Vstřikovače paliva pro benzinové a naftové motory - obecné informace

Vstřikovače jsou pohon určený k rozprašování paliva v sacím traktu palivového systému nebo ve válcích spalovacího motoru. Existují následující typy těchto zařízení - mechanická, elektromagnetická, hydraulická, piezoelektrická. Vstřikovače pro benzínové a naftové motory se liší způsobem fungování. Také u různých značek automobilů pracují vstřikovače s různým napětím a tlakem. O tom všem a mnohem více vám povíme v tomto materiálu.

O čem budeme mluvit:

  • Typy trysek
  • Přímé vstřikování
  • Výhody a nevýhody
  • Umístění trysek
  • Čištění trysek
  • Napětí vstřikovače
  • Ovládání vstřikovače

Vstřikovače paliva

Typy trysek

Charakterizujme každý z uvedených typů samostatně a začněme elektromagnetickými injektory . Jsou instalovány v benzínových motorech. Trysky se skládají z následujících komponentů - solenoidového ventilu, stříkací jehly a trysky.

Elektromagnetická tryska

Elektromagnetická vstřikovací tryska

Elektrohydraulická tryska

Dieselová elektrohydraulická tryska

Princip jejich práce je docela jednoduchý. Když je přijat příkaz z ECU automobilu, je na solenoidový ventil přivedeno napětí, díky čemuž je v něm vytvořeno magnetické pole, které vtahuje jehlu, čímž uvolňuje kanál v trysce. Proto prochází palivem. Jakmile napětí na ventilu zmizí, jehla pod vlivem vratné pružiny trysku znovu uzavře a do válců již není dodáván benzín.

Na vstřikovače od různých výrobců vozidel jsou aplikována různá napětí. To je třeba vzít v úvahu při výměně vstřikovačů i při jejich čištění.

Dalším typem jsou elektrohydraulické trysky . Používají se v dieselových motorech, včetně motorů založených na systému Common Rail. Takové trysky mají složitější konstrukci. Zahrnují zejména vstupní a výstupní tlumivky, elektromagnetický ventil a řídicí komoru. Injektor pracuje následovně.

Piezoelektrická tryska

Piezoelektrická tryska

Pohyb je založen na použití tlaku paliva jak během vstřikování, tak při jeho zastavení. Ve výchozí poloze je elektromagnetický ventil bez napětí a podle toho uzavřen. V tomto případě je jehla trysky přitlačena proti svému sedlu pod přirozeným tlakem paliva na píst v řídicí komoře. To znamená, že neexistuje žádné vstřikování paliva. Protože průměr jehly je mnohem menší než průměr pístu, je na něj vyvíjen větší tlak.

Když je signál z ECU přiveden na solenoidový ventil, otevře vypouštěcí škrticí klapku. V souladu s tím začne palivo proudit do odtokového potrubí. Sací škrticí klapka však rychle brání vyrovnání tlaku mezi řídicí komorou a sacím potrubím. Proto tlak na píst pomalu klesá, zatímco tlak na jehlu se nemění. Jehla proto stoupá pod diferenčním tlakem a dochází ke vstřikování paliva.

Třetím typem jsou piezoelektrické trysky . Jsou považovány za nejpokročilejší a používají se u vznětových motorů vybavených systémem přívodu paliva common rail. Konstrukce takové trysky zahrnuje piezoelektrický prvek, posunovač, přepínací ventil a jehlu.

Elektrický odpor piezoelektrických vstřikovačů je několik desítek kOhm.

V okamžiku, kdy palivo neprotéká tryskou, jehla pevně sedí na svém místě, protože na ni tlačí vysoký tlak paliva. Když je přijímán signál z ECU do piezoelektrického prvku, kterým je akční člen, pak se v tu chvíli zvětší jeho velikost (délka), a tak tlačí píst. Výsledkem je otevření ventilu a jeho prostřednictvím vstupuje palivo do odtokového potrubí. Tlak v horní části jehly klesá a jehla stoupá. V tomto případě je vstřikováno palivo.

Hlavní výhodou piezoelektrických vstřikovačů je jejich vysoká rychlost odezvy (přibližně 4krát rychlejší než u hydraulických). To umožňuje provádět více vstřikování paliva v jednom cyklu motoru. V procesu přivádění lze množství dodávaného paliva regulovat dvěma způsoby - dobou expozice piezoelektrickému prvku a tlakem paliva v kolejnici. Piezoelektrické vstřikovače však mají jednu významnou nevýhodu - nejsou opravitelné.

Provoz elektromagnetické trysky vstřikovacího motoru

Provoz vstřikovače v systému Common Rail

Protože princip fungování vstřikovačů nafty je poněkud komplikovanější než princip vstřikovačů na benzín, má smysl podrobněji zvážit algoritmus jejich provozu na příkladu vstřikovačů Common Rail z raných verzí.

Jak funguje vstřikovač nafty

Na základě obdržených informací řídí ECU různé prvky motoru, včetně vstřikovačů paliva. Zejména na jaké časové období a přesně kdy je otevřít (okamžik otevření).

Vstřikovač nafty pracuje ve třech fázích:

Tryska čerpadla

Tryska čerpadla

  • Před injekcí . Je nutné, aby směs paliva a vzduchu měla požadovanou kvalitu a poměr. V této fázi se do spalovací komory přivádí malé množství paliva, aby se zvýšila jeho teplota a tlak. Důvodem je urychlení zapalování paliva během hlavního vstřikování.
  • Hlavní injekce . Na základě vysokého tlaku získaného v předchozím kroku se vytvoří vysoce kvalitní homogenní hořlavá směs. Jeho úplné spalování zajišťuje maximální výkon motoru a snižuje emise škodlivých plynů.
  • Dodatečná injekce . V této fázi je filtr pevných částic vyčištěn. Po hlavním vstřikování tlak ve spalovací komoře prudce poklesne a jehla vstřikovače se vrátí na své místo. V důsledku toho přestává palivo proudit do spalovací komory.

Dále se podívejme na algoritmus, podle kterého pracuje vstřikovač vznětového motoru:

  1. Vačka vačkového hřídele pohybuje pístem vstřikovače a uvolňuje jeho palivové kanály.
  2. Palivo vstupuje do vstřikovače.
  3. Ventil se zavře, palivo přestane téct a začne se zvyšovat tlak ve vstřikovači.
  4. Když je dosaženo mezního tlaku (pro každý model je jiný a činí několik MPa), jehla trysky stoupá a dochází k předběžnému vstřikování (v některých případech mohou být dvě předběžné vstřikování).
  5. Ventil se znovu otevře a předinjekce končí.
  6. Palivo vstupuje do potrubí, jeho tlak klesá.
  7. Ventil se zavře, v důsledku čehož tlak paliva začne opět stoupat.
  8. Po dosažení provozního tlaku (více než při předběžném vstřikování) se uvolní jehlová pružina vstřikovače a dojde k hlavnímu vstřikování paliva. Čím vyšší je tlak v trysce, tím více paliva vstoupí do spalovací komory, a podle toho se vyvine větší výkon motoru.
  9. Ventil se zavře, hlavní fáze vstřikování skončí, tlak poklesne, jehla vstřikovače se vrátí do původní polohy.
  10. Probíhá další vstřikování paliva (obvykle jsou dva).

Každý vstřikovač paliva se vyznačuje následujícími technickými parametry:

  • Výkon. Toto je nejdůležitější parametr, který charakterizuje množství paliva, které vstřikovač prochází za jednotku času. Obvykle se měří v kubických centimetrech paliva za minutu.
  • Dynamický rozsah práce . Tento indikátor charakterizuje minimální dobu vstřikování paliva. To znamená, že doba mezi otevřením a zavřením vstřikovače paliva. Obvykle se měří v milisekundách.
  • Úhel postřiku . Kvalita palivové směsi vytvořené ve spalovací komoře závisí na tom. Uvedeno ve stupních.
  • Rozsah stříkacích hořáků . Tento indikátor určuje podíl, ve kterém budou umístěny atomizované částice paliva, a způsob, jakým budou přiváděny do spalovací komory. Proto je tento indikátor rozhodující také pro tvorbu vysoce kvalitní palivové směsi. Měřeno jako konvenční vzdálenost v milimetrech nebo jejich derivátech.
Každý výrobce injektorů má vlastní označení pro šifrování technických údajů svých produktů. Při nákupu proto požádejte prodejce o příslušné informace nebo na internetu.

Pokud alespoň jeden z uvedených parametrů překročí přípustné limity, bude vstřikovač pracovat nesprávně a vytvoří nekvalitní směs paliva a vzduchu. A to zase nepříznivě ovlivní provoz motoru vašeho vozu.

Existuje také samostatný typ vstřikovačů pro vstřikovací motory s přímým vstřikováním. Jejich hlavním rozdílem je jejich vysoká rychlost odezvy a také zvýšené napětí, při kterém pracují. Zvažme je podrobněji.

Vstřikovače pro motor s přímým vstřikováním

FSI injektor

FSI injektorové zařízení

Tyto injektory mají také jiný název - GDI (FSI). To bylo vynalezeno v útrobách Mitsubishi, když jeho inženýři začali vyrábět motory s přímým vstřikováním paliva, které fungovaly na ultra chudých směsích . Jejich práce je založena na přesném načasování ovládání zvedání a spouštění pracovní jehly.

U konvenčních vstřikovacích motorů je tedy doba otevření vstřikovače přibližně 2 ... 6 ms. A vstřikovače v motorech pracujících na velmi chudých směsích - asi 0,5 ms. Proto obvyklé napájení standardních 12 V do vstřikovače již nemůže poskytnout požadovanou rychlost odezvy. K dosažení tohoto úkolu pracují pomocí technologie Peak-n-Hold , což znamená „špičkové napětí a udržení“.

Podstata této metody je následující. Na injektor je přivedeno vysoké napětí (například na injektory zmíněné společnosti Mitsubishi je přivedeno napětí přibližně 100 V). Výsledkem je, že cívka velmi rychle dosáhne nasycení. Současně jeho vinutí nevyhoří kvůli stávajícímu zpětnému EMF. A k udržení jádra v cívce je zapotřebí magnetické pole s nižší hodnotou. Proto je zapotřebí menší proud.

Graf proudu a napětí injektoru GDI

Graf proudu a napětí na injektoru GDI

To znamená, že provozní proud v cívce nejprve velmi rychle stoupá a poté rychle klesá. V tomto okamžiku začíná fáze zadržení. To znamená, že doba vstřikování paliva je od začátku pulzu do druhého indukčního výbuchu. Takové metody používají automobilky Mitsubishi a General Motors.

Výrobci Mercedes a VW však využívají vývoj společnosti BOSCH. Podle jejich metody systém nesnižuje napětí, ale používá pulzní šířkovou modulaci (PWM). Úkol implementace tohoto algoritmu je přiřazen speciálnímu bloku - Driver Injector. Je zpravidla umístěn v blízkosti vstřikovačů (například společnosti Toyota a Mercedes umístí jednotku do vodorovné polohy v oblasti misky tlumiče, což je dnes optimální řešení).

FSI modulace šířky pulzu injektoru

PWM na FSI injektoru

Všechny motory FSI nad 90 koní vybaven vylepšeným palivovým systémem. Jeho rozdíl je:

  • části rampy vysokotlakého čerpadla a vstřikovače mají speciální antikorozní vrstvu, která je chrání před účinky paliv s obsahem ethanolu až 10%;
  • ovládání vysokotlakého čerpadla změněno;
  • potrubí pro vypouštění paliva (do nádrže), které prosakovalo podél pístu, bylo odstraněno jako zbytečné;
  • Palivo vypouštěné přes bezpečnostní ventil namontovaný na vstřikovací liště je odváděno relativně krátkým potrubím do nízkotlakého okruhu před vysokotlakým čerpadlem.

Pokud jde o provoz motorů GDI, je třeba poznamenat, že je velmi citlivý na kvalitu paliva, včasnou výměnu palivového filtru. Nezapomeňte včas vyčistit palivový systém a vyměnit olej.

Výhody a nevýhody vstřikovačů paliva

Vstřikovače paliva nepochybně nabízejí výhody oproti tradičnímu karburátoru. Zahrnují zejména:

  • úspory paliva umožněné přesným dávkováním;
  • nízká úroveň emisí výfukových plynů do atmosféry, vysoká šetrnost k životnímu prostředí (lambda je v rozmezí 0,98 ... 1,2);
  • zvýšení výkonu motoru;
  • snadné nastartování motoru za každého počasí;
  • není třeba ručně nastavovat vstřikovací systém;
  • široké možnosti ovládání motoru v různých režimech (tj. zlepšení jeho dynamických a výkonových charakteristik);
  • Složení výfukových plynů ze vstřikovacích motorů splňuje moderní požadavky týkající se tohoto parametru a škodlivosti pro životní prostředí.

Trysky však mají také své nevýhody. Mezi nimi:

  • vysoká pravděpodobnost jejich ucpání při použití paliva nízké kvality;
  • vysoké náklady ve srovnání se starými karburátorovými systémy;
  • nízká udržovatelnost trysky a jejích jednotlivých jednotek;
  • potřeba diagnostiky a oprav pomocí speciálního nákladného zařízení;
  • vysoká závislost na stálé dostupnosti napájení v automobilové síti (v moderních systémech ovládaných elektronickými zařízeními).

Navzdory stávajícím nevýhodám se však dnes vstřikovače používají ve většině automobilových benzinových a naftových motorů jako technologicky vyspělejší a ekologičtější systémy vstřikování paliva. U vznětových motorů byly staré mechanické vstřikovače nahrazeny novými s elektronickým ovládáním.

Umístění trysek

V závislosti na typu trysek a způsobu vstřikování se může poloha trysek lišit. Zejména:

  • Pokud vůz používá centrální vstřikování paliva , použijí se k tomu jeden nebo dva vstřikovače umístěné uvnitř sacího potrubí v bezprostřední blízkosti škrticí klapky. Takový systém byl používán u starších automobilů v době, kdy výrobci začali opouštět karburátorové motory ve prospěch vstřikovacích motorů.
  • U vícebodového vstřikování paliva je pro každý válec nainstalován samostatný vstřikovač. V tomto případě je to vidět na spodní straně sacího potrubí .
  • Pokud motor používá přímé vstřikování paliva , jsou vstřikovače umístěny v horní oblasti stěn válců . V tomto případě přímo vstřikují palivo do spalovací komory.

Bez ohledu na to, kde je tryska nainstalována, během provozu se zašpiní. Proto je nutné pravidelně kontrolovat jejich stav a výkon. V příslušných článcích na webu se dozvíte podrobně: jak zkontrolovat stav vstřikovačů nafty common rail, zkontrolovat vstřikovače čerpadla nebo zkontrolovat vstřikovací trysky.

Čištění trysek

K čištění trysek se používají dvě metody - ultrazvukové a suché čištění. Každá z těchto metod může být použita za různých podmínek. Takže v procesu znečištění palivového systému a zejména trysek se na stěnách tvoří tvrdé a měkké usazeniny. Nejprve se objeví měkké, které se snadno omyjí pod vlivem chemikálií. Když jsou měkké usazeniny zhutněny, změní se na tvrdé a zbavíte se jich pouze pomocí ultrazvukového čištění.

V ideálním případě by mělo být čištění trysek prováděno přibližně každých 20 tisíc kilometrů. A ultrazvukové ne více než 1-2krát po celou dobu provozu, protože ničí izolaci vinutí.

Pokud byla tryska používána více než 100 tisíc kilometrů , pak je pro ni chemické čištění nejen nepraktické, ale také škodlivé . Při jeho procesu se mohou velké částice pevných částic odlomit, a když vyjdou, mohou jednoduše ucpat jehlu. To platí zejména pro vstřikovače s přímým vstřikováním paliva.

Čištění trysek

Porovnání čistých (vlevo) a špinavých trysek (vpravo)

Při použití ultrazvukového čištění je důležité vědět, při jakém normálním provozním napětí tryska pracuje. Faktem je, že standardní napětí 12 V neposkytuje vysokou rychlost otevírání a zavírání vstřikovače. Proto dnes mnoho výrobců automobilů používá snížené napětí. Například vstřikovače Toyota pracují při 5 V, zatímco vstřikovače Citroen pracují při 3 V. Proto nemohou být napájeny běžným napětím 12 V, protože se jednoduše spálí. O napětí na vstřikovačích si povíme trochu níže.

Nejlepším čištěním bude důsledné používání ultrazvukových a chemických čisticích metod . V první fázi se tedy tvrdé usazeniny změní na měkké a ve druhé se odstraní pomocí chemikálií.

Existují také speciální přísady pro přidání do palivové nádrže . Jejich funkcí je vypláchnout vstřikovače, když jimi prochází palivo s čisticím prostředkem.

Období mezi pravidelným používáním těchto přísad je různé a závisí na konkrétní značce automobilu a použitém palivu. Musíte však pochopit, že tato metoda je méně účinná než metody popsané výše. Má smysl jej používat při výměně palivových filtrů nebo pravidelně po několika tisících kilometrech. Zde naleznete další informace o tom, jak čistit trysku vlastními rukama.

Napětí vstřikovače

Podívejme se podrobněji na otázku, jaké napětí se přivádí do vstřikovačů motoru. Nejprve musíte pochopit, že jsou ovládány elektrickými impulsy. Kromě toho je „+“ z baterie napájeno přímo do injektoru přes pojistku, ale „-“ ovládá ECU. To znamená, že v různých časech je napětí na injektoru konstantní. Pokud však provádíte měření pomocí osciloskopu (multimetr v tomto případě nemusí nic zobrazovat, protože pulzy jsou velmi krátké), pak toto zařízení zobrazí průměrnou hodnotu. Bude to záviset na frekvenci, s jakou jsou impulsy odesílány do injektoru.

Napětí vstřikovače

Grafy impulzů napětí vstřikovače

Grafy zobrazené na obrázku nám pomohou odpovědět na otázku - jaké napětí je přiváděno do injektoru. Čím delší jsou napěťové impulsy dodávané do vstřikovače, tím vyšší je průměrné provozní napětí (doba pulzu je u většiny strojů v rozmezí 1 ... 15 ms). Při vysokých provozních otáčkách motoru jsou vydávány dlouhé impulsy. Čím vyšší jsou stejné rychlosti, tím vyšší bude průměrné provozní napětí ve vstřikovačích. To znamená, že do napájecích injektorů je přiváděno pracovní napětí 12 V (ve skutečnosti o něco méně kvůli mírnému poklesu napětí na řídicím tranzistoru), avšak v pulzu.

Někteří majitelé automobilů se snaží otevřít vstřikovač pouhým přivedením proudu z baterie, aby ji vyčistili. Je třeba si uvědomit, že napětí nelze přivést přímo z baterie do vstřikovače , protože existuje riziko jeho selhání (jeho vinutí shoří). Pulz je dodáván do zařízení prostřednictvím tranzistorového spínače. Funguje na krátkou dobu, protože vinutí v trysce se rychle zahřívá a může jednoduše shořet. V procesu provozu motoru je doba otevírání řízena ECU a její přirozené chlazení, i když nevýznamné, je prováděno přiváděným palivem.

Jak je uvedeno výše, výrobci automobilů používají vstřikovače s různým provozním napětím. Ideálním řešením by proto bylo podívat se na tyto informace v příručce k automobilu nebo na webových stránkách výrobce. Pokud tyto informace nemůžete najít, je třeba pečlivě přistupovat k volbě napětí pro otevření injektoru.

V praxi zkušení motoristé doporučují k otevření injektoru použít speciální stojan. Můžete si však vystačit s jednoduššími zařízeními. Kupte si například čínský napájecí zdroj s výstupním napětím nastavitelným na 3 ... 12 V (obvykle v krocích po 1,5 V). Schéma zapojení musí mít nutně tlačítko bez stabilní polohy (například od bytového zvonu). Chcete-li otevřít injektor, nejprve připojte nejmenší napětí a zvyšte jej, pokud se injektor neotevřel.

Pokud máte injektory s nízkou impedancí, můžete je otevřít doslova na zlomek sekundy. Injektory s vysokým odporem lze ponechat otevřené déle - 2 ... 3 sekundy.

Můžete také použít baterii šroubováku. Po demontáži uvidíte takzvané „banky“ - malé baterie. Každý z nich produkuje napětí 1,2 V. Jejich sériovým zapojením můžete dosáhnout požadovaného napětí pro otevření injektoru.

Ovládání vstřikovače

Jak bylo uvedeno výše, vstřikovače jsou ovládány elektronickou řídicí jednotkou (ECU) vozidla. Na základě informací z mnoha senzorů jeho procesor rozhoduje o tom, které impulzy se mají aplikovat na injektor. Na tom závisí otáčky motoru a jeho provozní režim.

Vstupní data pro řadič jsou tedy:

Hořák paliva
  • poloha a rychlost klikového hřídele;
  • hmotnostní množství vzduchu spotřebovaného motorem;
  • teplota chladicí kapaliny;
  • poloha škrticí klapky;
  • obsah kyslíku ve výfukových plynech (za přítomnosti zpětnovazebního systému);
  • přítomnost detonace v motoru;
  • napětí v elektrickém obvodu automobilu;
  • rychlost stroje;
  • poloha vačkového hřídele;
  • provoz klimatizace;
  • teplota přiváděného vzduchu;
  • jízda po nerovném povrchu (se snímačem drsné vozovky).

Program zabudovaný do řídicí jednotky ECU umožňuje zvolit optimální provozní režim motoru, aby se šetřilo palivo, zvolit jmenovitý provozní režim motoru a zajistit pohodlný provoz automobilu.

Závěr

Navzdory jednoduchosti jeho zařízení mohou vstřikovače paliva, pokud nejsou správně udržovány, způsobit majiteli automobilu mnoho problémů. Pokud tedy dojde k jejich ucpání, automobil ztratí své dynamické vlastnosti, objeví se nadměrná spotřeba paliva a ve výfukových plynech bude velké hoření. Proto doporučujeme sledovat stav vstřikovačů paliva motoru automobilu a pravidelně je čistit. Pamatujte, že poruchy těchto v zásadě triviálních a levných dílů se mohou stát problémem s dražšími součástmi v autě.