Инжекторная система подачи топлива — система подачи топлива , основное отличие от карбюраторной системы — подача топлива осуществляется путём принудительного впрыска топлива с помощью форсунок во впускной коллектор или в цилиндр .

Система массово устанавливается на бензиновых автомобильных двигателях начиная с 1980-х годов; автомобили с такой системой питания часто называют инжекторными . В авиации на поршневых моторах такая система начала применяться значительно раньше — с 1930-х годов, но по причине низкого уровня электронной техники и точной механики тех лет оставалась несовершенной. Наступление реактивной эры привело к прекращению работ над системами впрыска топлива. «Второе пришествие» впрыска в авиацию ( легкомоторную ) произошло уже в конце 1990-х годов.

Устройство

В инжекторной системе подачи впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками — инжекторами .

Классификация

По точке установки и количеству форсунок:

• Моновпрыск , , или — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на ). В настоящее время непопулярна ввиду возросших экологических требований: начиная с Евро-3 экологический стандарт требует индивидуальной дозировки топлива для каждого из цилиндров. Моновпрыски отличались простотой и очень высокой надёжностью, прежде всего из-за того, что форсунка находится в относительно комфортном месте, в потоке холодного воздуха.
• , или — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:
  • Одновременный — все форсунки открываются одновременно.
  • Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (так называемой фазы).
  • — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.
  • Непосредственный впрыск — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

Управление системой подачи топлива

В настоящее время системами подачи топлива управляют специальные микроконтроллеры , этот вид управления называется электронным. Принцип работы такой системы основан на том, что решение о моменте и длительности открытия форсунок принимает микроконтроллер , основываясь на данных, поступающих от датчиков. На ранних моделях системы подачи топлива в роли контроллера выступали специальные механические устройства.

Принцип работы

В контроллер при работе системы поступает со специальных датчиков информация о следующих параметрах:

• положении и частоте вращения коленчатого вала;
• массовом расходе воздуха двигателем;
• температуре охлаждающей жидкости;
• положении дроссельной заслонки;
• содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);
• наличии детонации в двигателе;
• напряжении в бортовой сети автомобиля;
• скорости автомобиля;
• положении распределительного вала (в системе с последовательным распределённым впрыском топлива);
• запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле);
• неровной дороге (датчик неровной дороги);
• температуре входящего воздуха.

На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:

• топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),
• системой зажигания,
• регулятором холостого хода,
• адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),
• вентилятором системы охлаждения двигателя,
• муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле),
• системой диагностики.

Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также, современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и многие другие характеристики и спецификации. Ранее использовалась механическая система управления впрыском.

Для оперативного выявления неисправностей инжектора используется компьютерная диагностика инжекторной системы подачи топлива .

Достоинства

Преимущества по сравнению с двигателями, оборудованными карбюраторной системой подачи топлива (в контексте двигателей, имеющих электронный блок управления ):

• Существенное уменьшение расхода топлива даже на ранних системах (например у автомобиля «Нива» ВАЗ-21214, оснащённого инжекторной системой первых поколений, расход топлива в среднем на 30-40 % меньше, чем у аналогичного автомобиля ВАЗ-21213, оснащённого карбюратором). Современные системы обеспечивают расход топлива примерно в 2 раза ниже, чем у последних поколений карбюраторных автомобилей аналогичной массы и рабочего объёма.
• Значительный прирост мощности двигателя, особенно в области низких оборотов.
• Упрощается и полностью автоматизируется запуск двигателя.
• Автоматическое поддержание требуемых оборотов холостого хода.
• Более широкие возможности управления двигателем (улучшаются динамические и мощностные характеристики двигателя).
• Не требует ручной регулировки системы впрыска, так как выполняет самостоятельную настройку на основе данных, передаваемых датчиками кислорода, а также на основе измерения неравномерности вращения коленвала.
• Поддерживает примерно стехиометрический состав рабочей смеси, что существенно уменьшает выброс несгоревших углеводородов и обеспечивает максимальный эффект использования окислительно-восстановительных каталитических нейтрализаторов . В результате выбросы токсичных продуктов сгорания снизились во много раз. Например, выбросы окиси углерода у последних поколений карбюраторных автомобилей составляли примерно 20-30 г/кВт⋅ч, у инжекторных автомобилей Евро-2 — уже 4 г/кВт⋅ч, а у автомобилей, выпущенных по нормам Евро-5 — всего 1,5 г/кВТ⋅ч.
• Широкие возможности для самодиагностики и самонастройки параметров, что упрощает процесс технического обслуживания автомобиля. Фактически инжекторные системы, начиная с Евро-3, вообще не требуют никакого периодического обслуживания (требуется только замена вышедших из строя элементов).
• Лучшая защита автомобиля от угона. Не получив разрешение от иммобилайзера , блок управления двигателем не производит подачу топлива в двигатель.
• Возможность уменьшения высоты капота, так как элементы системы впрыска расположены по бокам двигателя, а не над двигателем, как большинство автомобильных карбюраторов.
• В карбюраторных системах при неработающем двигателе или при работе на небольших оборотах за счет испарения бензина из карбюратора весь тракт, начиная от воздушного фильтра и до впускного клапана, наполнены горючей смесью, объём которой в многоцилиндровых двигателях достаточно велик. При неисправностях в работе системы зажигания или неправильно отрегулированных зазорах в клапанах возможен выброс пламени во впускной коллектор и воспламенения в нём горючей смеси, что вызывает громкие хлопки и может привести к пожару или повреждению приборов системы питания. В инжекторных системах бензин подаётся только в момент открытия впускного клапана соответствующего цилиндра и накопления горючей смеси во впускном тракте не происходит.
• Работа карбюратора зависит от его положения в пространстве. Например, большинство автомобильных карбюраторов работает с серьёзными нарушениями при крене автомобиля уже в 15 градусов. У инжекторных систем такой зависимости нет.
• Работа карбюратора сильно зависит от атмосферного давления, что особенно критично при работе автомобильных двигателей в горах, а также для авиационных двигателей. У инжекторных систем такой зависимости нет.

Недостатки

Основные недостатки двигателей с блоком управления по сравнению с карбюраторными:

• Высокая стоимость узлов (было актуально примерно до 2005 года).
• Низкая ремонтопригодность элементов (утратило актуальность в связи с освоением их массового выпуска и повышением надёжности).
• Высокие требования к фракционному составу топлива.
• Необходимость в специализированном персонале и оборудовании для диагностики, обслуживания и ремонта, высокая стоимость ремонта (утратило актуальность в связи с массовым распространением мобильных устройств и диагностических программ).
• Зависимость от электропитания и критически важное требование к постоянному наличию напряжения питания (у более современного варианта, контролируемого электроникой), что долгое время сдерживало применение электронно управляемого впрыска в авиации, на снегоходах и лодочных моторах.
• Подача бензина под давлением, что в случае ДТП повышает вероятность пожара. Поэтому в ранних системах в цепи бензонасоса был автоматический выключатель, срабатывающий при ударе, а в современных системах отключение бензонасоса при аварийных ситуациях осуществляет контроллер.

История

Появление и применение систем впрыска в авиации

Карбюраторные системы для работы под углом к горизонту необходимо дополнять множеством устройств либо применять специально спроектированные карбюраторы. Система непосредственного впрыска авиационных двигателей — удобная альтернатива карбюраторной, так как инжекционная система впрыска в силу конструкции работает в любом положении относительно направления силы тяжести.

Первый в России опытный мотор с системой впрыска был изготовлен в 1916 году Микулиным и Стечкиным .

К 1936 году на фирме Robert Bosch были готовы первые комплекты топливной аппаратуры для непосредственного впрыска бензина в цилиндры , которую через год стали серийно ставить на V-образный 12-цилиндровый двигатель Daimler-Benz DB 601 . Именно этими моторами объёмом 33,9 л оснащались, в частности, основные истребители Люфтваффе Messerschmitt Bf 109 . И если 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. Позже в серию пошла девятицилиндровая «звезда» BMW 132 с подобной системой питания — лицензионный авиадвигатель Pratt & Whitney Hornet, который на BMW производили с 1928 года . Он же устанавливался, к примеру, на транспортные самолёты Junkers Ju 52 . Авиационные двигатели в Англии, США и СССР в те времена были исключительно карбюраторными. Японская же система впрыска на истребителях « Mitsubishi A6M Zero » требовала промывки после каждого полета и поэтому не пользовалась популярностью в войсках.

Лишь к 1940 году , когда Советскому Союзу удалось закупить образцы новейших германских авиационных двигателей со впрыском, работы по созданию отечественных систем непосредственного впрыска получили новый импульс. Однако серийное производство советских насосов высокого давления и форсунок, созданных на основе немецких, началось лишь к середине 1942 года — первенцем стал звездообразный мотор АШ-82ФН , который ставили на истребители Ла-5 , Ла-7 и бомбардировщики Ту-2 . Мотор со впрыском АШ-82ФН оказался настолько удачным, что выпускался ещё долгие десятилетия, использовался на вертолётах Ми-4 и самолётах Ил-14 .

К концу войны довели до серии свой вариант впрыска и в США. Например, двигатели «летающей крепости» Boeing B-29 тоже питались бензином через форсунки.

Начало реактивной эры привело к прекращению работ по системам впрыска. На тяжёлых и скоростных самолётах применялись турбовинтовые и реактивные двигатели, а поршневые ставились лишь на тихоходные лёгкие маломанёвренные самолёты и вертолёты, которые могли нормально работать и с карбюраторной системой питания.

Применение систем впрыска в автомобилестроении

Системы управления двигателем в автомобилестроении начали применяться с 1951 года, когда механической системой непосредственного впрыска бензина производства западногерманской фирмы Bosch был оснащён двухтактный двигатель микролитражного купе 700 Sport, выпущенного фирмой Goliath из Бремена. В 1954 году появилось купе Mercedes-Benz 300 SL ( «крыло чайки» ), двигатель которого оснащался аналогичной механической системой впрыска Bosch . На рубеже 1950—1960-х годов над электронными системами впрыска топлива активно работали Chrysler и ГАЗ . Тем не менее, до эпохи появления дешёвых микропроцессоров и введения жёстких требований к уровню вредных выбросов автомобилей идея впрыска популярностью не пользовалась и только с конца 1970-х их массовым внедрением занялись все ведущие мировые автопроизводители.

Первой серийной моделью с электронным управлением системы впрыска бензина стал седан 1967 модельного года, который выпускала фирма , входившая в качестве отделения в состав концерна AMC . Нижневальная V-образная «восьмёрка» Rebel объёмом 5,4 л в карбюраторном варианте развивала 255 л. с., а в заказной версии Electrojector уже 290 л. с. Разгон до 100 км/ч у такого седана занимал менее 8 секунд.

К началу 2000-х годов системы распределённого и прямого электронного впрыска практически вытеснили карбюраторы на легковых и легких коммерческих автомобилях.

Производители систем впрыска

Система впрыска фирмы «Bendix»

• — первая коммерческая система электронного впрыска топлива, разработанная компанией . Патенты системы впрыска Electrojector впоследствии были проданы компании Bosch

Системы впрыска «Bosch»

• Системы импульсного механического впрыска на основе многосекционных ТНВД .

Применялись на поршневых авиамоторах и моторах послевоенных спортивных и гоночных легковых автомобилей.

• Системы Jetronic , не связанные в своей работе с системами зажигания.

Применялись на легковых автомобилях европейского производства с 1960-х по 2000-е года.

• Системы , работающие совместно с системами зажигания

Применялись на легковых автомобилях европейского производства с 1990-х по 2010-е года.

Системы впрыска «General Motors»

• GM Central — система центрального впрыска топлива (Моновпрыск)
• MulTec-S (Multiple Technology) — система центрального впрыска топлива
• Multec-F 1996—2001
• Multec-H 1998—2003
• MulTec-М — система многоточечного впрыска
• Multec-U 1996—2001

Системы впрыска «VAG»

• Digifant — система распределённого впрыска топлива
• Digijet — система распределённого впрыска топлива

См. также

• Карбюратор
• Двигатель внутреннего сгорания
• Форсунка
• Электронный блок управления
• Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях
• Каталитический конвертер

Примечания

Ссылки