Инжекторный двигатель что это такое

Инжекторный двигатель: что это такое и как он работает

Инжекторный двигатель является наиболее распространенным типом двигателей, используемых в современных автомобилях. Но что такое инжекторный двигатель и как он работает? В этой статье мы рассмотрим основные принципы работы инжекторного двигателя, его преимущества и недостатки.

Принцип работы

Инжекторный двигатель работает на том же принципе, что и карбюраторный двигатель: воздух смешивается с топливом, затем смесь поджигается, и происходит взрыв, который приводит к движению автомобиля. Однако, в инжекторном двигателе топливо подается в двигатель через инжекторы, расположенные непосредственно во впускном коллекторе, где они создают топливную смесь. Таким образом, в инжекторном двигателе отсутствует карбюратор, который в карбюраторном двигателе смешивает воздух и топливо перед подачей в цилиндры.

Преимущества инжекторного двигателя

Инжекторный двигатель имеет ряд преимуществ по сравнению с карбюраторным двигателем. Во-первых, он более экономичен, поскольку более точное дозирование топлива позволяет использовать его более эффективно. Во-вторых, инжекторный двигатель более надежен, поскольку отсутствие карбюратора уменьшает количество элементов, которые могут потребовать ремонта. В-третьих, инжекторный двигатель более экологичен, поскольку он способен поддерживать оптимальное соотношение топлива и воздуха при любых условиях.

Недостатки

Однако, несмотря на все преимущества, инжекторный двигатель имеет и некоторые недостатки. В частности, он более чувствителен к качеству топлива и требует более тщательного ухода и обслуживания, чем карбюраторный двигатель. Также он более дорог в производстве и обслуживании.

Тем не менее, современные автомобили все чаще оснащаются инжекторными двигателями, благодаря их более высокой экономичности и производительности. Они становятся все более популярными среди автолюбителей и производителей автомобилей.

Инжекторный двигатель является одним из наиболее важных достижений в автомобильной индустрии. Он обеспечивает более высокую эффективность работы двигателя, что в свою очередь повышает экономичность автомобиля и его производительность. Без этого устройства современные автомобили не могли бы достигать таких высоких показателей, которые мы имеем сегодня.

Двигатель инжектор.

Рассмотрим инжектор двигателя (его устройство и принцип работы) взяв в качестве примера электронную систему распределенного впрыска.

Впрысковые инжекторные двигатели, которые производятся в настоящее время, оснащаются индивидуальными форсунками для каждого цилиндра. Форсунки соединены с топливной рампой, в которой под давлением находится топливо, подаваемое электрическим бензонасосом. В зависимости от времени в течении которого форсунки находятся в открытом положении, меняется количество впрыскиваемого топлива. Электронный блок управления (так называемые контроллер) регулирует открытие форсунок, основываясь на информации, полученной от различных датчиков.

Датчик массового расхода воздуха необходим для расчета циклового наполнения цилиндров. С помощью этого датчика происходит измерение массового расхода воздуха. Затем полученная информация пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. В случае поломки датчика его показания системой не учитываются, и расчет производится по аварийным таблицам.

Датчик положения дроссельной заслонки рассчитывает фактор нагрузки на двигатель инжектор, а также его изменения в зависимости от оборотов двигателя, угла открытия дроссельной заслонки и циклового наполнения.

Датчик температуры охлаждающей жидкости необходим для определения коррекции топливоподачи и зажигания в зависимости от температуры, а также для управления вентилятором. В случае неисправности данного датчика его показания системой не учитываются, а показания температуры берутся в соответствии с таблицей в зависимости от времени работы двигателя инжектора.

Датчик определения положения коленчатого вала выполняет общую синхронизацию системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ является полярным датчиком. Если датчик включен не правильно, то инжекторный двигатель не будет заводится. В случае поломки датчика система не будет работать. Датчик определения положения коленчатого вала является единственным датчиком в системе, в случае поломки которого автомобиль не тронется с места. Неполадки в работе остальных датчиков не являются критическими и без них возможно своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик кислорода определяет концентрацию кислорода в отработавших газах. Датчик посылает информацию в электронный блок управления для дельнейшей коррекции количества подаваемого топлива. Этот датчик используется исключительно в системах с каталитическим нейтрализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3. Причем для Евро-3 применяются два датчика кислорода, один устанавливается до катализатора, а второй после него.

Датчик детонации необходим для контроля за возможной детонацией. В случае обнаружения возможной угрозы детонации ЭБУ запускает алгоритм гашения детонации, при этом система корректирует угол опережения зажигания.

Существует еще ряд различных датчиков, которые необходимы для нормальной работы системы. Для различных моделей автомобилей подбирается определенная комбинация датчиков в зависимости от норм токсичности, системы впрыска и так далее.

Программа ЭБУ на основании произведенных опросов установленных датчиков в программе, осуществляет управление различными исполнительными механизмами. К ним относятся: модуль зажигания, бензонасос, форсунки, регулятор холостого хода, вентилятор системы охлаждения, клапан адсорбера системы улавливания паров бензина и прочие, в зависимости от модели автомобиля.

Если о большинстве названных устройств имеется хотя бы малейшее представление, то об адсорбере не специалист редко слышал. Адсорбер — элемент замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Согласно нормам Евро-2, контакт вентиляции бензобака с атмосферой запрещен, а бензиновые пары должны адсорбироваться (то есть собираться) и в процессе продувки направляться в цилиндры для дальнейшего дожига. При выключенном двигателе бензиновые пары из бака и впускного коллектора попадают в адсорбер, где они поглощаются. Во время запуска двигателя, по команде ЭБУ, адсорбер начинает продуваться потоком воздуха, который всасывается двигателем. Под действием воздушного потока, пары увлекаются в камеру сгорания и там дожигаются.

Виды инжекторных двигателей.

Системы впрыска зависят от места подачи топлива и количества форсунок. Они бывают трех типов:

• одноточечная (моновпрыск). Одна форсунка устанавливается на впускной коллектор на все цилиндры.
• многоточечный (распределенный). При таком типе двигателя, каждый цилиндр оснащается своей форсункой, подающей топливо в коллектор)
• непосредственный. В этом случае топливо подается непосредственно в цилиндры с помощью форсунок. Примером могут служить дизельные инжекторные двигатели.

Системы впрыска инжекторных двигателей.

Моновпрыск является самым простым видом. В нем небольшое количество управляющей электроники. Недостатком является его небольшая эффективность, поскольку управляющая электроника позволяет контролировать поступающую информацию с датчиков и, в случае необходимости, влиять на параметры впрыска. Достоинством одноточечного прыска является тот факт, что под него можно легко адаптировать карбюраторные двигатели обойдясь практически без существенных переделок конструкции или технологических изменений при производстве. Также монопрыск обладает по сравнению с карбюратором позволяет сэкономить топливо, является более экологически чистотым и является относительно стабильным и надежным по своим параметрам. Однако одноточечный впрыск уступает приёмистости инжекторного двигателя. Кроме того, в результате работы моновпрыска около 30% бензина остается в качестве осадка на стенках коллектора.

Безусловно, система моновпрыска является большим прорывом в сравнении с карбюраторной системой питания, однако в настоящее время уже не в состоянии удовлетворять современные требования.

Многоточечный впрыск является более совершенной системой подачи топлива, при которой оно подается отдельно к каждому цилиндру. Данная система подачи топлива значительно мощнее, экономичнее, но при этом и сложнее. Многоточечный впрыск позволяет увеличить мощность инжекторного двигателя примерно на 7-10 процентов. Основными достоинствами распределенного впрыска можно считать:

• можно автоматически настроить подачу топлива при различных оборотах и в результате, улучшить наполнение цилиндров. Как следствие, это позволит при одинаковой мощности автомобиля разогнаться быстрее.
• поскольку впрыск топлива происходит в непосредственной близости от впускного клапана, значительно уменьшается его количество, которое оседает на стенках впускного коллектора. В результате появляется возможность более точной регулировки подачи топлива.

Непосредственный впрыск является более эффективным средством в оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового инжекторного двигателя. Его работа основывается на простых принципах:

• топливо тщательнее распыляется, а значит лучше перемешивается с воздухом и более грамотно распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. В результате, инжекторный двигатель с непосредственным впрыском потребляет меньший объем топлива, чем обычные «впрысковые» моторы. Это становится особенно заметно при спокойной езде на небольшой скорости;
• при равных рабочих объемах двигателей, позволяет разгоняться значительно быстрее;
• является более экологичным;
• в результате большей степени сжатия и одновременного эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах, гарантируется более высокая литровая мощность.

Необходимо учитывать, что данный вид инжекторного двигателя требует качественный бензин с низким уровнем содержания серы и прочих механических примесей. Это является обязательным условием для обеспечения нормальной работы топливной системы.

Что такое инжекторный двигатель

Инжекторный двигатель (двигатель с инжектором, англ. electronic fuel injection engine) — современный тип ДВС, оснащенный инжекторной системой топливного впрыска, которая пришла на смену моторам с карбюратором. Сегодня новые бензиновые автомобили оснащаются исключительно инжектором, так как данное решение способно обеспечить силовой установке необходимое соответствие строгим нормам касательно экономичности и токсичности отработавших газов.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель TDI. Из этой статьи вы узнаете об отличительных особенностях, а также преимуществах и недостатках двигателей данного типа.

Карбюратор проигрывает инжектору по общим показателям эффективности, так как инжекторные двигатели стабильнее работают, автомобиль получает улучшенную динамику разгона. Инжекторный агрегат потребляет меньше топлива, содержание вредных веществ в выхлопе снижается, так как топливо сгорает более полноценно. Управление системой полностью автоматизировано (в отличие от карбюратора), то есть не требует ручной подстройки во время эксплуатации. Что касается дизельных двигателей, система впрыска дизтоплива на таких моторах имеет ряд конструктивных отличий, хотя общий принцип работы инжектора на дизеле остается похожим на бензиновые аналоги.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного

Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись системы питания и топливоподачи. В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе).

После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15% мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.

Разновидности инжекторов

Инжекторные системы топливного впрыска делятся на несколько подвидов:

• одноточечный впрыск (моновпрыск);
• распределенный впрыск;
• прямой (непосредственный) впрыск;

Такое деление напрямую зависит от общего количества установленных форсунок, а также от места впрыска самого топлива. Одноточечная система является самой ранней разработкой и предполагает наличие только одной инжекторной форсунки во впускном коллекторе. Другими словами, форсунка одна для всех цилиндров двигателя. Данное решение имеет ряд недостатков, что и привело к ее быстрому исчезновению.

Также каждая из систем дополнительно делится по типу впрыска. Что касается распределенного впрыска, такое решение может быть одновременным (все форсунки впрыскивают горючее). Также впрыск может быть попарно-параллельным (форсунки открываются парами), когда одна форсунка начинает открытие перед впрыском топлива, а другая перед тактом выпуска. Также отмечается фазированный впрыск (форсунка открывается перед тактом впуска) и прямой впрыск непосредственно в цилиндр.

Как устроен и работает инжектор

Устройство инжектора предполагает в основе наличие следующих базовых компонентов системы:

• электронный блок управления (ЭБУ); ;
• инжекторные форсунки;
• топливная рампа с регулятором давления;
• электронные датчики температуры, угла открытия дроссельной заслонки ДПДЗ, ДПКВ, ДМРВ и т.д.

Для лучшего понимания принципа работы инжектора давайте поверхностно рассмотрим, как компоненты системы взаимодействуют между собой на примере распространенного типа инжекторных двигателей с многоточечным распределенным впрыском. После поворота ключа зажигания питание подается на электрический бензонасос, который находится в топливном баке и погружен в горючее. Указанный насос подает топливо в топливную магистраль под определенным давлением. Инжекторные форсунки установлены в топливной рампе (рейке), через которую реализован подвод топлива к форсункам, а также осуществлена фиксация самих форсунок на впускном коллекторе. В рампе также установлен регулятор давления топлива, который служит для поддержания разницы между давлением воздуха во впуске и в самих инжекторах.

Благодаря установленным датчикам электронной системы управления двигателем (ЭСУД) контроллер ЭБУ получает информацию, на основании которой удается синхронизировать впрыск в соответствии с режимами и условиями работы ДВС. Блок управления получает показания от датчика температуры двигателя, кислородного датчика, датчика детонации, датчика положения распердвала (датчика Холла) и датчика коленвала. Так удается скорректировать количество подаваемого топлива в каждый цилиндр, гибко и динамично изменять состав топливно-воздушной смеси и т.д.

Датчики фиксируют различные изменения в работе двигателя и меняющиеся условия, постоянно передавая сигналы на блок управления. Данная схема позволяет затрачивать строго определенное количество топлива во время запуска, прогрева, работы на холостых оборотах, спокойной или динамичной езды и т.д.

Указанная точность во время дозирования горючего возможна только благодаря работе управляющей электроники автомобиля в виде совокупности датчиков и ЭБУ двигателем. В блоке управления прошиты микропрограммы, а сама работа основывается на так называемых топливных картах. Датчики непрерывно подают информацию о режиме работы двигателя, о скорости движения ТС и т.д. Контроллер получает и обрабатывает данные, после чего определяет необходимое количество впрысков топлива и их продолжительность по времени. Любые изменения в работе ДВС считываются датчиками и заставляют ЭБУ динамично вносить коррективы в работу инжектора.

Выдающаяся экологичность инжектора стала возможной благодаря наличию кислородного датчика (лямбда зонда). Указанный датчик находится в выпускной системе и «оценивает» состояние выхлопных газов. На основании его показаний ЭБУ обедняет или обогащает топливно-воздушную смесь (изменяет соотношение количества воздуха и топлива в составе рабочей смеси) во время работы двигателя в большинстве стандартных режимов.

Преимущества и недостатки инжекторных двигателей

Если сравнивать инжектор с карбюратором, тогда первое решение удобнее эксплуатировать, но определенно дороже и сложнее ремонтировать. Простой карбюратор представляет собой механическое устройство, которое требует периодического обслуживания. Двигатели с карбюратором сильнее коксуются, могут с трудом запускаться в холодное время года, перерасходуют горючее, также мотор может нестабильно работать в сильную жару и т.д.

Карбюратор имеет меньший ресурс по сравнению с инжектором. По этой причине карбюратор нужно постоянно чистить, промывать и подстраивать. Неоспоримым плюсом карбюратора является его простота и неприхотливость к качеству топлива, благодаря чему научиться ремонтировать и настраивать карбюратор своими руками может практический каждый автовладелец у себя в гараже.

В случае с инжекторными ДВС главными плюсами являются: экономичность, легкий запуск двигателя и стабильность работы мотора в любых условиях, а также низкий расход топлива. Мотор с инжектором лучше реагирует на педаль газа, свечи зажигания не так часто и сильно заливает бензином, двигатель меньше подвержен коксованию. При этом определить неисправность инжектора в случае неисправности бывает намного сложнее.

Частые неисправности инжектора

Так как инжектор является сложной многокомпонентной системой, со временем отдельные элементы могут выходить из строя. Главной задачей инжектора является максимально возможная эффективность сгорания топлива, которая достигается благодаря поддержанию строго определенного состава рабочей смеси топлива и воздуха.

1. В результате любой сбой в работе электронных датчиков приводит к дисбалансу в работе всей инжекторной системы, могут плавать обороты на холостом ходу или в движении, двигатель может троить или не заводиться, отмечается изменение цвета выхлопа и т.д. В отдельных случаях ЭБУ может перевести мотор в аварийный режим. Силовой агрегат в такой ситуации не набирает обороты, на приборной панели горит «check» и т.п.
2. Еще одной причиной неисправностей инжектора является загрязнение фильтрующих элементов в системе топливоподачи или самих инжекторных форсунок в результате использования бензина низкого качества. Для поддержания работоспособности топливный фильтр нужно своевременно менять. Не меньше внимания, особенно на автомобилях с пробегом более 50-70 тыс. км, заслуживает сетка-фильтр бензонасоса. Указанную сеточку бензонасоса рекомендуется менять или чистить. Также желательно один раз в несколько лет мыть топливный бак параллельно замене или очистке указанной сетки-фильтра грубой очистки топливного насоса.

Для предотвращения неисправностей инжектора форсунки необходимо периодически очищать. Дело в том, что наличие фракций и примесей в бензине постепенно загрязняет инжекторы, что и снижает их производительность, а также нарушает качество распыла топлива. Почистить форсунки можно двумя способами: со снятием или прямо на машине. Процедура очистки инжекторных форсунок на автомобиле предполагает то, что через инжекторы пропускается специальная промывочная жидкость для чистки инжектора. Способ заключается в том, что от топливной рампы отсоединяется топливная магистраль, после чего вместо бензонасоса в систему начинает качать промывочную жидкость специальный компрессор вместо бензонасоса.

Еще одним вариантом чистки инжектора является очистка со снятием форсунок в ультразвуковой ванне или на специальном промывочном стенде. Что касается ультразвука, форсунки помещаются в специальный аппарат или ванну, где волновые колебания «разбивают» отложения. Промывка форсунок со снятием на стенде представляет собой процедуру, когда имитируется работа форсунок в двигателе, при этом вместо бензина через них пропускается промывочная жидкость. Отметим, что каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки, о которых можно прочитать в нашей отдельной статье о промывке форсунок.

Советы и рекомендации

Эксплуатация автомобиля на топливе в условиях СНГ обязывает владельца осуществлять замену топливного фильтра каждые 10-15 тыс. км. пробега и периодическую чистку инжекторных форсунок. Данную процедуру желательно производить каждые 30-35 тыс. км. пробега. Дополнительно рекомендуется приобретать топливо только на крупных АЗС с хорошей репутацией.

Не следует ждать того момента, когда проявятся симптомы загрязнения инжектора в виде проблем с работой двигателя. Лучше промывать форсунки заранее. Например, перед каждым вторым плановым ТО. Обратите внимание, в случае использования способа очистки промывочными жидкостями оптимально осуществлять данную процедуру до замены моторного масла.

Напоследок добавим, что снижение производительности форсунок может быть вызвано неполадками бензонасоса. В этом случае необходимо замерить давление в топливной рампе. Если показатели окажутся ниже рекомендуемых, тогда потребуется снять насос для диагностики. Также следует учитывать, что установка более производительных форсунок во время тюнинга и форсирования двигателя может потребовать обязательной замены топливного насоса.

Настройка холостых оборотов на карбюраторном и инжекторном моторе. Особенности регулировки ХХ карбюратора, регулировка холостого хода на инжекторе.

При резком нажатии на педаль газа двигатель дергается, появились рывки и провалы, авто не набирает скорость: основные причины неисправности и диагностика.

Что дает впрыск воды в двигатель, принцип работы, основные преимущества и недостатки. Как самостоятельно сделать впрыск воды в мотор, доступные способы.

Установка карбюратора вместо инжектора, особенности процесса замены системы впрыска. Замена карбюратора на инжекторный электронный впрыск. Рекомендации.

Что такое моноинжектор: главные отличия и особенности одноточечной системы впрыска топлива. Как проверить и самостоятельно настроить моновпрыск .

Тюнинг топливной системы атмосферного и турбо двигателя. Производительность и энергопотребление бензонасоса, выбор топливных форсунок, регуляторы давления.

Как работает инжектор?

В заметке пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла. Попытаюсь на пальцах и в общем объяснить что же и как происходит.

Чем занимаются те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника — альтернатива другим системам, выполняющим те же функции. Дозированием топлива занимался карбюратор, зажиганием управлял механический или вакуумный корректор угла опережения зажигания. В общем не электроникой единой возможно реализовать все это и достаточно продолжительное время именно так и было. На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, которые призван заменить инжектор.
Зачем же понадобилось что-то менять? Зачем сносить существующие проверенные и весьма надежные системы? Все просто — гонка за экономичностью, экологичностью и мощностью. Точность работы описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами по себе электронные системы управления двигателем начали появляться достаточно давно.

Я опущу принцип работы поршневых ДВС, многие знакомы с тем как работает двигатель, а те кто не знакомы — не слишком пострадают. В разрезе работы системы питания и системы зажигания двигатель это просто преобразователь воздушно-топливной смеси в механическую энергию. Можно рассматривать его как черный ящик, с некоторыми особенностями.

Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из этого механическую энергию. Сложность состоит в том, что для получения интересующих нас характеристик надо смешивать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджигать их в достаточно точно определенный момент времени. Более того — при недостаточной точности мы получим ухудшение характеристик.

Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и поджигом смеси в цилиндрах двигателя. Это основные функции. Кроме них есть еще и дополнительные — управление турбиной, управление трансмиссией.

Подсистема, занимающаяся дозированием топлива называется инжектор, поджигом топлива занимается зажигание. Воздух в двигатель поступает «естественным» порядком. Двигатель сам всасывает воздух, его количество только может ограничиваться, для снижения мощности двигателя. Нам не нужна максимальная мощность все время, бОльшую часть времени мощность как раз ограничивается. В случае с турбиной воздух попадает в двигатель принудительно, но это не меняет сути. Воздуха столько сколько есть и мы управляем его количеством при помощи педали.
Сколько топлива нам надо подать в двигатель и как его дозировать? Есть так называемое стехиометрическое отношение, показывающее, что для полного сжигания килограмма топлива нам нужно вполне определенное количество воздуха. Для бензина это соотношение равно 14,7:1. также его называют AFR (Air Fuel Rate по английски) Это не аксиома, это некий оптимум. Смесь может быть «беднее», в ней может быть меньше топлива. Такая смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но сгорает все полностью. Это значения в большую сторону — AFR 15 и более. Может быть и «богаче», когда топлива больше — AFR 14 или меньше. При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна. И в ту и в другую сторону есть ограничения — если слишком увлечься, работать двигатель не будет. Нельзя просто налить 20 частей топлива и ожидать пропорционального прироста мощности.

Итак, чтобы определить сколько же топлива нам надо подать в двигатель нам надо знать сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто — из количества воздуха по соотношению определяем количество бензина и дело сделано!
Погодите ка, а как же нам определить сколько воздуха поступает в двигатель? Для этого есть несколько путей. Обычно используют один из следующих датчиков:

ДМРВ или MAF — датчик массового расхода воздуха. Датчик этот измеряет количество проходящего через него воздуха. Как подсказывает википедия — «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.». Датчики такого типа зачастую устанавливаются в гражданские автомобили. В общем то все достаточно просто. Похоже, это именно то, что нужно! Примерно так и есть.

Другой тип датчиков

ДАД или MAP — датчик абсолютного давления. Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет разрежение (или же избыточное давление, в случае с наддувом) в коллекторе. На основании показаний этого датчика и датчиков температуры, частоты вращения коленвала тоже можно вычислить объем поступающего воздуха, что нам и требуется. Для корректировки его показаний надо еще знать давление окружающего воздуха. Для измерения атмосферного давления либо ставят еще один такой же датчик, который непрерывно его измеряет, либо просто до запуска двигателя измеряют давление. Во втором случае может выйти неприятность, если вы с берега моря рванули прямиком на Эверест.
MAP часто ставят на спортивные автомобили.

Устанавливается один из этих датчиков, наличие одного из них — обязательно.
Ну что же, сколько воздуха поступает в двигатель мы примерно можем вычислить.
Другой обязательный датчик —
ДПКВ или датчик положения коленвала. Этот датчик позволяет мозгам точно знать, в каком положении находится коленвал. Зачем нам это нужно? Мало знать сколько топлива надо подать в двигатель, надо подавать его в определенный момент времени. Да и зажигать смесь в цилиндрах тоже надо строго вовремя. Так что без этого датчика — никак. Есть несколько типов таких датчиков, но большинство из них — либо индукционные, либо датчики Холла, либо подобные им. В общем — бесконтактные датчики, подобные тем, которые трудятся, например, в двигателе вашего винчестера. Или в кулерах.
Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что же происходит в двигателе в данный конкретный момент — ДПРВ — датчик положения распредвала. Также его называют датчиком фаз. При помощи этого датчика можно понять в каком из цилиндров в данный момент такт впуска, куда же нам надо подавать топливо, в каком цилиндре у нас такт сжатия и время поджигать смесь. По принципу работы он подобен ДПКВ, но зачастую несколько проще. В общем то тоже самое, но на распредвале.

Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя. Худо бедно, но этого достаточно, чтобы примерно понять сколько надо подавать топлива, когда это делать и когда поджигать полученный коктейль.
Так давайте же тогда подавать и поджигать! (не путать с разжигать и науськивать)

Исполнительные механизмы

Топливо дозируется форсунками или другими словами «инжекторами». Да да, именно по названию этого узла все это безобразие нами так и называется. Форсунка из себя ничего особо интересного не представляет. Просто электромеханический клапан. Два провода и трубопровод с топливом под давлением. Подали напряжение на выводы — форсунка открылась, прекратили пропускание тока — форсунка закрылась. Для простоты давайте сначала примем, что форсунка открывается и закрывается моментально. Тогда для оценки объема проходящего через нее топлива нам достаточно знать ее статическую производительность. Это просто объем топлива, который пройдет через форсунку за минуту. Открыли форсунку, измерили объем бензина, который через нее за минуту вытек — получили основной параметр. Теперь нам для точного дозирования надо просто открывать и закрывать форсунку на определенное время. Получается что дозирование производится «выдержкой», если говорить терминами фотографов. Чем длиннее время на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы нальем в двигатель.
А поджиг смеси осуществляет все та же бессменная свеча зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели. И катушка зажигания тоже на месте. Вот только управляется она уже «мозгами». Зажигание не изменилось, но для его работы важен ДПКВ и ДПРВ, так что без этих датчиков дела не будет.

В общем то это, можно считать, и есть в общих чертах как работает инжектор. Смотрим на показания датчиков, отмеряем нужное количество топлива и открываем форсунку на вычисленное время. И так каждый такт. Т.е. в зависимости от частоты — 100 раз в секунду на частоте в 6000об/мин коленвала. Часто? Да не так чтобы и очень.

В реальных двигателях все несколько сложнее. Точно вычислить сколько же воздуха попадает в двигатель не так просто. Для корректировки значений нужны датчики температуры охлаждающей жидкости — просто термодатчик, аналогичный тому, что показывает температуру на приборной панели. И датчик температуры поступающего воздуха. В целом незначительно отличающийся от первого, а функционально и вовсе его брат близнец — тоже просто измеряет температуру, но уже не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель. Зачем нам что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры — топливо испаряется не так хорошо, а горят именно пары. Соответственно нам нужно топлива подавать больше, чтобы двигатель работал. Значит берем наше значение для оптимального соотношения, измеряем двигателю температуру и корректируем это наше значение. Также нужно откорректировать момент зажигания смеси в цилиндрах — по тем же причинам. И тут тоже корректируем.

Другой не совсем приятный момент — форсунка, которую мы приняли идеальной — на самом деле таковой не является. Во первых нужно время, чтобы она открылась, а потом закрылась. Соответственно в этом время она тоже подает топливо, но в меньшем количестве. На это тоже делается поправка. Само время открытия и закрытия зависит от напряжения бортовой сети. Одно дело когда генератор шпарит на всю и в сети 14В, а другое дело, когда генератор умер, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В. Время открытия форсунки меняется и его надо корректировать. Мало умершего генератора, ехать то надо и двигатель не должен перестать работать в таких условиях.

Мало нам было исполнительных механизмов, для работы на холостом ходу, когда педаль мы совсем не трогаем — двигатель не должен глохнуть, его работу надо поддерживать. Для этого есть специальное исполнительное устройство — РХХ — регулятор холостого хода. Это такой шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал дает двигателю «вздохнуть» мимо перекрывающей воздух дроссельной заслонки. Умный мозг не дает двигателю зачахнуть и приоткрывает этот клапан, когда обороты снижаются. Но и разойтись не дает — прикрывает его, когда обороты возрастают уж слишком сильно.

Хорошо бы нам также знать на сколько сильно водитель давит на педаль акселератора. Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Датчик так и называется — ДПДЗ — датчик положения дроссельной заслонки. Технически это просто потенциометр, который измеряет на какой угол повернута ось дроссельной заслонки. Это зачем это нам надо знать, как сильно водитель давит в пол, спросите вы? Все просто, нам надо знать когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично давит на педаль — не время экономить, льем от души!

Экологические нормы достаточно строго контролируют что же «выдыхает» (пускай уж выдыхает) наш двигатель. Так что при всем желании лить «на глазок» — нельзя. нужно контролировать состав выхлопных газов. Как это сделать? Для этой цели есть так называемый лямбда зонд или датчик кислорода — датчик, показывающий сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо либо же свободный кислород. По показаниям этого датчика инжектор может корректировать свое поведение, либо увеличивая либо уменьшая количество подаваемого топлива. Нужно это достаточно часто — бензин везде разный и даже просто хранясь в канистре или баке — стареет. А уж о заправках наших можно легенды слагать. Соответственно и режимы его горения совсем не постоянны. Ко всему прочему и производительность форсунок может «плавать». Ведь как вы поняли — расчет ведется исходя из их постоянной производительности, а форсунка со временем может забиться, производительность ее может снизиться.
А нормы строгие, а бензин дорогой, да и ехать же надо. Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обеспечения обратной связи. Смотрим на состав выхлопных газов, если сгорело не все — льем меньше. Если сгорело дочиста — льем больше.
Лямбда зонды бывают двух видов — узкополосные и широкополосные. Отличаются они точностью. Первые только показывают богатая или бедная у нас смесь, вторые показывают на сколько она богатая или бедная. Даже точно указывают тот самый AFR упоминаемый в начале статьи. Ну и цена, конечно. Первые стоят 25$, вторые — 200$. С лямбдами тоже не все просто — они достаточно капризны, требуют определенной температуры для работы, а это не всегда возможно, в некоторых типах зондов рабочий элемент специально подогревают от бортовой сети. Да, лямбда может быть не одна, но это уже тонкости.

Еще один сенсор, применяемый для анализа происходящего в двигателе — датчик детонации. Детонация это процесс сгорания топлива, который протекает взрывообразно. В нормальном режиме топливо просто сгорает, при детонации топливо взрывается. Это вредно для двигателя — все равно что бить по поршню молотком. Никто не любит когда по нему бьют молотком — поршень не исключение. Явление это крайне нежелательное и для определения того, что смесь детонирует и применяют такой датчик. Он по принципу работы похож на микрофон, который «слушает» двигатель (датчик закреплен на блоке цилиндров) и по услышанному пытается отфильтровать шум работы двигателя и понять где же детонация, а где нормальная работа. Все не просто и здесь. Для облегчения работы этого датчика ставят еще датчик неровной дороги, который покажет, что это наши дороги так шумят, а не двигатель. Востребованность этого датчика возрастает на турбированых двигателях.

В итоге сами по себе мозги работают примерно следующим образом:
Есть так называемая топливная карта — таблица, в которой записано какого состава должна быть смесь. У таблицы три измерения — частота вращения коленвала двигателя, нагрузка на двигатель и собственно AFR. Просто берем из таблицы значение, положенное туда опытным товарищем.
Корректируем это значение в соответствии с показаниями датчиков температур, лямбда зонда, датчика детонации, изменением положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (часть из них тоже в табличках) вычисляем необходимое количество топлива. Пересчитываем объем топлива во время открытия форсунки в соответствии с ее производительностью, корректируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент впуска — открываем форсунку на вычисленное время.

Как видите — ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может быть местами ПИД регулятор, коэффициенты влияния тех или иных факторов и в итоге просто время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там карта углов, аналогичная топливной карте (тоже таблица) и тоже корректировки в соответствии с показаниями датчиков.

В штатном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как это понять? Если датчик температуры, например, показывает что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует несмотря на все корректировки? В этом и заключается продуманность мозгов. Вычислить, что датчик врет, не принимать во внимание его показания, зажечь «check engine» на панели и продолжить работу. Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.

Да, многие из вас заметят, что инжектор по сути достаточно простое устройство. И схематически там нет ничего военного — входящие значения считываются по АЦП, выходящие так и вовсе чисто бинарные. Ну выходные транзисторы, ну достаточно жесткие условия работы. Но это не космос далеко.
Касательно работы прошивки — тоже вроде как все не так и сложно. На мой взгляд проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всякое такое. В процессе настройки саму прошивку никто не трогает обычно. В том смысле, что открывать исходники, корректировать алгоритмы, оптимизировать что-то — такого нет. Просто софт который позволяет изменять те самые топливные карты и другие коэффициенты. А прошивками занимаются уже инженеры на заводах. Или простые смертные, которым это интересно.
Да да, не каждый готов платить за «мозги» космические деньги, а кому-то может быть просто хочется больше контроля над происходящим. Все это привело к тому, что есть несколько проектов вполне доступных «мозгов». Есть megasquirt — www.megamanual.com/index.html, для этой аппаратной базы в последствии была написана и поддерживается кастомная прошивка с расширенным функционалом — msextra.com/doc/index.html На последнем сайте есть даже схемы этих «мозгов», может быть кому-то из электронщиков будет интересно. А программистам может быть интересно глянуть на код. Если не ошибаюсь, то он есть здесь. msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip
Есть еще VEMS — www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь сам по себе. Видел еще вот таких ребят — forum.diyefi.org там у них какой-то свой проект FreeEMS. На мой взгляд все это показывает, что все не так уж сложно и местами даже очень даже доступно.

Надеюсь получилось достаточно интересно и в меру понятно. Об опечатках прошу писать в личку. Если где ошибся — поправьте.