Устройството и принципът на работа на инжекционния двигател, диаграми, изображения - Noginsk Autoclub Insanity

Устройството и принципът на работа на инжектора

Стана очевидно, че за да се намалят емисиите в атмосферата, вредни за човешкия живот, е необходимо коренно да се промени подходът към проектирането на горивното оборудване.

За да се намалят вредните емисии в изпускателната система, беше предложено да се инсталира каталитичен преобразувател на отработени газове. Но катализаторът работи ефективно само когато така наречената нормална горивно-въздушна смес е изгорена в двигателя (тегловно съотношение въздух/бензин 14,7: 1).

Всяко отклонение на състава на сместа от посоченото води до спад в ефективността на нейната работа и ускорен отказ. За стабилно поддържане на такова съотношение на работната смес, карбураторните системи вече не бяха подходящи. Единствената алтернатива могат да бъдат инжекционните системи. Първите системи бяха чисто механични с малко използване на електронни компоненти. Но практиката на използването на тези системи показа, че параметрите на сместа, чиято стабилност очакваха разработчиците, се променят, когато се използва превозното средство. Този резултат е съвсем естествен, предвид износването на елементите на системата и самия двигател с вътрешно горене по време на неговото обслужване. Възникна въпросът за система, която може да се коригира в процеса на работа, гъвкаво променяйки условията за приготвяне на работната смес в зависимост от външните условия. Беше намерено следното решение. Обратната връзка беше въведена в инжекционната система - в изпускателната система, директно пред катализатора, беше монтиран сензор за съдържанието на кислород в отработените газове, така наречената ламбда сонда. Тази система е разработена вече, като се има предвид наличието на такъв основен елемент за всички следващи системи като електронно управляващо устройство (ECU). Въз основа на сигналите от кислородния сензор, ECU регулира подаването на гориво към двигателя, като прецизно поддържа желания състав на сместа.

Към днешна дата инжекционният (или на руски език - инжекционният) двигател почти напълно замени остарялата система на карбуратора. Двигателят с впръскване значително подобрява показателите за работа и мощност на автомобила (динамика на ускорението, екологични показатели, разход на гориво).

Системите за впръскване на гориво имат следните основни предимства пред карбураторните системи:

точно дозиране на горивото и следователно по-икономичен разход на гориво.
намаляване на токсичността на отработените газове. Постига се благодарение на оптималността на сместа гориво-въздух и използването на сензори за параметрите на отработените газове.
увеличение на мощността на двигателя с около 7-10%. Това се случва чрез подобряване на пълненето на цилиндрите, оптималната настройка на времето за запалване, съответстващо на режима на работа на двигателя.
подобряване на динамичните свойства на автомобила. Инжекционната система незабавно реагира на всякакви промени в натоварването, като регулира параметрите на сместа гориво-въздух.
лесно стартиране, независимо от метеорологичните условия.

Устройството и принципът на работа на инжектора (например електронна разпределена инжекционна система)

В съвременните инжекционни двигатели е предвиден индивидуален инжектор за всеки цилиндър. Всички инжектори са свързани към релсата за гориво, където горивото е под налягане, което се създава от електрическа бензинова помпа. Количеството инжектирано гориво зависи от продължителността на отвора на инжектора. Моментът на отваряне се регулира от електронния блок за управление (контролер) въз основа на обработените от него данни от различни сензори.

Сензорът за масов въздушен поток се използва за изчисляване на цикличното пълнене на цилиндрите. Измерва се масовият въздушен поток, който след това се преизчислява от програмата в циклично пълнене в цилиндър. В случай на повреда на сензора, показанията му се игнорират, изчислението се извършва съгласно аварийните таблици.

Сензорът за положението на дроселната клапа изчислява коефициента на натоварване на двигателя и го променя в зависимост от ъгъла на отваряне на дроселната клапа, скоростта на двигателя и пълненето на цикъла.

Сензорът за температурата на охлаждащата течност се използва за определяне на корекцията на подаването на гориво и запалването от температурата и за управление на електрическия вентилатор. Ако сензорът се повреди, неговите показания се игнорират, температурата се взема от таблицата в зависимост от времето на работа на двигателя.

Сензорът за положение на коляновия вал служи за обща синхронизация на системата, изчисляване на оборотите на двигателя и положението на коляновия вал в определени моменти от времето. DPKV е полярен сензор. Ако е включен неправилно, двигателят няма да стартира. В случай на повреда на сензора, системата не може да работи. Това е единственият "жизненоважен" сензор в системата, при който движението на автомобила е невъзможно. Авариите на всички други сензори ви позволяват да стигнете до автосервиза сами.

Сензорът за кислород е предназначен за определяне на концентрацията на кислород в отработените газове. Информацията, предоставена от сензора, се използва от електронния контролен блок за регулиране на количеството подадено гориво. Кислородният сензор се използва само в системи с каталитичен конвертор за стандартите за токсичност Euro-2 и Euro-3 (в Euro-3 се използват два кислородни сензора - преди и след катализатора).

Сензорът за детонация се използва за наблюдение на детонацията. Когато бъде открит последният, ECU включва алгоритъма за потискане на детонацията, като незабавно регулира времето за запалване.

Това са само няколко от основните сензори, необходими за функционирането на системата. Пълният набор от сензори на различни превозни средства зависи от системата за впръскване, от стандартите за токсичност и т.н.

За резултатите от анкетирането на датчиците, дефинирани в програмата, програмата ECU контролира задвижващите механизми, които включват: инжектори, газова помпа, запалителен модул, регулатор на оборотите на празен ход, адсорбен клапан за система за регенериране на бензинови пари, охладителна система вентилатор и т.н. (всичко отново зависи от конкретните модели)

От всичко изброено, може би не всеки знае какво е адсорбер. Адсорберът е елемент от затворен кръг за рециркулация на бензиновите пари. Стандартите Euro-2 забраняват контакта на вентилацията на резервоара за газ с атмосферата, бензиновите пари трябва да се събират (адсорбират) и да се изпращат в цилиндрите за доизгаряне при продухване. Когато двигателят не работи, бензиновите пари попадат в адсорбера от резервоара и всмукателния колектор, където се абсорбират. Когато двигателят се стартира, адсорберът, по команда на ECU, се продухва от въздушния поток, засмукан от двигателя, парите се отнасят от този поток и се изгарят в горивната камера.

Видове инжекционни системи

В зависимост от броя на инжекторите и мястото на подаване на гориво, системите за впръскване се разделят на три вида: едноточкови или моноинжекционни (един инжектор във всмукателния колектор за всички цилиндри), многоточкови или разпределени (всеки цилиндър има своите собствен инжектор, който подава гориво към колектора) и директен (горивото се подава от инжектори директно към цилиндрите, както при дизеловите двигатели).

Едноточково инжектиране

по-опростена, тя е по-малко пълна с управляваща електроника, но и по-малко ефективна. Контролната електроника ви позволява да четете информация от сензорите и незабавно да променяте параметрите на впръскване. Също така е важно карбураторните двигатели да се адаптират лесно за моно впръскване без почти никакви структурни промени или технологични промени в производството. Едноточковото впръскване има предимството пред карбуратора в икономията на гориво, екологичността и относителната стабилност и надеждност на параметрите. Но в реакцията на газта на двигателя едноточковото впръскване губи. Друг недостатък: при използване на едноточково впръскване, както и при използване на карбуратор, до 30% от бензина се утаява по стените на колектора.

Едноточковите инжекционни системи, разбира се, бяха стъпка напред в сравнение с карбураторните системи за захранване, но вече не отговарят на съвременните изисквания.

Системите са по-съвършени многоточково инжектиране,

при което подаването на гориво към всеки цилиндър се извършва индивидуално. Разпределеното инжектиране е по-мощно, икономично и по-сложно. Използването на такова впръскване увеличава мощността на двигателя с около 7-10 процента. Основните предимства на разпределеното инжектиране:

възможност за автоматично регулиране при различни скорости и съответно подобряване на пълненето на цилиндрите, в резултат на което при една и съща максимална мощност автомобилът ускорява много по-бързо;
бензинът се впръсква близо до всмукателния клапан, което значително намалява загубите от утаяване на всмукателния колектор и позволява по-точно подаване на гориво.

Mitsubishi беше първият, който използва двигател с директно впръскване на сериен автомобил. Следователно ще разгледаме устройството и принципите на работа с директно впръскване, като използваме примера на двигател GDI (бензиново директно впръскване). Двигателят GDI може да работи в ултра-постно въздушно-горивна смес: съотношение маса въздух към гориво до 30-40: 1. Максималното възможно съотношение за традиционните инжекционни двигатели с разпределено впръскване е 20-24: 1 (заслужава да се припомни, че оптималният, т.нар. Стехиометричен, състав е 14,7: 1) - ако излишъкът от въздух е по-голям, свръхпостната смес просто няма да се запали. На двигателя GDI пулверизираното гориво е в цилиндъра под формата на облак, концентриран в областта на свещта. Следователно, макар че като цяло сместа е свръх-постна, при запалителната свещ тя е близо до стехиометричния състав и е лесно запалима. В същото време постната смес в останалата част от обема има много по-ниска склонност към детонация от стехиометричната. Последното обстоятелство дава възможност да се увеличи степента на компресия, което означава да се увеличат както мощността, така и въртящият момент. Поради факта, че когато се впръсква и изпарява горивото в цилиндъра, въздушният заряд се охлажда - пълненето на цилиндрите е донякъде подобрено и вероятността от детонация отново е намалена.

GDI режими на работа на двигателя

Общо има три режима на работа на двигателя:

Режим на изгаряне Super-Lean (инжекция с компресиращ ход).
Режим на захранване (инжектиране на всмукателен ход).
Двустепенен режим (впръскване на всмукателни и компресионни удари) (използван при евро модификации).

Режим на изгаряне Super-Lean (впръскване на гориво при хода на компресията). Този режим се използва при ниски натоварвания: по време на тихо градско шофиране и при шофиране извън града с постоянна скорост (до 120 км/ч). Горивото се впръсква от компактна горелка в края на хода на компресията към буталото, отразява се от него, смесва се с въздух и се изпарява към запалителната свещ. Въпреки че сместа е изключително слаба в основния обем на горивната камера, зарядът около запалителната свещ е достатъчно богат, за да се запали от искра и да запали останалата част от сместа. В резултат на това двигателят работи стабилно дори при общо съотношение въздух/гориво 40: 1.

Пускането на двигателя на много слаба смес създаде нов проблем - неутрализирането на отработените газове. Факт е, че в този режим азотните оксиди съставляват по-голямата част от тях и следователно конвенционалният каталитичен конвертор става неефективен. За да се реши този проблем, беше приложена рециркулация на отработени газове (EGR-Exhaust Gas Recirculation), която рязко намалява количеството образувани азотни оксиди и беше инсталиран допълнителен NO катализатор.

Режим на захранване (инжекция при приемния ход). Така нареченият "режим на хомогенна смес" се използва за интензивно градско шофиране, високоскоростен крайградски трафик и изпреварване. Горивото се впръсква във всмукателния ход от конична горелка, смесвайки се с въздуха и образувайки хомогенна смес, както при конвенционален многоточков инжекционен двигател. Съставът на сместа е близък до стехиометричен (14,7: 1)

Двустепенен режим (инжектиране при прием и компресия). Този режим ви позволява да увеличите въртящия момент на двигателя в случай, че водачът, движещ се с ниска скорост, натисне рязко педала на газта. Когато двигателят работи при ниски обороти и внезапно в него се подава богата смес, вероятността за детонация се увеличава. Следователно инжектирането се извършва на два етапа. Малко количество гориво се впръсква в цилиндъра на всмукателния ход и охлажда въздуха в цилиндъра. В този случай цилиндърът се пълни с ултра-постна смес (приблизително 60: 1), при която не се появяват детонационни процеси. След това, в края на компресионния ход се доставя компактна струя гориво, което довежда съотношението въздух към гориво в цилиндъра до "богато" 12: 1.

Защо този режим е въведен само за автомобили за европейския пазар? Да, тъй като Япония се характеризира с ниски скорости и постоянни задръствания, а Европа е свързана с дълги автобани и високи скорости (и следователно големи натоварвания на двигателя).

Mitsubishi е пионер в използването на директно впръскване на гориво. Днес подобна технология се използва от Mercedes (CGI), BMW (HPI), Volkswagen (FSI, TFSI, TSI) и Toyota (JIS). Основният принцип на работа на тези енергийни системи е един и същ - подаването на бензин не към всмукателния тракт, а директно към горивната камера и образуването на слой по слой или образуването на хомогенна смес при различни режими на работа на двигателя. Но такива горивни системи също имат разлики, понякога доста значителни. Основните са работното налягане в горивната система, разположението на инжекторите и тяхната конструкция.