Что управляет впрыском топлива в инжекторе

Инжекторная система подачи топлива: виды, устройство, принцип работы, фото, промывка

Инжектор – это своеобразная система, которая предназначена для переправки топлива в цилиндры автомобиля. Для этого используются форсунки, которые получают электронный сигнал от блока управления автомобиля. Стоит отметить, что подача топлива осуществляется исключительно точечным методом. Инжекторная система на сегодняшний день считается достаточно распространенной. Подобные конструкции представляют собой значительно более модифицированные версии карбюратора.

Стоит отметить, что первая подобная система была разработана еще в конце 19 века. А вот внедрение в само автомобилестроение произошло только во второй половине 20 века. Дело в том, что специалисты считали данный механизм слишком сложным и неоправданно дорогим.

На сегодняшний день все современные двигатели, оснащённые инжекторными системами подачи топлива, работающие по точечной поточечной подачи топлива в цилиндры, производится со специальными электронными блоками управления. Альтернативой ему может быть контроллер или система управления двигателем. Но, в любом случае, все эти приборы относятся к компьютерным. Именно они обеспечивают инжекторную систему должной информацией, на основании которой она может работать, корректировать дозу подачи топлива, частоту впрыска и другое.

Когда появился инжектор

Карбюратор, судя по всему, уже смешал отведенное ему количество топлива с воздухом в XX веке и его время стремительно подходит к концу. Несмотря на то что инжекторная система подачи топлива появилась гораздо раньше, чем карбюратор, она только начинает обживаться под капотами автомобилей. Своим происхождением впрыск обязан итальянскому физику и изобретателю Джованни Вентури, который изобрел форсунку с переменным сечением и скромненько назвал ее Труба Вентури.

Использовать ее в автомобилях начали ребята из гаража Леона Левассора. Что-то наподобие современного впрыска они ставили на свои автомобили еще в 1902 году. После этого автомобильные системы питания метались в поисках лучшего устройства, а инжектор нашел себе применение в авиационных двигателях. К концу 40-х годов все военные истребители поголовно пользовались инжекторной системой питания до тех пор, пока военная авиация не перешла на реактивную тягу.

Основные преимущества инжекторной системы

Современные специалисты отмечают сразу несколько преимуществ подобных видов систем подачи топлива. А именно:

1. Удалось достигнуть значительного снижения расхода топлива. Это стало возможным благодаря четкому контролю подачи топлива.
2. Подобная система способствует повышению мощности. Для сравнения карбюраторные двигатели внутреннего сгорания имеют мощность на среднем на 10% меньше нежели идентичные инжекторные.
3. Автоматизированная система впрыска. Стоит помнить, что в карбюраторных автомобилях функцию регулировки выполняет подсос и регулировочные винты. В данном же случае водителю не придется тратить время, и система все сделаем за него.

Разнообразие инжекторных систем

В современности существует два вида инжекторов. Первый относится к системам моновпрыска. В данном случае одна форсунка осуществляет подачу топлива в коллектор на все цилиндры. Среди автомобилистов подобная система более известна, как электронный карбюратор. Однако, современные производители уже отошли от данной технологии, и встретить подобную систему можно только в старых моделях.

Вторая система подразумевает распределённый впрыск, то есть многоточечный впрыск. В данном случае устанавливается отдельная форсунка во впускном тракте каждого цилиндра и каждая из них осуществляет подачу определённого объёма топлива в камеру сгорания.

По способу распределения впрыска подобные системы делятся на:

1. Одновременную. Система встречается очень редко, но всё же имеет место быть. Ее особенностью является то, что всего за один оборот коленчатого вала абсолютно все форсунки отрабатывают в одно и тоже время.
2. Попарную параллельную. В данном случае форсунки работают по парам. Другими словами, за один оборот коленчатого вала только одна пара форсунок работает.
3. Последовательную. Данный вид распределения впрыска является самым распространенным. Особенностью является то, что за один оборот вала каждая форсунка по разу открывается перед тактом впуска. При этом регулировка происходит отдельно.

Отрицательные характеристики систем

Несмотря на огромный перечень положительных характеристик, данный механизм, как и многие другие, имеет и свою темную сторону. К минусам данной конструкции относятся:

• довольно большая стоимость ремонта;
• высокая стоимость комплектующих;
• маленькая вероятность возможности ремонта;
• большие требования к качеству топлива;
• определить неисправность может только профессионал;
• диагностика стоит достаточно дорого;
• для ремонта нужно иметь специальное оборудование.

Стоит отметить, что инжекторный тип впрыска топлива со временем может приводить к тому, что впускной клапан закоксовывается. Это происходит из-за того, что он просто не омывается топливом, которое, в некотором роде, его очищает.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

• лямбда-зонд;
• положения коленвала;
• массового расхода воздуха;
• положения дроссельной заслонки;
• детонации;
• температуры ОЖ;
• давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

• бак;
• электрический топливный насос;
• топливные магистрали;
• фильтр;
• регулятор давления;
• топливная рампа;
• форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Почему инжектор лучше карбюратора?

Помнится, еще относительно недавно автомобили с инжекторной системой подачи топлива вызывали недоверие. Пожалуй, единственное логическое объяснение этому – сложность ее конструкции, из-за чего на первых порах возникали проблемы с ремонтом. В отличие от карбюратора, впрыск топлива в инжекторе не нужно регулировать, поскольку это возложено на электронную систему управления. Помимо этого, машина с инжекторным агрегатом потребляет меньше топлива, а мощность ее мотора значительно выше. Плюс ко всему — значительное снижение вредных соединение в выхлопе авто, ввиду лучшего сгорания топливной смеси, которое возможно благодаря ее правильной и дозированной подаче.

Типы инжекторов

1. Система центральной подачи топлива (моновпрыск), представлен одной форсункой, через которую топливная смесь поступает в коллектор, а с него уже распределяется по всем цилиндрам. Самый простой тип, который сегодня уже практически не применяется.

2. Система распределенной топливоподачи (многоточечный впрыск). Здесь уже через отдельные форсунки осуществляется впрыск топлива в цилиндры, то есть количество форсунок соответствует количеству цилиндров.

Многоточечная система впрыска бывает:

— Одновременного типа, когда все форсунки открываются, и впрыск топлива осуществляется в течение одного полного оборота коленвала. Практически не встречается.

— Попарно-параллельного типа, когда топливовпрыск ведется через парные форсунки, цикл работы которых определяется одним вращением коленвала. Также используется редко, однако, может быть встречаться из-за поломки датчика при последовательном типе топливоподачи.

— С последовательным (фазированным) впрыском топлива, в которой за одно вращение коленвала происходит открытие каждой из форсунок для впрыска топлива. Наиболее распространенная и совершенная система топливовпрыска, которая позволяет подать рабочую смесь непосредственной в цилиндр, при этом длительность ее подачи и дозировка рассчитываются максимально точно. Стоит отметить, что рабочее давление системы может возрастать до 200 атм.

Однако есть и ряд своих недостатков, к которым можно отнести наличие множества дорогостоящих элементов, причем некоторые из них, абсолютно неремонтопригодны. Также, в инжекторах с системой последовательного топливовпрыска очень часто закоксовываются клапана впуска, из-за того, что они практически не омываются, следовательно, и не очищаются топливной смесью.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Впрыск может быть:

• центральным (ДВС с карбюраторами, наддроссельный впрыск),
• распределённый или коллекторный (осуществляется отдельной форсункой в каждый цилиндр двигателя),
• непосредственный (осуществляется напрямую в камеры сгорания, отдельными форсунками), встречается в разных вариациях, характерен для современных автомобилей.

Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)

Решения с карбюраторами

Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И множество лет – единственно доступные. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на около сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.
Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.

Принцип их действия основан на принципе втягивания топлива в поток воздуха, проходящего через карбюратор. Всё это возможно за счет сужения воздушного канала и разрежения воздуха.

Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое соотношение топлива к воздуху.

Как работает устройство?

1. Топливо из бака забирает насос (управляемый механически или электрически – в зависимости от модели).
2. ДВС запускается, и поток воздуха, проходящий через сужение воздушного канала карбюратора, создает разрежение.
3. В смесительную камеру карбюратора поступает топливо.
4. Жиклер (калиброванное отверстие) дозирует топливо.

С точки зрения работы всё достаточно просто. Так почему же карбюраторы уходят в историю?
Здесь достаточно много причин:

• Низкая экономичность, а соответственно, и низкий уровень топливной эффективности.
• Проблемы при переменных режимах работы, обусловленные низкими динамическими качествами.
• Прямая зависимость от положения двигателя.
• Выброс в окружающую среду большого количества вредных веществ (несоответствие нормативам эмиссии газообразных вредных выбросов в атмосферу).

Особенности системы впрыска

Основным преимуществом системы впрыска считают точную дозировку топлива, необходимую для оптимальной работы двигателя в определенный момент и под определенной нагрузкой. Этого позволила добиться только электронная система управления. Старые инжекторные системы имели механическое управление и подавали бензин по средним потребностям мотора. Современный инжектор способен точно вычислить сколько топлива необходимо и в какой момент его нужно подать. Синхронизация системы питания с зажиганием позволяет оперативно менять как угол опережения подачи искры, так и момент подачи бензина, поэтому теоретически, инжекторные системы должны быть эффективнее и экономичнее карбюраторных.

Диагностика инжекторных систем

Действительно, с применением электроники и распределенной системы впрыска моторы стали немного экономичнее, но против физики не попрешь, и без нужного количества бензина камера сгорания просто не выдаст ту энергию, которая необходима. С усложнением систем впрыска стали появляться новые проблемы, особенно на дешевых машинах, поскольку система впрыска очень требовательна к материалам топливной аппаратуры и особенно, к качеству топлива. Это вообще больной вопрос для всех инжекторов. Количество серы в отечественном бензине не укладывается ни в какие нормы, поэтому даже на недорогих системах впрыска очень часто требуется вмешательство механика.

Неисправности системы впрыска проявляются по-разному, но методы диагностики на современных СТО позволяют довольно точно определить нерабочий элемент. Чаще всего, это страдают от топлива насосы и форсунки. Определить неисправность просто, для этого даже не нужно ехать в сервис:

• тяжелый пуск;
• высокий расход;
• провалы в работе на средних оборотах и отсутствие холостых;
• сбои в переходных режимах.

Все это свидетельствует о недостаточном количестве бензина в камере сгорания. Насосы, как правило, не ремонтируют, по крайней мере, на официальных сервисах, а форсунки приходится мыть и прочищать.

Принцип действия системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

• послойное ;
• стехиометрическое гомогенное ;
• гомогенное.

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Рабочий процесс поддерживается движением воздуха в цилиндрах. В зависимости от нагрузочного и скоростного режимов регулируется интенсивность движения воздуха, при этом, обеспечивается создание гомогенной или послойной смеси.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания.

Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%.

Промывка инжекторной системы

Есть несколько способов очистки инжекторной системы. Если двигатель находится еще не в критическом состоянии, тогда может помочь промывка при помощи топливных присадок. Они растворяют отложения в насосе, топливопроводе, а главное, в форсунках, и в некоторой степени чистят систему от грязи и шлаков. не всегда это удается и не всегда это безопасно для двигателя, поэтому наиболее эффективным способом прочистки форсунок считают ультразвуковые ванны. Это не механический способ очистки и процесс проходит довольно эффективно.

Инжекторная система подачи топлива продолжает совершенствоваться, полностью вытесняя карбюраторы. Системы вполне работоспособны, только для того, чтобы избежать лишних проблем с очисткой и регулировками, стоит следить за качеством топлива ровно настолько, насколько это позволяют наши нефтеперерабатывающие комбинаты. Чистого всем бензина, и удачи в дороге!

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.

Система датчиков инжекторных двигателей

Без этих компонентов работа системы впрыска топлива невозможна. Именно датчики сообщают блоку управления всю информацию, которая необходима для работы исполнительных устройств в нормальном режиме. Неисправности системы питания инжекторного двигателя по большей части вызывают именно датчики, так как они могут неверно производить замеры.

1. Датчик расхода воздуха устанавливается после воздушного фильтра, так как в конструкции имеется дорогостоящая платиновая нить, которая при попадании мелких посторонних частиц может засоряться, отчего показания окажутся неверными. Датчик считает, какое количество воздуха проходит через него. Понятно, что взвесить воздух не представляется возможным, да и объем его измерить проблематично. Суть работы заключается в том, что внутри пластиковой трубки находится платиновая нить. Она нагревается до рабочей температуры (более 600º, именно это значение закладывается в ЭБУ). Поток воздуха охлаждает нить, блок управления фиксирует температуру и, исходя из этого, вычисляет количество воздуха.
2. Датчик абсолютного давления необходим для более точного снятия показаний о количестве потребляемого двигателем воздуха. Состоит из 2 камер, одна из которых герметична и внутри у неё вакуум. Вторая камера соединена с впускным коллектором. В последнем при впуске разрежение. Между камерами устанавливается диафрагма с пьезоэлементом, который вырабатывает небольшое напряжение во время изменения давления. Это значение напряжения поступает на вход блока управления.
3. Датчик положения коленвала располагается рядом со шкивом генератора. Если присмотреться, то можно увидеть, что на шкиве есть зубья, причём они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Суммарное число зубьев — 60, оси соседних расположены на расстоянии 6º. Но если присмотреться ещё внимательнее, то можно увидеть, что 2-х не хватает. Этот промежуток необходим, чтобы датчик фиксировал положение коленвала максимально точно. Датчик вырабатывает напряжение, которое тем больше, чем выше частота вращения.
4. Датчик фаз (распредвала) работает на эффекте Холла. В конструкции есть диск с вырезанным сегментом и катушка. При вращении диска вырабатывается напряжение. Но в момент, когда прорезь находится над чувствительным элементом, напряжение снижается до 0. В этот момент первый цилиндр находится в ВМТ на такте сжатия. Благодаря датчику фаз точно подаётся искра на свечу и открывается своевременно форсунка.
5. Датчик детонации расположен на блоке ДВС между 2 и 3 цилиндрами (чётко посередине). Работает на пьезоэффекте — при наличии вибрации происходит генерирование напряжения. Чем сильнее вибрация, тем выше уровень сигнала. Блок управления при помощи датчика изменяет угол опережения зажигания.
6. Датчик дроссельной заслонки представляет собой переменный резистор, на который подаётся напряжение 5 В. В зависимости от того, в каком положении находится заслонка, напряжение уменьшается. Иногда случаются поломки — в начальном положении показания датчика прыгают. Стирается резистивный слой, ремонт невозможен, эффективнее установить новый.
7. Датчик температуры ОЖ, от него зависит качество воспламенения топливовоздушной смеси. С его помощью не только происходит коррекция угла опережения зажигания, но и включение электровентилятора.
8. Лямбда-зонд расположен в системе выпуска отработанных газов. В современных системах, которые удовлетворяют последним экологическим стандартам, можно встретить 2 датчика кислорода. Лямбда-зонд отслеживает количество кислорода в выхлопных газах. У него есть внешняя часть и внутренняя. За счёт напыления из драгметалла можно оценить количество кислорода в выхлопных газах. Внешняя часть датчика «дышит» чистым воздухом. Показания передаются на блок управления и сравниваются. Эффективные замеры возможны только при достижении высоких температур (свыше 400º), поэтому часто устанавливают подогреватель, чтобы даже в момент начала работы двигателя не наблюдалось перебоев.

Исполнительные механизмы инжекторных систем

По названию видно, что эти устройства выполняют то, что им скажет блок управления. Все сигналы от датчиков анализируются, сравниваются с топливной картой (огромной схемой работы при тех или иных условиях), после чего подаётся команда на исполнительный механизм. Следующие исполнительные механизмы входят в состав инжекторной системы:

1. Электрический бензонасос, установленный в баке. Он нагнетает в рампу бензин под давлением около 3,5 Мпа. Вот какое давление в топливной системе должно быть, при нем распыление смеси окажется наиболее качественным. При повышении оборотов коленвала увеличивается расход бензина, нужно его больше нагнетать в рампу, чтобы удерживать давление на уровне. В нижней части насосов устанавливается фильтр, который нужно менять хотя бы раз в 30000 км пробега.
2. Электромагнитные форсунки устанавливаются в рампе и предназначены для подачи топливовоздушной смеси в камеры сгорания. Чем дольше открыт клапан форсунки, тем больше смеси поступит в камеру сгорания — именно такой принцип дозирования лежит в основе.
3. Дроссельный механизм приводится в движение педалью из салона. Но в последние годы набирает популярность электронная педаль газа. Это означает, что вместо тросика используется потенциометр на педали и небольшой электродвигатель на дроссельной заслонке.
4. Регулятор холостого хода предназначен для контроля количества воздуха, поступающего в топливную рампу при полностью закрытой дроссельной заслонке. На карбюраторных моторах аналогичную функцию выполняет «подсос». Несмотря на то, что топливная система отличается, суть работы остаётся той же — подача смеси и её сгорание.
5. Модуль зажигания — короб, в котором находится 4 высоковольтные катушки. Хорошая конструкция, но крайне ненадёжная — высоковольтные провода имеют свойство портиться. Намного эффективнее окажется использование для каждой свечи отдельной катушки, выполненной в виде наконечника.

Работа двигателя с инжекторной системой впрыска

А теперь можно рассмотреть и принцип работы системы питания инжекторного двигателя. При включении зажигания происходит переход в рабочий режим всех механизмов и устройств. Первым делом насос нагнетает бензин в рампу до минимального давления, которого хватит для запуска.

А дальше все ждут, когда провернётся коленвал, и с его датчика пойдёт сигнал на блок управления о положении поршней в цилиндрах. Одновременно с этим датчик фаз выдаёт сигнал о том, какой такт совершается. После анализа данных блок управления даёт команду на форсунки (в зависимости от того, в каком цилиндре происходит впуск).

При вращении коленвала постоянно снимаются данные с датчиков и, исходя из них, происходит открывание нужных электромагнитных форсунок на определённый промежуток времени. Смесь воспламеняется, отработанные газы выходят через выпускной коллектор. По тому, какое содержание кислорода в них, можно судить о качестве сгорания топлива.

Если содержание кислорода большое, то смесь сгорает не до конца. Блок управления производит корректировку угла опережения зажигания, чтобы добиться наилучших показаний.

Но вот во время прогрева некоторые датчики не влияют на работу системы управления. Это датчики расхода воздуха, детонации и абсолютного давления. При достижении рабочей температуры включаются они в работу. Причина — во время прогрева невозможно соблюсти все условия, в частности, соотношение бензина и воздуха. Уровень СО в выхлопных газах тоже будет зашкаливать, поэтому контроль всех этих параметров не следует производить.

Как работает инжектор?

В заметке пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла. Попытаюсь на пальцах и в общем объяснить что же и как происходит.

Чем занимаются те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника — альтернатива другим системам, выполняющим те же функции. Дозированием топлива занимался карбюратор, зажиганием управлял механический или вакуумный корректор угла опережения зажигания. В общем не электроникой единой возможно реализовать все это и достаточно продолжительное время именно так и было. На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, которые призван заменить инжектор.
Зачем же понадобилось что-то менять? Зачем сносить существующие проверенные и весьма надежные системы? Все просто — гонка за экономичностью, экологичностью и мощностью. Точность работы описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами по себе электронные системы управления двигателем начали появляться достаточно давно.

Я опущу принцип работы поршневых ДВС, многие знакомы с тем как работает двигатель, а те кто не знакомы — не слишком пострадают. В разрезе работы системы питания и системы зажигания двигатель это просто преобразователь воздушно-топливной смеси в механическую энергию. Можно рассматривать его как черный ящик, с некоторыми особенностями.

Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из этого механическую энергию. Сложность состоит в том, что для получения интересующих нас характеристик надо смешивать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджигать их в достаточно точно определенный момент времени. Более того — при недостаточной точности мы получим ухудшение характеристик.

Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и поджигом смеси в цилиндрах двигателя. Это основные функции. Кроме них есть еще и дополнительные — управление турбиной, управление трансмиссией.

Подсистема, занимающаяся дозированием топлива называется инжектор, поджигом топлива занимается зажигание. Воздух в двигатель поступает «естественным» порядком. Двигатель сам всасывает воздух, его количество только может ограничиваться, для снижения мощности двигателя. Нам не нужна максимальная мощность все время, бОльшую часть времени мощность как раз ограничивается. В случае с турбиной воздух попадает в двигатель принудительно, но это не меняет сути. Воздуха столько сколько есть и мы управляем его количеством при помощи педали.
Сколько топлива нам надо подать в двигатель и как его дозировать? Есть так называемое стехиометрическое отношение, показывающее, что для полного сжигания килограмма топлива нам нужно вполне определенное количество воздуха. Для бензина это соотношение равно 14,7:1. также его называют AFR (Air Fuel Rate по английски) Это не аксиома, это некий оптимум. Смесь может быть «беднее», в ней может быть меньше топлива. Такая смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но сгорает все полностью. Это значения в большую сторону — AFR 15 и более. Может быть и «богаче», когда топлива больше — AFR 14 или меньше. При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна. И в ту и в другую сторону есть ограничения — если слишком увлечься, работать двигатель не будет. Нельзя просто налить 20 частей топлива и ожидать пропорционального прироста мощности.

Итак, чтобы определить сколько же топлива нам надо подать в двигатель нам надо знать сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто — из количества воздуха по соотношению определяем количество бензина и дело сделано!
Погодите ка, а как же нам определить сколько воздуха поступает в двигатель? Для этого есть несколько путей. Обычно используют один из следующих датчиков:

ДМРВ или MAF — датчик массового расхода воздуха. Датчик этот измеряет количество проходящего через него воздуха. Как подсказывает википедия — «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.». Датчики такого типа зачастую устанавливаются в гражданские автомобили. В общем то все достаточно просто. Похоже, это именно то, что нужно! Примерно так и есть.

Другой тип датчиков

ДАД или MAP — датчик абсолютного давления. Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет разрежение (или же избыточное давление, в случае с наддувом) в коллекторе. На основании показаний этого датчика и датчиков температуры, частоты вращения коленвала тоже можно вычислить объем поступающего воздуха, что нам и требуется. Для корректировки его показаний надо еще знать давление окружающего воздуха. Для измерения атмосферного давления либо ставят еще один такой же датчик, который непрерывно его измеряет, либо просто до запуска двигателя измеряют давление. Во втором случае может выйти неприятность, если вы с берега моря рванули прямиком на Эверест.
MAP часто ставят на спортивные автомобили.

Устанавливается один из этих датчиков, наличие одного из них — обязательно.
Ну что же, сколько воздуха поступает в двигатель мы примерно можем вычислить.
Другой обязательный датчик —
ДПКВ или датчик положения коленвала. Этот датчик позволяет мозгам точно знать, в каком положении находится коленвал. Зачем нам это нужно? Мало знать сколько топлива надо подать в двигатель, надо подавать его в определенный момент времени. Да и зажигать смесь в цилиндрах тоже надо строго вовремя. Так что без этого датчика — никак. Есть несколько типов таких датчиков, но большинство из них — либо индукционные, либо датчики Холла, либо подобные им. В общем — бесконтактные датчики, подобные тем, которые трудятся, например, в двигателе вашего винчестера. Или в кулерах.
Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что же происходит в двигателе в данный конкретный момент — ДПРВ — датчик положения распредвала. Также его называют датчиком фаз. При помощи этого датчика можно понять в каком из цилиндров в данный момент такт впуска, куда же нам надо подавать топливо, в каком цилиндре у нас такт сжатия и время поджигать смесь. По принципу работы он подобен ДПКВ, но зачастую несколько проще. В общем то тоже самое, но на распредвале.

Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя. Худо бедно, но этого достаточно, чтобы примерно понять сколько надо подавать топлива, когда это делать и когда поджигать полученный коктейль.
Так давайте же тогда подавать и поджигать! (не путать с разжигать и науськивать)

Исполнительные механизмы

Топливо дозируется форсунками или другими словами «инжекторами». Да да, именно по названию этого узла все это безобразие нами так и называется. Форсунка из себя ничего особо интересного не представляет. Просто электромеханический клапан. Два провода и трубопровод с топливом под давлением. Подали напряжение на выводы — форсунка открылась, прекратили пропускание тока — форсунка закрылась. Для простоты давайте сначала примем, что форсунка открывается и закрывается моментально. Тогда для оценки объема проходящего через нее топлива нам достаточно знать ее статическую производительность. Это просто объем топлива, который пройдет через форсунку за минуту. Открыли форсунку, измерили объем бензина, который через нее за минуту вытек — получили основной параметр. Теперь нам для точного дозирования надо просто открывать и закрывать форсунку на определенное время. Получается что дозирование производится «выдержкой», если говорить терминами фотографов. Чем длиннее время на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы нальем в двигатель.
А поджиг смеси осуществляет все та же бессменная свеча зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели. И катушка зажигания тоже на месте. Вот только управляется она уже «мозгами». Зажигание не изменилось, но для его работы важен ДПКВ и ДПРВ, так что без этих датчиков дела не будет.

В общем то это, можно считать, и есть в общих чертах как работает инжектор. Смотрим на показания датчиков, отмеряем нужное количество топлива и открываем форсунку на вычисленное время. И так каждый такт. Т.е. в зависимости от частоты — 100 раз в секунду на частоте в 6000об/мин коленвала. Часто? Да не так чтобы и очень.

В реальных двигателях все несколько сложнее. Точно вычислить сколько же воздуха попадает в двигатель не так просто. Для корректировки значений нужны датчики температуры охлаждающей жидкости — просто термодатчик, аналогичный тому, что показывает температуру на приборной панели. И датчик температуры поступающего воздуха. В целом незначительно отличающийся от первого, а функционально и вовсе его брат близнец — тоже просто измеряет температуру, но уже не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель. Зачем нам что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры — топливо испаряется не так хорошо, а горят именно пары. Соответственно нам нужно топлива подавать больше, чтобы двигатель работал. Значит берем наше значение для оптимального соотношения, измеряем двигателю температуру и корректируем это наше значение. Также нужно откорректировать момент зажигания смеси в цилиндрах — по тем же причинам. И тут тоже корректируем.

Другой не совсем приятный момент — форсунка, которую мы приняли идеальной — на самом деле таковой не является. Во первых нужно время, чтобы она открылась, а потом закрылась. Соответственно в этом время она тоже подает топливо, но в меньшем количестве. На это тоже делается поправка. Само время открытия и закрытия зависит от напряжения бортовой сети. Одно дело когда генератор шпарит на всю и в сети 14В, а другое дело, когда генератор умер, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В. Время открытия форсунки меняется и его надо корректировать. Мало умершего генератора, ехать то надо и двигатель не должен перестать работать в таких условиях.

Мало нам было исполнительных механизмов, для работы на холостом ходу, когда педаль мы совсем не трогаем — двигатель не должен глохнуть, его работу надо поддерживать. Для этого есть специальное исполнительное устройство — РХХ — регулятор холостого хода. Это такой шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал дает двигателю «вздохнуть» мимо перекрывающей воздух дроссельной заслонки. Умный мозг не дает двигателю зачахнуть и приоткрывает этот клапан, когда обороты снижаются. Но и разойтись не дает — прикрывает его, когда обороты возрастают уж слишком сильно.

Хорошо бы нам также знать на сколько сильно водитель давит на педаль акселератора. Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Датчик так и называется — ДПДЗ — датчик положения дроссельной заслонки. Технически это просто потенциометр, который измеряет на какой угол повернута ось дроссельной заслонки. Это зачем это нам надо знать, как сильно водитель давит в пол, спросите вы? Все просто, нам надо знать когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично давит на педаль — не время экономить, льем от души!

Экологические нормы достаточно строго контролируют что же «выдыхает» (пускай уж выдыхает) наш двигатель. Так что при всем желании лить «на глазок» — нельзя. нужно контролировать состав выхлопных газов. Как это сделать? Для этой цели есть так называемый лямбда зонд или датчик кислорода — датчик, показывающий сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо либо же свободный кислород. По показаниям этого датчика инжектор может корректировать свое поведение, либо увеличивая либо уменьшая количество подаваемого топлива. Нужно это достаточно часто — бензин везде разный и даже просто хранясь в канистре или баке — стареет. А уж о заправках наших можно легенды слагать. Соответственно и режимы его горения совсем не постоянны. Ко всему прочему и производительность форсунок может «плавать». Ведь как вы поняли — расчет ведется исходя из их постоянной производительности, а форсунка со временем может забиться, производительность ее может снизиться.
А нормы строгие, а бензин дорогой, да и ехать же надо. Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обеспечения обратной связи. Смотрим на состав выхлопных газов, если сгорело не все — льем меньше. Если сгорело дочиста — льем больше.
Лямбда зонды бывают двух видов — узкополосные и широкополосные. Отличаются они точностью. Первые только показывают богатая или бедная у нас смесь, вторые показывают на сколько она богатая или бедная. Даже точно указывают тот самый AFR упоминаемый в начале статьи. Ну и цена, конечно. Первые стоят 25$, вторые — 200$. С лямбдами тоже не все просто — они достаточно капризны, требуют определенной температуры для работы, а это не всегда возможно, в некоторых типах зондов рабочий элемент специально подогревают от бортовой сети. Да, лямбда может быть не одна, но это уже тонкости.

Еще один сенсор, применяемый для анализа происходящего в двигателе — датчик детонации. Детонация это процесс сгорания топлива, который протекает взрывообразно. В нормальном режиме топливо просто сгорает, при детонации топливо взрывается. Это вредно для двигателя — все равно что бить по поршню молотком. Никто не любит когда по нему бьют молотком — поршень не исключение. Явление это крайне нежелательное и для определения того, что смесь детонирует и применяют такой датчик. Он по принципу работы похож на микрофон, который «слушает» двигатель (датчик закреплен на блоке цилиндров) и по услышанному пытается отфильтровать шум работы двигателя и понять где же детонация, а где нормальная работа. Все не просто и здесь. Для облегчения работы этого датчика ставят еще датчик неровной дороги, который покажет, что это наши дороги так шумят, а не двигатель. Востребованность этого датчика возрастает на турбированых двигателях.

В итоге сами по себе мозги работают примерно следующим образом:
Есть так называемая топливная карта — таблица, в которой записано какого состава должна быть смесь. У таблицы три измерения — частота вращения коленвала двигателя, нагрузка на двигатель и собственно AFR. Просто берем из таблицы значение, положенное туда опытным товарищем.
Корректируем это значение в соответствии с показаниями датчиков температур, лямбда зонда, датчика детонации, изменением положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (часть из них тоже в табличках) вычисляем необходимое количество топлива. Пересчитываем объем топлива во время открытия форсунки в соответствии с ее производительностью, корректируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент впуска — открываем форсунку на вычисленное время.

Как видите — ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может быть местами ПИД регулятор, коэффициенты влияния тех или иных факторов и в итоге просто время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там карта углов, аналогичная топливной карте (тоже таблица) и тоже корректировки в соответствии с показаниями датчиков.

В штатном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как это понять? Если датчик температуры, например, показывает что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует несмотря на все корректировки? В этом и заключается продуманность мозгов. Вычислить, что датчик врет, не принимать во внимание его показания, зажечь «check engine» на панели и продолжить работу. Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.

Да, многие из вас заметят, что инжектор по сути достаточно простое устройство. И схематически там нет ничего военного — входящие значения считываются по АЦП, выходящие так и вовсе чисто бинарные. Ну выходные транзисторы, ну достаточно жесткие условия работы. Но это не космос далеко.
Касательно работы прошивки — тоже вроде как все не так и сложно. На мой взгляд проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всякое такое. В процессе настройки саму прошивку никто не трогает обычно. В том смысле, что открывать исходники, корректировать алгоритмы, оптимизировать что-то — такого нет. Просто софт который позволяет изменять те самые топливные карты и другие коэффициенты. А прошивками занимаются уже инженеры на заводах. Или простые смертные, которым это интересно.
Да да, не каждый готов платить за «мозги» космические деньги, а кому-то может быть просто хочется больше контроля над происходящим. Все это привело к тому, что есть несколько проектов вполне доступных «мозгов». Есть megasquirt — www.megamanual.com/index.html, для этой аппаратной базы в последствии была написана и поддерживается кастомная прошивка с расширенным функционалом — msextra.com/doc/index.html На последнем сайте есть даже схемы этих «мозгов», может быть кому-то из электронщиков будет интересно. А программистам может быть интересно глянуть на код. Если не ошибаюсь, то он есть здесь. msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip
Есть еще VEMS — www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь сам по себе. Видел еще вот таких ребят — forum.diyefi.org там у них какой-то свой проект FreeEMS. На мой взгляд все это показывает, что все не так уж сложно и местами даже очень даже доступно.

Надеюсь получилось достаточно интересно и в меру понятно. Об опечатках прошу писать в личку. Если где ошибся — поправьте.

Основы устройства и принцип работы инжекторной системы впрыска

Карбюраторный двигатель DB 600 развивал на взлётном режиме 900 л. с., то DB 601 с впрыском позволял поднять мощность до 1100 л. c. и более.

Автомобильные инжекторы применились компанией Bosch в 1951 году

Первым серийным автомобилем с инжектором стал немецкий Goliath 700 Sport, выпускавшийся с 1951 по 1953 год

Широкое распространение к системам впрыска пришло спустя много лет, постепенно вытесняя карбюраторы

О форсунках

Форсунка, это — часть системы подачи топлива

Принцип работы системы впрыска заключается в принудительной подаче топлива в цилиндр

С помощью форсунки происходит подача топлива в камеру сгорания, где происходит смешивание с воздухом

Это позволяет дозированно отдавать топливо, что значительно мощность на 5-10% и снижает расход топлива

Упрощенная логика раборты электромагнитной форсунки

Топливный насос подает топливо к форсункам

ЭБУ (электронный блок управления) в определенный момент положения коленвала подает сигнал на форсунку

В электромагнитной форсунке появляется электромагнитное поле, которое притягевает металлы

Запорная игла поднимается, и накопившееся топливо поступает в цилиндр

Приведем схемы форсунок в разрезе для понимания:

Общая схема системы впрыска и форсунок:

Форсунки соединены в единую систему — топливную рампу

Бензонасос за счет излишнего давления внутри системы подает топливо в систему

После чего открывается клапан, и топливо из форсунки поступает в цилиндр

Чем дольше открыт клапан, тем больше топлива подается, соответственно, обороты станут выше

Количество поступающего топлива непосредственно зависит от количества воздуха, поступающего в цилиндр

О системе впрыска

Система впрыска чувствительна к разным факторам, быстро реагирует на них изменением подачи количества топлива

В холодное время года значительно облегчает запуск двигателя

Однако при выходе из строя, отремонтировать систему впрыска самостоятельно — очень сложно, или невозможно совсем

Чувствителен к качеству топлива, при поломках большинство узлов являются неремонтопригодными, требуют замены

Так выглядит система впрыска:

Логика работы системы впрыска на анимации:

Об узлах и компонентах системы впрыска

Бензонасос – подает топливо в форсунки под давлением

Регулятор давления — отвечает за постоянное давление в форсунках, может сбрасывать излики топлива обратно в бак

Форсунки (электромагнитные, электрогидравлические, пьезоэлектрические) – подают топливо в цилиндры

ЭБУ – управляет работой системы впрыска на основании полученных данных с датчиков

Основные датчики системы впрыска

В системе впрыска могут присутствовать множество датчиков в зависимости от заложенного функционала производителем

Все датчики можно разделить условно по логике

Датчики положения

Коленчатого вала

Оповещают ЭБУ о положении коленчатого вала, частоте вращения, помогают вычислить эффективный угол опережения зажигания

Распределительного вала (фаз)

Сообщает о положениях поршней в цилиндрах, извещает о достижении верхней мертвой точки (ВМТ)

Датчики температуры воздуха

У станавливаются возле воздушного фильтра

Когда температура воздуха становится холоднее, увеличивается его плотность и требуется больше топлива

Позволяют ЭБУ эффективно компенсировать высокую плотность воздуха

Датчики температуры

Помогают запустить и прогреть двигатель

Холодному двигателю для запуска требуется хорошее соотношение воздух-топливо

Позволяют ЭБУ эффективно управлять длительностью и количеством подачи топлива в разных температурных режимах

Датчики давления

Предназначены для измерения изменений давления в коллекторе, которые происходят из-за изменений скорости и нагрузки двигателя

Важны для расчета расхода воздуха, дроссельная заслонка открыта — давление в коллекторе увеличилось — требуется больше топлива

Датчики воздушного потока

Определяют воздушную массу, попадающую в двигатель

Считается первичным входным сигналом, для определенного количества топлива требуется определенное количество воздуха

Датчики положения дроссельной заслонки (TPS)

Необходимы для ускорения при быстром открытии дроссельной заслонки

Работает как ускоритель на карбюраторе

Если дроссельная заслонка закрыта — топливо начнет поступать через канал дозировки регулятора холостого хода

Приведен не полный список, производитель может внедрять в систему большое количество разнообразных датчиков

Описание основных датчиков

Датчик положения коленчатого вала — ДПКВ

ДПКВ — самый главный датчик, без него система — неработоспособна

Определяет положение коленчатого вала

Зубчатое колесо, расположенное на валу двигателя, вращается по отношению к этому датчику

Сделан по типу катушки, при искажении магнитного поля создает импульсы внутри катушки и передает их в ЭБУ

Может быть выполнен как индуктивный датчик или датчик Холла

Индуктивный ДПКВ датчик обычно встречается на мототехнике, более прост

Оснащается металлическим стержнем и магнитом, для намагничивания стержня, поверх стержня намотана медная обмотка

Принцип работы индуктивного датчика заключается в подаче сигнала, когда рядом находится стальной предмет

Обычно на коленчатом валу будут зубья, ДПКВ будет реагировать сигналом на присутствие и отсутсвие рядом этих зубов

Датчик Холла же чувствителен к помехам, создаваемым генератором, поэтому конструктивно сложнее

Приведем схему устройства и принцип работы датчика Холла:

Кратко о принципе действия:
Если подать постоянное напряжение на края А и поместить пластину в магнитное поле
Появится разность потенциалов на краях Б

На автомобилях это выглядит так:

Датчик положения распределительного вала (фаз)

Определяет положение поршней в цилиндрах, извещает о достижении верхней мертвой точки (ВМТ)

ЭБУ будет знать в каком цилидре необходимо производить впрыск, а в каком зажигание

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ)

Основная функция ДМРВ — определять количество воздушного потока, который поступает в цилиндры

Устанавливается между воздушным фильтром и дроссельным патрубком

Имеет чувствительный элемент — тонкую сетку (мембрану) на основе кремния

На сетке имеется нагревательный резистор и два температурных датчика перед и после нагревательного резистора

Сигнал ДМРВ — изменяющееся постоянное напряжение в зависимости от количества проходящего воздуха

Проходящий воздух охлаждает часть перед нагревательным резистором, в то время часть за резистором сохраняет температуру

Оба дачтика передают данные и на основе их разницы ЭБУ определяет необходимую длительность открывания форсунок

Датчик детонации – расположен в цилиндре, при детонации отслеживает вибрации и передает информацию на ЭБУ

Датчик положения дроссельной заслонки TPS – дозирует топливо, оптимизирует расход, ориентируясь на положение дроссельной заслонки

Датчик кислорода (Лямда зонд)

Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в выхлопной системе

Анализирует насколько правильно сгорает бензино-воздушная сместь

Идеальное соотношение бензин-воздух — 14,7:1 на 1кг топлива приходится 14,7кг воздуха

Увеличение количества воздуха приведет к обедненной смеси, ухудшится динамика, уменьшится расход бензина

Уменьшение количества воздуха приведет к обгащенной смеси, улучшиться динамика, увеличиться расход бензина

Частые поломки инжектора

Проблемы с подачей топлива в инжектор

Необходимо проверить датчик уровня топлива, если датчик исправен – значит проблема в бензонасосе

При засорении входного отверстия подачи топлива — необходимо прочистить

Если чистка не помогла – неисправен бензонасос, необходимо отремонтировать или заменить

При неправильной сборке бензонасоса вместе с топливом начнет всасывать воздух

Увеличение расхода топлива

Чаще всего возникает при засорении форсунок

Форсунки не смогут подавать необходимый объем топлива, система начнет компенсировать увеличением частоты или объема впрыска топлива

Длительность разгона т.с. увеличится, а мощность т.с. значительно снизится

Троение, отключение одного из цилиндров

Можно столкнуться при полном засорении форсунки, если она не способна подавать топливо в цилиндр

Чаще всего происходит при использовании некачественного топлива

Гуляние оборотов при зафиксированной педали газа, или падение оборотов при выжатой педали (ручке газа)

Инжекторная система

На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.

Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.

Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).

Основным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

• лямбда-зонд;
• положения коленвала;
• массового расхода воздуха;
• положения дроссельной заслонки;
• детонации;
• температуры ОЖ;
• давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

• бак;
• электрический топливный насос;
• топливные магистрали;
• фильтр;
• регулятор давления;
• топливная рампа;
• форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

1. С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
2. Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная система непосредственного впрыска).

На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:

1. Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
2. Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
3. Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.

Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.

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.

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

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.

Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.