Инжектор: что это
Рассказываем, что такое инжектор в автомобиле, какой у него принцип работы и как устроен, перечисляем типы инжекторов, сравниваем с карбюратором
Инжектор – это система подачи топлива, используемая в большинстве современных автомобилей. Ее основной конструктивный элемент – форсунка, которая обеспечивает впрыск топлива в камеру сгорания. Изначально форсунки работали механически, однако современные модели имеют электронное управление, что обеспечивает обширные возможности для регулировки впрыска.
История изобретения
Конструкции топливных форсунок были известны с начала ХХ века. Так, к 1903 году двигатели Дизеля оснащались дисковыми распылителями топлива, а компанией Thornycroft была представлена конструкция форсунки, работающей под действием горячего пара. В 1906 году был выпущен авиационный двигатель Antoinette 8V, конструкция которого была схожа с современными моторами: V-образная компоновка, 8 цилиндров и многоточечная система впрыска.
В 1925 году конструктор Йонас Хессельман (ранее возглавлявший инженерный отдел AB Diesel Engines) представил собственную конструкцию автомобильного двигателя. Он мог работать как на бензине, так и на дизеле. Причем в моторе была впервые применена система прямого впрыска топлива в цилиндры.
В 1936 году на авиашоу в Париже был представлен дизельный двигатель Коатален. В нем впервые использовались форсунки с механическим открыванием клапана и гидравлическим аккумулятором, которые считаются первым воплощением современной системы Common Rail.
На автомобилях инжекторные двигатели стали массово устанавливаться с 1980-х годов. Введение в 1992 году экологического стандарта Евро-1 и последующие ужесточения требований к безопасности моторов привели к вытеснению карбюраторов. Современный инжекторный двигатель обеспечивает почти полное сгорание топлива и устанавливаются на всех новых автомобилях.
Принцип работы и устройство
Форсунка состоит из корпуса распылителя, иглы, гайки, регулировочной шайбы и пружины. Топливо подается по линии высокого давления, а его излишки сливаются в бензобак через топливоотводящий канал
Наиболее простые механические форсунки работают по принципу клапана. Как только давление в линии подачи превышает давление, развиваемое пружиной, происходит поднятие иглы и сброс топлива в камеру сгорания. Такая конструкция использовалась на ранних дизельных двигателях. Момент срабатывания системы можно было менять, изменяя поджатие пружины: для этого в инжекторе предусмотрена регулировочная гайка.
Современные моторы оснащаются форсунками с электромагнитным управлением. Такие системы дополнены разъемом питания, якорем ЭМ и обмоткой возбуждения. Благодаря такой конструкции, поднятие иглы происходит не из-за повышения давления, а после срабатывания ЭМ. За счет этого можно точнее дозировать количество впрыскиваемого топлива. Кроме того, существует возможность для многократного впрыска в течение одного рабочего цикла. Изменяя характеристики впрыска, инженеры могут оптимизировать расход топлива и повысить КПД двигателя.
Отличия инжектора от карбюратора
Долгое время карбюраторные двигатели были более распространенными, чем инжекторные машины. Эти конструкции имеют ряд принципиальных различий.
Простейший карбюратор состоит из двух камер: поплавковой и смесительной. Между ними находится жиклер, дозирующий подачу. При расходовании топлива, поплавок опускается, открывая иглу жиклера. В результате топливо поступает в смесительную камеру, где, за счет разности давления, распыляется и смешивается с потоками воздуха. После этого топливовоздушная смесь засасывается в цилиндры двигателя.
Такая конструкция отличается простотой и надежностью, однако значительная часть мощности двигателя (до 10%) расходуется на смешение и подачу топлива. Кроме того, ограничены возможности для настройки подачи.
В инжекторных машинах топливо впрыскивается во впускной коллектор или непосредственно в камеру сгорания с помощью форсунок. В отличие от карбюратора, объем подаваемого топлива здесь приближено к количеству, необходимому при заданном режиме работы двигателя.
Преимущества инжектора перед карбюратором:
- Точное дозирование топлива. Это позволяет более экономно расходовать топливо и повысить КПД мотора. Наиболее современные типы инжекторных ДВС потребляют в 2 раза меньше топлива, чем последние карбюраторные модели (при условии аналогичной массы и технических характеристик);
- Увеличение мощности. Улучшение наполнения камеры сгорания, оптимальный угол опережения зажигания и точное дозирование (в соответствии с режимом работы ДВС) приводят к тому, что мощность мотора повышается на 5-10%;
- Улучшение динамики. Использование инжекторной системы подачи топлива приводит к тому, что двигатель мгновенно реагирует на нажатие педали газа;
- Более простое ТО. За счет более высоких требований к качеству топлива и условий его подачи, инжектор реже требует чистки или замены.
К недостаткам инжектора относятся сложность изготовления и высокие требования к качеству топлива. При наличии в нем посторонних включений, форсунки легко засоряются, из-за чего возникают проблемы в работе мотора.
Типы инжекторных систем
По количеству форсунок, инжекторные системы делят на моновпрыск (он же одноточечный или центральный) и распределенный впрыск (он же многоточечный впрыск или мультивпрыск). Во втором случае форсунки могут открываться одновременно, либо работать попарно или фазированно. Выделяются также системы, в которых топливо из форсунок поступает прямо в камеру сгорания, а не во впускной коллектор.
Моновпрыск
В такой конструкции используется одна форсунка на все цилиндры, которая устанавливается на впускном коллекторе. Наиболее ранний тип систем. Надежны, дешевы и просты в изготовлении. Сейчас почти не используется в связи с возросшими экологическими требованиями.
Распределенный впрыск
Здесь для каждого цилиндра предусмотрены отдельные форсунки, установленные во впускном коллекторе — рядом со впускным клапаном. В современных моделях ДВС используется одна из разновидностей распределенного впрыска, а именно фазированный впрыск. При такой конструкции каждая форсунка управляется отдельно в соответствии с фазой работы двигателя.
Непосредственный впрыск
В отличие от традиционных систем распределенного впрыска, подача топлива здесь осуществляется непосредственно в камеру сгорания. В результате улучшается экономия топлива (до 20%) и безопасность мотора для экологии. Требования к качеству топлива также повышаются.
Виды форсунок
В зависимости от конструкции форсунок, выделяют 4 вида систем.
Механические
Механический инжектор – это классическая конструкция, которая отличается простотой и надежностью. В некоторых моделях двигателей применяется до сих пор. Представляет собой клапан с иглой и соплом, который срабатывает при достижении давления настройки пружины. По сравнению с другими типами конструкции, обеспечивает более низкую точность и ограниченные возможности для регулировки, поэтому постепенно вытесняется с рынка.
Электромагнитные (ЭМ)
При такой конструкции игла поднимается не за счет возрастающего давления, а под действием ЭМ – по сигналу от ЭБУ. Позволяет более точно регулировать подачу и используется на большинстве бензиновых инжекторных моторов. На дизельных двигателях используется реже из-за ограничений при работе в условиях высоких давлений.
Электрогидравлические (ЭГ)
Сочетают преимущества механической и ЭМ-форсунки. В такой конструкции топливо давит на иглу сверху и снизу с равным давлением. При этом камеры связаны между собой, а верхняя камера связана через ЭМ-клапан со сливной магистралью. При подаче электричества клапан открывается, давление в верней камере падает, из-за чего игла поднимается. В результате топливо из нижней камеры впрыскивается в камеру сгорания.
Такая конструкция надежна и эффективна. Она получила распространение на дизельных двигателях, в том числе с системой Common Rail.
Пьезоэлектрические (ПЭ)
По конструкции схожи с ЭГ-форсунками, но для привода клапана используется ПЭ элемент. Последний способен изменять свою форму под действием электрического тока. ПЭ-инжектор — наиболее современный тип систем. Он отличается быстродействием, что обеспечивает впрыск топлива до 9 раз за такт двигателя. Используется на многих современных двигателях, работающих на дизельном топливе.
Причины плохой работы инжектора
Основной причиной неисправности форсунок остается их засорение. Оно вызвано использованием некачественного топлива с высоким содержанием смол и примесей. Засорение приводит к некорректному образованию смеси, повышенному расходу топлива и увеличению токсичности выхлопных газов. Чтобы снизить риск засорения форсунок, нужно вовремя менять топливный фильтр и заправляться только на проверенных АЗС.
Также работа форсунок может быть нарушена из-за повреждения электрической цепи или износа инжектора. Во втором случае выполняют замену форсунок.
Промывка форсунок
Существует 2 способа для промывки форсунок:
- Присадки. При таком варианте очистки в топливный бак заливают присадку и эксплуатируют двигатель в обычном режиме. Способ актуален в качестве превентивной меры или при наличии незначительных загрязнений.
- Ультразвуковая ванна. При таком способе форсунки снимают с двигателя и очищают их на стенде. Способ требует больших затрат, но позволяет восстановить засоренный инжектор.
Многие СТО используют безразборный метод очистки. Здесь применяется пневматическая станция, обеспечивающая промывку системы впрыска.
