Кто первый на практике применил прямой впрыск бензина в двигателе внутреннего сгорания? Конструкторы начали с дизельных двигателей. Система впрыска, которую разработал Рудольф Дизель, была довольно громоздкой и несовершенной, лучшие характеристики были в системы впрыска, разработанной Герберт Акройд Стюарт. А косвенный впрыск бензина впервые применил в 1902 году французский авиационный инженер Леон Лепелетье на авиационном двигателе «Антуанетта 8V». В 1916 году российские инженеры Микулин и Стечкина применили в авиационном двигателе косвенную систему впрыска бензина, этот двигатель так и не пошел в серийное производство.
Прямой впрыск бензина был применен на двигателе «Hesselman» шведского инженера Йонаса Хессельмана в 1925 году.
А вот первое массовое применение инжекторной системы формирования бензино-воздушной смеси было сделано в военной авиации. Это сделала фирма «Messerschmitt AG», авиастроительная фирма Германии, действовавшей в 1938-1945 и 1956-1968 годах. Первоначальное название фирмы — «Messerschmitt-Flugzeugbau Gesellschaft», эту фирму основал в 1923 году Вилли Мессершмитт. Прямой впрыск топлива на истребителях «Мессершмитт» давал возможность значительно большего маневрирования самолетом на больших высотах, без риска, что мотор заглохнет, и мощность мотора при этом была выше. В двигателях «Мессершмитт» была еще одна техническая новинка: перем
енный угол атаки лопастей пропеллера, это увеличивало тяговую силу на больших высотах. Конечно, эти двигатели конструктивно очень отличались от современных. Многие последующих изменений конструкторы сделали позже, без участия «Messerschmitt AG» и лично Вилли Мессершмитта.
От истории переходим к практике. Инжекторная система подачи топлива постепенно и уверенно вытесняет карбюраторную систему. Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными двигателями. Посмотрите на этот рисунок.
Что заставило конструкторов делать все эти изменения?
Главная причина перехода на инжекторе двигателя — экология. Конструкторы начали с каталитического нейтрализатора отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой «стехиометрической» топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух / бензин = 14,7: 1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводит к падению эффективности двигателя. Для стабильной поддержки такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили.
Первые инжекторные системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются при эксплуатации автомобиля. Выход был найден. В систему ввели обратная связь: в выпускную систему, перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-датчик, или лямбда-зонд. По сигналам датчика кислорода электронный блок управления (ЭБУ) корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси. Блок ЭБУ может в литературе называться «контролер».
Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие преимущества:
— точное дозирование топлива, следовательно, более экономный двигатель.
— снижение токсичности выхлопных газов.
— увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%.
— улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска немедленно реагирует на любые изменения нагрузки, изменяя параметры топливно-воздушной смеси.
— легкость запуска двигателя, независимо от погодных условий. И зимой тоже!
Немного о конструкции. Датчики инжекторного двигателя
Датчик массового расхода воздуха служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, которая затем перечисляется программой в цилиндрическое цикловое наполнения. При неисправности датчика управления двигателем идет по аварийными таблицами.
Вместо датчика массового расхода воздуха в двигателе может быть датчик давления во впускном коллекторе. Разница небольшая, потому что давление во впускном коллекторе зависит от скорости прохождения воздуха в коллекторе. Это я опять вспомнил о законе Бернулли.
Неисправность этого датчика очень ухудшает движение автомобиля под нагрузкой (например, когда едете вверх). Иногда при неисправности этого датчика машина едет немного лучше с отключенным датчиком.
Датчик положения дроссельной заслонки — для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, обороты двигателя и циклового наполнения цилиндров двигателя топливной смесью.
Некоторые автомеханики называют этот датчик «позиционер», такая терминология популярна для дизельных двигателей.
Этот датчик традиционно находится на той же оси, на которой вращается дроссельного заслонка. Чем сильнее мы нажмем на «газ», тем больше открывается дроссельного заслонка, увеличивая количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Если бы мы очень плавно нажимали на педаль газа и чрезвычайно плавно отпускали ее, датчик положения дроссельной заслонки можно было бы выбросить. При резких изменениях рабочих режимов датчик помогает контроллеру более правильно дозировать подачу бензина в двигатель.
Датчик зачастую являются реостатным, это переменный резистор с тремя выводами. Современные датчики работают на эффекте Холла, и практически не изнашиваются.
Неисправность датчика очень ухудшает динамические характеристики двигателя, в некоторых редких случаях двигатель не заводится, но заводится с отключенным датчиком. С отключенным исправным датчиком машина едет гарантированно хуже.
Этот датчик является популярной причиной при решении многих проблем с холостым ходом: холостой ход великоват, женщин, нестабильный, зависают и держатся слишком большими холостые обороты, короче говоря, этот датчик должен быть исправным, потому что его неисправность или даже незначительное отклонение в характеристиках датчика от нормы очень портит нервы водителю.
Разновидности инжекторных систем
Сейчас вы прочтете о различных инжекторные системы. Но без азбуки я не обойдусь. Немного азбуки.
Как работает игла популярного автомобильного электромагнитного инжектора?
Простой ответ. Она работает так: пшик-пшик-пшик … и пшикает бензином в двигатель.
Правильный ответ. Игла электромагнитного инжектора НЕ пшикает бензином в цилиндр двигателя или во впускной коллектор. Эта игла только открывает или закрывает канал, по которому бензин под давлением вытекает через отверстия специальной формы, при этом прекрасно распыляется на мелкие капли. Давление бензина поддерживается стабильным, а управление инжектором — это только подача командного сигнала на инжектор: открыть или закрыть.
Теперь легче понять проблемы, которые могут быть с инжектором.
Он может протекать. Перерасход бензина, плохо заводится горячий двигатель.
Он может не открываться, если хорошо забит грязью, или может плохо распылять бензин, если выпускные отверстия инжектора очень загрязнены. Двигатель или принципиально не заводится, или значительный перерасход бензина.
Теперь возвращаемся к рассмотрению разновидностей систем впрыска топлива в двигатель.
В зависимости от количества форсунок и места подачи топлива, системы впрыска подразделяются на три типа: одноточечный или моновпрыск (моноинжектор, одна форсунка во впускном коллекторе на все цилиндры), многоточечный или распределенный (у каждого цилиндра своя форсунка, которая подает топливо в коллектор у впускного клапана цилиндра) и непосредственный (топливо подается форсунками непосредственно в цилиндры, как в дизельных двигателях).
Некоторые еще знает странное выражение «полный инжектор». В зависимости от фантазии, так могут называть или многоточечный впрыск или прямой впрыск.
А кое-кто даже может заявить о «механический впрыск». На самом деле он говорит о механическую систему управления впрыском, устаревшую и значительно хуже, чем электронная.
Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного
Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись системы питания и топливоподачи. В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе). После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15% мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.