Система питания бензинового двигателя с впрыском топлива. система распределённого впрыска, состав элементов и работа. преимущества системы впрыска топлива

Режимы работы MPI

Распределенный впрыск может работать в разных режимах. Все зависит от программного обеспечения, которое установлено в микропроцессоре блока управления, а также от модификаций форсунок. Каждый тип распыления бензина имеет свои особенности работы. Если коротко, то работа каждого из них сводится к следующему:

• Режим одновременного впрыска. Такой тип инжекторов уже давно не используется. Принцип следующий. Микропроцессор настроен на синхронное распыление бензина одновременно во все цилиндры. Система настроена так, чтобы при начале такта впуска в одном из цилиндров инжектор впрыскивал топливо во все патрубки впускного коллектора. Минус такой схемы в том, что 4-тактовый мотор будет работать от последовательного срабатывания цилиндров. Когда один поршень выполняет такт впуска, в остальных работает другой процесс (сжатие, рабочий ход и выпуск), поэтому топливо нужно исключительно для одного котелка за весь цикл двигателя. Остальной бензин просто находился во впускном коллекторе, пока не откроется соответствующий клапан. Такая система использовалась в 70-80-х годах прошлого столетия. В те времена бензин стоил дешево, поэтому его перерасход мало кого беспокоил. Также из-за чрезмерного обогащения смесь не всегда качественно сгорала, и поэтому в атмосферу выбрасывалось большое количество вредных веществ.
• Попарный режим. В этом случае инженеры сократили расход топлива путем сокращения количества цилиндров, которые одновременно получают требуемую порцию бензина. Благодаря такому улучшению получилось сократить вредные выбросы, а также расход топлива.
• Последовательный режим или распределение топлива по фазам ГРМ. На современных машинах, которые получают распределительный тип топливной системы, применяется данная схема. В этом случае электронный блок управления будет управлять каждой форсункой отдельно. Чтобы процесс сгорания ВТС был максимально эффективным, электроника обеспечивает небольшое опережение впрыска, прежде чем откроется впускной клапан. Благодаря этому в цилиндр поступает уже готовая смесь воздуха и топлива. Распыление производится через одну форсунку за полный цикл мотора. В четырехцилиндровом ДВС топливная система срабатывает идентично системе зажигания обычно в последовательности 1/3/4/2.

Последняя система зарекомендовала себя приличной экономичностью, а также высоким показателем экологичности. По этой причине для улучшения впрыска бензина разрабатываются разные модификации, в основу которых лег принцип работы фазированного распределения.

Среди производителей топливных систем, обеспечивающих распределительный впрыск бензина, компания Bosch занимает ведущие позиции. В ассортименте продукции имеется три разновидности ТС:

1. K-Jetronic. Это механическая система, распределяющая бензин по распылителям. Срабатывает она непрерывно. В транспортных средствах, производимых концерном BMW, такие моторы имели аббревиатуру MFI.
2. KE-Jetronic. Данная система является модификацией предыдущей, только управление процессом осуществляется при помощи электроники.
3. L—Jetronic. Данная модификация оснащается мдп-форсунками, которые обеспечивают импульсную подачу топлива при конкретном давлении. Особенность такой модификации заключается в том, что работа каждого распылителя корректируется в зависимости от настроек, запрограммированных в ЭБУ.

Обратная связь с датчиками

Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.

Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.

Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.

На разных режимах обратная связь работает так:

• Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
• Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
• Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
• Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
• Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
• Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.

Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.

Кто изобрёл и как развивалась технология прямого или непосредственного впрыска топлива

Технология прямого или непосредственного впрыска топлива изначально разрабатывалась для дизельных двигателей. Примечательно, что в том виде, в котором она существует сейчас, её в начале 20-го века разработал и успешно внедрил русский инженер Вадим Аршаулов.

Не много позже эту технологию внедрили и в бензиновые двигатели, но произошло это отнюдь не в конце 20-го века, как думают некоторые. Эта технология использовалась ещё во времена Второй мировой войны в двигателях истребителей Messerschmitt. Что касается автомобилей, то первым серийным автомобилем с бензиновым двигателем, в котором её применили, стал легендарный Mercedes-Benz 300 SL Gullwing, появившийся в 1954 году.

В то время управление прямым впрыском топлива осуществлялось с помощью механики, что было очень сложно и дорого, в связи с чем в бензиновых двигателях эта технология сразу не прижилась. Однако благодаря развитию электроники, в 1990-х годах автопроизводители решили к ней вернуться.

На поводу у экологов

Авторами данной разработки стали инженеры концерна Volkswagen. По сути, они не изобрели ничего нового, а просто объединили в одном двигателе распределённый и непосредственный впрыск.

Получился этакий Франкенштейн, имеющий форсунки и во впускном коллекторе, и в самих цилиндрах, попеременно использующий то одни, то другие.

Что это нам дало? Во-первых, экологичность — моторы с комбинированной системой инжекции полностью соответствуют нормам Евро-6. Во-вторых, ещё немного понизилась прожорливость силовых агрегатов, так как топливо сгорает более рационально.

На первый взгляд, всё довольно просто, но за незатейливым названием скрывается довольно сложная система, поэтому давайте немного детальнее изучим её составляющие и принцип работы.

На бензиновых моторах применяются такие системы подачи горючего — непосредственный впрыск, комбинированный впрыск, распределенный впрыск (многоточечный), центральный впрыск (моновпрыск).

Центральный впрыск. Подача горючего в данной системе производится посредством топливной форсунки, расположенной во впускном коллекторе. А так как форсунка всего одна, эту систему называют еще моновпрыском.

На сегодняшний день системы центрального впрыска утратили свою актуальность, поэтому они и не предусмотрены в новых моделях авто, однако в некоторых старых ТС их все же можно встретить.

Преимущества моновпрыска — надежность и простота применения. К минусам данной системы можно отнести высокий расход горючего и низкий уровень экологичности мотора. Распределенный впрыск. В системе многоточечного впрыска предусмотрена отдельная подача топлива на каждый цилиндр, который оборудован индивидуальной топливной форсункой. ТВС, при этом, возникает лишь во впускном коллекторе.

На сегодняшний день большинство бензиновых моторов оборудовано системой распределенной подачи горючего. Преимущества подобной системы — оптимальный расход горючего, высокая экологичность, оптимальные потребности к качеству потребляемого горючего.

Непосредственный впрыск. Одна из самых прогрессивных и совершенных систем впрыска. Принцип действия данной системы основывается на прямой (непосредственной) подаче горючего в камеру сгорания.

Система непосредственной подачи горючего дает возможность получать качественный состав топлива на всех этапах эксплуатации мотора, чтобы улучшить процесс сгорания ТВС, увеличить рабочую мощность мотора и снизить уровень отработанных газов.

Недостатки данной системы впрыска — довольно сложная конструкция и большие требования к качеству горючего.

Комбинированный впрыск. В системе данного типа объединяются две системы — распределенный и непосредственный впрыск. Как правило, она применяется, чтобы уменьшить выбросы токсичных компонентов и отработанных газов, с помощью чего можно достигнуть высоких показателей экологичности мотора.

Просто о сложном: что такое непосредственный впрыск топлива

Например, всё тот же пресловутый TSI. Известно, что бензина потребляет мало, а едет не по-силам шустро. Да в общем-то, уже практически все крупные автопроизводители перешли на непосредственный впрыск. А как он устроен и чем отличается от «посредственного»? Давайте разбираться.Вообще, для начала неплохо бы рассмотреть, чем в принципе система с впрыском топлива (она же инжекторная) отличается от «дедушки» всех топливных систем автомобиля — карбюратора. Но об этом я расскажу как-нибудь позже, а сегодня поговорим об отличиях непосредственного впрыска бензина от распределенного — классического, то бишь.

Пройдя нелегкий путь от топливного бака до топливной рейки двигателя, бензин попадает в цилиндры. Это общая очевидная схема. А вот далее начинаются различия.

Распределенный впрыск

В системе с распределенным впрыском топлива форсунка (это устройство, распрыскивающие топливо в виде мелкодисперсной пыли) установлена во впускном коллекторе — по одной перед каждым цилиндром. То есть она расположена перед впускным клапаном.

Что происходит в процессе работы: на такте впуска, когда поршень идет вниз и впускной клапан открывается, форсунка впрыскивает необходимое количество топлива во впускной коллектор, где он, перемешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр уже в виде готовой топливо-воздушной смеси. После чего, на такте сжатия смесь эта сжимается и поджигается свечой.

Непосредственный впрыск

А вот в случае с непосредственным впрыском, форсунка стоит в головке блока цилиндров и часть ее «торчит» непосредственно (ага) в камере сгорания. И топливо впрыскивается не на такте впуска, а в конце такта сжатия, когда и перемешивается с воздухом — уже практически в момент поджига свечой. Примечание . Здесь стоит отметить, что системы непосредственного впрыска имеют разные алогоритмы подачи топлива — в том числе и такой, когда подача осуществляется и на такте впуска, и на такте сжатия.

Отличия друг от друга

Ниже на картинке я очень схематично сравнил момент работы этих двух систем. Но не вдаваясь в технические тонкости процесса, здесь просто нужно понять главное отличие этих двух вариантов питания:

В системе с распределенным впрыском в цилиндры поступает уже готовая смесь воздуха и бензина. В системе с непосредственным впрыском топливо подается отдельно, смешиваясь с воздухом уже в цилиндре.

Логично задать вопрос: какие плюсы дает второй вариант?

Основных преимуществ целая куча:

• Конечно, топливная экономичность. Системы с непосредственным впрыском ( далее — НВ ) умеют работать на сверхбедных составах смеси. Так, широко распространенный двигатель 1.8 TSI от Volkswagen на холостых «нюхает» всего около 0.6-0.7 литра в час.
• Второй конек таких систем — удельная мощность на единицу объема. Другими словами, двигатель с НВ будет на 10-15% мощнее своего аналога одинакового объема с классической распределенной системой питания. Это достигается за счет как более точной дозировки топлива в различных режимах работы двигателя, так и за счет более оптимизированной схемы смешивания с воздухом и последующего более эффективного сгорания смеси.
• Хоть и мало кого в нашей стране волнует, но экологичность. Собственно, это является следствием всего вышеперечисленного. Меньше расход топлива — меньше накоптит воздух, если говорить по-простому. Плюс, возможность работы на сверхбедных смесях и более эффективное (т.е., более полное, без «сажи») сгорание, сами по себе делают выхлоп более чистым.

Разумеется, нельзя не сказать и о недостатках, куда же без них.

• Дорого. Топливная аппаратура систем с НВ на порядок дороже и сложнее классических.
• Высокая чувствительность к качеству топлива. Кстати, один из основополагающих факторов отпугивания людей при покупке машины с НВ. Наверняка многие помнят байки, как первопроходцы систем с непосредственным впрыском (японцы со своим GDI) могли запросто и враз помереть после одной заправки в какой-нибудь деревне, в те самые веселые 90-е годы. Так вот, байки-байками, а таки действительно могли.

Конечно, сейчас такие системы питания уже давно отлажены и получили широчайшее распространение, а качество бензина в крупных городах даже у нас в целом стало более-менее сносным. Так что, не нужно поддаваться паранойе: если вы не планируете регулярно эксплуатировать такую машину глубоко в «Васюках», то всё будет хорошо. Скажу больше — на непосредственный впрыск постепенно переходят даже недорогие бренды, а носителями таких моторов становятся модели всё доступнее по классу.

Надеюсь, кому-то было полезно!

Другие мои статьи на авто тему ниже и также в журнале Дзен OVER9000:

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.

Распределенный многоточечный впрыск

Система впрыска – основной составляющий элемент системы топлива в транспортном средстве, форсунка выступает в качестве основного рабочего «органа». На сегодняшний день не составит труда найти большое количество разнообразных устройств, их задача сводится к обеспечению впрыска. В статье будет рассмотрен многоточечный впрыск – его особенности, достоинства, а также основные отличия от некоторых других систем.

Особенности действия

Особенности деятельности и существования данной системы базируются на том, что необходимо обеспечивать бесперебойную подачу топлива в цилиндры с помощью форсунок, число которых равно количеству цилиндров.

Если рассматривать классификационные моменты по принципу работы, то можно выделить две основные группы систем – непрерывный впрыск и импульсную подачу. Есть электронный и механический варианты контроля их работы.

Разновидности

Рассматривая конструкции, которые предполагают распределенный впрыск топлива, можно выделить наиболее распространенные моменты:

• K-JETRONIC – механический элемент в непосредственной подаче топлива, используется часто.
• L-JETRONIC – система, в которой наблюдается импульсное действие элементов, находящихся под электронным управлением.
• KE-JETRONIC – механический элемент подачи топлива непрерывного типа.

Надо отметить, что все эти варианты уже устарели и являются очень капризными конструкциями.

Таким образом, система может иметь несколько разновидностей, зависящих от определенного набора факторов и характеристик работы.

Другой вариант классификации

Система может быть нескольких видов и вариантов.

• Одновременная комбинация – с практической точки зрения встречается редко. За один оборот все форсунки в ней срабатывают в одновременном порядке.
• Параллельная работа (попарно) – в течение одного оборота вала происходит парное срабатывание форсунок, по одному разу за оборот.
• Фазированная, последовательная – когда за выполнение валом одного оборота происходит отдельное регулирование любой из форсунок. При этом открытие элемента осуществляется 1 раз перед впуском.

Независимо от варианта классификации все механизмы имеют различия по ряду параметров, учитываемых в ходе эксплуатации.

Устройство

Система в целом имеет в составе основные узлы.

1. Бак топлива – является компактным элементом, который имеет насос, фильтр для чистки от механических частиц. Он предназначен для хранения топлива.
2. Инжектор используется с целью образования смеси – эмульсии, а также для ее подачи в цилиндры.
3. Блок управления – его установка осуществляется непосредственно на двигателях с инжектором.
4. Топливный насос – используется обычно традиционный вариант. Он представлен электрическим двигателем с высокой мощностью.

Таким образом, рассматриваемый механизм является простым и прогрессивным, позволяет добиваться нужных результатов при его использовании и ездить с комфортом.

Особенности многоточечного механизма

Система впрыска используется почти всеми изготовителями авто.

Управление каждой форсункой производится в «личном» порядке. Время, когда это происходит, заложено программой управленческого блока. Если их активировать, происходит замена параллельным пуском.

Система по мере прогревания двигателя может демонстрировать должные качества работы на повышенных оборотах. Поломка датчика способствует иногда переходу устройства в полностью аварийный режим, его показания учитывает блок управления в процессе определения дозировки жидкости. Управление таким механизмом сегодня производится посредством специального компьютера, который называется электронным управленческим блоком

Для вычисления нужного момента открытия форсунок важно получать информационные данные от датчиков. Важный показатель – объем потоков, которые поступают в двигатель и измеряются датчиком

В процессе вычисления подачи определенного количества топлива, которое необходимо для бесперебойной работы агрегата, компьютер анализирует другую информацию – это температурные и влажностные режимы, набор прочих параметров.

Таким образом, рассматриваемая система впрыска топлива является достаточно простой и оригинальной в своей работе, позволяя пользователям достигать комфортного результата и чувствовать себя за рулем безопасно.

Как работает система распределенной подачи ТС

Работа основных элементов системы – форсунок напрямую зависит от центра управления – управляющего блока, состоящего из бортового компьютера. Основной функцией управляющего блока является прием электрических сигналов, поступающих от входных датчиков, с последующей обработкой и преобразованием в управляющие сигналы, которые передаются на электромагнитные клапаны топливных форсунок и механизмы исполнения.

Помимо основных функций, блок управления выполняет и дополнительные задачи – проводит своевременную диагностику топливной системы на предмет выявления любых неполадок или поломок в ее работе.

При обнаружении неполадок блок управления сообщает о них водителю через контрольные лампы на приборной панели – Check engine, Check. Информация о более сложных поломках заносится в блок памяти для дальнейшего использования при повторной диагностике.

Расчет нужного количества топлива, происходит на основании данных полученных от температурных датчиков (температуры двигателя и поступающего воздуха), расхода воздуха, подсчета скорости вращения коленвала, угла открытия заслонки и т.д.

Произведя необходимые расчеты на основании полученных данных, бортовой компьютер посылает сигналы в виде электрических импульсов на форсунки для их открытия. Принимая сигналы, форсунки открывают клапаны, через которые топливо под высоким давлением поступает в топливный коллектор.