоплива, входят в устройство форсунок. Такое конструктивное решение позволяет создавать самые высокие значения давления топлива среди существующих разновидностей впрыска на дизельных агрегатах.

Abstract : Целью системы впрыска топлива является подача топлива в цилиндры двигателя при точном контроле момента впрыска, распыления топлива и других параметров. К основным типам систем впрыска относятся насос-линия-форсунка, насос-форсунка и система Common Rail. Современные системы впрыска достигают очень высокого давления впрыска и используют сложные электронные методы управления.

Работа дизельных двигателей во многом зависит от конструкции их системы впрыска. На самом деле, самые заметные достижения в дизельных двигателях стали результатом превосходной конструкции системы впрыска топлива. Хотя основной целью системы является подача топлива в цилиндры дизельного двигателя, именно то, как это топливо подается, влияет на производительность двигателя, выбросы и шумовые характеристики.

В отличие от своего аналога двигателя с искровым зажиганием, система впрыска дизельного топлива подает топливо под чрезвычайно высоким давлением впрыска. Это означает, что конструкции компонентов системы и материалы должны быть выбраны так, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, чтобы работать в течение длительного времени, что соответствует целевым показателям долговечности двигателя. Для эффективного функционирования системы также требуется более высокая точность изготовления и жесткие допуски. Помимо дорогих материалов и производственных затрат, дизельные системы впрыска характеризуются более сложными требованиями к управлению. Все эти функции составляют систему, стоимость которой может составлять до 30% от общей стоимости двигателя.

Однако подавать точно отмеренное количество топлива в нужное время для достижения хорошего сгорания еще недостаточно. Дополнительные аспекты имеют решающее значение для обеспечения надлежащей работы системы впрыска топлива, в том числе:

Распыление топлива — обеспечение распыления топлива на очень мелкие частицы топлива является основной целью проектирования систем впрыска дизельного топлива. Мелкие капли обеспечивают возможность испарения всего топлива и его участия в процессе горения. Любые оставшиеся капли жидкости очень плохо сгорают или выбрасываются из двигателя. В то время как современные системы впрыска топлива способны обеспечивать характеристики распыления топлива, намного превышающие то, что необходимо для обеспечения полного испарения топлива в течение большей части процесса впрыска, некоторые конструкции систем впрыска могут иметь плохое распыление в течение некоторых коротких, но критических периодов фазы впрыска. Окончание процесса закачки является одним из таких критических периодов.
Массовое смешивание — Хотя распыление топлива и полное испарение топлива имеют решающее значение, обеспечение достаточного содержания кислорода в испаряемом топливе в процессе сгорания не менее важно для обеспечения высокой эффективности сгорания и оптимальной работы двигателя. Кислород обеспечивается всасываемым воздухом, захваченным в цилиндре, и достаточное количество должно быть вовлечено в топливную струю, чтобы полностью смешаться с доступным топливом в процессе впрыска и обеспечить полное сгорание.
Использование воздуха — Эффективное использование воздуха в камере сгорания тесно связано с объемным смешиванием и может быть достигнуто за счет сочетания проникновения топлива в плотный воздух, сжатый в цилиндре, и деления общего количества впрыскиваемого топлива на число самолетов. Необходимо предусмотреть достаточное количество форсунок для захвата как можно большего количества доступного воздуха, избегая при этом перекрытия струй и образования зон с высоким содержанием топлива и дефицитом кислорода.

Форсунка относится к части корпуса форсунки/узла иглы, которая взаимодействует с камерой сгорания двигателя. Такие термины, как сопло P-типа, M-типа или S-типа, относятся к стандартным размерам параметров сопла в соответствии со спецификациями ISO.
Держатель форсунки или Корпус инжектора относится к части, на которой монтируется форсунка. В обычных системах впрыска эта деталь в основном выполняла функцию крепления форсунки и предварительного натяжения пружины иглы форсунки. В системах Common Rail он содержит основные функциональные части: сервогидравлическую схему и гидропривод (электромагнитный или пьезоэлектрический).
Начало впрыска (SOI) или время впрыска — это время, когда начинается впрыск топлива в камеру сгорания. Обычно выражается в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD) относительно ВМТ такта сжатия. В некоторых случаях важно различать указанную SOI и фактическую SOI . SOI часто определяется легко измеряемым параметром, таким как время, в течение которого электронный триггер отправляется на инжектор, или сигнал от датчика подъема иглы, который указывает, когда игольчатый клапан инжектора начинает открываться. Точка в цикле, где это происходит, является указанной SOI. Из-за механической реакции форсунки может быть задержка между показанным КНИ и фактическим КНИ, когда топливо выходит из сопла форсунки в камеру сгорания. Разница между фактическим SOI и показанным SOI составляет задержка форсунки .
Начало поставки. В некоторых топливных системах впрыск топлива координируется с созданием высокого давления. В таких системах началом подачи считается момент, когда насос высокого давления начинает подавать топливо к форсунке. Разница между началом подачи и SOI зависит от продолжительности времени, необходимого для прохождения волны давления между насосом и инжектором, а также от длины линии между насосом высокого давления и инжектором и от скорости звука. в топливе. Разницу между началом родов и SOI можно обозначить как задержка впрыска .
Схема впрыска. Скорость впрыска топлива часто меняется в течение периода впрыска. На рис. 2 показаны три распространенные формы скорости: загрузочная, линейная и квадратная. Скорость открытия и скорость закрытия относится к градиентам скорости впрыска во время открытия и закрытия игольчатого сопла соответственно.
Множественные события инъекции. В то время как обычные системы впрыска топлива используют один впрыск для каждого цикла двигателя, новые системы могут использовать несколько событий впрыска. На рис. 3 определены некоторые общие термины, используемые для описания событий множественной инъекции. Следует отметить, что терминология не всегда последовательна. Событие основного впрыска обеспечивает основную часть топлива для цикла двигателя. Один или несколько впрысков перед основным впрыском, предварительный впрыск , обеспечивают небольшое количество топлива перед основным впрыском. Предварительный впрыск может также обозначаться как предварительный впрыск . Некоторые называют предварительный впрыск, который происходит за относительно долгое время до основного впрыска, предварительным впрыском, а тот, который происходит за относительно короткое время до основного впрыска, — предварительным впрыском. Инъекции после основных инъекций, постинъекция , может происходить сразу после основной инъекции ( близкая постинъекция ) или через относительно долгое время после основной инъекции ( поздняя постинъекция ). Постинъекции иногда называют постинъекциями . Несмотря на значительные различия в терминологии, близкая постинъекция будет называться постинъекцией, а поздняя постинъекция — постинъекцией.
Срок разделенный впрыск иногда используется для обозначения стратегий множественного впрыска, когда основной впрыск разделяется на два меньших впрыска примерно одинакового размера или на меньший предварительный впрыск, за которым следует основной впрыск.
Давление впрыска не используется последовательно в литературе. Это может относиться к среднему давлению в гидравлической системе для систем Common Rail или к максимальному давлению во время впрыска (пиковое давление впрыска) в обычных системах.

Компоненты стороны низкого давления — Эти компоненты служат для безопасной и надежной подачи топлива из бака в систему впрыска топлива. К компонентам стороны низкого давления относятся топливный бак, топливный насос и топливный фильтр.
Компоненты стороны высокого давления —Компоненты, которые создают высокое давление, дозируют и подают топливо в камеру сгорания. К ним относятся насос высокого давления, топливная форсунка и топливная форсунка. Некоторые системы могут также включать аккумулятор.

Форсунки для впрыска топлива можно разделить на дырчатые или дроссельные игольчатые, а также на закрытые или открытые. Закрытые форсунки могут приводиться в действие гидравлически с помощью простого пружинного механизма или с помощью сервоуправления. Открытые форсунки, а также некоторые новые конструкции форсунок с закрытыми форсунками могут приводиться в действие напрямую.

Измерение количества впрыскиваемого топлива обычно осуществляется либо в насосе высокого давления, либо в топливной форсунке. Существует ряд различных подходов к измерению топлива, в том числе: измерение давления с постоянным временным интервалом (PT), измерение времени при постоянном давлении (TP) и измерение времени/хода (TS).

Большинство систем впрыска топлива используют электронику для управления открытием и закрытием форсунки. Электрические сигналы преобразуются в механические силы с помощью привода определенного типа. Обычно эти приводы могут быть либо электромагнитными соленоидами, либо активными материалами, такими как пьезоэлектрическая керамика.

Совершите технологический прорыв с новой электронной системой впрыска топлива от Summit Racing. У нас есть множество систем EFI, многие из которых самонастраиваются и самообучаются, от ведущих производителей двигателей, включая MSD Ignition, Edelbrock, Holley, FAST, ACCEL, Chevrolet Performance, Quick Fuel и другие. Увеличьте мощность, эффективность и производительность вашего двигателя с помощью новой электронной системы впрыска топлива, подходящей для вашего применения. Выберите свою систему EFI прямо сейчас на Summit Racing!