Горивни инжектори за бензинови и дизелови двигатели - обща информация

Инжекторите са изпълнителен механизъм, предназначен за пръскане на гориво във всмукателния канал на горивната система или в цилиндрите на двигателя с вътрешно горене. Има следните видове тези устройства - механични, електромагнитни, хидравлични, пиезоелектрически. Инжекторите за бензинови и дизелови двигатели се различават по начина, по който работят. Също така при различните марки автомобили инжекторите работят с различни напрежения и налягания. За всичко това и много повече ще ви разкажем в този материал.

За какво ще говорим:

  • Видове дюзи
  • Директно инжектиране
  • Предимства и недостатъци
  • Разположение на дюзите
  • Почистване на дюзите
  • Напрежение на инжектора
  • Управление на инжектора

Горивни инжектори

Видове дюзи

Нека да характеризираме всеки от изброените типове поотделно и да започнем с електромагнитни инжектори . Те са инсталирани в бензинови двигатели. Дюзите са съставени от следните компоненти - електромагнитен клапан, пръскаща игла и дюза.

Електромагнитна дюза

Електромагнитна инжекционна дюза

Електрохидравлична дюза

Дизелова електрохидравлична дюза

Принципът на тяхната работа е съвсем прост. Когато се получи команда от ECU на автомобила, към соленоидния клапан се подава напрежение, поради което в него се създава магнитно поле, което изтегля в иглата, като по този начин освобождава канала в дюзата. Съответно през него преминава гориво. Веднага след като напрежението на клапана изчезне, иглата отново затваря дюзата под въздействието на възвратната пружина и бензинът вече не се подава към цилиндрите.

Различни напрежения се прилагат към инжектори от различни производители на превозни средства. Това трябва да се вземе предвид при подмяна на инжекторите, както и при почистването им.

Следващият тип са електрохидравличните дюзи . Те се използват в дизелови двигатели, включително тези, базирани на системата Common Rail. Такива дюзи имат по-сложен дизайн. По-специално, те включват входни и изходни дросели, соленоиден клапан и контролна камера. Инжекторът работи по следния начин.

Пиезоелектрическа дюза

Пиезоелектрическа дюза

Движението се основава на използването на налягане на горивото както по време на впръскване, така и когато е спряно. В първоначалното положение соленоидният клапан е обезсилен и съответно затворен. В този случай иглата на дюзата се притиска към седалката си под естествено налягане на горивото върху буталото в контролната камера. Тоест няма впръскване на гориво. Тъй като диаметърът на иглата е много по-малък от диаметъра на буталото, върху него има по-голям натиск.

Когато към електромагнитния клапан се подаде сигнал от ECU, той отваря дроселната дроселна клапа. Съответно горивото започва да тече в дренажната линия. Всмукателната дроселна клапа обаче предотвратява бързо изравняването на налягането между контролната камера и всмукателния колектор. Съответно налягането върху буталото намалява бавно, докато налягането върху иглата не се променя. Следователно иглата се издига под диференциалното налягане и се получава впръскване на гориво.

Третият тип са пиезоелектрическите дюзи . Те се считат за най-модерните и се използват при дизелови двигатели, оборудвани със система за захранване с гориво от Common Rail. Дизайнът на такава дюза включва пиезоелектричен елемент, тласкач, превключващ клапан и игла.

Електрическото съпротивление на пиезоелектричните инжектори е няколко десетки kOhm.

В момента, в който горивото не тече през дюзата, иглата му седи плътно на мястото си, тъй като високо налягане на горивото го притиска. Когато от ECU се получи сигнал към пиезоелектрическия елемент, който е задвижващ механизъм, тогава в този момент той се увеличава по размер (дължина) и по този начин бута буталото. В резултат на това клапанът се отваря и през него горивото навлиза в дренажната линия. Налягането в горната част на иглата намалява и иглата се издига. В този случай се впръсква гориво.

Основното предимство на пиезоелектричните инжектори е тяхната висока скорост на реакция (приблизително 4 пъти по-бърза от хидравличните). Това прави възможно многократното впръскване на гориво за един цикъл на двигателя. В процеса на подаване количеството подадено гориво може да се контролира по два начина - времето на излагане на пиезоелектрическия елемент, както и налягането на горивото в релсата. Пиезоелектричните инжектори обаче имат един съществен недостатък - те не подлежат на ремонт.

Работата на електромагнитната дюза на инжекционния двигател

Работата на инжектора в системата Common Rail

Тъй като принципът на работа на дизеловите инжектори е малко по-сложен от този на бензиновите инжектори, има смисъл да се разгледа по-подробно алгоритъмът на тяхното функциониране, като се използва примера на инжекторите на Common Rail от ранни версии.

Как работи дизеловият инжектор

Въз основа на получената информация ECU контролира различни елементи на двигателя, включително инжектори за гориво. По-специално, за какъв период от време и точно кога да ги отворите (момента на отваряне).

Дизеловият инжектор работи в три фази:

Дюза за помпа

Дюза за помпа

  • Предварително инжектиране . Необходимо е, така че сместа гориво-въздух да има желаното качество и съотношение. На този етап в горивната камера се подава малко количество гориво, за да се повишат температурата и налягането му. Това се прави, за да се ускори запалването на горивото по време на основното впръскване.
  • Основна инжекция . Въз основа на високото налягане, получено в предишния етап, се създава висококачествена хомогенна горима смес. Пълното му горене осигурява максимална мощност на двигателя и намалява емисиите на вредни газове.
  • Допълнителна инжекция . На този етап филтърът за твърди частици се почиства. След основното инжектиране налягането в горивната камера рязко спада и иглата на инжектора се връща на мястото си. В резултат на това горивото престава да тече в горивната камера.

След това нека преминем към разглеждане на алгоритъма, в съответствие с който работи инжекторът на дизелов двигател:

  1. Ексцентрикът на разпределителния вал движи буталото на инжектора, освобождавайки неговите горивни канали.
  2. Горивото влиза в инжектора.
  3. Клапанът се затваря, горивото спира да тече и налягането започва да се натрупва в инжектора.
  4. Когато граничното налягане бъде достигнато (за всеки модел то е различно и възлиза на няколко МРа), иглата на дюзата се повдига и се извършва предварително инжектиране (в някои случаи може да има две предварителни инжекции).
  5. Клапанът се отваря отново и предварителното впръскване завършва.
  6. Горивото влиза в тръбата, налягането му намалява.
  7. Клапанът се затваря, в резултат на което налягането на горивото започва отново да се повишава.
  8. Когато се достигне работното налягане (повече от при предварителното впръскване), иглата на инжекторната игла се освобождава и се извършва основното впръскване на горивото. Колкото по-високо е налягането в дюзата, толкова повече гориво ще попадне в горивната камера и съответно по-голямата мощност на двигателя ще се развие.
  9. Клапанът се затваря, основната инжекционна фаза завършва, налягането спада, иглата на инжектора се връща в първоначалното си положение.
  10. Извършва се допълнително впръскване на гориво (обикновено те са две).

Всеки инжектор за гориво се характеризира със следните технически параметри:

  • Производителност. Това е най-важният параметър, който характеризира количеството гориво, което инжекторът преминава за единица време. Обикновено се измерва в кубични сантиметри гориво в минута.
  • Динамичен обхват на работа . Този индикатор характеризира минималното време за впръскване на гориво. Тоест времето между отварянето и затварянето на инжектора за гориво. Обикновено се измерва в милисекунди.
  • Ъгъл на пръскане . От това зависи качеството на горивната смес, образувана в горивната камера. Посочено в градуси.
  • Обхват на горелката за пръскане . Този индикатор определя фракцията, в която ще бъдат разположени частиците на пулверизираното гориво, и начина, по който те ще бъдат подадени в горивната камера. Съответно този показател е критичен и за образуването на висококачествена горивна смес. Измерва се като конвенционално разстояние в милиметри или техни производни.
Всеки производител на инжектор има свои собствени обозначения за криптиране на техническите данни на своите продукти. Ето защо, когато купувате, попитайте продавача за съответната информация или в Интернет.

Ако поне един от изброените параметри надхвърли допустимите граници, инжекторът ще работи неправилно и ще образува нискокачествена горивно-въздушна смес. А това от своя страна ще се отрази неблагоприятно на работата на двигателя на вашия автомобил.

Съществува и отделен тип инжектори за инжекционни двигатели с директно впръскване. Основната им разлика е тяхната висока скорост на реакция, както и повишеното напрежение, при което работят. Нека ги разгледаме по-подробно.

Инжектори за двигател с директно впръскване

FSI инжектор

FSI инжекторно устройство

Тези инжектори имат и друго име - GDI (FSI). Той е изобретен в недрата на Mitsubishi, когато инженерите му започват да произвеждат двигатели с директно впръскване на гориво, работещи на ултра-постни смеси . Тяхната работа се основава на точния момент на задействане на повдигане и спускане на работната игла.

Така че при конвенционалните инжекционни двигатели времето за отваряне на инжектора е около 2 ... 6 ms. И инжектори в двигатели, работещи на супер постни смеси - около 0,5 ms. Следователно обичайното захранване на инжектора със стандартни 12 V вече не може да осигури необходимата скорост на реакция. За да изпълнят тази задача, те работят с помощта на технологията Peak-n-Hold , което означава „пиково напрежение и задържане“.

Същността на този метод е следната. Към инжектора се прилага високо напрежение (например напрежение от около 100 V се прилага към инжекторите на споменатата компания на Mitsubishi). В резултат на това намотката достига до насищане много бързо. В същото време неговата намотка не изгаря поради съществуващата задна ЕМП. И за да се задържи сърцевината в намотката, е необходимо магнитно поле с по-ниска стойност. Съответно е необходим по-малко ток.

Графика на тока и напрежението на инжектора GDI

Графика на тока и напрежението на инжектора GDI

Тоест работният ток в бобината първо се повишава много бързо, а след това бързо спада. В този момент започва фазата на задържане. Тоест времето за впръскване на горивото е от началото на импулса до втория индуктивен взрив. Такива методи се използват от автомобилните производители Mitsubishi и General Motors.

Производителите Mercedes и VW обаче използват разработките на компанията BOSCH. Според техния метод системата не намалява напрежението, а използва широчинно-импулсна модулация (ШИМ). Задачата за внедряване на този алгоритъм е възложена на специален блок - Driver Injector. Като правило той се намира близо до инжекторите (например компаниите Toyota и Mercedes поставят агрегата в хоризонтално положение в областта на чашата на амортисьора, което е оптималното решение днес).

FSI модулация с широчина на импулса на инжектора

ШИМ на инжектор FSI

Всички двигатели FSI над 90 к.с. оборудван с подобрена горивна система. Нейната разлика е:

  • частите на помпата и инжекторните рампи с високо налягане имат специално антикорозионно покритие, което ги предпазва от въздействието на горивата със съдържание на етанол до 10%;
  • управлението на помпата за високо налягане е променено;
  • тръбопроводът за оттичане на гориво (към резервоара), който изтече по буталото, беше елиминиран като ненужен;
  • Горивото, изпускано през предпазния клапан, монтиран на инжекторната шина, се пренасочва през относително къс тръбопровод към веригата за ниско налягане, по-горе от помпата за високо налягане.

Що се отнася до работата на двигателите GDI, трябва да се отбележи, че той е много чувствителен към качеството на горивото, навременна подмяна на горивния филтър. Не забравяйте своевременно да почистите горивната система и да смените маслото.

Предимства и недостатъци на инжекторите за гориво

Несъмнено инжекторите за гориво предлагат предимства пред традиционния карбуратор. По-специално те включват:

  • икономия на гориво, възможна чрез прецизно дозиране;
  • ниско ниво на емисии на отработени газове в атмосферата, висока екологичност (ламбда е в диапазона от 0,98 ... 1,2);
  • увеличаване на мощността на двигателя;
  • лекота при стартиране на двигателя при всяко време;
  • няма нужда от ръчно регулиране на инжекционната система;
  • широки възможности за управление на двигателя в различни режими (т.е. подобряване на неговите динамични и мощни характеристики);
  • Съставът на отработените газове от инжекционните двигатели отговаря на съвременните изисквания по отношение на този параметър и вредността за околната среда.

Дюзите обаче имат и своите недостатъци. Между тях:

  • голяма вероятност от запушване при използване на гориво с ниско качество;
  • висока цена в сравнение със старите карбураторни системи;
  • ниска поддръжка на дюзата и отделните й възли;
  • необходимостта от диагностика и ремонти с помощта на специално скъпо оборудване;
  • висока зависимост от постоянното наличие на захранване в автомобилната мрежа (в съвременни системи, контролирани от електронни устройства).

Въпреки съществуващите недостатъци, днес инжекторите се използват в повечето автомобилни бензинови и дизелови двигатели като по-технологично усъвършенствани и екологични системи за впръскване на гориво. Що се отнася до дизеловите двигатели, старите механични инжектори бяха заменени с по-нови с електронно управление.

Разположение на дюзите

В зависимост от вида на дюзите и метода на инжектиране, позицията на дюзите може да варира. По-специално:

  • Ако автомобилът използва централно впръскване на гориво , тогава за това се използват един или два инжектора, разположени във всмукателния колектор , в непосредствена близост до дроселната клапа. Такава система се използваше при по-стари автомобили по времето, когато производителите започнаха да изоставят карбураторните двигатели в полза на инжекционните.
  • При многоточково впръскване на гориво е инсталиран отделен инжектор за всеки цилиндър. В този случай може да се види в основата на всмукателния колектор .
  • Ако двигателят използва директно впръскване на гориво , инжекторите са разположени в горната част на стените на цилиндъра . В този случай те директно инжектират гориво в горивната камера.

Независимо къде е монтирана дюзата, тя се замърсява по време на работата си. Поради това е необходимо периодично да се проверява тяхното състояние и ефективност. В съответните статии на сайта можете да разберете подробно: как да проверите състоянието на дизеловите инжектори на common rail, да проверите инжекторите на помпата или да проверите инжекционните дюзи.

Почистване на дюзите

За почистване на дюзите се използват два метода - ултразвуково и химическо чистене. Всеки от тези методи може да се използва при различни условия. Така че в процеса на замърсяване на горивната система и по-специално дюзите се образуват твърди и меки отлагания по стените. Отначало се появяват меки, които лесно се отмиват под въздействието на химикали. Когато меките отлагания се уплътнят, те се превръщат в твърди и можете да се отървете от тях само с помощта на ултразвуково почистване.

В идеалния случай химическото почистване на дюзите трябва да се извършва приблизително на всеки 20 хиляди километра. И ултразвук не повече от 1-2 пъти през целия период на работа, тъй като разрушава изолацията на намотката.

Ако дюзата е била използвана повече от 100 хиляди километра , тогава химическото почистване е не само непрактично за нея, но и вредно . В процеса му големи частици твърди отлагания могат да се отчупят и когато излязат навън, те просто могат да запушат иглата. Това важи особено за инжекторите с директно впръскване на горивото.

Почистване на дюзите

Сравнение на чисти (вляво) и мръсни дюзи (вдясно)

Когато използвате ултразвуково почистване, е важно да знаете при какво нормално работно напрежение работи дюзата. Факт е, че стандартното напрежение от 12 V не осигурява висока скорост на отваряне и затваряне на инжектора. Следователно в днешно време много производители на автомобили използват намалено напрежение. Например инжекторите на Toyota работят при 5 V, докато инжекторите на Citroen работят при 3 V. Следователно те не могат да бъдат захранвани с общото 12 V напрежение, тъй като те просто ще изгорят. Ще говорим за напрежението на инжекторите малко по-долу.

Най-доброто почистване ще бъде последователното използване на ултразвукови и химически методи за почистване . И така, на първия етап твърдите отлагания се превръщат в меки, а на втория те се отстраняват с помощта на химикали.

Има и специални добавки за добавяне към резервоара за гориво . Тяхната функция е да изплакват инжекторите, когато горивото с почистващ агент преминава през тях.

Периодът между периодичната употреба на такива добавки е различен и зависи от конкретната марка автомобил и използваното гориво. Трябва обаче да разберете, че този метод е по-малко ефективен от описаните по-горе. Има смисъл да се използва при смяна на горивни филтри или периодично след няколко хиляди километра. Повече информация за това как да почистите дюза със собствените си ръце можете да намерите тук.

Напрежение на инжектора

Нека се спрем по-подробно на въпроса какво напрежение се подава към инжекторите на двигателя. На първо място, трябва да разберете, че те се контролират от електрически импулси. Освен това, "+" от батерията се подава директно към инжектора през предпазителя, но "-" контролира ECU. Тоест, по различно време напрежението на инжектора е постоянно. Ако обаче направите измерване с помощта на осцилоскоп (мултицет в този случай може да не показва нищо, тъй като импулсите са много къси), тогава това устройство ще покаже средната стойност. Това ще зависи от честотата, с която импулсите се изпращат към инжектора.

Напрежение на инжектора

Графики на импулсно напрежение на инжектора

Графиките, показани на фигурата, ще ни помогнат да отговорим на въпроса - какво напрежение се подава към инжектора. Колкото по-дълги са импулсите на напрежението, подавани към инжектора, толкова по-високо е средното работно напрежение (продължителността на импулса за повечето машини е в рамките на 1 ... 15 ms). И дълги импулси се дават при високи работни обороти на двигателя. Съответно, колкото по-високи са същите скорости, толкова по-високо ще бъде средното работно напрежение на инжекторите. Тоест, работните 12 V се подават към инжекторите (всъщност малко по-малко поради лек спад на напрежението в управляващия транзистор), обаче с импулс.

Някои собственици на автомобили се опитват да отворят инжектора, като просто подават ток от акумулатора, за да го почистят. Трябва да се разбере, че напрежението не може да се приложи директно от батерията към инжектора , тъй като съществува риск то да се повреди (неговата намотка ще изгори). Чрез транзисторен превключвател към устройството се подава импулс. Той работи за кратко време, тъй като намотката в дюзата се загрява бързо и може просто да изгори. В процеса на работа на двигателя времето за отваряне се контролира от ECU, а естественото му охлаждане, макар и незначително, се осъществява от входящото гориво.

Както беше посочено по-горе, производителите на автомобили използват инжектори с различни работни напрежения. Затова идеалното решение би било да разгледате тази информация в ръководството за автомобил или на уебсайта на производителя. Ако не можете да намерите тази информация, трябва внимателно да се подходи към избора на напрежение за отваряне на инжектора.

На практика опитни автомобилисти съветват да се използва специална стойка за отваряне на инжектора. Можете обаче да се справите с по-прости устройства. Например, купете китайско захранване с изходно напрежение, регулируемо в рамките на 3 ... 12 V (обикновено на стъпки от 1,5 V). Схемата за свързване задължително трябва да има бутон без стабилна позиция (например от камбанен звън). За да отворите инжектора, първо приложете най-малкото напрежение, като го увеличите, ако инжекторът не се отвори.

Ако имате инжектори с нисък импеданс, можете да ги отворите буквално за частица секунда. Инжекторите с висока устойчивост могат да се държат отворени по-дълго - 2 ... 3 секунди.

Можете също да използвате акумулаторна отвертка. След като го разглобите, ще видите така наречените "банки" - малки батерии. Всеки от тях произвежда напрежение 1,2 V. Като ги свържете последователно, можете да постигнете необходимото напрежение за отваряне на инжектора.

Управление на инжектора

Както бе споменато по-горе, инжекторите се управляват от електронния блок за управление на автомобила (ECU). Въз основа на информация от множество сензори, неговият процесор взема решения кои импулси да приложи към инжектора. От това зависи скоростта на двигателя и неговият режим на работа.

И така, входните данни за контролера са:

Горивна горелка
  • положение и скорост на коляновия вал;
  • масово количество въздух, консумиран от двигателя;
  • температура на охлаждащата течност;
  • положение на дросела;
  • съдържание на кислород в отработените газове (при наличие на система за обратна връзка);
  • наличието на детонация в двигателя;
  • напрежение в електрическата верига на автомобила;
  • скорост на машината;
  • позиция на разпределителния вал;
  • работа на климатик;
  • температура на входящия въздух;
  • шофиране по неравен път (със сензор за неравен път).

Програмата, вградена в контролера ECU, ви позволява да изберете оптималния режим на работа на двигателя, за да спестите гориво, да изберете номиналния режим на работа на двигателя и да осигурите комфортна работа на автомобила.

Заключение

Въпреки простотата на устройството си, инжекторите за гориво, ако са неправилно поддържани, могат да донесат много проблеми на собственика на автомобила. Така че, ако те са запушени, автомобилът ще загуби динамичните си характеристики, ще се появи прекомерен разход на гориво и ще има голямо количество изгаряне в отработените газове. Затова препоръчваме да следите състоянието на инжекторите за гориво на двигателя на автомобила си и периодично да ги почиствате. Не забравяйте, че неизправностите при тези по същество тривиални и евтини части могат да се превърнат в проблеми с по-скъпите части във вашия автомобил.