Что такое инжектор и как он работает

CVVL (G4ND)

Статьи 20 дек 2023, 07:58

Что такое инжектор и как он работает

Современные двигатели внутреннего сгорания для сочетания высокой отдачи и экономичности нуждаются в исключительно точной дозировке топлива. Эта деликатная миссия – задача топливных инжекторов. Как они устроены.

Читать в полной версии.

Топливные форсунки: устройство и принцип действия

Форсунки — основной элемент дизельных двигателей и бензиновых двигателей с системой впрыска топлива (инжекторов). На сегодняшний день существует несколько принципиально разных типов форсунок, которые находят применение в двигателях различных конструкций. Обо всем этом — читайте в представленной статье.

Двигатель внутреннего сгорания заставляет груду железа и пластика перемещаться в пространстве. Но как и за счёт чего ДВС это делает?

Двигатель внутреннего сгорания, или сокращённо ДВС, — это сердце большинства современных автомобилей. И не только машин, но также мотоциклов, кораблей, тепловозов, самолётов и даже масштабных моделей транспортных средств.

Что такое ДВС

ДВС — это пока основной вид двигателей транспортных средств, тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу. Сжигая горючее во внутренних камерах, двигатель внутреннего сгорания освобождает энергию, а затем преобразует её во вращательное движение. Оно, в свою очередь, раскручивает колёса или лопасти.

Двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько основных типов:

  • Поршневые двигатели
  • Роторные двигатели
  • Турбинные двигатели

Основным типом ДВС является классический поршневой двигатель, поэтому преимущественно речь дальше пойдёт о нём.

Hyundai Nu

Hyundai Nu — бензиновый двигатель внутреннего сгорания южнокорейской компании Hyundai Motors.

  • Годы производства: 2010 — настоящее время
  • Максимальный крутящий момент: 178—213
  • Обороты холостого хода: 600
  • Размеры и сухая масса

Впервые был представлен на автомобиле Hyundai Elantra. В иерархии двигатель занимает промежуток между Hyundai Gamma и Hyundai Kappa.

Топливные инжекторы

Топливные инжекторы (форсунки) — это исполнительный механизм системы впрыска, с помощью которого выполняется дозирование и распыление подаваемого под давлением топлива.

Топливные инжекторы расположены в гнездах в районе клапанного механизма, а собственно распылители топлива у современных ДВС выведены во впускной коллектор или — в случае с двигателями с непосредственным впрыском — в камеры сгорания каждого цилиндра.

Изначально инжекторы, изобретенные в середине XIX века во Франции, применялись для подачи воды в паровые котлы паровозов. В автомобильных дизельных двигателях форсунки начали использовать с 1920-х годов, а в бензиновых — со второй половины 1950-х. Это были механические устройства с некоторыми электрическими элементами, но уже в 1958 году компания Chrysler представила Electrojector, первую систему электронного впрыска. Устройства такого типа стали доминирующими. Что касается собственно распылителя (сопла), то на смену сверхтонким сверлам для выполнения каналов топливоподачи пришли лазеры.

Как почистить инжектор

Как устроен дизельный двигатель

Дизельный двигатель – это вид двигателя внутреннего сгорания, который работает за счет сжатия воздушно-топливной смеси до такой степени, что происходит самовоспламенение топлива. Этот тип двигателя имеет свои плюсы и минусы.

Плюсы дизельного двигателя:

  • Экономичность: дизельные двигатели потребляют меньше топлива по сравнению с бензиновыми двигателями.
  • Долговечность: из-за высокого уровня сжатия и жесткости конструкции, дизельные двигатели обычно служат дольше.
  • Крутящий момент: дизельные двигатели обладают большим крутящим моментом на низких оборотах, что улучшает динамику и обеспечивает быстрое разгонное качество.

Минусы дизельного двигателя:

  • Большой вес и габариты: дизельные двигатели обычно тяжелее и занимают больше места в автомобиле.
  • Больший уровень шума и вибраций: дизельные двигатели могут работать более шумно и создавать больше вибраций, что ухудшает комфорт в салоне.
  • Высокие эксплуатационные расходы: ремонт и обслуживание дизельных двигателей зачастую дороже из-за более сложной конструкции и используемых компонентов.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — это машина, которая преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию. Вот несколько интересных фактов о его работе:

  1. Впуск: смесь воздуха и топлива попадает в цилиндр через впускной клапан.
  2. Сжатие: поршень сжимает смесь, уменьшая объем цилиндра и увеличивая давление.
  3. Сгорание: при достижении определенного давления топливо самовоспламеняется, высвобождая тепловую энергию.
  4. Выпуск: отработавшие газы выходят из цилиндра через выхлопной клапан.

Эти процессы происходят многократно за очень короткий промежуток времени, обеспечивая работу двигателя.

Основные виды форсунок двигателя

Форсунки двигателя служат для подачи топлива в цилиндр для его сгорания. Вот некоторые основные виды форсунок и их частые неисправности:

Вид форсункиОписание
МеханическиеРаботают за счет механических узлов и пружин.
ЭлектромагнитныеИмеют электромагнит, который управляет клапаном форсунки.
ПьезоэлектрическиеИспользуют пьезокристалл для управления подачей топлива.

Частые неисправности форсунок включают попадание грязи или влаги, износ уплотнительных колец и возможные проблемы с электрическим управлением.

Что такое бензонасос для автомобиля

Бензонасос – это устройство, которое отвечает за поступление бензина из бака к двигателю. Периодическая проверка бензонасоса важна для обеспечения нормальной работы двигателя. Вот несколько причин, по которым бензонасос может не работать:

  • Засорение фильтра или трубок
  • Обрыв или короткое замыкание проводов
  • Неправильное давление подачи топлива

Проверка работы бензонасоса рекомендуется при любых сомнениях в работоспособности двигателя, чтобы избежать проблем в пути.

Двигатель Ванкеля

Двигатель Ванкеля состоит из корпуса, камеры сгорания, впускного и выпускного окон, неподвижной шестерни, зубчатого колеса, ротора, вала и свечи зажигания. Ротор на эксцентриковом валу приводится в действие силой давления газов в результате сгорания топливовоздушной смеси. Он вращается относительно статора посредством шестерён.

Когда ротор совершает эксцентричные круговые движения, его грани соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания. Таким образом создаются три изолированные камеры, в которых попеременно сжигается топливо. Вращающийся ротор передаёт крутящий момент на трансмиссию.

Список лучших моторов

Человечество создало немало невероятных и по-настоящему уникальных моторов. Вот 10 самых совершенных из них:

  1. Двигатель 1
  2. Двигатель 2
  3. Двигатель 10

Другие статьи

  • Зима и лето: Две статьи о сезонных изменениях и омывающих жидкостях.
  • Рассухариватель клапанов: Инструмент для замены клапанов.
  • Переключатель света: Информация о переключателях света с регулировкой яркости.
  • Как создавался ДВС: История создания двигателя внутреннего сгорания.

Запатентованные ДВС

Француз Нисефор Ньепс разработал твердотельный ДВС, работающий на порошке пиреолофора в 1807 году. Франсуа Исаак де Риваз создал поршневой ДВС, работающий на газообразном водороде в том же году.

Первые шаги в развитии двигателя внутреннего сгорания

Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.

Многие изобретатели приложили руку к сознанию двигателя внутреннего сгорания, но первым коммерчески успешным проектом стало детище французского изобретателя из Бельгии Жана Этьена Ленуара. К 1864 году он продал свыше 1 400 своих двигателей и неплохо на этом нажился.

Устройство и принцип работы инжектора

Как уже было сказано выше, инжекторы являются частью системы впрыска топлива. В ней обязательно присутствуют также:

  • Насос для перекачки топлива под давлением
  • Распределительный клапан, регулирующий расход топлива
  • Система форсунок для впрыска топлива в цилиндры двигателя

Наилучшего смешения компонентов рабочей смеси, повышения отдачи дизельных ДВС, а также снижения шумности их работы добиваются с помощью многофазного впрыска. В этом случае необходимое количество топлива впрыскивается несколькими порциями, число которых может доходить до девяти за один такт работы ДВС.

В самом общем виде конструкция топливного инжектора современных ДВС выглядит следующим образом:

  • форсунки дизельных моторов более крупные, чем у бензиновых

По типу привода игольчатого клапана форсунки делятся на:

  1. механические
  2. электрические
  3. гидравлические

Интересные факты о ДВС

Современные ДВС принято делить на два основных типа по применяемому топливу — бензиновые и дизельные. Однако сама история создания двигателей внутреннего сгорания позволяет понять: сжигать в таких моторах можно многие виды горючего — от различных газов до всевозможных растворителей и спиртов. Главное — испарить их и подмешать воздух в нужных пропорциях.

Наиболее распространённые альтернативы бензину и дизелю — пропан-бутан и метан, но можно использовать даже гремучую смесь — водород с кислородом. И это далеко не всё: почти любая современная машина с ДВС способна ездить на смеси бензина с этанолом или на чистом этаноле, то есть спирте, получаемом экологически чистым путём. Поедет бензиновый автомобиль и на различных растворителях. К примеру, запустить ДВС можно на обычном сольвенте из хозяйственного магазина — с помощью этой жидкости обычно осуществляют чистку топливной системы.

ДВС выживет в космосе и под водой (если очень постараться)

Двигатель внутреннего сгорания можно заставить работать даже в космосе. Всё, что для этого требуется, — обеспечить подачу кислорода для создания топливовоздушной смеси. При соблюдении этого нехитрого условия ДВС может запуститься и работать даже под водой. Для него нет ничего невозможного.

ДВС действительно плох

Несмотря на всю свою технологичность и сложность, по уровню КПД бензиновый ДВС недалеко ушёл от парового мотора. Эффективность этих агрегатов оставляет желать лучшего. Коэффициент полезного действия в среднем варьируется в диапазоне от 20 до 25%.

Иными словами, при сжигании условных 10 литров бензина лишь около трёх литров выполняют полезное действие. Всё остальное горючее тратится на тепловые и механические потери. С этой точки зрения дизельные движки намного круче: их КПД достигает 40%. Но и их век уже прошёл.

Отказ от ДВС неизбежен

Markdown export generated with Linguix.

Одну из причин грядущего отказа от двигателей внутреннего сгорания мы уже раскрыли — это низкий КПД. Но есть и ещё один немаловажный момент — влияние на экологию. Поскольку почти все ДВС работают на невозобновляемых ресурсах (бензине, дизеле, нефтяном газе), отказ от них жизненно необходим.

По данным специалистов, мировой запас нефти составляет 1,726 трлн баррелей, которых хватит при нынешнем уровне потребления немногим более чем на 50 лет. Из нефти делают не только топливо. Она — основа синтетических каучуков, пластиков, еды, тканей, шампуней и даже аспирина. Всего того, без чего жизнь человека уже практически невозможна.

Несмотря на многоступенчатую очистку продуктов сгорания, ДВС выбрасывают в атмосферу колоссальные объёмы вредных веществ. В процессе работы двигатели внутреннего сгорания выделяют углеводородные соединения, монооксид углерода (угарный газ), оксид азота и диоксид азота, диоксид серы, а также копоть. Ежегодно ДВС выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество выброшенных в атмосферу окисей азота, соединений свинца, углеводородов исчисляется миллионами тонн. Это убивает Землю.

ДВС будет актуален на протяжении десятилетий

Мировые автопроизводители уже объявили о скором отказе от ДВС. В частности, сделали это Mercedes-Benz и Audi. К 2035 году во всех экономически развитых странах продажа новых машин с моторами на углеводородах будет законодательно запрещена. А через 23 года по Европе нельзя будет ездить на обычной машине с нормальным двигателем внутреннего сгорания.

В ряде государств, к примеру, в соседней Норвегии, отказ случится даже раньше — население этой страны ещё несколько лет назад сделало выбор в пользу электрокаров. В 2025 году в силу должны вступить новые европейские экологические стандарты Евро-7, которые фактически похоронят ДВС.

Уже прошёл в Европе и век дизелей — в 2021 году на рынке ЕС они уступили по продажам моделям на электрической тяге. Но это совсем не значит, что ДВС в обозримом будущем исчезнут. В развивающихся странах отказ от ДВС пока в принципе невозможен. Моторы на углеводородах будут использоваться там на протяжении как минимум нескольких десятилетий. В том числе в портативных генераторах, всевозможных инструментах и на транспортных средствах. Продолжат повсеместно использовать ДВС на воздушных судах и кораблях, по крайней мере в составе гибридных силовых установок.

Устройство поршневого ДВС

Традиционный поршневой двигатель внутреннего сгорания — чрезвычайно сложная система. Однако основных деталей у классического ДВС не так уж и много. Без этих элементов работа двигателя внутреннего сгорания невозможна:

* — на самом деле деталей значительно больше, но рассказать о каждой из них в рамках короткой статьи не представляется возможным.

Назначение и виды форсунок

В дизельных и инжекторных бензиновых двигателях применяются системы впрыска топлива, в которых главную роль играют форсунки — специальные устройства, распыляющие топливо в камере сгорания. В основе работы бензиновых и дизельных форсунок лежит одинаковый принцип: топливо распыляется, проходя под высоким давлением через сопло особой формы (они создают топливный факел, в котором жидкое топливо разбивается на микроскопические капли и смешивается с воздухом).

Однако форсунки инжекторных бензиновых моторах работают под относительно небольшим давлением в единицы атмосфер, в то время как форсунки дизельных двигателей работают под давлением в сотни, а иногда и в тысячи атмосфер.

На сегодняшний день применение находят четыре типа форсунок:

– Механические; – Электромагнитные (электромеханические); – Электрогидравлические; – Пьезоэлектрические.

Каждый тип форсунок имеет свои особенности и сферы применения.

Электромагнитные форсунки

Электромагнитная форсунка отличается от механической тем, что игла в ней поднимается под действием встроенного электромагнита по сигналу от контроллера. Электромагнит обычно располагается в верхней части форсунки, игла соединена с якорем электромагнита, поэтому при подаче напряжения она поднимается вверх и открывает сопло.

Сегодня обычные электромагнитные форсунки используются на инжекторных бензиновых двигателях, так как они плохо работают под теми высокими давлениями, которые необходимы для дизелей.

Электрогидравлические форсунки

Электрогидравлическая форсунка объединяет в себе преимущества электромагнитной и механической форсунок. В форсунке этого типа топливо давит на иглу с двух сторон — сверху и снизу, где находятся топливные камеры. Обе камеры связаны между собой, поэтому давление топлива в них равно и игла закрывает сопло. Однако верхняя камера (она называется камерой управления) через электромагнитный клапан связана со сливной магистралью, а топливо из впускной магистрали поступает в эту камеру через канал с сужением — дросселем.

Принцип действия электрогидравлический форсунки сводится к следующему. Когда клапан закрыт, игла прижата к седлу и закрывает сопло. При подаче на клапан импульса он открывается, топливо из камеры управления поступает в сливную магистраль и давление в камере резко падает — в этот момент игла, на которую топливо теперь давит только снизу, открывается, происходит впрыск. Камера управления в момент открытия форсунки остается связанной с впускной магистралью, однако впускной дроссель не дает топливу быстро заполнить эту камеру.

Электрогидравлическая форсунка получила широкое распространение в дизельных двигателях, в том числе и в системах впрыска топлива Common Rail. Эти простые и надежные устройства обеспечивают длительную и качественную работу двигателя.

Механические форсунки

Механическая форсунка — это «классическое» решение, которое применяется многие десятилетия и сейчас не теряет своей актуальности. Механическая форсунка — это, в сущности, клапан, открываемый при достижении определенного давления. Основу такой форсунки составляет корпус, внутри которого находится игла, которая под действием пружины закрывает сопло. Топливо от ТНВД под давлением поступает в кольцевую камеру между корпусом и иглой и приподнимает иглу — в этот момент открывается сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления игла снова закрывает сопло.

Механическая форсунка очень проста и надежна, однако она не может обеспечить характеристик, которые предъявляются к современным дизельным двигателям. Поэтому ее постепенно вытесняют другие типы форсунок.

Инжектор и карбюратор

Карбюратор (от французского carburation — рабочая смесь) — это чисто механическое устройство для смешивания в определенной пропорции воздуха и бензина, а также для регулирования количества полученной смеси перед ее подачей в камеру сгорания двигателя. Процесс смешения компонентов рабочей смеси происходит в карбюраторе под действием разрежения, которое создается во впускном коллекторе, когда поршень в цилиндре движется вниз.

По сравнению с ранее применявшимися на бензиновых моторах карбюраторами инжекторы отличаются бОльшей точностью‚ что особенно важно для легкотопливных двигателей, требующих строго определенного соотношения компонентов рабочей смеси.

Основные плюсы форсунок в практическом плане:

Основные минусы форсунок относительно карбюраторов:

Частые неисправности инжектора

К наиболее типичным неисправностям форсунок относятся:

1. Засор, вызванный попаданием в топливо различных посторонних частиц или/и образовавшимся нагаром, что характерно для ДВС с непосредственным впрыском. 2. Выработка ресурса (как правило, на пробеге 150 000-200 000 км). В этом случае форсунку заедает в каком-либо положении. 3. Некорректная работа из-за сбоя в работе датчиков системы топливоподачи

Следствием выхода форсунок из строя являются:

1. Неустойчивая работа двигателя, что проявляется в его вибрациях и прыжках стрелки тахометра 2. Снижение мощности двигателя 3. Рывки при нажатии на газ 4. Рост расхода топлива

Вследствие сложности систем впрыска их ремонт требует специальной аппаратуры и соответствующей квалификации, поэтому для устранения возникших проблем требуется обратиться на сервис.

Профилактика неисправностей инжектора

Чтобы максимально долго поддерживать форсунки в работоспособном состоянии, необходимо:

Принципы работы ДВС

Все классические ДВС работают по схожему принципу. В процессе их работы энергия вспышки топлива, то есть тепловая энергия, преобразуется в энергию механическую. Обычно это происходит следующим образом:

Четырехтактный двигатель

В четырёхтактном моторе происходит четыре непрерывных последовательных стадии:

Двухтактный двигатель

Но бывают и иные моторы — двухтактные. Они работают немного по-другому и применяются, как правило, на мототехнике и бензиновых инструментах вроде бензопил. Что происходит в них?

Разница в том, что тактов всего два: на первом одновременно происходит впуск и сжатие, а на втором — опускание поршня и выпуск продуктов сгорания из коллектора.

Ещё по теме:  Откройте свой путь к успеху с Hyundai Solaris: представлено
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.