Устройство и принцип работы инжектора

Характерные неисправности

Сложная и многокомпонентная конструкция является одновременно преимуществом и недостатком инжекторной системы. Некоторые элементы с течением времени и при неправильной эксплуатации могут ломаться, их работоспособность нарушается, что приводит к необходимости проведения ремонтных работ.

Инжектор направлен на то, чтобы максимально эффективно сжигать топливо. Это стало возможным благодаря электронному управлению, которое определяет оптимальный состав смеси, состоящей из топлива и кислорода.

Существует несколько наиболее распространённых неисправностей, которые встречаются в работе инжектора на современных автомобилях.

1. Поломка или сбой в работе датчиков. Вне зависимости от того, какой именно датчик пострадал, нарушается общий баланс в работе всей инжекторной топливной системе. Подобная ситуация приводит к появлению плавающих оборотов во время движения и при холостых оборотах. Также не запускается двигатель или мотор троит. Всё это обусловлено тем, что воздух и топливо смешиваются в неправильных пропорциях. Часто это можно заметить по изменённому цвету выхлопа. Иногда сбой датчиков привод к переходу двигателя в режим аварийной работы. В итоге обороты не могут набираться, на приборной доске горит соответствующая лампа.
2. Загрязнение фильтров или форсунок. Ещё одна распространённая ситуация, которая происходит в основном по вине самого автовладельца. Подобная неисправность актуальна для инжекторных машин, которые заправляют низкокачественным топливом. Примеси и разный мусор в горючем забивает фильтр, а в дальнейшем могут загрязниться и сами форсунки. Если они забиваются, то нарушается форма факела распыления. Это приводит к локальному повышению температуры, детонации и прогоранию клапанов. Чтобы не допускать такой ситуации, фильтр подлежит обязательной периодической замене. Дополнительно стоит менять фильтрующую сетку на бензонасосе при пробеге свыше 70 тысяч километров, а также 1 раз в 3-4 года мыть топливный бак.
3. Льющие топливо форсунки. Такое происходит по причине того, что форсунки не закрываются после прекращения подачи импульсов со стороны электронного блока управления. В итоге часть топлива проникает внутрь камеры сгорания, в систему выпуска смазки двигателя, просачиваясь через поршневые кольца. Это приводит к печальным последствиям для всего двигателя. Ведь топливо смешивается с маслом, и смазочные характеристики существенно снижаются. Если топливо окажется в выхлопной системе, ломается катализатор, предназначенный для очистки выхлопа от вредных примесей.
4. Выход из строя бензонасоса. В нём может падать давление ниже установленных автопроизводителем норм. Причины поломки бывают разные, но в основном это загрязнения. От этого падает производительность самих форсунок.

Наиболее важной процедурой, которую часто автовладельцы инжекторных машин проводят своими руками, считают очистку форсунок. Чистят их путём снятия или непосредственно на силовой установке

Промывка на двигателе предусматривает использование специальных промывочных составов. Они заливаются в двигатель и прокачиваются по системе. При этом от рампы следует отключить топливную магистраль, а на место топливного насоса поставить компрессор. Именно с его помощью по всей системе прокачивается специальная промывка, предназначенная для инжекторов.

Другой вариант подразумевает снятие форсунок и использование ультразвуковой ванный на стенде. Но такое доступно только в специализированных автосервисах. Реализовать подобную промывку в гаражных условиях практически невозможно.

Суть ультразвуковой ванны заключается в том, что специальный аппарат волновыми колебаниями воздействует на скопившиеся отложения, и разрушает их.

https://youtube.com/watch?v=XhSyHJkh4xg

Чем отличается инжектор от карбюратора

Принцип, по которому карбюратор подает смесь бензина с кислородом в камеры сгорания двигателя, – разница в давлении. Принудительного впрыска здесь нет, и топливоподача происходит с помощью всасывания топлива. Значит, часть мощности силового агрегата тратится на этот процесс.

Количество воздуха в топливной смеси автоматически не регулируется. Карбюратор настраивается механическим путем еще до поездки, и эта настройка универсальная. Но в этом есть некоторые недостатки. Двигатель в определенные моменты способен получать от карбюратора больше топлива, чем он может переработать. В итоге часть бензина не сгорает, а выходит вместе с выхлопными газами, что наносит вред окружающей среде и не экономит топливо.

В случае же с инжектором происходит принудительная подача топлива в камеры сгорания при помощи форсунок, а количество бензина регулируется электроникой, которая и отвечает за приготовление топливовоздушной смеси.

Выхлоп инжекторного автомобиля менее токсичен, не так вреден для окружающей среды, как карбюраторный, потому что в нем меньше несгоревшего бензина.

В этом и заключаются отличия системы питания карбюраторного двигателя от инжекторного. Теперь перейдем к вопросу «что лучше» не для экологии, а для водителя и автомобиля.

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Что такое объем двигателя автомобиля?
• Устройство, виды и назначение фильтра тонкой очистки топлива
• Датчик коленвала: признаки неисправности

 Плюсы двигателя с инжекторной топливоподачей

1. Если допустить, что остальные устройства в двух автомобилях идентичны и различны только способы подачи топлива, то большая мощность остается у инжекторного мотора. Разница в лошадиных силах между карбюраторным и инжекторным ДВС может составлять 10%. Эти отличия достигаются за счет другого впускного коллектора, точно выставляемого в каждый момент угла опережения зажигания, и другого способа подачи топлива.
2. Инжекторные моторы, по сравнению с карбюраторными аналогами, отличаются топливной экономичностью за счет точной дозированной подачи бензина. При таком способе 100% бензина сгорает в камерах двигателя, превращая тепловую энергию в механическую.
3. Основная причина перехода всех мировых автопроизводителей на инжекторную систему –  экологичность. Карбюраторные выхлопы более токсичны.
4. В морозную погоду инжекторный двигатель не нуждается в дополнительном прогреве перед запуском.
5. Инжекторы намного надежнее карбюраторов, их выход из строя встречается реже, по сравнению с неисправностями карбюраторов.
6. Инжекторные двигатели не имеют катушку-трамблер. Эта деталь часто выходит из строя на машинах с карбюраторной топливоподачей.

Минусы инжекторов

1. Хоть инжектор надежен, но он выходит из строя. А для его диагностики и последующего ремонта необходимо специализированное оборудование.  Ремонт в условиях «гаража» невозможен, для этого нужен опыт и квалификация. Ремонт этого устройства на СТО, как и обслуживание с профилактикой – работа дорогостоящая.
2. Инжектор требует только качественного топлива. Если топливо содержит некоторое количество механических примесей, то нормальная его работа затруднена. Он быстро засорится и выйдет из строя. А чистка и ремонт стоят недешево.
3. Следующий недостаток касается двигателей, на которые вместо карбюратора установили инжектор. В результате доработки повысится количество сгораемого в двигателе топлива, что повышает его рабочую температуру. Это чревато возможным перегревом ДВС со всеми вытекающими последствиями.

Плюсы карбюраторных систем

1. В плане обслуживания карбюраторы считаются простыми устройствами. Для их ремонта не нужно специализированное оборудование и инструмент. Все необходимое для этого найдёте в гараже.
2. Стоимость деталей – невысока. В случае невозможности ремонта можно купить новый карбюратор. По сравнению с инжектором его стоимость низкая.
3. Карбюратор не требует высокого качества топлива. Он нормально работает на бензине с низким октановым числом. Небольшое количество механических примесей несильно затруднит его работу. Максимум – забьются жиклеры.

Минусы карбюраторов

Недостатков у карбюраторных систем намного больше, чем достоинств, и поэтому существует тенденция на их замещение инжекторами.

1. Автомобиль, двигатель которого оснащен карбюратором, потребляет больше бензина, чем инжекторный аналог. Причем излишнее потребление топлива не переходит в дополнительную мощность. Топливо не догорает и выбрасывается в атмосферу;
2. Карбюратор не любит перепадов температур. Он чувствителен и к повышенной, и к пониженной температуре окружающей среды. Зимой его детали примерзают друг к другу. Это происходит из-за образования внутри него конденсата;
3. Низкая экологичность.

Преимущества инжектора и его недостатки

Если бы в этой системе не было преимуществ, инжекторы не получили бы столь широкое распространение. Надежность инжектора многие могут оспорить, ведь автомобилисты нередко сталкиваются с проблемами и неизлечимыми болезнями системы. Тем не менее, в технологии намного больше плюсов, которые привлекают покупателей и дарят определенные выгоды в поездке.

Несмотря на то, что инжектор дороже в обслуживании и более прихотлив к качеству бензина, его надежность и возможность широкой настройки параметров опережает на сотни шагов вперед карбюратор

В конце концов, за определенный пробег два типа мотора могут выйти одинаково в цене, только карбюратору нужно будет чаще уделять внимание, а инжектор сделать один раз и надолго

И напоследок представляем вашему вниманию видео для более полного понимания принципа работы инжектора.

Лучшие инструкторы по вождению:

Про инжекторные моторы

У них есть еще одно название – впрысковые двигатели что, в общем-то, никоим образом не изменяет сути происходящих явлений. По выполняемой работе впрыск напоминает принцип, реализуемый в работе дизеля. В двигатель в нужный момент через форсунки инжектора впрыскивается строго дозированное количество топлива, и оно поджигается искрой со свечи, хотя при работе дизеля свеча не используется.Весь цикл четырехтактного ДВС, рассмотренный ранее, остается неизменным. Основное отличие в том, что карбюратор готовит ТВС за пределами двигателя, и она потом поступает в цилиндры, а у инжекторного двигателя последних моделей бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр.

Как это происходит, можно в деталях увидеть на видеоПодобное устройство мотора позволяет решить те проблемы, которые возникают при работе карбюратора. Использование инжектора обеспечивает по сравнению с карбюраторным вариантом следующие преимущества мотору:

• повышение мощности на 7-10%;
• улучшение показателей топливной экономичности;
• снижение уровня токсичных веществ в составе выхлопных газов;
• обеспечение оптимального количества топлива, зависящее от режима движения автомашины.

Это только основные достоинства, которые позволяет получить инжекторный двигатель. Однако у каждого достоинства есть и свои недостатки. Если карбюраторный мотор чисто механический и его можно отремонтировать практически в любых условиях, то для управления инжекторным требуется сложная электроника и целая система датчиков, из-за чего работы (регламентные и ремонтные) необходимо проводить в условиях сервисного центра.

Устройство инжектора

Впервые инжектор был разработан в 1951 году компанией Bosch. Этой технологией был оснащен автомобиль Goliath 700 с двухтактным мотором. Через три года она была установлена в Мерседес 300 SL.

Так как данная топливная система была диковинкой и стоила очень дорого, производители автомобилей не решались ее внедрять в линейку силовых агрегатов. С ужесточением экологических норм после всемирного топливного кризиса все бренды были вынуждены рассмотреть возможность оснащать свои транспортные средства такой системой. Разработка оказалась настолько успешной, что на сегодняшний день инжектором оснащаются все авто по умолчанию.

Конструкция самой системы и принцип ее работы уже известны. Что же касается самого распылителя, то в его устройство входят такие элементы:

• Резиновый уплотнитель, который не позволяет воздуху попадать в контур магистрали на месте подсоединения топливной ячейки;
• Фильтр тонкой очистки предотвращает засорение отверстия распылителя;
• Коннектор для подключения проводов;
• Электромагнит – приводит в движение иглу;
• Обмотка электромагнита активирует перемещение самого магнита;
• Пружина, которая возвращает поднятую иглу на свое место;
• Резиновый уплотнитель, который не дает возможности воздуху поступать между впускным коллектором и стенками форсунки;
• Игла – выполняет функцию клапана, через который осуществляется впрыск топлива;
• Модели, которые используются в системах непосредственного впрыска, имеют дополнительный защитный кожух. Он предотвращает перегрев корпуса при воспламенении ВТС.

Также форсунки между собой отличаются принципом распыления топлива. Вот их основные параметры.

Электромагнитная форсунка

Большинство бензиновых моторов оснащаются именно такими форсунками. В таких элементах имеется электомагнитный клапан с иглой и соплом. Во время работы устройства на обмотку магнита поступает напряжение.

Управление частотой импульсов производится блоком управления. Когда на обмотку поступает ток, в ней образуется магнитное поле соответствующей полярности, благодаря чему якорь клапана перемещается, а вместе с ним и поднимается игла. Как только напряжение в обмотке пропадает, пружина перемещает иглу на ее место. Благодаря большому давлению топлива возврат запорного механизма облегчается.

Электрогидравлическая форсунка

Такой тип распылителей используется в дизелях (в том числе в модификации топливной рейки Common Rail). В конструкции распылителя также имеется электромагнитный клапан, только форсунка имеет заслонки (впускную и сливную). При обесточенном электромагните игла стоит на своем месте и прижимается к седлу за счет давления топлива.

Когда эбу подает сигнал на сливной дроссель, в топливную магистраль поступает дизтопливо. Давление на поршень становится меньше, но на иглу оно не уменьшается. Благодаря такой разнице игла поднимается и через отверстие солярка поступает в цилиндр под большим напором.

Пьезоэлектрическая форсунка

Это самая последняя разработка в области инжекторных систем. В основном она используется в дизельных двигателях. Одно из достоинств такой модификации по сравнению с первой – она срабатывает в четыре раза быстрее. Помимо этого дозировка в таких устройствах обеспечивается более точная.

В устройство такой форсунки также входит клапан и игла, но еще и пьезоэлемент с толкателем. Работает распылитель по принципу разницы давления, как в случае с электрогидравлическим аналогом. Единственным отличием является пьезокристалл, который меняет свою длину под напряжением. Когда на него воздействует электрический импульс, его длина становится больше.

Кристалл воздействует на толкатель. Это перемещает клапан в открытое состояние. Топливо поступает в магистраль и образуется разница давления, благодаря чему игла открывает отверстие для распыления солярки.

Режимы работы двигателя GDI

Всего предусмотрено три режима работы двигателя:

• Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия).
• Мощностной режим (впрыск на такте впуска).
• Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия) (применяется на евромодификациях).

Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия). Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и при движении за городом с постоянной скоростью (до 120 км/ч). Топливо впрыскивается компактным факелом в конце такта сжатия в направлении поршня, отражается от него, смешивается с воздухом и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь чрезвычайно обеднена, заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа двигателя на сильно обедненной смеси поставила новую проблему — нейтрализацию отработавших газов. Дело в том, что при этом режиме основную их долю составляют оксиды азота, и поэтому обычный каталитический нейтрализатор становится малоэффективным. Для решения этой задачи была применена рециркуляция отработавших газов (EGR-Exhaust Gas Recirculation), которая резко снижает количество образующихся оксидов азота и установлен дополнительный NO-катализатор.

Система EGR «разбавляя» топливо-воздушную смесь отработавшими газами, снижает температуру горения в камере сгорания, тем самым «приглушая» активное образование вредных оксидов, в том числе NOx. Однако обеспечить полную и стабильную нейтрализацию NOx только за счет EGR невозможно, так как при увеличении нагрузки на двигатель количество перепускаемых ОГ должно быть уменьшено. Поэтому на двигатель с непосредственным впрыском был внедрен NO-катализатор. Существует две разновидности катализаторов для уменьшения выбросов NOx — селективные (Selective Reduction Type) и накопительного типа (NOx Trap Type). Катализаторы накопительного типа более эффективны, но чрезвычайно чувствительны к высокосернистым топливом, чему менее подвержены селективные. В соответствии с этим, накопительные катализаторы устанавливаются на модели для стран с низким содержанием серы в бензине, и селективные — для остальных.

Мощностной режим (впрыск на такте впуска). Так называемый «режим однородного смесеобразования» используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. Топливо впрыскивается на такте впуска коническим факелом, перемешиваясь с воздухом и образуя однородную смесь, как в обычном двигателе с распределенным впрыском. Состав смеси — близок к стехиометрическому (14,7:1)

Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия). Этот режим позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1.

Почему этот режим введен только для автомобилей для европейского рынка? Да потому что для Японии присущи невысокие скорости движения и постоянные пробки, а Европа- это протяженные автобаны и высокие скорости (а следовательно, высокие нагрузки на двигатель).

Компания Mitsubishi стала пионером в применении непосредственного впрыска топлива. На сегодняшний день аналогичную технологию используют Mercedes (CGI), BMW (HPI), Volkswagen (FSI, TFSI, TSI) и Toyota (JIS). Главный принцип работы этих систем питания аналогичен– подача бензина не во впускной тракт, а непосредственно в камеру сгорания и формирование послойного либо однородного смесеобразования в различных режимах работы мотора. Но подобные топливные системы имеют и различия, причем иногда довольно существенные. Основные из них – рабочее давление в топливной системе, расположение форсунок и их конструкция.

Типы инжекторных систем

Различают несколько типов данных систем в зависимости от способа подачи топлива, а именно:

• Инжекторная система с центральной подачей топлива. Одна форсунка поставляет смесь топлива и воздуха в коллектор¸ после чего происходит её распределение по всем цилиндрам;
• С многоточечной подачей. В этом варианте на каждый цилиндр имеется своя форсунка. Этот тип наиболее распространен. Чаще подача смеси осуществляется напрямую по цилиндру с последовательным топливовспрыском.

Выделяют также двух- и четырехтактные системы.

Такт – это все процессы, которые происходят в цилиндре за время одного ходя поршня.

Принцип работы инжекторного двигателя основан на сборе и оценке информации о состоянии двигателя и его работы с помощью специальных датчиков:

• Датчик оборотов. Производит передачу сигнала о скорости, на основании этих данных блок управления рассчитывает необходимый расход топлива;
• Датчик массового расхода воздуха. Измеряет силу воздушного потока;
• Температуры антифриза. Проводит замеры температурного режима системы охлаждения и активирует работу вентилятора при необходимости;
• Дроссельной заслонки. Осуществляет контроль положения заслонки дросселя и регулирует распределение топлива, которое попадает в камеру сгорания;
• Кислорода в выхлопных газах. Фиксирует концентрацию кислорода в выхлопных газах. А также обеспечивает необходимую концентрацию газов и топлива в камере сгорания;
• Детонации. Определяет силу взрыва в камере сгорания;
• Положения распределительного вала. Участвует в согласовании подачи топлива и работы двигателя;
• Температуры воздуха. Определяет температуру, которая поступает в двигатель. Контролёр инжектора (его «мозги») в результате обработки полученной информации, собранной от всех перечисленных приборов и устройств, регулирует работу следующих систем:
• Форсунок. Это электромагнитный клапан, который осуществляет распыление топлива за счёт давления;
• Электронасоса подачи топлива. Он контролирует давление в системе;
• Модуля зажигания. Соответствует количеству свечей зажигания. Управляет их работой;
• Регулятор холостого хода. Корректирует подачу воздуха в обход дроссельной заслонки на нейтральной передаче;
• Вентилятор, охлаждающий мотор.

Рис. №2. Форсунки — основной элемент инжекторного двигателя, отвечающий за распыление топлива (жидкости или газа).