Что такое эжекторный двигатель

Принцип работы инжекторного двигателя

Что такое инжекторный двигатель? Это разновидность двигателя с инжекторной системой подачи топлива. Данный вид двигателя обеспечивает экономичный расход топлива и уменьшение выбросов продуктов его сгорания в атмосферный воздух.

Основное его отличие от других типов состоит в особенностях работы системы подачи топлива. А именно, впрыскивание топлива осуществляется принудительно при помощи специального элемента для его дозирования (форсунки) в цилиндр или систему трубок и заслонок (впускной коллектор).

Инжекторные двигатели начали устанавливать с 1930х годов, но популярность они смогли завоевать только в конце 90хх годов.


Рис.№ 1. Современный инжекторный двигатель.

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).

Как работает инжектор

Каждый двигатель оснащен поршнями и цилиндрами. В них происходит преобразование тепловой энергии в механическую.


Рис. №3. Схема работы инжекторного двигателя и его устройство.

Для осуществления этого процесса в инжекторном двигателе существует несколько этапов:

1 этап – такт впуска. Поршень в начале этого этапа находится в верхней мертвой точке. С началом работы двигателя стартер проворачивает посредством маховиков коленчатый вал. Датчик коленвала посылает блоку управления инжектора информацию о положении конкретного цилиндра. Датчик фаз анализирует такты. Блок управления получив данную информацию, открывает в нужном цилиндре форсунку на строго определенное время.

Читайте также:  Сигнализация шерхан 7 время работы двигателя

А вы знаете, что у некоторых двигателей имеется несколько клапанов впуска? Они увеличивают мощность двигателя, а соответственно и скоростные характеристики автомобиля;

2 этап – сжатие топливовоздушной смеси. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, он начинает снова подниматься. Что приводит к сжатию смеси топлива и газов до размеров камеры сгорания. Клапаны в этот момент закрыты;

3 — этап рабочего хода. На этом этапе происходит поджигание свечой зажигания сжатой смеси воздуха и топлива. Что провоцирует взрыв, посредством увеличения давления на дне поршня. Это приводит к тому, что поршень опускается вниз до уровня нижней мертвой точки.

Клапаны впуска и выпуска закрыты для того, чтобы сила давления на поршень была достаточной для проворачивания коленчатого вала.

После взрыва блок управления регулирует момент зажигания для последующего цилиндра. А так же нормирует газовый состав топливовоздушной смеси. Это позволяет предельно эффективно использовать топливо и его сгорание;

4 этап – такт выпуска. Предыдущий этап приводит к открытию выпускного клапана. Поршень начинает двигаться вверх, выбрасывая газы, образовавшиеся в результате взрыва и сгорания.

Важно! Прогрев двигателя не оказывает влияния на показания датчика массового расхода воздуха и датчика взрыва, так как блок управления работает по специальным запрограммированным таблицам.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного


Рис. №4. Инжекторный и карбюраторный двигателя.

В работе и устройстве инжектора и карбюратора можно выделить следующие отличия:

  • В инжекторном двигателе подача смеси газов и топлива осуществляется в специальную камеру, в карбюраторном двигателе образование топливовоздушной смеси происходит в самом карбюраторе;
  • Смесь в инжекторном двигателе подается форсунками в цилиндры и в впускной коллектор принудительно. В карбюраторе этот процесс происходит само по себе;
  • В инжекторном двигателе форсунки подают строго дозированное количество топлива;
  • Инжекторная система обеспечивает мощность двигателя на 15% больше, чем карбюратор;
  • Инжектор более экономичен и экологически безопасен, чем карбюратор.

Применение инжекторных двигателей

Изначально инжекторные двигатели устанавливали в авиации. Особую популярность получили во времена Второй Мировой войны. Авиамоторы тогда создавали именно с этой системой.

Затем инжекторы стали устанавливать в автомобили. В процессе ввода в широкие круги, инжекторы стали вытеснять карбюраторные варианты двигателей. И с 2005 года автомобильные двигателя оснащены именно инжекторной системой подачи топлива.

Достоинства и недостатки инжекторного двигателя

К его плюсам можно отнести:

  • Экономичное потребление топлива;
  • Большая динамика двигателя;
  • Отсутствуют проблемы с запуском двигателя в холодное время года;
  • Более надежный в эксплуатации, чем карбюраторный вариант;
  • Нет необходимости ручного регулирования режимов его работы.

К недостаткам относят:

  • Дороговизна запчастей;
  • Сложная диагностика неисправностей;
  • Некоторые детали не подлежат ремонту;
  • Дорогие обслуживание и регулировка работы инжектора, ремонт требуется проводить в автомастерских;
  • Чувствительны к топливу плохого качества.

Заключение

Не смотря на перечисленные недостатки, инжекторные двигатели представляют собой современный вариант топливной системы, обеспечивающий большую мощность и экономичное расходование топлива. А также более безопасную комплектацию двигателей в плане влияния на экологию.

Источник

Основы инжекторных систем

Данная статья позволит понять принцип работы инжекторных систем.

Основное отличие инжекторной системы подачи топлива от карбюраторной — подача топлива осуществляется путем принудительного впрыска топлива с помощью форсунок во впускной коллектор или в цилиндр.

Моновпрыск — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). Моновпрыски отличались простотой и очень высокой надежностью, прежде всего из-за того, что форсунка находится в относительно комфортном месте, в потоке холодного воздуха.

Читайте также:  Как точить блок двигателя

Распределённый впрыск , или многоточечный впрыск — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

Одновременный — все форсунки открываются одновременно.

Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливовоздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (датчик фаз).

Фазированный впрыск — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.

Непосредственный впрыск — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

В блок управления при работе системы поступает со специальных датчиков информация о следующих параметрах:

— положении и частоте вращения коленчатого вала;

— массовом расходе воздуха двигателем;

— температуре охлаждающей жидкости;

— положении дроссельной заслонки;

— содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);

— наличии детонации в двигателе;

— напряжении в бортовой сети автомобиля;

— положении распределительного вала (в системе с фазированным впрыском топлива);

— температуре входящего воздуха.

На основе полученной информации ЭБУ управляет следующими системами:

— топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),

— регулятором холостого хода,

— адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),

— вентилятором системы охлаждения двигателя,

Синхронизация работы всех систем в инжекторе, определение начала отсчета и количества оборотов двигателя осуществляется при помощи индукционного датчика (может располагаться на коленвалу или распределителе зажигания) или датчика Холла (обычно расположен на распределителе зажигания). При выходе из строя этих датчиков, работа инжекторной системы не возможна (автомобиль самостоятельно двигаться не может).

Топливовоздушная смесь (ТВС) — мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.

В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

Эмпирическая формула дает определение «нормальной» ТВС, как смеси 14,7 килограмм атмосферного воздуха и 1 килограмма жидкого топлива. Топливная смесь, количество воздуха в которой больше указанного в соотношении, называется бедной, и, соответственно, богатой, при меньшем количестве воздуха.

бедная — воздуха > 14,7

Попытка уменьшить расход топлива путем регулировки топливной системы, зачастую приводит к неприятным последствиям. Увеличение количества воздуха в топливной смеси повышает температуру горения и приводит к преждевременным поломкам двигателя. Прогорание поршневых колец и эрозия стенок цилиндров – обычное дело при езде на обедненной ТВС. При все большем обеднении смеси наблюдается снижение мощности двигателя, при увеличении нагрузки появляются «провалы». Движение автомобиля становится дерганным, малейший подъем может стать непреодолимым препятствием. При достижении соотношения 30 к 1 мотор начинает глохнуть.

Чрезмерное обогащение смеси не превратит стандартную модель в гоночный болид. При уменьшении содержания воздуха в ТВС двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, катастрофически возрастает расход топлива. По достижении определенной пропорции двигатель невозможно будет запустить. Скорость горения богатой смеси снижена, а потому ее догорание происходит уже в глушителе.

Читайте также:  Как продлить моторесурс двигателя

Стехиометрические отношения для различных типов топлива будут следующими:

— газ природный — 17,2:1

Т.к. плотность воздуха зависит от температуры и давления, то во многих инжекторных системах идет корректировка ТВС по температуре всасываемого воздуха и давлению.

+35 град — 1,1455 кг/м3

+30 град — 1,1644 кг/м3

+25 град — 1,1839 кг/м3

+20 град — 1,2041 кг/м3

+15 град — 1,2250 кг/м3

+10 град — 1,2466 кг/м3

+5 град — 1,2690 кг/м3

0 град — 1,2920 кг/м3

-5 град — 1,3163 кг/м3

-10 град — 1,3413 кг/м3

-15 град — 1,3673 кг/м3

-20 град — 1,3943 кг/м3

-25 град — 1,4224 кг/м3

Красная линия — зависимость от высоты отношения плотности воздуха на этой высоте к плотности воздуха на уровне моря, зеленая линия — зависимость от высоты отношения давления воздуха на этой высоте к давлению воздуха на уровне моря, синия линия — зависимость от высоты отношения температуры воздуха на этой высоте к температуре воздуха на уровне моря. Плотность на уровне моря — 1,225 кг/см3, давление на уровне моря — 101325 Па, температура на уровне моря — 288,15 К.

Массовое содержание топлива в ТВС определяется длительностью впрыска форсункой, которая зависит от количества поступившего воздуха в двигатель, оборотов и режима работы (мощностной, экономичный или холостой ход). Блок управления выбирает режим на основании угла открытия дросселя и оборотов.

Информацию об угле открытия дроссельной заслонки для блока управления дает датчик положения дроссельной заслонки. Самое распространенное исполнение в инжекторных системах — резистор переменного сопротивления, в редких случаях несколько концевых выключателей, говорящих о переходе в рабочий режим и последующем переходе в мощностной режим.

Суммарное время впрыска на одновременном и попарно-параллельном способе одинаково, на фазированном — в два раза выше, т.к за 1 цикл одновременного и попарно-параллельного впрыска форсунка включается 2 раза, а на фазированном — 1, поэтому время ее работы увеличено примерно в 2 раза.

Массовый расход воздуха блок управления может вычислить по расходомеру воздуха и температуре воздуха, или по совокупности показателей: угол открытия дросселя, обороты, абсолютное давление и температура воздуха.

Датчик кислорода участвует в обратной связи и предназначен для определения содержания кислорода в отработавших газах.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре двигателя (на холодную используется более богатая смесь).

Блок управления определяет режим холостого хода при выполнении следующих условий (возможно одного из них):

— Положение дросселя менее установленного значения,

— Сработал концевой выключатель признака холостого хода,

— Обороты двигателя менее определенного значения.

Нераспознание ЭБУ признака ХХ приводит к неправильным оборотам на холостом ходу.

Грубая регулировка оборотов на ХХ осуществляется регулятором добавочного воздуха (добавочный воздух в обход дроссельной заслонки или приоткрывание дроссельной заслонки), а точная – с помощью изменения УОЗ (может быть не во всех системах). Регулятор управления УОЗ включается, если рассогласование оборотов превысило зону нечувствительности регулятора УОЗ.

Инжекторные системы отличаются малым расходом толпива и стабильностью работы, помогают получить большую отдачу от двигателя.

Кому интересно, подписывайтесь.

Источник

Adblock
detector