Art-lg.ru

Журнал Автомобилиста
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы инжекторного двигателя

Принцип работы инжекторного двигателя

Основные принципы работы двигателя

В двигателе топливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания с помощью смесеобразующих устройств. Смесь всасывается в камеру сгорания движущимся вниз поршнем. При движении поршня вверх смесь сжимается и в нужный момент поджигается.

В результате сгорания топлива с выделением большого количества тепла давление в цилиндре резко повышается, и поршень с отдачей энергии через коленчатый вал снова идет вниз. После каждого сгорания отработавшие газы выводятся из цилиндра и вновь всасывается свежая топливовоздушная смесь.

Такой газообмен проходит по четырехтактному принципу. Для совершения одного рабочего цикла требуются два оборота коленчатого вала. Для управления газообменом в цилиндре используются впускной и выпускной клапаны.

Для получения большей мощности двигатели делают многоцилиндровыми. Наибольшее распространение получил четырехцилиндровый двигатель, в котором за два оборота коленчатого вала получается уже не один, а четыре рабочих хода. Для равномерной и плавной работы многоцилиндрового двигателя такты в разных цилиндрах чередуются в определенной последовательности, которая называется порядком работы цилиндров.

Топливовоздушная смесь

Топливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания и поступает в цилиндры на такте впуска. Для того чтобы двигатель работал оптимально, топливо необходимо подавать в цилиндр в определенной пропорции с воздухом. Наиболее полное сгорание происходит, если смесь состоит из 14,7 части воздуха и одной части паров бензина. Такое соотношение “воздух—топливо” называется стехиометрическим.

Степень отклонения реального состава топливовоздушной смеси от стехиометрического определяется коэффициентом избытка воздуха &lambda,:

— если &lambda,=1, то реальный расход воздуха соответствует теоретической потребности,
— если &lambda, меньше 1, то воздуха недостаточно для стехиометрического сгорания, топливовоздушная смесь обогащенная. В диапазоне &lambda,=0,95—0,8 двигатель развивает свою максимальную мощность,
— при &lambda,>1 топливовоздушная смесь обедненная. В диапазоне &lambda,=1,05—1,2 достигается максимальная топливная экономичность работы двигателя,
— при &lambda,>1,3 топливовоздушная смесь становится трудновоспламеняемой, двигатель начинает работать с перебоями.

Влияние коэффициента воздуха a на мощность Р и удельный расход воздуха: а) богатая смесь (недостаток воздуха), б) бедная смесь (избыток воздуха)

Влияние коэффициента воздуха на токсичность отработавших газов: а) богатая смесь (недостаток воздуха), б) бедная смесь (избыток воздуха)

Видно, что идеального состава смеси, при котором все факторы имели бы оптимальные значения, не существует. Так, например, для обеспечения эффективной работы каталитического нейтрализатора необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси, но при этом двигатель будет работать не оптимально с точки зрения топливной экономичности.

С другой стороны, для сокращения времени прогрева нейтрализатора до рабочих температур двигатель должен поработать на обедненных смесях. Чтобы разобраться, какая же топливовоздушная смесь и при каких условиях является оптимальной для двигателя, рассмотрим основные рабочие режимы инжекторного двигателя.

Режимы работы инжекторного двигателя

Холодный пуск. При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и усиленного оседания топлива на стенках впускных труб. Для компенсации этого явления и облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного количества топлива в момент пуска (a&lt,1).

После пусковая фаза. После пуска при низких температурах на короткое время требуется обогащение смеси (a1) путем подачи дополнительного количества топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и не улучшится смесеобразование в цилиндре. Дополнительно за счет богатой смеси достигается больший крутящий момент, что способствует переходу к нужным оборотам холостого хода.

Прогрев двигателя. За пуском и послепусковой фазой следует прогрев двигателя. В связи с тем что при пониженных температурах смесеобразование ухудшено (например, из-за слабого перемешивания воздуха с топливом), во впускной трубе образуется пленка топлива, которая испаряется только при достижении высоких температур. Поэтому при пониженных температурах топливовоздушную смесь необходимо обогащать (a1).

У двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, в диапазоне температур от + 15 до +40С топливовоздушная смесь обедняется (a1). Это делается специально для быстрого прогрева нейтрализатора до рабочих температур.

Частичные нагрузки. Для двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, при частичных нагрузках необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси (a=1). Для двигателей без нейтрализатора главным критерием оптимальности топливовоздушной смеси является минимальный расход топлива (a=1,05—1,2).

Полная нагрузка. При полностью открытой дроссельной заслонке двигатель должен достигать своего наибольшего крутящего момента или максимальной мощности. Для этого топливовоздушная смесь должна быть обогащенной до a=0,8—0,9.

Читать еще:  Genesis G90 2019

Ускорение. При быстром открытии дроссельной заслонки состав топливовоздушной смеси кратковременно обедняется вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускной трубе. Поэтому для предотвращения этого явления и достижения хороших разгонных характеристик автомобиля топливовоздушную смесь необходимо обогащать (a&lt,1).

Принудительный холостой ход. В этом режиме автомобиль замедляется, двигаясь по инерции. С целью экономии топлива в определенном диапазоне оборотов двигателя топливоподача может полностью прекращаться.

Высотная коррекция. С ростом высоты над уровнем моря плотность воздуха падает. Это означает, что при движении в горах всасываемый в двигатель воздух имеет меньшую массу, чем на равнине. Если это явление не учитывать в расчетах, то топливовоздушная смесь будет переобогащаться, что, в свою очередь, приведет к проблемам с пуском двигателя, с ходовыми качествами автомобиля, а также к повышенному расходу топлива.

В данной статье рассказали как работает инжекторный двигатель. О том, как работает впрыск на реальном автомобиле, читайте в статье Как работает система впрыска с обратной связью.

Что такое инжектор и чем он хорош

Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.

Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:

  1. Экономичность расхода;
  2. Лучший выход мощности;
  3. Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
  4. Легкость пуска мотора при любых условиях.

И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.

Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя

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.

Читать еще:  Масло для двигателя, советы по выбору

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.

Каталитический нейтрализатор

Это устройство позволяет сократить в выводимых газах содержание веществ, как окиси углерода и азота, за счет преобразования их в углеводороды. Не управляется ЭБУ, но взаимодействует с центром обработки через датчик, определяющий процент кислорода в выхлопных скоплениях. При избыточной подаче горючего контроллер получает сведения от датчика и корректирует ее.

В нейтрализаторе установлены керамические элементы со встроенными катализаторами:

  • окислительными (платиновый и палладиевый);
  • восстановительным родиевым;
  • селективными;
  • накопительными.

На заметку: этилированный бензин губителен для работы нейтрализаторов, а заправочные вещества с высоким содержанием серы приведет в негодность элементы накопительной катализации!

Достоинства и недостатки двигателя с электронным впрыском

Из плюсов можно выделить:

  • широкие возможности настройки двигателя под свои потребности (максимальная мощность, или максимальная экономичность),
  • весь процесс работы двигателя управляется электроникой,
  • компьютерная диагностика,
  • экологичность.

  • стоимость ремонта и обслуживания,
  • уязвимость электроники,
  • зависимость от стабильного напряжения бортовой сети.

Форсунки

Заслонка, позволяющая контролировать впрыск топлива в систему, называется форсункой. Используется два типа системы подачи топлива. Моновпрыск сейчас практически не используется. При таком расположении форсунки топливо подается вне зависимости от открытия впускного клапана двигателя. К тому же, такое управление мало контролируется электроникой. Второй вид — распределительный впрыск представлен более совершенной системой. Благодаря нескольким форсункам, расположенным непосредственно вблизи каждого цилиндра, происходит направленный доступ горючего. Такая система четко регламентирует подачу топлива, а также увеличивает производительность двигателя. Тип управления инжектором также определяется ЭБУ и может быть точечным и последовательным.

Почему не заводится инжекторный двигатель- основные причины

Несмотря на высокое качество и надежность инжекторных двигателей, бывают ситуации, когда при включении зажигания мотор не желает запускаться. В качестве наиболее частых причин можно выделить следующие пункты:

  • неисправности элементов топливной системы;
  • системы зажигания (проверить свечи и при необходимости их заменить);
  • загрязнение стартера (поможет удаление отработки и прочих вредных отложений, а затем тщательное смазывание механических соединений);
  • недостаточное количество заряда в аккумуляторной батарее;
  • нарушение целостности электропроводки, очаги коррозии на проводах;
  • отказ датчика положения коленчатого вала.

Первым делом рекомендуется проверить наличие бензина в баке машины. В топливную систему входит множество рабочих механизмов, чаще всего причину нужно искать в исправности насоса, целостности предохранителей, реле, состоянии фильтрующих элементов, подводящих трубок.

В системе зажигания решающая роль отводится свечам. От их качества и общего состояния зависит запуск мотора.

При визуальном осмотре аккумулятора рекомендуется проверить состояние клемм, на которых не должно быть элементов окисления. При необходимости зачистить клеммы.

Принцип работы инжектора

Принцип работы инжектора на автомобилях можно условно поделить на 2 части — механическую составляющую и электронную.

  • топливный бак;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр очистки бензина;
  • топливопроводы высокого давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки;
  • дроссельный узел;
  • воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Читать еще:  Подушки безопасности — виды и назначение

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей. Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенную со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Современная форсунка – электромагнитная, в ее основе лежит соленоид. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

  • Лямбда-зонд, устанавливается в выпускной системе авто, определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах;
  • Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента, определяет количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами;
  • Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), установлен в дроссельном узле, подает сигнал о положении педали акселератора;
  • Датчик температуры силовой установки, располагается возле термостата, регулирует состав смеси в зависимости от температуры мотора;
  • Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), установлен возле шкива коленчатого вала;
  • Датчик детонации, расположен на блоке цилиндров;
  • Датчик скорости, установлен на коробке передач;
  • Датчик фаз,предназначен для определения углового положения распредвала, установлен в головке блока.

Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от всех датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

На основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Виды впрысковых систем

Несмотря на достаточно простое описание работы инжекторного мотора, приведенное ранее, существует несколько разновидностей, осуществляющий подобный принцип работы.

Одноточечный впрыск

Это самый простой вариант реализации принципа впрыска. Он практически совместим с любым карбюраторным двигателем, разница заключается в применении впрыска вместо карбюратора. Если карбюратор во впускной коллектор подает ТВС, то при одноточечном впрыске во впускной коллектор впрыскивается через форсунку бензин.

Как и в случае с карбюраторным мотором, при такте впуск двигатель всасывает готовую топливно-воздушную смесь, и его работа практически не отличается от работы обычного двигателя. Преимуществом такого мотора будет лучшая экономичность.

Многоточечный впрыск

Представляет дальнейший этап совершенствования инжекторных моторов. Топливо по сигналам от контроллера подается к каждому цилиндру, но тоже во впускной коллектор, т.е. ТВС готовится вне цилиндра и уже в готовом виде поступает в цилиндр.
В таком варианте реализации принципа инжекторного двигателя возможно обеспечить многие из преимуществ, присущие впрысковому двигателю и отмеченные ранее.

Непосредственный впрыск

Является следующим этапом развития инжекторных двигателей. Впрыск топлива выполняется прямо в камеру сгорания, чем обеспечивается наилучшая эффективность работы ДВС. Итогом такого подхода является получение максимальной мощности, минимального расхода топлива и наилучших показателей экологической безопасности.

Инжекторный ДВС является следующим этапом в развитии бензинового мотора, значительно улучшающий его показатели. В моторах, использующих систему впрыска топлива, возрастает мощность, а также экономическая эффективность их работы, они отличаются значительно меньшим отрицательным влиянием на окружающую среду.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector