Требования высокой отдачи, умеренного расхода горючего и относительной чистоты выхлопа, предъявляемые к современным автомобильным двигателям, можно выполнять одновременно за счет оптимизации процесса сгорания топлива. Эффективность сгорания в свою очередь определяется однородностью топливовоздушной смеси и равномерностью ее дозировки.
Стараясь улучшить эти параметры, инженеры сначала пришли к идее замены карбюратора на впрыск под высоким давлением, а затем – к электронному контролю процесса впрыска. Наравне с русскоязычным термином «впрыск» в специальной литературе употребляется также англицизм «инжектор» (injector). Буквально это слово означает форсунку, то есть устройство, через которое непосредственно происходит впрыск топлива. По-немецки «впрыск» будет Einspritzung (айншприцунг), что объясняет маркировку литерой «Е» старых «Мерседесов» и «Ауди», оснащенных системами впрыска.
Ранние механические инжекторные системы подавали бензин непрерывно (читай: создавали большие насосные потери на стенках впускного тракта) и не обеспечивали должной равномерности его подачи. Электроника решила эти проблемы за счет перехода на импульсную подачу и более высокой скорости прохождения сигналов управления.
Распространение электронного впрыска по технологическим причинам стало возможным только в 70-х, причем сначала это был в основном центральный впрыск – с единственной форсункой на блок цилиндров. Позднее развитие электроники позволило создавать более сложные схемы, подводя по форсунке к каждому цилиндру. Такой тип впрыска называется многоточечным или распределенным. Распределенный электронный впрыск в предкамерную область до наших дней остается основным видом подачи топлива в автомобильных двигателях. Сегодня мы расскажем о принципе его работы.
Не секрет, что основную часть топливовоздушной смеси составляет именно воздух. Масса поступающего воздуха исключительно важна для расчетов, производимых электронным блоком управления системой впрыска, и поэтому тщательно фиксируется датчиком массового расхода воздуха. Как правило, его чувствительным элементом служат две тончайшие платиновые нити, на которые после включения зажигания подается электрический ток. Электричество нагревает нити, а последующее поступление воздуха охлаждает, меняя их сопротивление. В более старых системах впрыска встречался расходомер флюгерного типа, где чувствительным элементом была заслонка во впускном коллекторе. На оси заслонки ставился потенциометр, меняющий сопротивление пропорционально углу поворота заслонки.
Кроме объема поступающего воздуха, блок управления считывает его температуру и давление во впускном коллекторе. Для этих целей используются отдельные датчики. Прочие сенсоры контролируют температуру охлаждающей жидкости, скорость вращения коленвала, напряжение в бортовой электросети, содержание кислорода в выхлопе (лямбда-зонд) и ряд других показателей, в зависимости от конкретной модели. Важно, что используемых в расчетах параметров очень много, и с каждым поколением их число возрастает.
За доли секунды рассчитав количество топлива, которое может полностью сгореть в цилиндрах при собранном наборе параметров, компьютер подает сигнал форсункам на открытие. Сигналом является электрический импульс, длительность которого как раз определяется результатами расчета. Все время подачи сигнала форсунки остаются в открытом положении, и топливо впрыскивается в предкамерную область впускного коллектора. А если быть совсем точным, то происходит распыление бензина на заднюю стенку впускных клапанов. Сейчас их даже на бюджетных моделях, как правило, два на цилиндр. Чтобы добиться этого, в системе подачи горючего предусмотрен электрический насос, создающий необходимое давление в топливной магистрали. Распыленный бензин смешивается с воздухом и засасывается внутрь цилиндра на такте впуска.
Большинство современных автомобилей оснащено системами фазированного впрыска. Это значит, что каждая форсунка управляется индивидуально и открывается в оптимальный момент, как его «видит» программа, заложенная в блок управления. Таким образом, ни одна форсунка не «стреляет» зря. А значит, в этой схеме насосные потери существенно меньше по сравнению с более старыми алгоритмами одновременного или попарно параллельного впрыска.
Впрочем, попарно параллельный режим работы впрыска предусмотрен и в современных двигателях. Одновременный впрыск через пары форсунок включается или при отказе какого-то из важнейших датчиков, или при прогреве двигателя. В первом случае это нужно, чтобы обеспечить бесперебойную работу при любой нагрузке (пусть и частично отказавшись от оптимизации процесса), а во втором главной целью является достижение рабочих температур, поэтому меняются не только фазы впрыска, но и, во многих случаях, обогащается топливовоздушная смесь.
Это, что называется, классика электронного впрыска. В последующих статьях мы расскажем о более современных системах, принцип работы которых существенно отличается от канонического варианта.
Текст: Серик Туленов,
фотоматериал Bosch ©2015