Инжекторная система подачи топлива

Для инжекторной системы предусмотрен принцип подачи горючего, основанный на его принудительном впрыскивании во впускной коллектор или в цилиндр. Это действие осуществляется при помощи форсунок. Обозначенный подход отличается от того, который характерен для карбюраторного варианта.

Основные сведения

Еще в 1930-х гг. инжекторная система стала задействоваться в авиационной сфере, где приобрела актуальность для поршневых моторов. В течение длительного периода она оставалась далекой от совершенства. Такая ситуация объяснялась недостаточным уровнем развития технической и механической отраслей. С 80-х гг. минувшего столетия рассматриваемый подход стали все чаще применять для двигателей автотранспорта, работающего на бензине.

С началом реактивной эры системы впрыска топлива были позабыты. Работы над их созданием приостановились на неопределенный период. Конец 90-х гг. прошлого века ознаменовался повторным обращением к упомянутому режиму. В первую очередь это коснулось легкомоторной авиации.

Инжекторная система подачи топлива: классификация и устройство

Топливо впрыскивается в воздушный поток посредством форсунок. Последние также принято называть инжекторами. В зависимости от точки установки и количества форсунок различают многочисленные варианты впрыскивания. Основные из них:

• Моновпрыск. Эта разновидность также именуется центральной, одноточечной. Один инжектор предназначен для всех имеющихся цилиндров. Чаще всего форсунка находится на впускном коллекторе (в области расположения карбюратора). Прежде моновпрыски ценились за простоту и надежность. На фоне возрастания экологических требований они перестали пользоваться прежним спросом.
• Распределенный. Подобный вариант, представленные несколькими видами, также именуют многоточечным. Изолированные форсунки обслуживают цилиндры во впускном коллекторе.
• Попарно-параллельный. Открытие инжекторов происходит парами, перед тактом выпуска и впуска. Какой-либо значимостью это не обладает, поскольку горючая смесь направляется в требуемую область клапанами. Сегодня прибегают к фазированному впрыскиванию. Использование попарно-параллельного предусмотрено при запуске, а также во время перехода к аварийному режиму.
• Фазированный. Управление всех форсунок выполняется по отдельности. Открытие имеет место перед тактом впуска.
• Непосредственный. Топливная субстанция сразу попадает в камеру сгорания.
• Одновременный. Происходит одномоментное открытие форсунок.
• Особенности управления. Сегодня подача топливной субстанции происходит благодаря электронному управлению. Такой процесс осуществляется посредством специальных микроконтроллеров. Именно эти схемы определяют, когда именно и на какой период станут открываться форсунки. При выполнении своей задачи микроконтроллерами учитываются данные, переданные датчиками. В более старых моделях, подающих горючую смесь, функциями контроллера наделялись особые механические приспособления.

Принцип работы

Датчики направляют контроллеру сведения, касающиеся:

• скорости передвижения определенного средства;
• положения, частоты, с которой вращается коленчатый вал;
• объема расходуемого воздуха;
• положения, занимаемого дроссельной заслонкой;
• t входящего воздушного потока и охлаждающей жидкости;
• содержания кислорода в выхлопных газах;
• наличия детонации;
• уровня напряжения в бортовой сети;
• неровностей на дороге;
• положения, принятого распределительным валом (касается вариантов, в которых имеется последовательно распределенное впрыскивание);
• запроса на кондиционирование (при наличии соответствующего устройства).

Полученные данные позволяют контроллеру осуществлять обширное управление. Это касается зажигания, подачи топлива, регулятора холостого хода, системы, диагностирующей состояние транспортного средства, и пр.

Параметры, свойственные электронному впрыску, подвержены ускоренным изменениям. Это обусловлено программным управлением, принимающим во внимание разнообразные программные функции и информацию, предоставляемую датчиками. Актуальные решения способны обеспечивать программе адаптацию под особенности вождения, под ту или иную разновидность мотора.
Важным моментом является оперативное обнаружение неисправностей в работе инжектора. Для этого проводится компьютерная диагностика.

Преимущества

Выделяют многочисленные плюсы, выступающие отличиями от моторов с карбюраторным принципом подачи топливной смеси (касается вариантов, где предусмотрен электронный управляющий блок):

• Значительное снижение расхода топливной субстанции. Эта особенность касается даже достаточно старых конструкций. К примеру, ею обладает «Нива» ВАЗ-21214. Здесь топливо расходуется на 30-40 % меньше, чем у имеющей карбюратор модели ВАЗ-21213. Благодаря полученным улучшениям расход топлива удается снизить как минимум вдвое. Это является неоспоримым преимуществом над новейшими карбюраторными авто с той же массой, аналогичным рабочим объемом.
• Мотор, получивший увеличенную мощность. Прежде всего, речь идет о низких оборотах.
• Полностью автоматизированный, упрощенный запуск двигателя. Расширенные возможностей управления им, улучшение ряда характеристик (динамических, мощностных).
• Автоматизированная поддержка необходимых оборотов холостого хода.
• Отсутствие потребности в ручной регулировке системы впрыскивания. Настройка происходит без дополнительного участия, с учетом сведений, поступающих от датчиков кислорода, и результатов определения неравномерного вращения коленвала.
• Поддержка оптимального стехиометрического состава рабочего вещества. Это позволяет выбрасывать меньшее количество несгоревших углеводородов. Также достигается максимально выраженный эффект, обусловленный применением окислительно-восстановительных каталитических нейтрализаторов. Благодаря этому продукты сгорания не так активно загрязняют окружающую среду (для карбюраторных изделий последних поколений уровень выброса окиси углерода равен 20-30 г/кВтч, у инжекторных авто Евро-2 такой показатель составляет 4 г/кВтч, у транспорта, соответствующего требованиям Евро-5 — 1,5 г/кВТч).
• Самостоятельное осуществление диагностики, настройки параметров. Это позволяет упростить процедуру техобслуживания. Начиная с Евро-3, инжекторные системы практически не нуждаются в периодическом обслуживании. Иногда заменяются некоторые детали.
• Допустимое уменьшение высоты капота. Такое действие осуществимо благодаря расположению определенных элементов сбоку от автомобильного мотора.
• Отсутствие риска угона. Для подачи топливной субстанции требуется обязательное разрешение, поступающее от иммобилайзера.
• В карбюрационных режимах при неработающем двигателе или в процессе функционирования на небольших оборотах весь тракт получает большое количество горючего за счет испаряемого бензина. Во впускном коллекторе может оказаться выброшенное пламя. Подобное случается, если зажигание работает некорректно, или имеются неточности в регулировке зазоров в клапанах. В результате горючее вещество воспламеняется, возникают характерные хлопки. Это влечет за собой пожар или повреждение приборов, отвечающих за питание. При использовании инжекторного принципа подача бензина происходит только при открытии впускного клапана соответствующего цилиндра, поэтому горючее не накапливается внутри впускного тракта.
• На функционирование карбюратора во многом влияет его положение. В ряде случаев сбои возникают даже при незначительном крене авто. Инжекторные системы не имеют подобной зависимости. Также на их работу не влияет атмосферное давление. В других случаях это способно спровоцировать опасную ситуацию (например, при работе автотранспорта в горах).

Недостатки

Двигатели с блоком управления обладают определенными минусами, отличающими их от карбюраторных моделей:

• Особой требовательностью к составу горючего.
• Невысокой ремонтопригодностью (проблема устранена массовым выпуском, большей надежностью).
• Наличием дорогостоящих узлов (с 2005 г. стоимость снижена).
• Подачей топливной смеси под давлением. Это повышает риски возгорания при ДТП. Для снижения подобной опасности в предыдущих вариантах в цепь бензонасоса встраивался автоматически реагирующий на удар выключатель. Теперь в случае возникновения аварии бензонасос отключается контроллером.
• Потребностью в привлечении специального оборудования для диагностики, опытного персонала, проведении дорогого ремонта (ситуация стала неактуальной после массового распространения мобильных устройств и диагностических программ).
• Зависимостью от электропитания, потребностью в постоянном наличии напряжения питания (в продвинутых продуктах с электронным контролем). На протяжении длительного периода этот момент выступал препятствием к применению в летательных аппаратах, на лодочных моторах, снегоходах впрыска, управляемого электроникой.

Значение для авиации

Применение карбюрационных систем в работе, осуществляемой относительно горизонта под тем или иным углом, предусматривает наличие вспомогательных устройств. Также могут задействоваться особые карбюраторы. Режим непосредственного впрыскивания применяемых в авиации моторов рассматривают в качестве удачной замены карбюраторного вида. Это связано с тем, что конструкция инжекционного варианта позволяет ему функционировать в различных положениях.

В 1916 г. отечественные специалисты впервые разработали пробную версию, имеющую принцип впрыска. В ее создании участвовали известные в России конструкторы Б. Стечкин и А. Микулин.

В 1936 г. компания Robert Bosch выступила с инновацией в виде комплектов топливного оснащения, позволяющего впрыскивать горючее сразу в цилиндры. Спустя год такая разработка была серийно поставлена на Daimler-Benz DB 601, имеющий V-образную форму и 12 цилиндров. Эти моторы, получившие объем 33,9 л, стали применяться в ведущих истребителях Люфтваффе Messerschmitt Bf 109. В отличие от карбюраторной модели DB 600, способной развивать при взлете 900 л. с., DB 601 наращивал мощность минимум до 1100 л. с.
В дальнейшем серия пополнилась девятицилиндровой «звездой» BMW 132, основанной на похожем принципе. Модель имела авиадвигатель Pratt & Whitney Hornet, который также был задействован в транспортных летательных аппаратах Junkers Ju 52. На тот период в авиации СССР, США и Англии пользовались только карбюраторными решениями. Система впрыскивания от японских производителей, адресованная истребителям «Mitsubishi A6M Zero», предусматривала постоянную промывку. Этот недостаток обусловил ее низкую популярность.

Советский Союз приобрел к 1940 г. образцы передовых на то время двигателей со впрыском, производимых для авиационной отрасли немецкими специалистами. Благодаря этому активизировался процесс создания собственных аналогов. Вместе с тем насосы высокого давления и форсунки на основе германских образцов в СССР стали активно изготавливать лишь с середины 1942 г. Первым был выпущен АШ-82ФН. Этот звездообразной формы мотор предназначался для использования на истребителях Ла-5, Ла-7 и бомбардировщиках Ту-2.
Модель АШ-82ФН проявила себя с положительной стороны, поэтому ее активно применяли на вертолётах Ми-4 и самолетах Ил-14. Выпуск изделия продолжался на протяжении нескольких последующих десятилетий. На протяжении последних военных лет американцы также наладили производство собственного предложения. К примеру, двигатели «летающей крепости» Boeing B-29 тоже получали топливную смесь через форсунки.

Деятельность по изготовлению впрыскивающих устройств прекратилась с наступлением реактивной эры. Для тяжелой, скоростной летательной техники стали применять турбовинтовые и реактивные двигатели. Поршневые модели находили применение только на маломаневренных, легких летательных аппаратах, способных полноценно функционировать даже с карбюратором.

Актуальность для автомобилестроения

В автомобилестроении к системам управления мотором стали обращаться к 1951 г. На этом этапе выпускаемая компанией Bosch механическая система непосредственного впрыска появилась у двухтактного двигателя микролитражного купе 700 Sport от Goliath.
В 1954 г. было выпущено купе Mercedes-Benz 300 SL, прозванное «крылом чайки». Продукт имел двигатель с механическим принципом поступления топлива Bosch. В 50-60-х гг. прошлого столетия электронные варианты впрыска активно разрабатывались двумя компаниями – Chrysler и ГАЗ. Несмотря на это, идея оставалась невостребованной (ситуация сохранялась вплоть до появления микропроцессоров с невысокой стоимостью и ужесточения требований, предъявляемых к уровню автомобильных выбросов). Лишь с конца 70-х гг. все ведущие производители мира приступили к ее повсеместному внедрению.

«Первенцем», получившим режим впрыска с электронным управлением, переданным в серийное производство, оказался седан AMC Rebel 1967 г. Его выпуск осуществлялся компанией Nash, принадлежащей к концерну AMC. Нижневальной V-образной «восьмерке» Rebel объемом 5,4 л в карбюраторном варианте удавалось развивать 255 л. с. В сделанной на заказ версии Electrojector этот показатель возрос до 290 л. с. Чтобы достигнуть скорости 100 км/ч, ему хватало всего несколько секунд.

С началом 2000-х гг. системы распределенного и прямого электронного впрыскивания заменили предыдущие карбюраторы, применяемые ранее в автотранспортных средствах коммерческого назначения.