Что такое инжектор в дизельном двигателе

Инжектор: что это такое, виды, устройство и принцип работы

Для обеспечения максимально полного сгорания бензина в цилиндрах автомобильного двигателя надо очень точно дозировать воздух и топливо, а также тщательно перемешать их между собой.

Простейшими способами добиться этого достаточно сложно, поэтому на смену карбюраторам распылительного типа пришли системы впрыска топлива под давлением или инжекторы.

Что такое инжектор

Подать топливо в цилиндр можно двумя способами:

  • Втянуть его при помощи разрежения, возникающего во время такта всасывания четырёхтактного двигателя, одновременно распыляя в проносящемся мимо сопла диффузора потоке воздуха;
  • Впрыснуть под внешним давлением, создаваемым отдельным насосом, через распылитель топливной форсунки.

По первому принципу действуют все карбюраторы, а второй является основой инжекторных систем впрыска.

История появления

Первые системы впрыска появились ещё в позапрошлом веке примерно одновременно с карбюраторами. Тогда же они были и запатентованы. Инженеры сразу сообразили, что если измерить массу поступающего воздуха, то можно с высокой точностью дозировать количество бензина, впрыскивая его под давлением. Но развитие техники тогда не позволило широко внедрять узлы этого направления в серийные автомобили.

Карбюраторы были несравненно проще и надёжней, а главное – дешевле. Прочие же их недостатки были не очень важны, поэтому все двигатели комплектовались исключительно карбюраторами.

Первыми с принципиальными недостатками карбюраторов столкнулись конструкторы авиационной техники. Самолёты испытывали перегрузки во всех направлениях, топливо поступало нерегулярно, моторы работали с перебоями. Поэтому на истребителях уже к началу второй мировой войны системы впрыска начали постепенно вытеснять карбюраторы.

Топливные инжекторы одинаково стабильно работали при любой пространственной ориентации самолёта и при любых перегрузках. Развитие это прекратилось только с окончанием применения поршневых двигателей в авиации и переходом на реактивную тягу.

Примерно тогда же на достоинства впрыска обратили внимание и конструкторы гоночных автомобилей. Здесь задачей было максимальное увеличение мощности моторов, с чем инжекторы справлялись куда лучше.

Как часто бывает в развитии автомобильной техники, новые топливные системы стали постепенно переходить и на гражданские серийные автомобили.

Сразу после войны разработкой инжекторов занялись многие специализированные фирмы, их труды были выкуплены и развиты крупными предприятиями, в результате чего сформировались основные типы и принципы работы приборов впрыска.

Лучшими изделиями стали узлы и агрегаты фирмы Bosch. Сначала чисто механические K-Jetronic, а потом и с внедрением электронных компонентов KE-Jetronic. Именно электроника позволила полностью решить все задачи и сформировать облик современной системы впрыска бензина.

Некоторая путаница в терминологии привела к тому, что понятие инжектора может применяться, как к системе впрыска в целом, так и к одиночной форсунке, в английском языке называемой injector .

В отечественной терминологии почти повсеместно слово «инжектор» означает всю систему впрыска, отличая её по принципу работы от карбюратора.

Различается несколько типов систем впрыска, как по расположению форсунок во впускном тракте, так и по способу организации:

  • Одноточечный впрыск в ресивер впуска, внешне очень похоже на карбюратор, но топливо поступает под давлением через управляемую форсунку;
  • Многоточечный впрыск во впускной коллектор максимально близко к впускному клапану каждого из цилиндров;
  • Непосредственный впрыск в камеру сгорания;
  • Механическое управление дозированием, когда количество топлива определяется положением расположенной в воздушном потоке пластины регулятора;
  • Электромеханический, часть функций регулирования передано от гидравлики к электронике;
  • Электронный впрыск, дозирование определяется вычисленным микрокомпьютером временем открытия клапанов форсунок.

На завершающем этапе развития устройство управления впрыском было интегрировано с системой зажигания, образовав функционально законченный модуль управления двигателем на основе зашитой в памяти устройства математической модели.

Устройство

Современный инжектор содержит несколько подсистем:

  • Топливный насос, забирающий бензин из бака и подающий его на вход рампы форсунок под строго определённым давлением;
  • Бензиновые форсунки, состоящие из электромагнитных клапанов и распылителей;
  • Электронный блок (система) управления двигателем ЭСУД;
  • Набор датчиков, подающих в ЭСУД информацию о режиме работы двигателя, давлении, температуре и расходе воздуха, фазе, в которой в каждый момент находятся детали мотора, положении педали акселератора и многих других параметрах;
  • Системы снижения токсичности, включающей каталитический нейтрализатор отработанных газов, кислородные датчики, клапан подачи части выхлопа снова в цилиндры (рециркуляция или EGR);
  • Управление моментом подачи искры зажигания с датчиком детонации.
Читайте также:  Как проверять уровень масла в двигателе хонда

Все узлы расположены на двигателе и вокруг него, за исключением топливного насоса, который обычно погружён в бензин внутри бака.

Принцип работы инжектора

Топливо из бака подаётся насосом к форсункам под давлением, которое обеспечивает регулятор. Различаются два случая, когда регулятор стоит на рампе форсунок, сливая излишки бензина в обратную магистраль или более современное устройство, объединяющее насос с регулятором в единый модуль, тогда надобность в обратке отпадает.

Рампа объединяет между собой входы всех форсунок, выходы которых направлены сквозь стенки впускного коллектора прямо на впускной клапан.

При подаче электрического сигнала на форсунку она открывается, и топливо распыляется под давлением в коллектор в течение дозированного промежутка времени открытия.

Именно это время определяет цикловой расход цилиндра, то есть количества бензина, расходуемого за четыре такта. Моменты впрыска могут быть разными по цилиндрам, тогда говорят о фазированном впрыске.

Цикловой расход вычисляется ЭСУД на основании данных о массе поступившего воздуха, степени открытия дроссельной заслонки и скорости вращения вала двигателя.

Вносятся также дополнительные корректировки этого времени по анализу данных обратной связи с датчиков кислорода в выхлопной трубе и ряда других обстоятельств. Алгоритм вычисления достаточно сложен и непрерывно совершенствуется.

В основном в целях экологичности выхлопа, что в настоящий момент стало более важным, чем мощность и даже экономичность.

Источник

Просто о сложном. Инжектор, карбюратор, дизель.

Системы различаются по виду топлива:

Более редкие варианты в этой статье не рассматриваем (спирт, водород).

Сначала по дизельным системам.

Вариантов здесь меньше. Эволюция системы питания дизелей в основном касалась повышения технологичности, экологичности, экономичности.

Принцип действия прежний.

Подкачивающий насос из бака полет солярку в ТНВД (топливный насос высокого давления- основной элемент системы). В насосе плунжера (поршни), которые под давлением подают дизельное топливо к форсункам. Форсунки распыляют топливо в цилиндры. Топливная смесь воспламеняется в цилиндре от сжатия — происходит детонация, маленький взрыв. Именно поэтому дизель работает жёстче и громче.

Свечи в дизельном моторе нужны только для запуска холодного двигателя (это свечи накаливания), они подогревают камеру сгорания.

После запуска эти свечи не работают.

Про дизель всё, хватит.

Бензин

Сейчас производят только моторы с распределённым впрыском, но на дорогах ещё достаточно и других вариантов.

Не вдаваясь глубоко в подробности каждой системы, пройдёмся быстро по принципам работы.

Карбюратор

Это механическое устройство. Да, могут быть установлены электроклапаны и экономайзеры, но главный принцип механический.

В карбюраторе есть Камера с поплавком, где поддерживается строго определенный уровень топлива.

При движении поршня мотора вниз (на такте всасывания), происходит втягивание в цилиндр воздуха и бензина через распылитель.

Воздух смешивается с бензином в камере карбюратора и попадает в цилиндр.

На следующем такте (это сжатие), когда поршень дойдёт до верха, происходит воспламенение от электрической свечи зажигания.

Впрыск (инжектор)

Инжекторный системы могли иметь всего одну форсунку (моновпрыск).

Распыление происходит в полость впускного коллектора, для всех цилиндров, а дальше все, как в карбюраторной системе.

Управление работой форсунки осуществляет электронный блок, на основании показаний датчиков.

Сейчас на каждый цилиндр устанавливают по форсунке, она срабатывает в нужный момент на определенное время (впрыскивая расчетный объём топлива).

В электронных инжекторных системах блок управления контролирует много параметров:

  • Температуру и объём воздуха,
  • Положения распределительного и коленчатого валов,
  • Температуру охлаждающей жидкости
  • Положение педали газа и дроссельной заслонки,
  • Разряжение во выпускном коллекторе,
  • Газовый состав выхлопных газов,
  • Уровень детонации мотора.

Это не полный перечень параметров, только основные.

И несколько слов про машины на газу.

Бензиновые автомобили в основной массе можно переоборудовать для работы на газу (смесь пропана и бутана).

Также некоторые заводы выпускают заводские газовые модели.

Газовое оборудование устанавливают дополнительно к бензиновому и принцип работы аналогичен.

В холодное время года испаряемость газа хуже и прогрев автомобиля происходит на бензине и только потом система переходит на газ.

В этой статье не будем обсуждать, что выбрать бензин, дизель или газ. Это тема отдельной статьи.

По основным принципам работы всё, для понимания достаточно.

Источник

Форсунка дизельная

Дизельная форсунка, которую нередко называют инжектором, является ключевой деталью дизельного двигателя. Ее основной задачей выступает подача топлива в камеру сгорания, а также его точная дозировка и распыление. Учитывая сложные условия эксплуатации, которые сопровождают эксплуатацию дизельного двигателя и выражаются в высокой температуре и серьезном давлении, от качества изготовления и эффективности выполнения форсункой своих функций зависит КПД всего агрегата.

Читайте также:  Соболь с крайслеровским двигателем характеристики

Назначение

Наличие в конструкции топливной форсунки выступает отличительной чертой не только дизельных, но и бензиновых инжекторных двигателей. Необходимость в этой детали возникает из принципа работы обоих типов силовых установок, который предусматривает использование системы прямого впрыска горючего в камеры сжигания. При этом воспламенение топлива происходит под воздействием высокого давления, достигаемого за счет ТНВД. Уровень этого показателя в дизельных агрегатах намного выше, чем в инжекторных бензиновых установках.

Как следствие, эффективная работа двигателя на дизельном топливе возможна только при наличии специальной детали, способной обеспечить своевременную подачу нужного количества горючего, его распыление внутри камеры и герметичность си

темы. Основные функции дизельной форсунки уже были перечислены выше. Они состоят в следующем:

· впрыск топлива внутрь камеры сгорания;

· дозировка горючего, представляющая собой определение такого его количества, которое необходимо для достижения нужной мощности;

· распыление топлива внутри камеры сгорания, что обеспечивает более полное и эффективное сжигание;

· сохранение герметичности системы подачи топлива.

История изобретения и совершенствования

Первые модели дизельного двигателя, разработанные и изготовленные в конце позапрошлого века при непосредственном участии Рудольфа Дизеля, предусматривали наличие так называемой компрессорной форсунки и применение в качестве топлива керосина. Появление ТНВД позволило использовать намного более компактные и удобные бескомпрессорные форсунки.

Особенно удачной оказалась модель инжектора, созданная в 20-х годах прошлого века Робертом Бошем. Этот вариант дизельной форсунки с незначительными доработками и усовершенствованиями применяется до настоящего времени. Конечно же, эксплуатационные и технические параметры современных деталей, несмотря на общую схожесть конструкции, существенно превосходят разработки Боша, что объясняется значительным улучшением качества и точности изготовления, а также использованием в процессе производства новейших сталей и сплавов.

Ключевым усовершенствованием форсунки стало активное применение разнообразной электроники. Использование датчиков контроля и управления работой дизельного двигателя в целом и его отдельных узлов позволяет заметно повысить КПД и эффективность эксплуатации транспортного средства.

Устройство

В настоящее время продолжает активно использовать большое количество различных по конструкции и принципу действия типов дизельных форсунок. Несмотря на определенные особенности каждого из них, можно выделить несколько общих элементов или деталей, в том или ином виде присутствующих практически всегда. К ним относятся:

· корпус, в котором размещаются остальные детали и элементы дизельной форсунки;

· распылитель в виде иглы. Предназначение детали очевидно и заключается в распределении топлива в пространстве над поршнем;

· стержень или плунжер, который движется внутри корпуса форсунки, за счет чего нагнетается необходимый уровень давления;

· пружина запирания иглы. Используется для фиксации иглы в нужном положении;

· штуцер подвода топлива. Предназначен для подачи горючего в форсунку;

· управляющий клапан. Применяется для эффективного решения двух главных задач – дозировки топлива и определения регулярности его впрыскивания в камеру сжигания;

· фильтр очистки топлива. Один из элементов общей системы очистки используемого в дизельном двигателе горючего;

· штуцер обратного отвода излишков топлива. Назначение этого элемента форсунки также предельно очевидно – он применяется для того, чтобы отвести из форсунки топливо, не попавшее в камеру сжигания.

Устройство современных дизельных форсунок предусматривает обязательное наличие электронного блока управления. Входящие в него приборы и датчики в автоматическом режиме регулируют процессы, протекающие в рассматриваемом механизме, обеспечивая эффективную работу как инжектора, так и двигателя в целом.

Рабочие стадии

Эксплуатация дизельной форсунки предусматривает циклическое и последовательное повторение 4 рабочих стадий. В указанное число входят:

1. Закрытое положение форсунки. Начальный этап процесса. Предусматривает создание высокого давления одновременно со стороны плунжера и пружины, благодаря чему форсунка остается закрытой.

2. Начало впрыска. Автоматика подает сигнал, вследствие которого плунжер форсунки начинает двигаться вверх. В результате давление на иглу уменьшается, она также начинает подниматься, обеспечивая начало поступления топлива в камеру сгорания.

3. Полностью открытое положение форсунки. На этом этапе плунжер управления поднимается максимально, достигая верхнего упора. Это означает аналогичное перемещение иглы и режим полного открытия форсунки.

4. Конец впрыска. Завершающая стадия рабочего процесса. Она состоит в опускании управляющего плунжера и иглы форсунки, следствием чего становится перекрытие доступа горючего в камеру сжигания.

Приведенная выше схема с некоторыми корректировками достаточно точно описывает эксплуатацию дизельных форсунок любого типа. Важно понимать, что количество подобных рабочих циклов в период времени зависит от типа и мощности агрегата, вида самой форсунки и большого количества других факторов.

Читайте также:  Какой вид двигателя в субару

Разновидности и принцип работы

В сегодняшних условиях применяются самые разные виды дизельных форсунок. Их большое разнообразие объясняется как крайне широкой сферой применения, так и различиями в задачах, для решения которых они предназначаются.

Механическая форсунка

Традиционный вариант устройства, постепенно уступающий по популярности современным инженерным решениям. Именно его принцип действия был приведен выше при описании рабочего цикла дизельной форсунки. Он базируется на срабатывании клапана при достижении определенного уровня давления.

Механическая форсунка применяется в автомобилестроении в течение нескольких десятков лет. Однако, введение новых экологических стандартов и всеобщее стремление к повышению уровня экономичности дизельных двигателей привело к неуклонному вытеснению этого классического устройства более эффективным разработкам последних лет.

Главное направление совершенствования форсунки в частности и дизельного двигателя в целом – это передача контроля и управления большинством рабочих процессов электронным приборам и датчикам. Кроме того, отдельного упоминания заслуживает форсунка с двумя пружинами, разделяющая подъем иглы на две стадии. В результате обеспечивается гибкость в подаче горючего, более полное сгорание топлива и уменьшение шума при работе агрегата.

Электромеханическая форсунка

Главное отличие от механического варианта состоит в использовании для перемещения иглы форсунки вместо пружины электромагнитного клапана. Он управляется автоматикой, благодаря чему достигается точное определение количества необходимого топлива и оптимальная периодичность его впрыска.

Электромеханическая форсунка напоминает часто используемую в инжекторных бензиновых двигателях электромагнитную версию устройства. Она не используется в дизель-моторах, так как не способна выдерживать высокое давление.

Насос-форсунка

Еще одна вариация традиционного дизельного двигателя. Устройство агрегата не предполагает наличие обычного ТНВД. Вместо него для нагнетания необходимого уровня давления используются специальные насос-форсунки. Фактически, вместо одного топливного насоса высокого давления устанавливаются несколько более простых, каждый из которых обслуживает только одну форсунку.

Такое устройство двигателя позволяет подавать топливо в камеру сгорания под очень высоким давлением. Как следствие – обеспечивается уверенное самовоспламенение и более полное сжигание горючего. Отсутствие ТНВД позволяет сделать двигатель более компактным, что также выступает немаловажным достоинством.

Однако, использование системы насос-форсунка имеет и определенные недостатки. Главные из них – высокая требовательность к качеству применяемого дизельного топлива, а также более значительные расходы на изготовление двигателя в целом. Именно поэтому стремительно растет популярность еще одной разновидности дизельных форсунок и системы, предусматривающей их применение.

Пьезоэлектрическая форсунка

Устройство пьезофорсунки напоминает электромеханические или электромагнитные аналоги. Главное отличие заключается в использовании вместо электромагнитного клапана специального пьезоэлемента, часто называемого пьезоэлектрическим кристаллом. Его наличие обеспечивает крайне высокое быстродействие устройства. Благодаря этому клапан срабатывает в 4 раза чаще, чем в обычных электромагнитных форсунках.

Нет ничего удивительного, что пьезоэлектрические форсунки стали важным элементом системы впрыска Common Rail, которая используется сегодня практически повсеместно. Ее использование позволяет увеличить эффективность работы дизельного двигателя и повысить КПД при одновременном уменьшении расхода топлива и количества вредных выбросов.

Причины и способы устранения неисправностей

Главной проблемой при эксплуатации форсунок выступает низкое качество дизельного топлива. Оно может быть вызвано с продажей некачественного горючего на автозаправочных станциях, использованием различных красителей и присадок для дизтоплива, слишком большим количеством тяжелых фракций углеводородов или элементарным загрязнением топлива мелкими частицами различных веществ.

В любом из перечисленных случаев возникают крайне неприятные последствия в виде повышенного уровня износа и быстрой эрозии поверхности деталей и узлов дизельной форсунки. Следствием этого становятся очевидные проблемы в работе двигателя в целом, которые обычно выражаются в следующем:

· ослабление или перепады мощности в процессе эксплуатации автомобиля;

· трудности при запуске двигателя;

· порывистое движение при увеличении оборотов;

· заметный рост расхода дизельного топлива;

· увеличение количества выбросов или их качества (черный или сизый дым из выхлопной трубы) и т.д.

Современное диагностическое оборудование позволяет заблаговременно выявить возможные проблемы с форсунками двигателя. Поэтому для длительной и бесперебойной работы агрегата целесообразно регулярно проходить техническое обслуживание, причем в солидной специализированной организации.

Для устранения выявленных проблем применяются различные современные и весьма эффективные методы, требующие наличия соответствующего оборудования и навыков и обслуживающих его специалистов:

· промывка при помощи специальных присадок, добавляемых в дизельное топливо;

· промывка специальными техническими жидкостями на стенде;

· ручная промывка форсунок дизельного двигателя.

Своевременно проведенная диагностика и ремонт форсунок обеспечат длительную и беспроблемную эксплуатацию. В свою очередь, это гарантирует владельцу транспортного средства эффективную и экономную работу всего дизельного двигателя, установленного на автомобиле.

Источник