Пристрій та принцип роботи інжектора

Інжектор – це найпопулярніший електронно-механічний вузол у автомобілебудуванні. Пристрій та принцип роботи інжектора одночасно прості та складні. Звичайно, рядовому автовласнику необов'язково вникати в деталі конструкції інжекторних систем та їхнього програмного забезпечення, але основні моменти знати не завадить.

Нижче ми розповімо, що таке інжектор, який принцип його роботи, і які типи інжекторних форсунок найчастіше застосовуються на сучасних двигунах.

Рекомендуємо подивитися відео внизу сторінки, де добре показано, як працює інжектор.

Такі речі самотужки не ремонтуються, проте розумітися на пристрої інжектора варто, хоча б для того, щоб не потрапити в халепу при оплаті рахунку в автосервісі.

Що таке інжектор

Інжектор (англ. - Injector) - це спеціальна форсунка, встановлена ​​на двигун внутрішнього згоряння, що є частиною цілої інжекторної системи. Вона виконує функцію розпилювача палива (рідкого або газоподібного).

Вперше цю розробку впровадили у виробництво фахівці компанії Bosch, коли її оснастили купе Goliath 700 Sport з двотактним двигуном. Сталося це в 1951 році, а всього через 3 роки це зробив Mercedes (Mercedes-Benz 300 SL). Однак спочатку такі комплектуючі були досить дорогими, тому широке застосування інжекторів почалося тільки в 70-х роках. Інжекторна система швидко витіснила карбюратори (особливо в Європі, Америці та Японії) і на сьогоднішній день більшість моделей автомобілів оснащуються саме цим пристроєм.

Інжекторна система упорскування палива (Fuel Injection System) відрізняється тим, що вона здійснює пряме впорскування безпосередньо в циліндри або у впускний колектор. Робиться це за допомогою все тієї ж форсунки, які, у свою чергу, діляться на 2 категорії, що відрізняються місцем монтажу інжектора, а також принципом його роботи:

1. Моновприск - його ще називають центральним упорскуванням палива. В даному випадку інжектор є лише однією форсункою, яка подає паливо у всі циліндри двигуна. За такого підходу сам інжектор кріпиться прямо на впускному колекторі. Варто зауважити, що на сьогоднішній день ця схема роботи застаріла та практично не використовується автовиробниками.
2. Розподілене упорскування - це означає, що для кожного окремого циліндра підведена своя форсунка.

Крім цього, існує кілька типів розподіленого упорскування:

• прямий (безпосередній) - при ньому паливо впорскується відразу в камеру згоряння двигуна;
• одночасний - у цьому випадку всі форсунки інжектора працюють синхронно, одночасно подаючи паливо у всі циліндри;
• попарно-паралельний - здійснюється відкриття форсунок парною схемою. Т. е. перша відкривається перед впуском, а друга – перед випуском. Однак такий підхід має місце лише у разі запуску мотора, тоді як у русі реалізується фазована схема;
• фазований упорскування - це означає, що кожна окрема форсунка інжектора відкривається саме перед впуском.

Типи інжекторних форсунок

Інжекторні форсунки розрізняються за способами упорскування:

1. Електромагнітна;
2. Електрогідравлічна;
3. П'єзоелектрична.

Електромагнітна форсунка - Досить проста і ставиться на бензинові мотори (у більшості випадків).Нею оснащують і двигуни з безпосереднім упорскуванням. Її головними складовими частинами є оснащений голкою електромагнітний клапан, а також сопло. У процесі функціонування обмотку клапана подається електричний розряд. Частотою його подачі розповідає спеціальний електронний блок управління. У процесі відбувається утворення електромагнітного поля. Воно втягує голку, звільняє сопло і відбувається упорскування, причому робиться це одночасно зі стисканням пружини, яка розтискається після зникнення електромагнітного поля і повертає голку у вихідне положення.

Електрогідравлічна форсунка - Застосовується на дизельних моторах (у тому числі з системою Common Rail). Основні елементи даної форсунки – це камера управління, дроселі (впускний та зливний) та електромагнітний клапан. Працюють вони завдяки різниці в тиску солярки на форсунку та поршень: голку форсунки паливо притискає до сідла, тоді як електромагнітний клапан закритий (знеструмлений).

Коли блок управління відкриває клапан, відкривається дросель (зливний). Далі відбувається заповнення паливної магістралі соляркою, що витікає через дросель. При цьому починає зменшуватися тиск дизпалива на поршень, тоді як на голці воно залишається тим самим. Через це голка піднімається і здійснюється упорскування.

П'єзоелектрична форсунка – це найбільш досконалий (технічно) варіант. Як правило, нею оснащують дизельні двигуни. У неї чимало переваг, серед яких швидкість роботи (порівняно з електромагнітним пристроєм вона швидше в 4 рази), а також гранично точне і вивірене дозування. У разі застосовується пьезокристал, який змінює свою довжину під напругою.Цей пристрій складається з штовхача, п'єзоелемента, клапана та голки.

Принцип роботи схожий на електрогідравлічну форсунку. Тут також застосовано схему з різницею в тиску палива. Електричний струм подовжує п'єзоелемент, який тисне на штовхач. В результаті перемикаючий клапан відкривається і паливо вливається в магістраль. Тиск на голку зменшується, і вона відходить нагору, виробляючи упорскування.

Принцип роботи інжектора

Найпростіший інжектор має у своїй конструкції такі елементи:

1. Електронний блок керування;
2. Бензонасос (електричний);
3. Форсунки;
4. Датчики;
5. Регулятори тиску

Як видно, нічого занадто складного в конструкції інжектора немає, принаймні це стосується його механічної частини. Якщо коротко, то робота інжекторної системи упорскування відбувається так:

• Датчик витрати повітря вимірює масу повітря, що надходить у двигун.
• Далі ця інформація передається в блок управління інжектора, разом з іншими даними (температура силового агрегату, швидкість обертання коленвала, температура повітря, швидкість та ступінь відкриття дросельної заслінки та інші параметри).
• Комп'ютер аналізує всю цю інформацію і точно вираховує ту кількість палива (бензину, дизпалива, газу), яка потрібна для спалювання в масі повітря, що надійшла.
• Далі відбувається подача електричного розряду (певної тривалості) на форсунки інжектора, які відкриваються, пропускаючи паливо з паливної магістралі у колектор впускний.

Найбільш складна частина усієї інжекторної системи – це електронний блок управління (скорочено – ЕБУ). Він є мікрокомп'ютером, що робить обчислення за програмою, внесеною до його пам'яті.Програма складена таким чином, що встигає аналізувати всі параметри роботи двигуна та реагувати на зміну інформації, отриманої від зовнішніх датчиків.

Саме тому для коректної роботи інжектора вкрай важливими є два компоненти: каталітичний нейтралізатор відпрацьованих газів і датчик кисню (лямбда-зонд).

1. Каталітичний нейтралізатор. Зовні він має схожість із стільниками, які покриті спеціальним шаром. Його завдання полягає в допалюванні незгорілого палива, що вилітає з камери згоряння разом з вихлопними газами. Але він втрачає цю здатність внаслідок всього кількох заправок етилованим бензином. Проте не лише паливо може спричинити несправність. Часто нейтралізатор просто оплавляється внаслідок тривалої їзди на збагаченій суміші – стільники просто забиваються нагаром. Це відбувається внаслідок поломки датчика кисню чи несправностей у системі запалювання.
2. Датчик кисню. Найчастіше автомобілі оснащують цирконієвими датчиками, які прогріваються до робочої температури (понад 300 ° С) і подають блоку управління інформацію про стан суміші, орієнтуючись на склад вихлопу. Якщо суміш надто багата чи бідна – комп'ютер коригує подачу палива, відповідно збільшуючи чи зменшуючи його кількість.

Як ви могли переконатися, інжектор є дуже складним механізмом. Тому такі операції як чистка інжектора або його ремонт ми не рекомендуємо проводити самостійно.

Пристрій та принцип роботи інжектора

На сьогоднішній день інжекторний (або, говорячи по-науковому, упорскований) двигун практично повністю замінив застарілі карбюраторні двигуни.Інжекторний двигун суттєво покращує експлуатаційні та потужнісні показники автомобіля (динаміка розгону, екологічні характеристики, витрата палива).

Інжекторні системи подачі палива мають перед карбюраторними такі основні переваги:

• Точне дозування палива і, отже, економніша його витрата;
• Зниження токсичності вихлопних газів. Досягається за рахунок оптимальності паливно-повітряної суміші та застосування датчиків параметрів вихлопних газів;
• Збільшення потужності двигуна приблизно на 7-10% за рахунок покращення наповнення циліндрів, оптимальної установки кута випередження запалення, що відповідає робочому режиму двигуна;
• Поліпшення динамічних властивостей автомобіля. Система упорскування негайно реагує на будь-які зміни навантаження, коригуючи параметри паливно-повітряної суміші;
• Легкість запуску незалежно від погодних умов.

Види інжекторних систем

Перші інжектори, які масово почали використовувати на бензинових моторах, все ще були механічними, але в них уже почав з'являтися деякі електричні елементи, що сприяли кращій роботі мотора.

Сучасна ж інжекторна система включає велику кількість електронних елементів, а вся робота системи контролюється контролером, він же електронний блок управління.

Усього існує 3 типи інжекторних систем, що відрізняються за типом подачі палива:

Центральна (моновприск) інжекторна система

Центральна інжекторна система зараз є застарілою. Суть її в тому, що паливо впорскується в одному місці - на вході до впускного колектора, де воно змішується з повітрям і розподіляється по циліндрах.В даному випадку, її робота дуже схожа з карбюратором, з єдиною різницею, що паливо подається під тиском. Це забезпечує його розпилення та краще змішування з повітрям. Але ряд факторів міг вплинути на рівномірну наповнюваність циліндрів.

Центральна система відрізнялася простотою конструкції та швидким реагуванням на зміну робочих параметрів силової установки. Але повноцінно виконувати свої функції вона не могла. Через різницю наповнення циліндрів не вдавалося досягти потрібного згоряння палива в циліндрах.

Розподілена (мультивприскування) інжекторна система

Розподілена система - на даний момент найоптимальніша і використовується на безлічі автомобілів. У цього інжектора паливо подається окремо для кожного циліндра, хоч і впорскується воно теж у колектор впускний. Щоб забезпечити роздільну подачу, елементи, якими подається паливо, встановлені поряд з головкою блоку і бензин подається в зону роботи клапанів.

Завдяки такій конструкції, вдається домогтися дотримання пропорцій паливно-повітряної суміші для забезпечення потрібного горіння. Автомобілі з такою системою є більш економічними, але при цьому вихід потужності більше, та й довкілля вони забруднюють менше.

До недоліків розподіленої системи відноситься складніша конструкція та чутливість до якості палива.

Система безпосереднього упорскування

Система безпосереднього впорскування - різновид розподіленої і на даний момент найдосконаліша. Вона відрізняється тим, що паливо впорскується безпосередньо в циліндри, де вже відбувається змішування його з повітрям. Ця система за принципом роботи дуже схожа на дизельну.Вона дозволяє ще більше знизити споживання бензину і забезпечує більший вихід потужності, але дуже складна по конструкції і дуже вимоглива до якості бензину.

Види електронних форсунок

Існує класифікація електронних форсунок, що ґрунтуються на способі упорскування палива. Виділяють такі три різновиди:

• Електромагнітна. Найчастіше характерна для бензинових ДВС (і з прямим упорскуванням також). Конструкцію не можна назвати дуже складною, а основними її частинами виступають клапан з голкою (електромагнітний), сопло. Контроль за роботою зазначеної форсунки виконується за допомогою ЕБУ, що забезпечує на обмотці клапана напругу в найбільш вдалий для цього момент.
• Електрогідравлічна. Здебільшого використовують на дизельних двигунах. Є електромагнітним клапаном, доповненим камерою управління, а також зливним і впускним дроселями. Робочий принцип цього різновиду форсунок ґрунтується на участі тиску самої паливної суміші у будь-який момент роботи. За діяльністю електрогідравлічної форсунки слідкує ЕБУ, саме він надсилає робочі сигнали електромагнітному клапану.
• П'єзоелектрична. Вважається найбільш вдалим пристроєм серед усіх представлених, але може працювати тільки на дизельних агрегатах із системою упорскування Common Rail. Основна перевага цього типу – швидкість реакції, що гарантує багаторазове подання палива за один повний цикл. В основі роботи п'єзоелемента - гідравлічний принцип дії (як і в попередньому варіанті), що передбачає спрацювання поршня штовхача за рахунок збільшення довжини п'єзоелемента під впливом електричного сигналу ЕБУ.Кількість палива, що подається за один раз, визначається тривалістю такого впливу і тиском паливної суміші в паливній рампі.

Принцип роботи інжектора

Принцип роботи інжектора на автомобілях можна умовно поділити на 2 частини – механічну складову та електронну.

• паливний бак;
• електричний бензонасос;
• фільтр очищення бензину;
• паливопроводи високого тиску;
• паливна рампа;
• форсунки;
• дросельний вузол;
• повітряний фільтр.

Звичайно, це не повний перелік складових частин. У систему можуть бути включені додаткові елементи, що виконують ті чи інші функції, все залежить від конструктивного виконання силового агрегату та системи живлення. Але ці елементи є основними для будь-якого двигуна з інжектором розподіленого упорскування.

Бак є ємністю для бензину, де він зберігається та подається в систему. Електробензонасос розташовується в баку, тобто забір палива проводиться безпосередньо ним, причому цей елемент забезпечує подачу палива під тиском.

Далі у систему встановлений паливний фільтр, що забезпечує очищення бензину від сторонніх домішок. Оскільки бензин перебуває під тиском, то пересувається він паливопроводом високого тиску.

Для запобігання перевищенню тиску в систему входить регулятор тиску. Від фільтра через нього по паливопроводах бензин рухається в паливну рампу, з'єднану з усіма форсунками. Самі ж форсунки встановлюються у впускному колекторі, неподалік клапанних вузлів циліндрів.

Сучасна форсунка - електромагнітна, в її основі лежить соленоїд.При подачі електричного імпульсу, що надходить від ЕБУ, в обмотці утворюється магнітне поле, що впливає на сердечник, змушуючи його переміститися, подолавши зусилля пружини та відкрити канал подачі. А оскільки бензин подається у форсунку під тиском, то через канал і розпилювач бензин поступає в колектор.

З іншого боку, через повітряний фільтр в систему засмоктується повітря. У патрубку, яким рухається повітря, встановлений дросельний вузол із заслінкою. Саме на цю заслінку і впливає водій, натискаючи на педаль акселератора. При цьому він просто регулює кількість повітря, що подається в циліндри, а на дозування палива водій взагалі ніякого впливу не має.

Основним елементом електронної частини є електронний блок, що складається з контролера та блоку пам'яті. У конструкцію також входить велика кількість датчиків, на основі показань яких ЕБУ виконує керування системою.

Для роботи ЕБУ використовує показання датчиків:

• Лямбда-зонд, що встановлюється у випускній системі авто, визначає залишки незгорілого повітря у вихлопних газах;
• Датчик масової витрати повітря (ДМРВ), розташований у корпусі повітряного фільтруючого елемента, визначає кількість повітря, що проходить через дросельний вузол при всмоктуванні його циліндрами;
• Датчик положення дросельної заслінки (ДПДЗ), встановлений у дросельному вузлі, подає сигнал про положення педалі акселератора;
• Датчик температури силової установки розташовується біля термостата, регулює склад суміші в залежності від температури мотора;
• Датчик положення колінчастого валу (ДПКВ), встановлений біля шківа колінчастого валу;
• Датчик детонації розташований на блоці циліндрів;
• Датчик швидкості встановлено на коробці передач;
• Датчик фаз, призначений для визначення кутового положення розподільного валу, встановлений в головці блоку.

Елекробензонасос заповнює всю систему паливом. Контролер отримує показання від усіх датчиків, порівнює їх із даними, занесеними до блоку пам'яті. При розбіжності показань, він коригує роботу системи живлення двигуна так, щоб досягти максимального збігу отриманих даних із занесеними до блоку пам'яті.

На основі даних від датчиків, контролером вираховується час відкриття форсунок, щоб забезпечити оптимальну кількість бензину, що подається для створення паливоповітряної суміші в необхідній пропорції.

При поломці якогось із датчиків контролер переходить в аварійний режим. Тобто він бере усереднене значення показань несправного датчика і використовує їх для роботи. При цьому можлива зміна функціонування мотора - збільшується витрата, падає потужність, з'являються перебої в роботі. Але це не стосується ДПКВ, при його поломці двигун функціонувати не може.

Переваги інжектора та його недоліки

Якби в цій системі не було переваг, інжектори не набули б такого широкого поширення. Надійність інжектора багато хто може оскаржити, адже автомобілісти нерідко стикаються з проблемами та невиліковними хворобами системи. Тим не менш, у технології набагато більше плюсів, які залучають покупців та дарують певні вигоди у поїздці.

Незважаючи на те, що інжектор дорожчий в обслуговуванні і більш вибагливий до якості бензину, його надійність та можливість широкого налаштування параметрів випереджає на сотні кроків уперед карбюратор.Зрештою, за певний пробіг два типи мотора можуть вийти однаково в ціні, тільки карбюратору потрібно буде приділяти увагу частіше, а інжектор зробити один раз і надовго.

І насамкінець представляємо вашій увазі відео для більш повного розуміння принципу роботи інжектора.

Що таке інжектор і як він працює

Сучасні двигуни внутрішнього згоряння для поєднання високої віддачі та економічності потребують виключно точного дозування палива. Ця делікатна місія – завдання паливних інжекторів. Як вони влаштовані

Що таке інжектор

Паливні інжектори (форсунки) - це виконавчий механізм системи упорскування, за допомогою якого виконується дозування і розпилення палива, що подається під тиском.

Паливні інжектори розташовані в гніздах в районі клапанного механізму, а власне розпилювачі палива у сучасних ДВС виведені у впускний колектор або у випадку з двигунами з безпосереднім упорскуванням у камери згоряння кожного циліндра.

Спочатку інжектори, винайдені в середині XIX століття у Франції, застосовувалися для подачі води до парових котлів паровозів. В автомобільних дизельних двигунах форсунки почали використовувати з 1920-х років, а в бензинових - з другої половини 1950-х. Це були механічні пристрої з деякими електричними елементами, але вже в 1958 компанія Chrysler представила Electrojector, першу систему електронного впорскування. Пристрої такого типу стали домінуючими. Що стосується власне розпилювача (сопла), то на зміну надтонким свердлам для виконання каналів паливоподачі прийшли лазери.

Інжектор та карбюратор: у чому різниця

Карбюратор (від французького carburation – робоча суміш) – це чисто механічний пристрій для змішування у певній пропорції повітря та бензину, а також для регулювання кількості отриманої суміші перед її подачею в камеру згоряння двигуна. Процес змішування компонентів робочої суміші відбувається в карбюраторі під дією розрідження, що створюється у впускному колекторі, коли поршень у циліндрі рухається вниз.

Порівняно з карбюраторами, що раніше застосовувалися на бензинових моторах, інжектори відрізняються більшою точністю, що особливо важливо для легкопаливних двигунів, що вимагають строго певного співвідношення компонентів робочої суміші.

Основні плюси форсунок у практичному плані:

1. Покращують відгук ДВС на газ
2. За інших рівних скорочують витрату палива, у тому числі за рахунок відключення паливоподачі в частину циліндрів при часткових навантаженнях та використання функції Старт/Стоп
3. Дозволяють зробити вихлоп чистішим
4. Можуть бути інтегровані з протиугінною системою

Основні мінуси форсунок щодо карбюраторів:

1. Більш висока вартість системи упорскування, частиною якої є інжектори, і власне форсунок у ДВС з безпосереднім упорскуванням
2. Велика складність та вартість ремонту

Пристрій та принцип роботи інжектора

Як було зазначено вище, інжектори є частиною системи упорскування палива. У ній обов'язково присутні також:

1. Паливний насос. Оскільки в справному ДВС тиск, що створюється насосом, в системі паливоподачі залишається постійним, кількість пального, яке подається в циліндри, регулюється тільки тривалістю відкритого стану інжекторів.
2. Електронний блок керування двигуном (ЕБУ).Виходячи із показань різних датчиків, ЕБУ, зокрема, визначає момент спрацьовування та тривалість знаходження інжекторів у відкритому стані.
3. Лямбда-зонд Цей кисневий датчик, вбудований в корпус каталітичного нейтралізатора відпрацьованих газів, забезпечує зворотний зв'язок і дозволяє ЕБУ коригувати склад робочої суміші, зокрема, за рахунок зміни періоду спрацювання інжекторів.

Найкращого змішування компонентів робочої суміші, підвищення віддачі дизельних ДВС, а також зниження шумності їх роботи домагаються за допомогою багатофазного впорскування.

Інжекторна система прямого упорскування палива в циліндр у розрізі (Фото: Ton1~commonswiki / CC BY-SA 3.0 / Wikipedia Commons)

У найзагальнішому вигляді конструкція паливного інжектора сучасних ДВС виглядає так:

1. Корпус, в канали якого подається паливо
2. Електропривод голки, що відкриває/закриває шлях палива до розпилювача
3. Підпружинена голка/клапан. Клапан закритий, якщо живлення не подається.
4. Розпилювач

Форсунки дизельних моторів більші, ніж у бензинових.

За типом приводу голчастого клапана форсунки поділяються на:

1. Електромагнітні. Тут функцію приводу виконує індукційна котушка з рухомим осердям.
2. Електрогідравлічні. Тут індукційна котушка керує поршнем, який регулює тиск палива на голчастий клапан, під дією якого останній відкривається або закривається.
3. П'єзоелектричні. За переміщення голчастого клапана відповідає п'єзоелемент, розміри якого збільшуються при подачі на нього напруги.

Часті несправності інжектора

До типових несправностей форсунок ставляться:

1. Засор, спричинений потраплянням у паливо різних сторонніх частинок або утвореним нагаром, що характерно для ДВЗ з безпосереднім упорскуванням.
2. Вироблення ресурсу (зазвичай, на пробігу 150 000-200 000 км). У цьому випадку форсунку заїдає в будь-якому положенні.
3. Некоректна робота через збій у роботі датчиків системи паливоподачі

Наслідком виходу форсунок з ладу є:

1. Нестійка робота двигуна, що проявляється у його вібраціях та стрибках стрілки тахометра
2. Зниження потужності двигуна
3. Ривки при натисканні на газ
4. Зростання витрати палива

Внаслідок складності систем упорскування їх ремонт вимагає спеціальної апаратури та відповідної кваліфікації, тому для усунення проблем, що виникли, потрібно звернутися на сервіс.

Профілактика несправностей інжектора

Щоб максимально довго підтримувати форсунки у працездатному стані, необхідно:

1. Заправлятися якісним паливом на перевірених АЗС
2. Міняти паливні фільтри відповідно до регламенту технічного обслуговування
3. Періодично використовувати спеціальні присадки, що заливаються в паливний бак, після чого автомобіль експлуатується у звичайному режимі

Як почистити інжектор

При серйозному забрудненні інжекторів на спеціалізованих сервісах використовують:

1. Ультразвукову ванну заповнену спеціальною рідиною. У неї занурюють демонтовані інжектори, на які впливає як хімічні речовини, так і ультразвук, що має ударний ефект. Однак цей метод не підходить для форсунок прямого упорскування, а також мають елементи з кераміки та тефлону.
2. Пневматичну станцію (компресор), яка при працюючому двигуні і відключеному паливному насосі подає в інжектори спеціальну рідину, що чистить. Цей метод не вимагає демонтажу форсунок і застосовується для очищення всіх типів інжекторів.