Инжекторный двигатель: как работает впрыск

Под капотами современных автомобилей уже не найти опутанных трубками и тягами карбюраторов. Топливовоздушная смесь попадает в цилиндры другим путём — благодаря продвинутой системе питания, которую часто называют на английский манер инжектором, или, по-нашему, впрыском. Рассказываем, что такое инжектор автомобиля, а также разбираем устройство инжектора и его разновидности.

Под ушедшим в народ в 1970-х понятием «инжекторный мотор» следует понимать двигатель, который оснащён системой впрыска топлива. В ней, в отличие от карбюратора, горючее попадает в цилиндры не самотёком и за счёт разряжения от движущихся поршней, а точечно и под давлением, иногда высоким — в сотни атмосфер. Поставщиком топлива в цилиндры становится развитая система с насосом, топливопроводом и форсункой на конце — её-то и называют инжектором (от англ. injector — «форсунка» или «шприц»). Весь же процесс поступления бензина в мотор правильнее называть именно впрыском. Датчики и блок управления определяют дозу и время доставки топлива, а форсунка распыляет его точечно — во впускной коллектор или прямо в камеру сгорания мотора. 

Переход от устаревшей карбюраторной системы питания на впрыск позволил дозировать топливо на порядок точнее и, как следствие, повысить топливную экономичность двигателя, стабилизировать его работу и улучшить отклики на педаль газа, а также снизить уровень вредных выбросов в атмосферу. 

Если не брать во внимание сложные процессы, протекающие в электронных «мозгах» автомобиля, то сам впрыск топлива в мотор происходит довольно просто. Горючее из бензобака подаётся к форсункам под давлением, за счёт работы топливного насоса. В нужный момент на электромагнитный (реже — пьезоэлектрический) клапан форсунки поступает команда на открытие, и чётко отмеренная доза бензина за доли секунды распыляется в коллектор.

Электроника постоянно следит за тем, чтобы в двигатель на разных режимах поступала нужная порция топлива, процессы впрыска и моменты подачи искры в цилиндры происходили своевременно, а температура, давление и расход воздуха были оптимальными. Поэтому сама по себе форсунка — вовсе не ключевой элемент современного инжекторного двигателя. По своей сути это распылитель с клапаном, который управляется сложной системой с датчиками, способной осуществлять моментальную перенастройку в зависимости от того, в каких режимах работает инжекторный мотор. Подробно о том, как устроены форсунки, как нужно за ними следить и к чему приводит их поломка, мы разбирали в отдельной статье Учебника. А здесь рассмотрим разновидности впрысковых систем и их ключевые отличия друг от друга.   

Переход от карбюраторов к современному электронному впрыску имел промежуточные фазы. Во-первых, так называемый моновпрыск, когда единственный инжектор, по сути, выполнял роль того же карбюратора, распыляя топливо без точной «адресации» по цилиндрам. Соответственно, и преимуществ у такой системы было минимум, главным из которым была низкая цена.

Следующим шагом стал механический впрыск. В нём распыление форсункой бензина инициировалось не электронным импульсом (как сейчас), а давлением в топливной системе. На том же принципе долгое время работали дизельные двигатели, но для бензиновых от механического впрыска довольно быстро отказались. Сегодня такие моторы встречаются лишь на вторичном рынке. В силу преклонного возраста и сложности системы питания, в которой изнашиваются механические компоненты, они отличаются капризным характером.  

Прогрессивное устройство инжектора — того, что управляется электроникой. Это сегодняшний день автомобильного двигателя. И у неё тоже есть свои разновидности. Так, впрыск бывает распределённым и непосредственным. 

В распределённом впрыске — в отличие от устаревшего моновпрыска с одной форсункой в коллекторе — инжектор предусмотрен для каждого цилиндра. Объединяет их топливная рампа, в которой насосом поддерживается высокое давление, а распыление топлива происходит фазированно, в нужный момент на такте впуска. Сгоревшая смесь отводится из цилиндров через выпускной клапан и по пути к глушителю замеряется кислородными датчиками (лямбда-зондами). Данные с них обрабатывает электронный блок управления (ЭБУ) двигателем и оперативно корректирует работу форсунок и количество топлива.

Непосредственный впрыск во многом схож с распределённым, но имеет ряд важных конструктивных отличий. Форсунки в моторах с такой системой питания выведены не в коллектор (до впускного клапана), а прямо в цилиндры, и топливовоздушная смесь «готовится» непосредственно перед сгоранием. Для создания большого, необходимого для работы форсунок давления в систему добавлен ТНВД — топливный насос высокого давления. Среди преимуществ непосредственного впрыска традиционно выделяют лучшую топливную экономичность, более устойчивую работу двигателя и возможность его тонкой настройки. Кроме того, сам процесс впрыска снижает температуру в цилиндрах и, как следствие, позволяет повысить степень сжатия и эффективность инжекторного двигателя. При этом моторы с непосредственным впрыском крайне требовательны к качеству бензина и нуждаются во внимательном регулярном обслуживании.

Наконец, в некоторых двигателях применяют комбинированный впрыск. По своему устройству это сочетание распределённого и непосредственного вариантов. На каждый цилиндр приходится по 2 форсунки, одна впрыскивает бензин в коллектор, другая — непосредственно в камеру сгорания. Они работают попеременно или вместе, в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки на него.

Системы питания дизельных двигателей сегодня очень близки к непосредственному впрыску бензиновых. В моторах, работающих на дизтопливе, также есть ТНВД (правда, он конструктивно сложнее, а давление в нём выше 1000 атмосфер), а форсунки выведены в цилиндры. Однако различаются как сами инжекторы и система питания, так и принцип воспламенения топлива в целом. Про различия бензиновых и дизельных двигателей можно прочитать в нашем ликбезе про моторы.