Одной из важнейших рабочих систем практически любого автомобиля, является система впрыска топлива, ведь именно благодаря ей определяется объем топлива необходимый двигателю в конкретный момент времени. Сегодня мы рассмотрим принцип действия данной системы на примере некоторых ее видов, а также ознакомимся из существующими датчиками и исполнительными механизмами.

1. Особенности работы системы впрыска топлива

На выпускаемых сегодня двигателях, уже давно не применяется карбюраторная система, которая оказалась полностью вытесненной более новой и усовершенствованной системой впрыска топлива. Впрыском топлива принято называть систему дозированной подачи топливной жидкости в цилиндры мотора транспортного средства. Она может устанавливаться как на бензиновых, так и на дизельных двигателях, однако, понятно, что конструкция и принцип работы будут разные. При использовании на бензиновых двигателях, при впрыске, появляется однородная топливовоздушная смесь, которая принудительно воспламеняется под воздействием искры свечи зажигания.

Что касается дизельного типа двигателя, то здесь впрыск топлива осуществляется под очень высоким давлением, при чем, необходимая порция топлива смешивается с горячим воздухом и практически сразу воспламеняется. Величина порции впрыскиваемого топлива, а заодно и общая мощность двигателя, определяется давлением впрыска. Следовательно, чем больше давление, тем вышей становится мощность силового агрегата.

На сегодняшний день, существует довольно весомое количество видового разнообразия этой системы, а к основным видам относят: систему с непосредственным впрыском, с моно впрыском, механическую и распределенную система.

Принцип работы системы прямого (непосредственного) впрыска топлива заключается в том, что топливная жидкость, с помощью форсунок, подается прямо в цилиндры двигателя (например, как у дизельного мотора). Впервые такая схема использовалась в военной авиации времен Второй Мировой и на некоторых автомобилях послевоенного периода (первым был Goliath GP700). Однако, система прямого впрыска того времени, не смогла завоевать должной популярности, причиной чего стали требуемые для работы дорогие топливные насосы высокого давления и оригинальная головка блока цилиндров.

В итоге, инженерам так и не удалось добиться от системы рабочей точности и надежности. Лишь в начале 90-годов ХХ века, из-за ужесточения экологических норм, интерес к непосредственному впрыску опять начал возрастать. В числе первых компаний, запустивших производство таких двигателей, были Mitsubishi, Mercedes-Benz, Peugeot-Citroen, Volkswagen, BMW.

В целом, прямой впрыск можно было бы назвать пиком эволюции систем питания, если бы не одно но…Такие двигатели очень требовательны в плане качества топлива, а при использовании обедненных смесей, еще и сильно выделяют оксид азота, с чем приходится бороться путем усложнения конструкции мотора.

Одноточечный впрыск (еще называют «моновпрыском» или «центральным впрыском») - представляет из себя систему, которая в 80-х годах ХХ века начала применятся как альтернатива карбюратору , тем более что принципы их работы очень схожи: потоки воздуха смешиваются с топливной жидкостью во впускном коллекторе, вот только на смену сложному и чувствительному к настройкам карбюратору, пришла форсунка. Конечно, на начальной стадии развития системы, никакой электроники вообще не было, а подачей бензина управляли механические устройства. Однако, не смотря на некоторые недостатки, использование впрыска все равно обеспечивало двигателю куда более высокие показатели мощности и значительно большую топливную экономичность.

А все благодаря той же форсунке, которая позволила намного точнее дозировать топливную жидкость, распыляя ее на мелкие частицы. В результате смеси с воздухом, получалась однородная смесь, а при изменении условий движения автомобиля и режима работы мотора, практически мгновенно менялся и ее состав. Правда, без минусов тоже не обошлось. К примеру, так как, в большинстве случаев, форсунка устанавливалась в корпус бывшего карбюратора, а громоздкие датчики утрудняли «дыхание мотора», поступающий в цилиндр поток воздуха встречал серьезное сопротивление. С теоретической стороны, такой недостаток мог быть легко устранен, но вот с имеющимся плохим распределением топливной смеси, никто и ничего тогда сделать не смог. Наверное, поэтому, и в наше время, одноточечный впрыск так редко встречается.

Механическая система впрыска появилась еще в конце 30-х годов ХХ века, когда начала использоваться в системах топливного питания самолетов. Она была представлена в виде системы впрыска бензина дизельного происхождения, используя для этого топливные насосы высокого давления и закрытые форсунки каждого отдельного цилиндра. Когда же их попытались установить на автомобиль, то оказалось, что они не выдерживают конкуренцию карбюраторных механизмов, а виной тому существенная сложность и высокая стоимость конструкции.

Впервые, система впрыска низкого давления была установлена на автомобиле компании MERSEDES в 1949 году и по эксплуатационным характеристикам сразу же превзошла топливную систему карбюраторного типа. Данный факт дал толчок дальнейшим разработкам идеи впрыска бензина для автомобилей, оборудованных двигателем внутреннего сгорания. С точки зрения ценовой политики и надежности в эксплуатации, наиболее удачной в этом плане, получилась механическая система "K-Jetronic" компании BOSCH. Ее серийной производство было налажено еще в 1951 году и она, практически сразу, получила широкое распространение почти на всех марках европейских автомобильных производителей.

Многоточечный (распределенный) вариант системы впрыска топлива, отличается от предыдущих наличием индивидуальной форсунки, которая устанавливалась во впускном патрубке каждого отдельного цилиндра. Ее задача – подавать топливо непосредственно на впускной клапан, что означает приготовление топливной смеси прямо перед подачей в камеру сгорания. Естественно, что в таких условиях, она будет иметь однородный состав и примерно одинаковое качество в каждом из цилиндров. Как результат, значительно повышается мощность мотора, его топливная экономичность, а также снижается уровень токсичности выхлопных газов.

На пути развития системы распределенного впрыска топлива иногда встречались определенные сложности, однако, она все равно продолжала совершенствоваться. На начальном этапе, она также, как предыдущий вариант, управлялась механическим путем, однако, стремительное развитие электроники, не только сделало ее более эффективной, но и дало шанс скоординировать действия с остальными компонентами конструкции мотора. Вот и получилось, что современный двигатель способен просигнализировать водителю о неисправности, в случае необходимости самостоятельно переключится на аварийный рабочий режим или заручившись поддержкой систем безопасности, исправить отдельные ошибки в управлении. Но все это, система выполняет с помощью определенных датчиков, которые призваны фиксировать малейшие изменения в деятельности той или иной ее части. Рассмотрим основные из них.

2. Датчики системы впрыска топлива

Датчики системы впрыска топлива предназначены для фиксации и передачи информации от исполнительных устройств к блоку управления работой двигателя и обратно. К ним относят следующие устройства:

Его чувствительный элемент размещен в потоке выхлопных (отработанных) газов, а когда рабочая температура достигает значения 360 градусов по Цельсию, датчик начинает вырабатывать собственную ЭДС, которая прямо пропорциональна количеству кислорода в отработанных газах. С практической точки зрения, когда петля обратной связи замкнута, сигнал датчика кислорода являет собой быстро меняющееся напряжение, находящееся между 50 и 900 милливольтами. Возможность смены напряжения вызвана постоянным изменением состава смеси рядом с точкой стехиометрии, а сам датчик не приспособлен для генерации переменного напряжения.

В зависимости от подачи питания выделяют два вида датчиков: с импульсным и постоянным питанием нагревательного элемента. При импульсном варианте, подогрев датчика кислорода осуществляет электронный блок управления. Если же его не прогреть, то он будет иметь высокое внутреннее сопротивление, что не позволит вырабатывать собственную ЭДС, а значит блок управления будет «видеть» только указанное стабильное опорное напряжение. В ходе прогрева датчика, происходит уменьшение его внутреннего сопротивления и начинается процесс генерации собственного напряжения, что сразу становится известным ЭБУ. Для блока управления это есть сигналом готовности к применению в целях регулировки состава смеси.

Используется для получения оценки количества воздуха, который поступает в двигатель машины. Он – часть электронной системы управления работой двигателя. Данное устройство может применятся вместе с некоторыми другими датчиками, такими как датчик температуры воздуха и датчик атмосферного давления, которые выполняют корректировку его показаний.

В состав датчика расхода воздухавходят две платиновые нити, нагреваемые электротоком. Одна нить пропускает через себя воздух (охлаждаясь таким способом), а вторая является контрольным элементом. С помощью первой платиновой нити, вычисляется количество воздуха попавшего в двигатель.

Основываясь на информации получаемой от датчика расхода воздуха, ЭБУ рассчитывает требуемый объем топлива, необходимый для поддержания стехиометрического соотношения воздуха и топлива в заданных рабочих режимах двигателя. Кроме того, электронный блок использует полученную информацию для определения режимной точки мотора. На сегодняшний день существует несколько различных видов датчиков, отвечающих за массовый расход воздуха: например, ультразвуковые, флюгерные (механические), термоанемометрические и т.д.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ). Имеет вид термистора, тоесть резистора, в котором электрическое сопротивление может изменяться в зависимости от температурных показателей. Термистор располагается внутри датчика и выражает отрицательный коэффициент сопротивления температурных показателей (с нагреванием сила сопротивления уменьшается).

Соответственно, при высокой температуре охлаждающей жидкости – наблюдается низкое сопротивление датчика (примерно 70 Ом при 130 градусах за Цельсием), а при низкой – высокое (примерно 100800 Ом при -40 градусах за Цельсием). Как и большинство других датчиков, данное устройство не гарантирует точные результаты, а значит говорить о зависимости сопротивления температурного датчика охлаждающей жидкости от температурных показателей можно только примерно. В общем, хоть описанное устройство и практически не ломается, но иногда серьезно «заблуждается».

. Монтируется на дроссельный патрубок и связывается с осью самой заслонки. Он представлен в виде потенциометра, имеющего три конца: на один подается плюсовое питание (5В), а другой соединяется с массой. Третий вывод (от ползунка) передает выходной сигнал к контролеру. Когда при нажатии педали дроссельная заслонка поворачивается, выходное напряжение датчика меняется. Если дроссельная заслонка пребывает в закрытом состоянии, то, соответственно, оно ниже 0,7 В, а когда заслонка начинает открываться – напряжение растет и в полностью открытом положении должно быть больше 4 В. Следя за выходным напряжением датчика, контролер, в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, совершает коррекцию подачи топлива.

Учитывая, что контролер сам определяет минимальное напряжение устройства и принимает его за нулевое значение, данный механизм не нуждается в регулировке. По мнению, некоторых автолюбителей, датчик положения дросселя (если он отечественного производства) – это самый ненадежный элемент системы, требующий периодической замены (часто уже через 20 километров пробега). Все бы ничего, но и замену произвести не так то просто, особенно не имея при себе качественного инструмента. Все дело в креплении: нижний винт вряд ли получится открутить обычной отверткой, а если и получится, то сделать это довольно трудно.

Кроме того, при закручивании на заводе, винты «сажают» на герметик, который так из «припечатывает», что при откручивании часто срывается шляпка. В таком случае, рекомендуется полностью снять весь дроссельный узел, а в худшем случае – придется его выковыривать насильно, но только если Вы полностью уверены в его нерабочем состоянии.

. Служит для передачи контролеру сигнала о частоте вращения и положении коленвала. Такой сигнал является серией повторяемых электроимпульсов напряжения, которые генерируются датчиком в ходе вращения коленчатого вала. Основываясь на полученных данных контролер может осуществлять управление форсунками и системой зажигания. Датчик положения коленвала устанавливается на крышке масляного насоса, на расстоянии одного миллиметра (+0,4мм) от шкива коленчатого вала (имеет 58 зубцов расположенных по кругу).

Что бы обеспечить возможность генерации «импульса синхронизации», два зуба шкива отсутствуют, тоесть фактически их 56. Когда вращается, зубцы диска меняют магнитное поле датчика, создавая тем самым, импульсное напряжение. Исходя из характера импульсного сигнала, поступающего от датчика, контролер может определить положение и частоту вращения коленвала, что позволяет рассчитать момент срабатывания модуля зажигания и форсунок.

Датчик положения коленчатого вала является самым главным из всех приведенных здесь и в случае появления неисправности механизма, двигатель автомобиля работать не будет. Датчик скорости. Принцип деятельности этого устройства основывается на эффекте Холла. Суть его работы заключается в передаче контролеру импульсов напряжения, с частотой прямо пропорциональной скорости вращения ведущих колес транспортного средства. Исходя из присоединительных разъемов колодки жгута, все датчики скорости могут иметь некоторые отличия. Так, например, разъем квадратной формы используется в системах «Бош», а круглый – соответствует системам Январь4 и GM.

На основе исходящих сигналов датчика скорости, система управления может определить пороги отключения подачи топлива, а также установить электронные скоростные ограничения автомобиля (доступно в новых системах).

Датчик положения распределительного вала (или как его еще называю «датчик фаз») – это устройство, предназначенное для определения угла распределительного вала и передачи соответствующей информации в электронный блок управления транспортного средства. После этого, на основе полученных данных, контролер может осуществить управление системой зажигания и подачей топлива на каждый отдельный цилиндр, что собственно, он и делает.

Датчик детонации применяется с целью поиска детонационных ударов в двигателе внутреннего сгорания. С конструктивной точки зрения, он является заключенной в корпусе пьезокерамической пластиной, располагающейся на блоке цилиндров. В наше время, существует два вида датчика детонации – резонансный и более современный широкополосный. В резонансных моделях, первичная фильтрация сигнального спектра, проводиться внутри самого устройства и напрямую зависит от его конструкции. Поэтому, на разных типах двигателя используются разные модели датчиков детонации, отличающиеся друг от друга резонансной частотой. Широкополосный вид датчиков обладает ровной характеристикой в диапазоне шумов детонации, а фильтрацию сигнала выполняет электронный блок управления. На сегодняшний день, резонансные датчики детонации уже не устанавливаются на серийных моделях автомобилей.

Датчик абсолютного давления. Обеспечивает отслеживание перемен в атмосферном давлении, которые случаются в результате изменения барометрического давления и/или изменения показателей высоты над уровнем море. Барометрическое давление можно измерить в ходе включения зажигания, до того как двигатель начнет прокручиваться. С помощью электронного блока управления, есть возможность «обновления» данных о барометрическом давлении при работающем моторе, когда, на малой частоте вращения двигателя, дроссельная заслонка практически полностью открыта.

Также, использовав датчик абсолютного давления, есть возможность измерить изменение давления во впускной трубе. К переменам в давлении приводят изменения нагрузок двигателя и частоты вращения коленвала. Датчик абсолютного давления трансформирует их в выходной сигнал, имеющий определенное напряжение. Когда дроссель находится в закрытом положении, получается, что выходной сигнал абсолютного давления дает сравнительно низкое напряжение, в то время как полностью открытая дроссельная заслонка - соответствует сигналу высокого напряжения. Появление высокого выходного напряжения объясняется соответствием атмосферного давления и давления внутри впускной трубы при полном открытой дроссельной заслонки. Показатели внутреннего давления трубы рассчитываются электронным блоком управления, основываясь на сигнале датчика. Если оказалось, что оно высокое, значит требуется повышенная подача топливной жидкости, а если давление низкое, то наоборот – пониженная.

(ЭБУ). Хоть это и не датчик, но учитывая, что он имеет непосредственное отношение к работе описанных устройств, мы посчитали за нужное внести и его в данный список. ЭБУ – «мозговой центр» системы впрыска топлива, который постоянно обрабатывает информационные данные получаемые от разных датчиков и на основе этого совершает управление выходными цепями (системы электронного зажигания, форсунок, регулятором холостого хода, разными реле). Блок управления оборудован встроенной диагностической системой, способной распознавать сбои в работе системы и, с помощью контрольной лампы «CHECK ENGINE», предупреждать о них водителя. Более того, в его памяти хранятся диагностические коды, которые указывают конкретные области неисправности, что значительно облегчает проведение ремонтных работ.

В состав ЭБУ входит три вида памяти: постоянное запоминающее устройство с возможностью программирования (RAM и ППЗУ), оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ) и запоминающее устройство подлежащее электрическому программированию (ЭПЗУ или EEPROM). ОЗУ используется микропроцессором блока для временного хранения результатов измерений, расчетов и промежуточных данных. Данный вид памяти зависит от энергического обеспечения, а значит требует для сохранения информации, постоянной и стабильной подачи питания. В случае перерыва подачи электропитания, все имеющиеся в ОЗУ коды диагностики неполадок и расчетная информация сразу стираются.

ППЗУ хранит общую рабочую программу, которая содержит последовательность необходимых команд и разную калибровочную информацию. В отличие от предыдущего варианта, данный вид памяти не есть энергозависимым. ЭПЗУ применяется для временного сохранения кодов-паролей иммобилайзера (противоугонной автомобильной системы). После того, как контролер принял эти коды от блока управления иммобилайзера (если такой имеется), они сравниваются с уже сохраненными в ЭПЗУ, а затем, принимается решение о разрешении или запрещении запуска мотора.

3. Исполнительные механизмы системы впрыска

Исполнительные механизмы системы впрыска топлива представлены в виде форсунки, бензонасоса, модуля зажигания, регулятора холостого хода, вентилятора системы охлаждения, сигнала расхода топлива и адсорбера. Рассмотрим каждый из них более подробно. Форсунка. Выполняет роль электромагнитного клапана с нормированной производительностью. Используется для впрыска определенного количества топлива, рассчитанного для конкретного рабочего режима.

Бензонасос. Применяется для перемещения топлива в топливную рампу, давление в которой поддерживается с помощью вакуумно-механического регулятора давления. В некоторых вариантах системы, он может быть совмещен с бензонасосом.

Модуль зажигания являет собой электронные устройство, предназначенное для управления процессом искрообразования. Состоит из двух независимых каналов для поджога смеси в цилиндрах мотора. В последних, модифицированных вариантах устройства, его низковольтные элементы определены в ЭБУ, а что бы получить высокое напряжение используется либо двухканальная выносная катушка зажигания, либо те катушки, которые находятся непосредственно на самой свече.

Регулятор холостого хода. Его задачей есть поддержание заданных оборотов в режиме холостого хода. Регулятор представлен в виде шагового двигателя, управляющего в корпусе дроссельной заслонки обводным каналом воздуха. Это обеспечивает мотор необходимым для работы воздушным потоком, особенно когда дроссельная заслонка закрыта. Вентилятор охладительной системы, как и следует из названия, не допускает перегрева деталей. Управляется ЭБУ, который реагирует на сигналы датчика температуры охлаждающей жидкости. Как правило, разница между положениями включения и выключения составляет 4-5°С.

Сигнал расхода топлива – поступает на маршрутный компьютер в соотношении 16000 импульсов на 1 расчетный литр использованного топлива. Конечно, это только приблизительные данные, ведь они рассчитываются на основе суммарного времени, потраченного на открытие форсунок. К тому же, учитывается некий эмпирический коэффициент, который нужен, что бы компенсировать допущение в измерении погрешности. Неточности в расчетах, вызваны работой форсунок в нелинейном участке диапазона, несинхронной топливоотдачей и некоторыми другими факторами.

Адсорбер. Существует в качестве элемента замкнутой цепи в ходе рециркуляции бензиновых паров. Стандарты Евро-2 исключают возможность контакта вентиляции бензобака с атмосферой, а бензиновые пары должны адсорбироваться и в ходе продувки отправляться на дожег.

В случае с системой впрыска топлива Ваш двигатель все ещё ​сосёт, но вместо того, чтобы полагаться только на всасываемое количество топлива, система впрыска топлива стреляет точно правильное количество топлива в камеру сгорания. Системы впрыска топлива прошли уже несколько ступеней эволюции, в них была добавлена электроника - это, пожалуй, было самым большим шагом в развитии этой системы. Но идея таких систем осталась та же: электрически активируемый клапан (инжектор) распыляет отмеренное количество топлива в двигатель. На самом деле основное различие между карбюратором и инжектором именно в электронном управлении ЭБУ - именно бортовой компьютер подаёт точно нужное количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Давайте посмотрим, как работает система впрыска топлива и инжектор в частности.

Так выглядит система впрыска топлива

Если сердце автомобиля - это его двигатель, то его мозг - это блок управления двигателем (ЭБУ). Он оптимизирует работу двигателя с помощью датчиков, чтобы решить, как управлять некоторыми приводами в двигателе. Прежде всего, компьютер отвечает за 4 основные задачи:

1. управляет топливной смесью,
2. контролирует обороты холостого хода ,
3. несёт ответственность за угол опережения зажигания,
4. управляет фазами газораспределения.

Прежде чем мы поговорим о том, как ЭБУ осуществляет свои задачи, давайте о самом главном - проследим путь бензина от бензобака до двигателя - это и есть работа системы впрыска топлива. Первоначально после того, как капля бензина покидает стенки бензобака, она всасывается с помощью электрического топливного насоса в двигатель. Электрический топливный насос, как правило, состоит из непосредственно насоса, а также фильтра и передающего устройства.

Регулятор давления топлива в конце топливной направляющей с вакуумным питанием гарантирует, что давление топлива будет постоянным по отношению к давлению всасывания. Для бензинового двигателя давление топлива, как правило, составляет порядка 2-3,5 атмосферы (200-350 кПа, 35-50 PSI (фунтов на квадратный дюйм)). Топливные форсунки инжектора подключены к двигателю, но их клапаны остаются закрытыми до тех пор, пока ЭБУ не разрешит отправить топливо в цилиндры.

Но что же происходит, когда двигателю требуется топливо? Здесь в работу вступает инжектор . Обычно инжекторы имеют два контакта: один вывод подключен к аккумулятору через реле зажигания, а другой контакт проходит в ЭБУ. ЭБУ посылает пульсирующие сигналы в инжектор. За счёт магнита, на который и подаются такие пульсирующие сигналы, открывается клапан инжектора, и в его сопло подаётся некоторое количество топлива. Поскольку в инжекторе очень высокое давление (значение приведено выше), открывшийся клапан направляет топливо с высокой скоростью в сопло распылителя инжектора. Продолжительность, с которой открыт клапан инжектора, влияет на то, какое количество топлива подаётся в цилиндр, а продолжительность эта, соответственно зависит от ширины импульса (т.е. от того, сколько времени ЭБУ посылает сигнал к инжектору).

Когда клапан открывается, топливная форсунка передаёт топливо через распылительный наконечник, который, распыляя, превращает жидкое топливо в туман, непосредственно в цилиндр. Такая система называется системой с непосредственным впрыском . Но распылённое топливо может подаваться не сразу в цилиндры, а сначала в впускные коллекторы.

Как работает инжектор

Но как ЭБУ определяет, сколько на данный момент топлива нужно подать в двигатель? Когда водитель нажимает педаль акселератора, то на самом деле он открывает дроссельную заслонку на величину нажима педали, через которую в двигатель подаётся воздух. Таким образом, мы с уверенностью можем назвать педаль газа "регулятором подачи воздуха" в двигатель. Так вот, компьютер автомобиля руководствуется в том числе величиной открытия дроссельной заслонки, но не ограничивается этим показателем - он считывает информацию с множества датчиков, и давайте узнаем о них всех!

Датчик массового расхода воздуха

Перво-наперво датчик массового расхода воздуха (MAF) определяет, сколько воздуха входит в корпус дроссельной заслонки и посылает эту информацию в ЭБУ. ЭБУ использует эту информацию, чтобы решить, сколько топлива впрыснуть в цилиндры, чтобы держать смесь в идеальных пропорциях.

Датчик положения дроссельной заслонки

Компьютер постоянно использует этот датчик, чтобы проверить положение дроссельной заслонки и узнать таким образом, сколько воздуха проходит через воздухозаборник для того, чтобы регулировать импульс, отправленный к форсункам, гарантируя, что соответствующее воздуху количество топлива входит в систему.

Кислородный датчик

Кроме того, ЭБУ использует датчик O2, чтобы выяснить, сколько кислорода содержится в выхлопных газах автомобиля. Содержание кислорода в выхлопных газах обеспечивает индикацию того, насколько хорошо топливо сгорает. Используя связанные данные от двух датчиков: кислородного и массового расхода воздуха, ЭБУ также контролирует насыщенность топливо-воздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания цилиндров двигателя.

Датчик положения коленвала

Это, пожалуй, главный датчик системы впрыска топлива - именно от него ЭБУ узнаёт о количестве оборотов двигателя в данный момент времени и корректирует количество подаваемого топлива в зависимости от числа оборотов и, конечно же, положения педали газа.

Это три основных датчика, которые прямо и динамически влияют на количество подаваемого в инжектор и в последующем в двигатель топлива. Но есть ещё ряд датчиков:

• Датчик напряжения в электрической сети машины - нужен для того, чтобы ЭБУ понимал, насколько разряжен аккумулятор и требуется ли повысить обороты, чтобы зарядить его.
• Датчик температуры охлаждающей жидкости - ЭБУ повышает количество оборотов, если двигатель холодный и наоборот, если двигатель прогрелся.

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Читайте в этой статье

Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска

Как уже было сказано выше, горючее в подобных подается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Это значит, что форсунки распыляют бензин не во , после чего топливно-воздушная смесь поступает через в цилиндр, а впрыскивают топливо в камеру сгорания напрямую.

Первыми бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском стали . В дальнейшем схема получила широкое распространение, в результате чего сегодня с такой системой подачи топлива можно встретить в линейке многих известных автопроизводителей.

Например, концерн VAG представил ряд моделей Audi и Volkswagen с атмосферными и турбированными , которые получили непосредственный впрыск топлива. Также двигатели с прямым впрыском производит компания BMW, Ford, GM, Mercedes и многие другие.

Такое широкое распространение непосредственный впрыск топлива получил благодаря высокой экономичности системы (около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более полноценному сгоранию рабочей смеси в цилиндрах и снижению уровня токсичности отработавших газов.

Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности

Итак, давайте в качестве примера возьмем двигатель FSI с его так называемым «послойным» впрыском. Система включает в себя следующие элементы:

• контур высокого давления;
• бензиновый ;
• регулятор давления;
• топливную рампу;
• датчик высокого давления;
• инжекторные форсунки;

Начнем с топливного насоса. Указанный насос создает высокое давление, под которым топливо подается к топливной рампе, а также на форсунки. Насос имеет плунжеры (плунжеров может быть как несколько, так и один в насосах роторного типа) и приводится в действие от распредвала впускных клапанов.

РДТ (регулятор давления топлива) интегрирован в насос и отвечает за дозированную подачу топлива, что соответствует впрыску форсунки. Топливная рейка (топливная рампа) нужна для того, чтобы распределить горючее на форсунки. Также наличие данного элемента позволяет избежать скачков давления (пульсации) горючего в контуре.

Кстати, в схеме используется специальный клапан-предохранитель, который стоит в рейке. Указанный клапан нужен для того, чтобы избежать слишком высокого давления топлива и тем самым защитить отдельные элементы системы. Рост давления может возникать по причине того, что горючее имеет свойство расширяться при нагреве.

Датчик высокого давления является устройством, которое измеряет давление в топливной рейке. Сигналы от датчика передаются на , который, в свою очередь, способен изменять давление в топливной рейке.

Что касается инжекторной форсунки, элемент обеспечивает своевременную подачу и распыл топлива в камере сгорания, чтобы создать необходимую топливно-воздушную смесь. Отметим, что описанные процессы протекают под управлением . Система имеет группу различных датчиков, электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Если же говорить о системе прямого впрыска, вместе с датчиком высокого давления топлива для ее работы задействованы: , ДПРВ, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры ОЖ и т.д.

Благодаря работе этих датчиков на ЭБУ поступает нужная информация, после чего блок посылает сигналы на исполнительные устройства. Это позволяет добиться слаженной и точной работы электромагнитных клапанов, форсунок, предохранительного клапана и ряда других элементов.

Как работает система непосредственного впрыска топлива

Главным плюсом непосредственного впрыска является возможность добиться различных типов смесеобразования. Другим словами, такая система питания способна гибко изменять состав рабочей топливно-воздушной смеси с учетом режима работы двигателя, его температуры, нагрузки на ДВС и т.д.

Следует выделить послойное смесеобразование, стехиометрическое, а также гомогенное. Именно такое смесеобразование позволяет в конечном итоге максимально эффективно расходовать топливо. Смесь всегда получается качественной независимо от режима работы ДВС, бензин сгорает полноценно, двигатель становится более мощным, при этом одновременно снижается токсичность выхлопа.

• Послойное смесеобразование задействуется тогда, когда нагрузки на двигатель низкие или средние, а обороты коленвала небольшие. Если просто, в таких режимах смесь несколько обедняется в целях экономии. Стехиометрическое смесеобразование предполагает приготовление такой смеси, которая легко воспламеняется, при этом не является слишком обогащенной.
• Гомогенное смесеобразование позволяет получить так называемую «мощностную» смесь, которая нужна при больших нагрузках на двигатель. На обедненной гомогенной смеси в целях дополнительной экономии силовой агрегат работает на переходных режимах.
• Когда задействован режим послойного смесеобразования, дроссельная заслонка широко открыта, при этом впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. В камеру сгорания воздух подается с высокой скоростью, возникают завихрения воздушных потоков. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия, впрыск производится в область расположения свечи зажигания.

За короткое время до того, как на свече появится искра, образуется топливно-воздушная смесь, в которой коэффициент избыточного воздуха составляет 1.5-3. Далее смесь воспламеняется от искры, при этом вокруг зоны воспламенения сохраняется достаточно количество воздуха. Указанный воздух выполняет функцию температурного «изолятора».

Если же рассматривать гомогенное стехиометрическое смесеобразование, такой процесс происходит тогда, когда впускные заслонки открыты, при этом дроссельная заслонка также открыта на тот или иной угол (зависит от степени нажатия на педаль акселератора).

В этом случае горючее впрыскивается еще на такте впуска, в результате чего удается получить однородную смесь. Избыток воздуха имеет коэффициент, близкий к единице. Такая смесь легко воспламеняется и полноценно сгорает по всему объему камеры сгорания.

Обедненная гомогенная смесь создается тогда, когда дроссельная заслонка полностью открыта, а впускные заслонки закрыты. В этом случае воздух активно движется в цилиндре, а впрыск горючего приходится на такт впуска. ЭСУД поддерживает избыток воздуха на отметке 1.5.

Дополнительно к чистому воздуху могут быть добавлены отработавшие газы. Это происходит благодаря работе . В результате выхлоп повторно «догорает» в цилиндрах без ущерба для мотора. При этом снижается уровень выброса вредных веществ в атмосферу.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

Читайте также

Устройство и схема работы инжектора. Плюсы и минусы инжектора по сравнению с карбюратором. Часты неисправности инжекторных систем питания. Полезные советы.

Тюнинг топливной системы атмосферного и турбо двигателя. Производительность и энергопотребление бензонасоса, выбор топливных форсунок, регуляторы давления.

Система подачи топлива нужна для поступления горючего из бензобака, его дальнейшей фильтрации, а также образования кислородно-топливной смеси с ее передачей в цилиндры двигателя. В настоящее время есть несколько видов топливных систем. Наиболее распространенной в 20-м веке была карбюраторная, но сегодня все большей популярностью пользуется инжекторная система. Существовала еще и третья - моновпрыск, которая была хороша лишь тем, что позволяла несколько сократить расход горючего. Давайте более подробно рассмотрим инжекторную систему и разберемся с ее принципом работы.

Общие положения

Большинство современных двигателя топливом схожи. Отличие может заключаться только на этапе смесеобразования. В состав топливной системы входят следующие узлы:

1. Топливный бак - компактное изделие, имеющее насос и фильтр для очистки от механических частиц. Основное назначение - хранение топлива.
2. Топливопроводы образуют комплекс шланг и трубок для перемещения горючего от бака к системе смесеобразования.
3. Устройство смесеобразования. В нашем случае будет идти речь об инжекторе. Данный узел предназначен для получения эмульсии (воздушно-топливной смеси) и подачи ее в цилиндры в такт работы мотора.
4. Блок управление системой смесеобразования. Устанавливается только на инжекторных двигателях, что обусловлено необходимостью контроля датчиков, форсунок и клапанов.
5. Топливный насос. В большинстве случаев используется погружной вариант. Представляет собой электродвигатель небольшой мощности, который соединяется с жидкостным насосом. Смазка реализуется горючим, а длительное использование ТС с количеством топлива менее 5 литров может привести к выходу электродвигателя из строя.

Если говорить вкратце, то инжектор - это точечная подача горючего через форсунку. Электронный сигнал приходит с блока управления. Несмотря на то, что инжектор имеет ряд существенных преимуществ перед карбюратором, он долго не использовался. Это было обусловлено технической сложностью изделия, а также низкой ремонтопригодностью деталей, вышедших из строя. В настоящее время точечные системы впрыска практически заменили карбюратор. Давайте более подробно рассмотрим, чем же так хорош инжектор и каковы его особенности.

Особенности топливного оборудования

Автомобиль всегда являлся объектом внимания защитников экологии. Отработанные газы выпускаются непосредственно в атмосферу, что чревато ее загрязнением. Диагностика топливной системы показала, что количество выбросов при неверном смесеобразовании увеличивается в разы. По этой простой причине было принято решение устанавливать каталитический нейтрализатор. Однако это устройство показывало хорошие результаты только при качественной эмульсии, а в случае каких-либо отклонений его эффективность значительно падала. Было принято решение заменить карбюратор на более точную систему впрыска, которой являлся инжектор. Первые варианты включали в себя большое количество механических составляющих и, согласно исследованиям, такая система становилась все хуже по мере эксплуатации ТС. Это было вполне закономерно, так как важные узлы и рабочие органы загрязнялись и выходили из строя.

Для того чтобы система впрыска смогла сама себя корректировать, был создан электронный блок управления (ЭБУ). Наряду с вмонтированным лямба-зондом, который расположен перед каталитическим нейтрализатором, это давало хорошие показатели. Можно с уверенностью говорить о том, что цены на топливо сегодня довольно высокие, а инжектор хорош как раз тем, что позволяет экономить бензин или дизель. Помимо этого есть следующие плюсы:

1. Увеличение эксплуатационных характеристик мотора. В частности увеличенная мощность на 5-10%.
2. Улучшение динамических показателей транспортного средства. Инжектор более чувствителен к изменению нагрузок и сам корректирует состав эмульсии.
3. Оптимальная топливно-воздушная смесь уменьшает количество и токсичность отработанных газов.
4. Инжекторная система легко запускается независимо от погодных условий, что является существенным достоинством перед карбюраторными двигателями.

Инжекторная система подачи топлива и ее устройство

Прежде всего стоит отметить тот факт, что современные впрысковые двигатели оснащаются форсунками, количество которых равно количеству цилиндров. Между собой форсунки соединяются рампой. Там горючее содержится под небольшим давлением, а создает его электрический прибор - бензонасос. Количество впрыскиваемого горючего напрямую зависит от продолжительности открытия форсунки, что определяется блоком управления. Для этого снимаются показатели с различных датчиков, которые установлены по всему ТС. Сейчас мы рассмотрим основные из них:

1. Служит для определения наполненности цилиндров воздухом. В случае поломки показания игнорируются, а в качестве основных показателей берутся табличные данные.
2. Датчик положения отражает нагрузку на двигатель, которая обусловлена положением дросселя, циклового наполнения воздухом и оборотов ДВС.
3. Датчик температуры хладгена. При помощи данного контроллера реализуется управление электровентилятором и коррекция топливоподачи, а также зажигания. В случае неисправности мгновенная диагностика топливной системы необязательна. Температура берется в зависимости от длительности работы ДВС.
4. Датчик положения коленчатого вала (коленвала) нужен для синхронизации системы в целом. Контроллер рассчитывает не только обороты двигателя, но и его положение в определенный момент времени. Так как он является полярным датчиком, то при его неисправности дальнейшая эксплуатация ТС не является возможной.
5. Датчик кислорода нужен для определения % кислорода в выбрасываемых в атмосферу газах. Информация с этого контроллера передается на ЭБУ, который в зависимости от показаний корректирует эмульсию.

Стоит обратить внимание на то, что не все ТС с инжектором комплектуются датчиком кислорода. Их имеют только те авто, которые оснащаются каталитическим нейтрализатором с нормами токсичности «Евро-2» и «Евро-3».

Типы инжекторных систем: одноточечный впрыск

В настоящее время активно используются все системы. Они классифицируются в зависимости от количества форсунок и места подачи горючего. Всего есть три системы впрыска:

• одноточечный (моновпрыск);
• многоточечный (распределительный);
• непосредственный.

Для начала давайте рассмотрим системы одноточечного впрыска. Они были созданы сразу после карбюраторных и считались более совершенными, однако в настоящее время постепенно теряют свою популярность ввиду многих причин. Есть несколько неоспоримых преимуществ таких систем. Основные заключаются в существенной экономии топлива. Учитывая, что цены на топливо сегодня немаленькие, такой инжектор является актуальным. Интересно то, что эта система содержит несколько меньше электроники, поэтому является более надежной и стабильной. Когда информация с датчиков передается на контрольный элемент, параметры впрыска тут же меняются. Весьма интересным является то, что практически любой можно переделать под одноточечный впрыск без существенных конструкционных изменений. Основной недостаток таких систем заключается в низкой приемистости ДВС, а также оседании существенного количества топлива на стенках коллектора, хотя данная проблема была присуща и карбюраторным моделям.

Так как форсунка в данном случае всего одна, то располагается она на впускном коллекторе на месте карбюратора. Так как форсунка стояла в хорошем месте и постоянно находилась под потоком холодного воздуха, то ее надежность была на высшем уровне, да и конструкция была предельно простой. Промывка топливной системы с одноточечным впрыском не занимала много времени, так как достаточно было продуть лишь одну форсунку, но повышенные экологические требования привели к тому, что начали разрабатывать другие, более современные системы.

Системы многоточечного впрыска

Распределенный впрыск считается более современным, сложным и менее надежным. В данном случае каждый цилиндр оснащается изолированной форсункой, которая располагается во впускном коллекторе в непосредственной близости от впускного клапана. Следовательно, подача эмульсии осуществляется отдельно. Как было отмечено выше, при таком впрыске мощность ДВС можно увеличить до 5-10%, что будет заметно при движении на дороге. Еще один интересный момент: данная инжекторная система подачи топлива хороша тем, что форсунка располагается очень близко к впускному клапану. Это минимизирует оседание горючего на стенках коллектора, благодаря чему можно добиться существенной экономии топлива.

Существует несколько типов многоточечного впрыска:

1. Одновременный - открытие всех форсунок происходит в одно время.
2. Попарно-параллельный - открытие форсунок парами. Одна форсунка открывается в такт впуска, а вторая перед тактом выпуска. В настоящее время такая система используется только в момент аварийного запуска ДВС в случае поломки положения коленвала).
3. Фазированный - каждая форсунка управляется отдельно, а открывается перед тактом впуска.

В данном случае система довольно сложная и полностью полагается на точность работы электроники. Например, промывка топливной системы будет требовать гораздо больше времени, так как нужно промыть каждую форсунку. А сейчас пойдем дальше и рассмотрим еще один популярный вид впрыска.

Непосредственный впрыск

Инжекторные автомобили с такими системами можно считать наиболее экологичными. Основная цель внедрения этого способа впрыска заключается в улучшении качества смеси горючего и незначительном увеличении КПД двигателя транспортного средства. Основные достоинства такого решения заключаются в следующем:

• тщательное распыление эмульсии;
• образование высококачественной смеси;
• эффективное использование эмульсии на различных этапах работы ДВС.

Исходя из этих преимуществ, можно говорить о том, что такие системы экономят топливо. Особенно это заметно при спокойной езде в городских условиях. Если сравнивать два автомобиля с одинаковым объемом двигателя, но разными системами впрыска, например, непосредственный и многоточечный, то заметно лучшие динамические характеристики будут у непосредственной системы. Отработанные газы менее токсичны, а взятая литровая мощность будет несколько выше за счет охлаждения воздуха и того, что давление в топливной системе несколько увеличено.

Но стоит обратить внимание на чувствительность непосредственных систем впрыска к качеству горючего. Если брать во внимание стандарты России и Украины, то содержание серы должно быть не выше 500 мг на 1 литр горючего. В это же время европейские стандарты подразумевают содержание этого элемента 150, 50 и даже 10 мг на литр бензина или дизеля.

Если вкратце рассматривать данную систему, то она выглядит следующим образом: форсунки располагаются в Исходя из этого, впрыск осуществляется непосредственно в цилиндры. Стоит заметить, что данная инжекторная система подходит для многих бензиновых двигателей. Как было отмечено выше, используется высокое давление в топливной системе, под которым подается эмульсия непосредственно в камеру сгорания, минуя впускной коллектор.

Система впрыска топлива: езда на обедненной смеси

Немного выше мы с вами рассмотрели непосредственный впрыск, который впервые был использован на автомобилях марки «Митсубиси», которая имела аббревиатуру GDI. Давайте вкратце рассмотрим один из основных режимов - работу на обедненной смеси. Суть ее заключается в том, что транспортное средство в этом случае работает при небольших нагрузках и умеренных скоростях до 120 километров в час. Впрыск топлива осуществляется факелом в заключительном этапе сжатия. Отражаясь от поршня, горючее смешивается с воздухом и попадает в зону свечки зажигания. Получается так, что в камере смесь значительно обедняется, тем не менее ее заряд в районе свечи зажигания можно считать оптимальным. Этого хватает для его воспламенения, после этого загорается и остальная эмульсия. По сути, такая система впрыска топлива обеспечивает нормальную работу ДВС даже при соотношении воздух/топливо - 40:1.

Это весьма эффективный подход, позволяющий значительно экономить горючее. Но стоит обратить внимание, что остро встал вопрос нейтрализации отработанных газов. Дело в том, что катализатор неэффективен, так как образуется оксид азота. В этом случае используется рециркуляция отработанных газов. Специальная система ERG позволяет разбавить эмульсию отработанными газами. Это несколько снижает температуру горения и нейтрализует образование оксидов. Тем не менее такой подход не позволят увеличивать нагрузку на двигатель. Для частичного разрешения проблемы используется накопительный катализатор. Последний крайне чувствителен к горючему с высоким содержанием серы. По этой причине требуется периодическая проверка топливной системы.

Однородное смесеобразование и 2-стадийный режим

Мощностной режим (однородное смесеобразование) - идеальное решение для агрессивной езды в городских условиях, обгонов, а также движения по скоростным трассам и шоссе. В этом случае используется конический факел, он менее экономичный по сравнению с предыдущим вариантом. Впрыск осуществляется на такте впуска, а образованная эмульсия обычно имеет соотношение 14,7:1, то есть близкое к стехиометрическому. По сути, данная система автоматической подачи топлива точно такая же, как и распределительная.

Двухстадийный режим подразумевает впрыск топлива на такте сжатия, а также пуска. Основная задача - резкое повышение двигателя. Ярким примером эффективной работы такой системы является движение на малых оборотах и резкое нажатие на акселератор. В таком случае вероятность детонации значительно возрастает. По этой простой причине вместо одного этапа впрыск проходит в два.

На первом этапе впрыскивается небольшое количество горючего на такте впуска. Это позволяет несколько понизить температуру воздуха в цилиндре. Можно говорить о том, что в цилиндре будет находиться сверхбедная смесь в соотношении 60:1, следовательно, детонация невозможна как таковая. На заключительном этапе такта сжатия осуществляется впрыск струи горючего, которая доводит эмульсию до богатой в соотношении примерно 12:1. Сегодня можно говорить о том, что такая топливная система двигателя введена только для транспортных средств европейского рынка. Обусловлено это тем, что Японии не присущи большие скорости, следовательно, нет высоких нагрузок на двигатель. В Европе же большое количество скоростных шоссе и автобанов, поэтому водители привыкли ездить быстро, а это большая нагрузка на ДВС.

Еще кое-что интересное

Стоит обратить внимание на то, что, в отличие от карбюраторных систем, инжекторная требует того, чтобы была регулярная проверка топливной системы. Это обусловлено тем, что большое количество сложной электроники может дать сбой. В результате это приведет к нежелательным последствиям. К примеру, избыточный воздух в топливной системе приведет к нарушению составу эмульсии и неверному соотношению смеси. В дальнейшем это сказывается на двигателе, появляется нестабильная работа, выходят из строя контроллеры и т. п. По сути, инжектор - это сложная система, которая определяет, когда на цилиндры нужно подать искру, как доставить качественную смесь к блоку цилиндров или впускному коллектору, когда открывать форсунки и какое соотношение воздуха и бензина должно быть в эмульсии. Все эти факторы влияют на синхронизированную работу топливной системы. Интересно то, что без большинства контроллеров машина может исправно работать, при этом не будет существенных отклонений, так как имеются аварийные записи и таблицы, которые будут использоваться.

Экономичность работы ДВС в нашем случае определяется тем, насколько корректными будут полученные с контроллеров данные. Чем они точнее, тем менее возможны различные неисправности топливной системы. Важную роль играет и скорость срабатывания системы в целом. В отличие от карбюраторов тут не требуется ручная регулировка, а это исключает ошибки во время калибровочных работ. Следовательно, мы получим более полное сгорание смеси и лучшую с точки зрения экологии систему.

Заключение

В заключение стоит рассказать немного о недостатках, которые присущи инжекторным системам. Главный минус заключается в дороговизне ДВС. По большому счету, стоимость таких агрегатов будет выше примерно на 15%, что существенно. Но есть и другие минусы. К примеру, вышедший из строя клапан топливной системы в большинстве случаев не подлежит ремонту, что обусловлено нарушением герметичности, поэтому его нужно просто менять. Это касается и ремонтопригодности оборудования в целом. Некоторые узлы и детали гораздо проще купить новыми, нежели потратиться на их ремонт. Это качество не присуще карбюраторным ТС, где можно перебрать все важные узлы и восстановить их работоспособность без больших затрат времени и сил. Без всякого сомнения, электронная система подачи топлива ремонтируется большими силами и средствами. Сложная электроника вряд ли может быть восстановлена на первом попавшемся СТО.

Ну вот мы и поговорили с вами о том, что такое инжекторные системы. Как вы видите, это весьма интересная тема для разговора. Можно еще много рассказывать о том, чем хороши форсунки и возможность мгновенной корректировки работы двигателя. Но об основных моментах мы уже сказали. Помните о том, что должна регулярно осматриваться на возможные дефекты. К примеру, из-за низкого качества топлива, что собственно присуще нашей стране, часто забиваются форсунки. Из-за этого двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, смесь становится слишком обедненной или наоборот. Все это очень плохо сказывается на автомобиле в целом, поэтому нужен постоянный и регулярный контроль. Кроме того, старайтесь заправляться только тем бензином, который советует производитель вашего ТС.

Материал из Энциклопедия журнала "За рулем"

Схема двигателя Volkswagen FSI с непосредственным впрыском бензина

Первые системы впрыска бензина непосредственно в цилиндры двигателя появились еще в первой половине ХХ в. и использовались на авиационных двигателях. Попытки применения непосредственного впрыска в бензиновых двигателях автомобилей были прекращены в 40-е годы ХХ в., потому что такие двигатели получались дорогостоящими, неэкономичными и сильно дымили на режимах большой мощности. Впрыскивание бензина непосредственно в цилиндры связано с определенными трудностями. Форсунки для непосредственного впрыска бензина работают в более сложных условиях, чем те, что установлены во впускном трубопроводе. Головка блока, в которую должны устанавливаться такие форсунки, получается более сложной и дорогой. Время, отводимое на процесс смесеобразования при непосредственном впрыске, существенно уменьшается, а значит, для хорошего смесеобразования необходимо подавать бензин под большим давлением.
Со всеми этими трудностями удалось справиться специалистам компании Mitsubishi , которая впервые применила систему непосредственного впрыска бензина на автомобильных двигателях. Первый серийный автомобиль Mitsubishi Galant с двигателем 1,8 GDI (Gasoline Direct Injection - непосредственный впрыск бензина) появился в 1996 г.
Преимущества системы непосредственного впрыска заключаются в основном в улучшении топливной экономичности, а также и некоторого повышения мощности. Первое объясняется способностью двигателя с системой непосредственного впрыска работать на очень бедных смесях. Повышение мощности обусловлено в основном тем, что организация процесса подачи топлива в цилиндры двигателя позволяет повысить степень сжатия до 12,5 (в обычных двигателях, работающих на бензине, редко удается установить степень сжатия свыше 10 из-за наступления детонации).

Форсунка двигателя GDI может работать в двух режимах, обеспечивая мощный (а) или компактный (б) факел распыленного бензина

В двигателе GDI топливный насос обеспечивает давление 5 МПа. Электромагнитная форсунка, установленная в головке блока цилиндров, впрыскивает бензин непосредственно в цилиндр двигателя и может работать в двух режимах. В зависимости от подаваемого электрического сигнала она может впрыскивать топливо или мощным коническим факелом, или компактной струей.

Поршень двигателя с непосредственным впрыском бензина имеет специальную форму (процесс сгорания над поршнем)

Днище поршня имеет специальную форму в виде сферической выемки. Такая форма позволяет закрутить поступающий воздух, направить впрыскиваемое топливо к свече зажигания, установленной по центру камеры сгорания. Впускной трубопровод расположен не сбоку, а вертикально сверху. Он не имеет резких изгибов, и поэтому воздух поступает с высокой скоростью.

В работе двигателя с системой непосредственного впрыска можно выделить три различных режима:
1) режим работы на сверхбедных смесях;
2) режим работы на стехиометрической смеси;
3) режим резких ускорений с малых оборотов;
Первый режим используется в том случае, когда автомобиль движется без резких ускорений со скоростью порядка 100–120 км/ч. На этом режиме используется очень бедная горючая смесь с коэффициентом избытка воздуха более 2,7. В обычных условиях такая смесь не может воспламениться от искры, поэтому форсунка впрыскивает топливо компактным факелом в конце такта сжатия (как в дизеле). Сферическая выемка в поршне направляет струю топлива к электродам свечи зажигания, где высокая концентрация паров бензина обеспечивает возможность воспламенения смеси.
Второй режим используется при движении автомобиля с высокой скоростью и при резких ускорениях, когда необходимо получить высокую мощность. Такой режим движения требует стехиометрического состава смеси. Смесь такого состава легко воспламеняется, но у двигателя GDI повышена степень сжатия, и для того чтобы не наступала детонация, форсунка впрыскивает топливо мощным факелом. Мелко распыленное топливо заполняет цилиндр и, испаряясь, охлаждает поверхности цилиндра, снижая вероятность появления детонации.
Третий режим необходим для получения большого крутящего момента при резком нажатии педали «газа», когда двигатель работает на малых оборотах. Этот режим работы двигателя отличается тем, что в течение одного цикла форсунка срабатывает два раза. Во время такта впуска в цилиндр для его охлаждения мощным факелом впрыскивается сверхбедная смесь (α=4,1). В конце такта сжатия форсунка еще раз впрыскивает топливо, но компактным факелом. При этом смесь в цилиндре обогащается и детонация не наступает.
По сравнению с обычным двигателем с системой питания с распределенным впрыском бензина, двигатель с системой GDI примерно на 10 % экономичнее и выбрасывает в атмосферу на 20 % меньше углекислого газа. Повышение мощности двигателя доходит до 10 %. Однако, как показала эксплуатация автомобилей с двигателями такого типа, они очень чувствительны к содержанию серы в бензине. Оригинальный процесс непосредственного впрыска бензина разработала компания Orbital. В этом процессе в цилиндры двигателя впрыскивается бензин, заранее смешанный с воздухом с помощью специальной форсунки. Форсунка компании Orbital состоит из двух жиклеров, топливного и воздушного.

Работа форсунки Orbital

Воздух к воздушным жиклерам поступает в сжатом виде от специального компрессора при давлении 0,65 МПа. Давление топлива составляет 0,8 МПа. Сначала срабатывает топливный жиклер, а затем в нужный момент и воздушный, поэтому в цилиндр, мощным факелом впрыскивается топливно-воздушная смесь в виде аэрозоля.
Форсунка, установленная в головке цилиндра рядом со свечой зажигания, впрыскивает топливно-воздушную струю непосредственно на электроды свечи зажигания, что обеспечивает ее хорошее воспламенение.

Конструктивные особенности двигателя с непосредственным впрыском бензина Audi 2.0 FSI