Как работает система распределенного впрыска топлива mpi

Момент впрыск топлива

Кстати, о времени открытия форсунок. Тут не всё так просто, и системы распределённого впрыска различаются в зависимости от того, в каком порядке происходит активация этих элементов. Существуют такие варианты впрыска:

• одновременный;
• попарно-параллельный;
• фазированный.

Одновременный

При одновременной инжекции бензина все форсунки открываются единомоментно, и происходит это за один полный рабочий цикл двигателя (два оборота коленчатого вала). Не считаю это разумным ходом и не понимаю зачем лишний расход топлива.

Видимо это практиковалось на заре изобретения такого метода, когда не очень беспокоились об экологии и бензин был дешевый.

Попарно-параллельный

При попарно-параллельном открытии процесс разбивается таким образом, чтобы в один момент времени впрыск производили только две форсунки и только тех цилиндров, которые переходят в такты впуска и выпуска.

Здесь тоже наблюдается лишний впрыск, зачем он нужен в такте выпуска. Говорят это помогает при запуске двигателя в аварийном режиме. Ну хоть единовременно, и то хорошо.

Фазированный

Но самым современным из перечисленной тройки является фазированный алгоритм работы системы  распределенного впрыска топлива и используется в современных автомобилях. Он предусматривает включение каждой форсунки непосредственно перед тактом впуска соответствующего ей цилиндра. Это конечно разумно и правильно.

Главное в таком впрыске то, что форсунка впрыскивает топливную смесь во впускной коллектор на входе в цилиндр, непосредственно на впускной клапан. Впрыск производится на такте ВПУСК.

Причины перехода от карбюраторов к впрыску

Работа карбюратора напоминает простейший пульверизатор. Поток воздуха проходит через диффузор, создавая разрежение, которое подсасывает топливо из распылителя через жиклёры. Дозирование оставляет желать лучшего, поэтому последние карбюраторы становились настолько сложными, что стала ясной тупиковость такого пути.

Технически проще подготовить нужное количество топлива, после чего впрыснуть его под давлением в тот же воздушный поток. Дозирование здесь также создавало достаточно проблем, но было ясно, что их решение и упрощение – лишь вопрос времени. А появление всё более жёстких требований по снижению токсичности выхлопа и экономии топлива заставляло двигаться именно по перспективному направлению.

Плюсы и минусы

Основной недостаток систем которые используют GDI — это то, что уменьшается надежность в целом. Если произойдет небольшой сбой или выйдет из строя какой нибудь компонент, то двигатель начинает себя вести неправильно. Он может заглохнуть, не работать на полной мощности, показывать на приборке ошибку, в общем показывает что с двигателем что то не в порядке.

Второй недостаток, тоже немаловажный, это то что эта система стоит достаточно дорого. Она очень сложна в эксплуатации, здесь необходимо тщательно следить за всеми компонентами GDI, за питанием, зажиганием, электроникой. Эта система должна питаться только качественным топливом. Этот недостаток отпугивает очень многих автолюбителей, которые рассматривают приобретение машины с GDI.

Потому что если вы приобретаете автомобиль с такой системой, то вы точно будете выбирать где заправляться. Дешевое топливо GDI не переносит категорически

Здесь не важно с каким октановым числом залит бензин, многие двигатели спокойно используют А-92, и даже спирт.  Но наличие в плохом топливе различных сторонних компонентов, может вывести из строя весь двигатель внутреннего сгорания

Еще одним недостатком GDI является то, что ее обслуга и запчасти к ней могут вылиться в очень круглую сумму. Эти запчасти они сложны в производстве и поэтому не могут иметь низкую стоимость. Также эти системы очень требовательны к качеству масел, фильтров и прочих расходных запчастей. Однако все это перекрывается достоинствами GDI.

Двигатели, которые ее используют — самые технологичные, имеют небольшую массу, потребляют мало топлива.

С такими двигателями хорошо передвигаться в больших городах, поскольку в пробках двигатель, имеющий непосредственный впрыск работает с наибольшей экономией. К тому же в них можно реже менять масло, у них большой ресурс работы, потому что нагар почти не образуется. Потому что ТВС перерабатывается с большим КПД. Но эти достоинства будут работать только тогда, когда владелец автомобиля будет очень тщательно относится к его обслуживанию, и делать это у грамотных специалистов, потому как мы уже говорили, что двигатели с GDI очень сложны в устройстве.

Зная, что значит непосредственный впрыск топлива, каждый автолюбитель может сделать свой выбор самостоятельно.

Из каких механизмов состоит система

Следует перечислить, из каких исполнительных механизмов состоит комплекс впрыска топлива инжекторного автомобиля:

Бензонасос работает на нагнетание топливной смеси в специальную рампу. Чтобы давление в этой рампе было все время на определенном уровне на ней установлен механический регулятор давления. Иногда бензонасос и регулятор совмещены.

Форсунки специальные клапаны с регулируемой производительностью, которые имеют электромагнитные прецензионный характер.

Зажигательный модуль специальное устройство, предназначенное для регуляции искрообразования. Включает в себя два независимо работающих канала, которые направлены на поджиг смеси, отдельно в 1 и 4, а также во 2 и 3 цилиндрах.

Регулирование холостого хода эта часть системы обусловлено специальным регулятором, который поддерживает заданные обороты. Сам регулятор представляет собой двигатель шагового типа, он регулирует канал воздуха обводного типа в дроссельную заслонку. Это необходимо для того чтобы двигатель постоянно получал необходимое количество воздуха.

Вентилятор системного охлаждения имеет управление от электрической составляющей автомобиля и работает в зависимости от сигналов ДТОЖ.

Датчик топливного расхода подает постоянный сигнал на маршрутный компьютер или на панель управления и сообщает водителю необходимые показатели. Надо отметить, что этот датчик может работать с погрешностями, так как данный высчитываются по приблизительным показателям.

Адсорбер еще один компонент замкнутой цепи, которая регулирует пары бензина. Чаще всего такой элемент устанавливается на зарубежные автомобиля.

Схема распределенного впрыска топлива

Непосредственный впрыск

Появился не так давно, в 80 – 90 года прошлого века. Развитием активно занимались такие бренды как MERCEDES, VOLKSWAGEN, BMW и т.д.

Впрыск происходит по принципу фазированного типа, то есть каждая форсунка управляется отдельно. Зачастую они закреплены в рампу высокого давления (что-то наподобие COMMON RAIL), но бывают и отдельные элементы топливо подходит именно к каждой отдельно.

КАКОЕ ЗДЕСЬ ОТЛИЧИЕ – форсунки вкручиваются в сам блок двигателя и имеют непосредственное соприкосновение с камерой сгорания и воспламененной топливной смесью.

Воздух также подается через дроссель, далее по впускному коллектору – через клапана заходит в цилиндры мотора, после этого на цикле сжатия впрыскивается топливо, смешиваясь с воздухом и воспламеняясь от свечи. ТО есть смесь происходит непосредственно в двигателе, а не во впускном коллекторе, в этом то и кроется основная РАЗНИЦА!

ПЛЮСЫ. Топливная экономичность (может достигать до 10%), большая мощность (до 5%), лучшая экология.

МИНУСЫ. Нужно понимать форсунка находится рядом с воспламененной смесью, из этого вытекает:

• Сложная конструкция
• Сложное обслуживание
• Дорогой ремонт и профилактика
• Требование к качеству топлива (иначе банально забьется)

Как видите эффективно-технологично, но дорого обслуживать.

Распределенный впрыск топлива: экономно и экологично

Не секрет, что распределённый впрыск топлива (инжекция)  – это современная технология, тесно связанная со сложной электроникой. Главной её «фишкой» является наличие индивидуальной форсунки у каждого цилиндра бензинового мотора.

Но, на самом деле, похожие системы, правда, имеющие механическое управление, появились ещё в конце ХIХ – начале ХХ веков. Использовались они в авиации, в гоночных машинах и иногда их интерпретации даже выходили на массовый автомобильный рынок.

Настоящий же бум распределенный впрыск пережил с появлением доступных микропроцессоров в конце 80-х годов и пользуется уважением у производителей транспортных средств и по сей день.

Перейдём к принципу работы и разновидностям системы распределенного впрыска (кстати, её ещё называют многоточечной системой).

Как мы уже упомянули, ключевой особенностью данной технологии являются топливные форсунки, которые устанавливаются по одной перед впускными клапанами каждого цилиндра двигателя.

Таким образом, в отличие от моновпрыска, удаётся добиться равномерного распределения топливно-воздушной смеси по цилиндрам, а также точной её дозировки.

В целом данная схема расположения форсунок позволила инженерам значительно повысить экологичность моторов, а также сделать их менее прожорливыми. Контролирует весь этот ансамбль электронный блок управления (ЭБУ).

Он при помощи многочисленных датчиков, передающих данные о температуре, положении педали газа, количестве поступающего воздуха и прочих параметрах, вычисляет оптимальный объём бензина для впрыска и в нужный для этого момент подаёт управляющий сигнал на открытие форсунок.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

• Малые габаритные размеры и масса насоса;
• Лучшие показатели по топливной экономичности;
• Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

• Небольшой ресурс плунжерной пары;
• Смазка составных элементов осуществляется топливом;
• Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
• При отказе насоса система прекращала работать;
• Чувствительность к завоздушиванию;
• Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Преимущества и недостатки многоточечного впрыска

О достоинствах и недостатках многоточечного впрыска можно говорить под призмой сравнения этой системы с прямой подачей топлива в цилиндры.

К преимуществам распределенного впрыска относятся:

• Значительная экономия бензина, если сравнивать с этой системой моновпрыск или карбюратор. Также данный мотор будет соответствовать экологическим стандартам, так как качество ВТС намного выше.
• За счет доступности запчастей и большого количества специалистов, разбирающихся в тонкостях работы системы, ее ремонт и обслуживание обходится владельцу дешевле, чем тем, кто является счастливым владельцем авто с непосредственным впрыском.
• Такая разновидность топливных систем отличается стабильностью и высокой надежностью при условии, что водитель не игнорирует рекомендации по плановому техническому обслуживанию.
• Распределенный впрыск менее требователен к качеству топлива, чем система прямой подачи бензина в цилиндры.
• При формировании ВТС во впускном тракте и прохождении через шляпку клапана эта деталь обрабатывается бензином, и очищается, благодаря чему на клапане не скапливаются отложения, как это часто происходит в ДВС с непосредственной подачей смеси.

Если говорить о недостатках данной системы, то большинство из них касаются комфорта работы силового агрегата (благодаря послойному воспламенению, которое используется в премиальных системах, мотор меньше вибрирует), а также отдачи ДВС. Двигатели с прямым впрыском и объемом, идентичным с рассматриваемым типом моторов, развивают больше мощности.

Еще один минус MPI заключается в высокой стоимости ремонта и запчастей по сравнению с предшествующими вариантами ТС. Электронные системы имеют более сложное устройство, из-за чего и обслуживание их более затратное. Чаще всего владельцам автомобилей с MPI мотором приходится сталкиваться с чисткой форсунок и сбросом ошибок электрооборудования. Впрочем, это нужно делать также и тем, чья машина имеет топливную систему с прямым впрыском.

Но при сравнении современных инжекторов становится очевидным, что благодаря непосредственной подаче топлива в цилиндры мощность силового агрегата немного выше, выхлоп чище, а расход топлива немного ниже. Несмотря на эти достоинства, такая передовая топливная система будет еще дороже в обслуживании.

В заключение предлагаем небольшое видео о том, почему многие автомобилисты боятся приобретать автомобиль с непосредственным впрыском:

Проблемы современных бензиновых двигателей с непосредственным впрыском TSI и TFSI

Watch this video on YouTube

Особенности многоточечного механизма

Система впрыска используется почти всеми изготовителями авто.

Система по мере прогревания двигателя может демонстрировать должные качества работы на повышенных оборотах. Поломка датчика способствует иногда переходу устройства в полностью аварийный режим, его показания учитывает блок управления в процессе определения дозировки жидкости. Управление таким механизмом сегодня производится посредством специального компьютера, который называется электронным управленческим блоком

Для вычисления нужного момента открытия форсунок важно получать информационные данные от датчиков. Важный показатель – объем потоков, которые поступают в двигатель и измеряются датчиком

В процессе вычисления подачи определенного количества топлива, которое необходимо для бесперебойной работы агрегата, компьютер анализирует другую информацию – это температурные и влажностные режимы, набор прочих параметров.

Виды систем впрыска на бензиновых ДВС

На бензиновых двигателях используются следующие системы подачи топлива – центральный впрыск (моно впрыск), распределенный впрыск (многоточечный), комбинированный впрыск и  непосредственный впрыск.

Центральный впрыск

Подача топлива в системе центрального впрыска происходит за счет топливной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Поскольку форсунка всего одна, то эту систему впрыска называют еще – моновпрыск.

Системы этого вида на сегодняшний день утратили свою актуальность, поэтому в новых моделях автомобилей они не предусмотрены, впрочем, в некоторых старых моделях некоторых автомобильных марок их можно встретить.

К преимуществам моно впрыска можно отнести надежность и простоту использования. Недостатками подобной системы являются низкий уровень экологичности двигателя и высокий расход топлива.

Распределенный впрыск

Система многоточечного впрыска предусматривает подачу горючего отдельно на каждый цилиндр, оснащенный собственной топливной форсункой. При этом ТВС образуется только во впускном коллекторе.

В настоящее время большинство бензиновых двигателей оснащено системой распределенной подачи топлива. Преимуществами подобной системы являются высокая экологичность, оптимальный расход топлива, умеренные требования к качеству потребляемого топлива.

Непосредственный впрыск

Одна из наиболее совершенных и прогрессивных систем впрыска. Принцип работы подобной системы заключается в прямой подаче (впрыске) топлива в камеру сгорания цилиндров.

Система непосредственной подачи топлива позволяет получать качественный состав ТВС на всех этапах работы ДВС с целью улучшения процесса сгорания горючей смеси, увеличения рабочей мощности двигателя, снижения уровня отработанных газов.

К недостаткам данной системы впрыска можно отнести сложную конструкцию и высокие требования к качеству топлива.

Комбинированный впрыск

Система данного типа объединила в себе две системы – непосредственный и распределенный впрыск. Зачастую она применяется для уменьшения выбросов токсичных элементов и отработанных газов, благодаря чему достигается высокие показатели экологичности двигателя.

Все системы подачи топлива, пнименяемые на бензиновых ДВС могут быть оснащены механическими или электронными устройствами управления, из которых последняя наиболее совершенна, поскольку обеспечивает наилучшие показатели экономичности и экологичности двигателя.

Подача топлива в подобных системах может осуществляться непрерывно или дискретно (импульсно). По мнению специалистов, импульсная подача топлива является наиболее целесообразной и эффективной и на сегодняшний день применяется во всех современных двигателях.

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Рекомендуем: Устройство и принцип работы современного гидротрансформатора

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

• угол поворота дроссельной заслонки
• степень разрежения во впускном коллекторе
• частота вращения коленчатого вала
• температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
• концентрация кислорода в отработавших газах
• атмосферное давление
• напряжение аккумуляторной батареи
• и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

• топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
• появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
• достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
• обеспечивается лучшая приемистость двигателя
• в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.

Плюсы и минусы распределенного впрыска топлива

Первое и основное преимущество распределенного впрыска топлива – экономичность. Кроме того, в связи с более полным сгоранием топлива за один цикл автомобили с распределенным впрыском наносят меньше вреда окружающей среде вредными выбросами. При точной дозировке топлива вероятность возникновения неожиданных сбоев в работе при экстремальных режимах (преодоление крутого подъема, например) сведена практически к нулю.

Применение распределенного впрыска продлило жизнь многим популярным автомобилям, которые были бы сняты с производства в связи с низкой топливной экономичностью

Недостаток систем распределенного впрыска в достаточно сложной и всецело зависящей от электроники конструкции. В связи с большим количеством электронных компонентов диагностика и ремонт систем распределенного впрыска возможны только в условиях профессионального сервисного центра.

Основной принцип работы системы MPI

Прежде чем разобраться с терминологией и принципом работы, следует уточнить, что система MPI ставится исключительно на инжектор. Поэтому тем, кто задумывается над возможностью модернизировать свой карбюраторный ДВС, следует подумать над тем, чтобы воспользоваться другими методами гаражного тюнинга.

На европейском рынке модели автомобилей с маркировкой MPI на силовом агрегате – не редкость. Это сокращенное обозначение системы multi-point-injection или многоточечного впрыска топлива.

Самый первый инжектор пришел на смену карбюратору, благодаря чему управление обогащением воздушно-топливной смеси и качеством наполнения цилиндров осуществляется уже не механическими устройствами, а электроникой. Внедрение электронных устройств обусловлено в первую очередь тем, что механические приспособления имеют определенные ограничения по части тонкой подстройки систем.

Электроника справляется с этой задачей намного эффективней. Плюс обслуживание у таких автомобилей не такое частое, и во многих случаях оно сводится к проведению компьютерной диагностике и сбросу выявленных ошибок (подробно эта процедура описана здесь).

Теперь рассмотрим принцип работы, по которому топливо распыляется для формирования ВТС. В отличие от моновпрыска (считается эволюционной модификацией карбюратора), распределенная система оснащена для каждого цилиндра индивидуальной форсункой. Сегодня с ней сравнивается другая эффективная схема – непосредственного впрыска для бензиновых ДВС (в дизельных агрегатах альтернативы нет – в них солярка распыляется непосредственно в цилиндр в завершении такта сжатия).

Для работы топливной системы электронный блок управления собирает данные с многих датчиков (их количество зависит от типа транспортного средства). Ключевой сенсор, без которого не будет работать ни одна современная ТС, это датчик положения коленчатого вала (о нем подробно рассказывается в другом обзоре).

В такой системе топливо подается на форсунку под давлением. Распыление происходит во впускной коллектор (подробно о системе впуска читайте здесь), как и в случае с карбюратором. Только распределение и смешивание топлива с воздухом происходит намного ближе к впускным клапанам газораспределительного механизма.

Когда выходит из строя определенный датчик, в блоке управления активируется определенный алгоритм аварийного режима (какой именно это зависит от сломавшегося датчика). При этом на приборной панели автомобиля загорается сообщение Check Engine или значок мотора.