Как работает система распределенного впрыска топлива MPI

В автомобиле нет такой системы, которая не была бы нужна. Но если разделить условно их на главные и второстепенные, то в первую категорию войдет топливная, зажигание, охлаждающая, смазки. Каждый двигатель внутреннего сгорания будет иметь ту или иную модификацию перечисленных систем.

Правда, если говорить о системе зажигания (о ее устройстве и том, какой принцип работы она имеет, рассказывается здесь), то ее получает только бензиновый мотор или аналог, который способен работать на газе. У дизельного двигателя нет данной системы, но воспламенение воздушно-топливной смеси имеет похожий принцип. ЭБУ определяет момент, когда нужно активировать этот процесс. Единственное различие в том, что вместо искры в цилиндр подается порция топлива. От высокой температуры сильно сжатого в цилиндре воздуха солярка начинает сгорать.

Топливная система может иметь как моновпрыск (точечный метод распыления бензина), так и распределенный впрыск. Подробно о разнице этих модификаций, а также о других аналогах впрыска рассказывается в отдельном обзоре. Сейчас сосредоточимся на одной из самых распространенных разработок, которую получают не только бюджетные автомобили, но и многие модели премиум-сегмента, а также спорткары, работающие на бензине (у дизеля используется исключительно непосредственный впрыск).

Это многоточечный впрыск или система MPI. Обсудим устройство данной модификации, в чем разница между ней и непосредственным впрыском, а также какие у нее достоинства и недостатки.

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.

Конструкция системы многоточечного впрыска

Работа многоточечного распределенного впрыска неразрывно связана с подачей воздуха, как и в других топливных системах. Причина в том, что бензин смешивается с воздухом во впускном тракте, и чтобы он не оседал на стенках труб, электроника контролирует положение дроссельной заслонки, и в соответствии с силой потока форсунка будет впрыскивать определенный объем топлива.

Чертеж топливной системы с многоточечным впрыском будет состоять из:

• Дроссельной заслонки;
• Топливной рампы (магистрали, которая дает возможность распределить бензин по форсункам);
• Форсунок (их количество идентично числу цилиндров в конструкции двигателя);
• Датчика ДМРВ;
• Регулятора давления бензина.

Все компоненты работают по следующей схеме. Когда открывается впускной клапан, поршень выполняет такт впуска (движется к нижней мертвой точке). Благодаря этому в полости цилиндра создается разрежение, и происходит всасывание воздуха из впускного коллектора. Поток движется через фильтр, а также проходит возле датчика массового расхода воздуха и через полость дроссельной заслонки (подробней о ее функции рассказывается в другой статье).

Чтобы схема ТС функционировала, параллельно с этим процессом выполняется впрыскивание бензина в проходящий поток. Форсунка устроена так, что порция распыляется на туман, благодаря чему обеспечивается максимально эффективное приготовление ВТС. Чем лучше топливо смешается с воздухом, тем эффективней будет сгорание, а также меньше нагрузки на выхлопную систему, ключевым компонентом которой является каталитический нейтрализатор (о том, зачем им оснащается каждая современная машина, читайте здесь).

Когда мелкие капли бензина поступают в горячую среду, они более интенсивно испаряются, и эффективней смешиваются с воздухом. Пары воспламеняются намного быстрее, благодаря чему в выхлопе содержится меньше токсичных веществ.

Все форсунки имеют электромагнитный привод. Они подсоединены к магистрали, по которой под большим давлением подается топливо. Рампа в этой схеме нужна для того, чтобы в ее полости скапливалось некоторое количество топлива. Благодаря этому запасу обеспечивается разное действие форсунок, начиная от постоянного, и заканчивая многослойным. В зависимости от типа ТС инженеры могут внедрять разные типы подачи топлива на каждый рабочий цикл мотора.

Чтобы в процессе постоянной работы бензонасоса давление в магистрали не превышало максимально допустимого параметра, в устройстве рампы имеется регулятор напора. О том, как он работает, а также из каких элементов состоит, читайте отдельно. Сброс лишнего топлива производится через обратную магистраль в бензобак. Похожий принцип работы имеет топливная система типа CommonRail, которая устанавливается на многих современных дизельных агрегатах (о ней подробно рассказывается здесь).

В рампу бензин поступает через топливный насос, а туда он всасывается через фильтр из бензобака. Распределенный тип впрыска имеет важную особенность. Распылитель форсунок монтируется максимально близко к впускным клапанам.

Ни одна ТС не будет работать без регулятора ХХ. Этот элемент устанавливается в зоне действия дроссельной заслонки. В разных моделях авто конструкция данного устройства может отличаться. В основном это небольшая муфта с электродвигателем. Она подсоединена к обводному каналу впускной системы. Когда дроссель закрыт, чтобы двигатель не заглох, необходимо обеспечить подачу небольшого количества воздуха. Микросхема блока управления настраивается так, чтобы электроника была способна самостоятельно регулировать обороты мотора в зависимости от ситуации. Для холодного и прогретого агрегата требуется своя пропорция воздушно-топливной смеси, поэтому электроника настраивает разные обороты ХХ.

В качестве дополнительного устройства во многих ТС устанавливается сенсор расхода бензина. Этот элемент посылает на маршрутный компьютер импульсы (в среднем на один литр таких сигналов около 16 тысяч). Данная информация не является максимально точной, так как она появляется на основании фиксации частоты и времени срабатывания распылителей. Чтобы компенсировать погрешность в расчетах, программное обеспечение использует коэффициент эмпирического измерения. Благодаря этим данным на экране бортового компьютера в машине отображается средний расход топлива, а в некоторых моделях определяется, сколько автомобиль проедет в текущем режиме. Такие данные помогают водителю планировать интервалы между заправками транспортного средства.

Еще одна система, совмещенная с работой инжектора, это адсорбер. Подробно о ней читайте отдельно. Если коротко, то он позволяет поддерживать давление в бензобаке на уровне атмосферного, а пары бензина в процессе работы силового агрегата сжигаются в цилиндрах.

Режимы работы MPI

Распределенный впрыск может работать в разных режимах. Все зависит от программного обеспечения, которое установлено в микропроцессоре блока управления, а также от модификаций форсунок. Каждый тип распыления бензина имеет свои особенности работы. Если коротко, то работа каждого из них сводится к следующему:

• Режим одновременного впрыска. Такой тип инжекторов уже давно не используется. Принцип следующий. Микропроцессор настроен на синхронное распыление бензина одновременно во все цилиндры. Система настроена так, чтобы при начале такта впуска в одном из цилиндров инжектор впрыскивал топливо во все патрубки впускного коллектора. Минус такой схемы в том, что 4-тактовый мотор будет работать от последовательного срабатывания цилиндров. Когда один поршень выполняет такт впуска, в остальных работает другой процесс (сжатие, рабочий ход и выпуск), поэтому топливо нужно исключительно для одного котелка за весь цикл двигателя. Остальной бензин просто находился во впускном коллекторе, пока не откроется соответствующий клапан. Такая система использовалась в 70-80-х годах прошлого столетия. В те времена бензин стоил дешево, поэтому его перерасход мало кого беспокоил. Также из-за чрезмерного обогащения смесь не всегда качественно сгорала, и поэтому в атмосферу выбрасывалось большое количество вредных веществ.
• Попарный режим. В этом случае инженеры сократили расход топлива путем сокращения количества цилиндров, которые одновременно получают требуемую порцию бензина. Благодаря такому улучшению получилось сократить вредные выбросы, а также расход топлива.
• Последовательный режим или распределение топлива по фазам ГРМ. На современных машинах, которые получают распределительный тип топливной системы, применяется данная схема. В этом случае электронный блок управления будет управлять каждой форсункой отдельно. Чтобы процесс сгорания ВТС был максимально эффективным, электроника обеспечивает небольшое опережение впрыска, прежде чем откроется впускной клапан. Благодаря этому в цилиндр поступает уже готовая смесь воздуха и топлива. Распыление производится через одну форсунку за полный цикл мотора. В четырехцилиндровом ДВС топливная система срабатывает идентично системе зажигания обычно в последовательности 1/3/4/2.

Последняя система зарекомендовала себя приличной экономичностью, а также высоким показателем экологичности. По этой причине для улучшения впрыска бензина разрабатываются разные модификации, в основу которых лег принцип работы фазированного распределения.

Среди производителей топливных систем, обеспечивающих распределительный впрыск бензина, компания Bosch занимает ведущие позиции. В ассортименте продукции имеется три разновидности ТС:

1. K-Jetronic. Это механическая система, распределяющая бензин по распылителям. Срабатывает она непрерывно. В транспортных средствах, производимых концерном BMW, такие моторы имели аббревиатуру MFI.
2. KE-Jetronic. Данная система является модификацией предыдущей, только управление процессом осуществляется при помощи электроники.
3. L–Jetronic. Данная модификация оснащается мдп-форсунками, которые обеспечивают импульсную подачу топлива при конкретном давлении. Особенность такой модификации заключается в том, что работа каждого распылителя корректируется в зависимости от настроек, запрограммированных в ЭБУ.

Проверка многоточечного впрыска

Нарушение схемы подачи бензина происходит по причине выхода из строя одного из элементов. Вот по каким симптомам можно распознать неисправности системы впрыска:

1. Двигатель запускается с большим трудом. В более критических ситуациях мотор вообще не заводится.
2. Нестабильная работа силового агрегата, особенно на холостых оборотах.

Стоит обратить внимание на то, что данные «симптомы» не являются характерными исключительно для инжектора. Подобные проблемы происходят и в случае неполадок с системой зажигания. Обычно в таких ситуациях помогает компьютерная диагностика. Эта процедура позволяет быстро определить источник сбоев, из-за которого многоточечный впрыск происходит неэффективно.

В большинстве случаев специалист просто сбрасывает ошибки, которые мешают блоку управления правильно настраивать работу силового агрегата. Если компьютерная диагностика показала поломку или неправильную работу механизмов распыления, то прежде чем приступить к поиску вышедшего из строя элемента, необходимо устранить высокое давление в магистрали. Для этого достаточно отключить минусовую клемму аккумулятора, и ослабить затяжку крепежной гайки в магистрали.

Существует еще один способ понизить напор в магистрали. Для этого отсоединяется предохранитель бензонасоса. Дальше мотор запускается, и работает, пока не заглохнет. В этом случае агрегат сам выработает напор топлива, находящегося в рампе. В завершение процедуры предохранитель устанавливается на свое место.

Сама система проверяется в следующей последовательности:

1. Проводится визуальный осмотр электрической проводки – нет ли окисления на контактах или повреждения изоляции кабеля. Из-за таких неисправностей питание может не поступать на исполнительные механизмы, и система либо перестает работать, либо работает нестабильно.
2. Состояние воздушного фильтра играет немаловажную роль в работе топливной системы, поэтому важно проверить его.
3. Проверяются свечи зажигания. По нагару на их электродах можно распознать скрытые неполадки (подробно об этом читайте отдельно) систем, от которых зависит работа силового агрегата.
4. Проверяется компрессия в цилиндрах. Даже если топливная система исправна, при низкой компрессии мотор будет менее динамичным. О том, как проверяется этот параметр, есть отдельный обзор.
5. Параллельно с диагностикой ТС нужно проверить зажигание, а именно, корректно ли выставлен УОЗ.

После того, как были устранены неполадки в работе впрыска, нужно выполнить ее регулировку. Вот как выполняется данная процедура.

Регулировка многоточечного впрыска

Прежде чем рассмотреть принцип регулировки впрыска, стоит учесть, что каждая модификация ТС имеет свои тонкости работы. Поэтому и настройка системы может происходить по-разному. Вот как выполняется процедура в случае с самыми распространенными модификациями.

Bosch L3.1, MP3.1

Прежде чем приступать к настройке такой системы, нужно:

1. Проверить состояние зажигания. В случае необходимости изношенные детали меняются на новые;
2. Убедиться, что дроссель работает исправно;
3. Устанавливается чистый воздушный фильтр;
4. Прогревается мотор (пока не включится вентилятор).

Вначале настраивается холостой ход. Для этого на дросселе имеется специальный регулировочный винт. Если поворачивать его по часовой стрелке (закручивается), то показатель оборотов ХХ будет снижаться. В противном случае – увеличиваться.

В согласии с рекомендациями завода-изготовителя на систему устанавливаются анализаторы качества выхлопа. Далее снимается заглушка с регулировочного винта подачи воздуха. Поворотом этого элемента настраивается состав ВТС, о чем будет указывать анализатор отработанных газов.

Bosch ML4.1

В данном случае холостой ход не выставляется. Вместо этого к системе подключается упомянутый в предыдущем обзоре прибор. По состоянию выхлопных газов при помощи регулировочного винта настраивается работа многоточечного распыления. Когда рука проворачивает винт по ходу часовой стрелки, состав СО будет увеличиваться. При повороте в другую сторону этот показатель уменьшается.

Bosch LU 2-Jetronic

Такая система регулируется на число оборотов ХХ так же, как и первая модификация. Настройка обогащения смеси производится при помощи алгоритмов, прошитых в микропроцессоре блока управления. Этот параметр корректируется в соответствии с импульсами лямбда-зонда (подробней об устройстве и его принципе работы читайте отдельно).

Bosch Motronic M1.3

Обороты холостого хода в такой системе регулируются, только если газораспределительный механизм имеет 8 клапанов (4 на впуск, 4 на выпуск). В 16-клапанниках ХХ корректируется электронным блоком управления.

8-клапанник регулируется по той же схеме, что и предыдущие модификации:

1. ХХ настраивается винтом на дросселе;
2. Подсоединяется анализатор СО;
3. При помощи регулировочного винта настраивается состав ВТС.

Некоторые автомобили оснащены такой системой, как:

• ММ8Р;
• Bosch Motronic5.1;
• Bosch Motronic3.2;
• Sagem-Lukas 4GJ.

В этих случаях отрегулировать ни холостые обороты, ни состав воздушно-топливной смеси не получится. Производитель таких модификаций не предусмотрел такой возможности. Всю работу должен выполнять ЭБУ. Если электроника не смогла настроить работу впрыска корректно, значит, имеются какие-то системные ошибки или поломки. Их выявить можно только при диагностике. В самых сложных ситуациях некорректная работа ТС обусловлена поломкой блока управления.

Отличия системы MPI

Конкурентом двигателей MPI являются такие модификации, как FSI (разработан концерном VAG). Различие у них только в месте распыления топлива. В первом случае впрыск осуществляется перед клапаном в момент, когда поршень конкретного цилиндра начинает выполнять такт впуска. Распылитель вмонтирован в патрубок, идущий к конкретному цилиндру. Воздушно-топливная смесь приготавливается в полости коллектора. Когда водитель нажимает на педаль газа, в соответствии с усилиями открывается дроссельный клапан.

Как только поток воздуха достигает области действия распылителя, производится впрыск бензина. Подробно об устройстве электромагнитных форсунок можно прочитать здесь. Раструб устройства сделан так, чтобы порция бензина распределялась на мельчайшие фракции, что улучшает смесеобразование. При открытии впускного клапана порция ВТС поступает в работающий цилиндр.

Во втором случае для каждого цилиндра полагается индивидуальная форсунка, которая устанавливается в головке блока цилиндров рядом со свечами зажигания. В такой компоновке распыление бензина производится по тому же принципу, что и солярки у дизельного мотора. Только воспламенение ВТС происходит не за счет высокой температуры сильно сжатого воздуха, а от электрического разряда, образующегося между электродами свечи зажигания.

FSI-двигатель

Между владельцами транспортных средств, в которых устанавливается мотор с распределительным и непосредственным впрыском, часто ведутся дебаты о том, какой агрегат лучший. При этом каждый из них приводит свои доводы. Например, сторонники MPI склоняются к такой системе, потому что ее легче и дешевле обслуживать и ремонтировать по сравнению с аналогом типа FSI.

Непосредственный впрыск более дорогой в ремонте, а квалифицированных специалистов, способных на профессиональном уровне выполнять работу, мало. Данная система используется с турбонагнетателем, а моторы MPI исключительно атмосферные.

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

Вопросы и ответы:

Что лучше непосредственный впрыск или распределенный впрыск? Непосредственный впрыск.  В нем большее давление топлива, оно лучше распыляется. Это дает почти 20% экономии и боле чистый выхлоп (более полное сгорание ВТС).

Как работает распределенный впрыск топлива? На каждую трубу впускного коллектора установлена форсунка. В момент выполнения такта впуска распыляется топливо. Чем ближе форсунка к клапанам, тем эффективней топливная система.

Какие бывают типы впрыска топлива? Всего принципиально отличающихся типов впрыска два: моновпрыск (одна форсунка по принципу карбюратора) и многоточечный (распределенный или непосредственный.