Устройство и принцип работы распределенного впрыска топлива MPI

Системы впрыска топлива под давлением прошли эволюционный путь от простых механических устройств до управляемых электроникой распределённых, индивидуально дозирующих топливо в каждый цилиндр двигателя. Аббревиатура MPI (Multi Point Injection) используется для обозначения принципа подачи бензина электромагнитными форсунками во впускной коллектор, максимально близко к внешней стороне впускного клапана. В настоящее время это самый распространённый и массовый способ организации питания бензиновых моторов.

Что входит в состав системы

Главной целью такого построения стало точное дозирование цикловой подачи топлива, то есть вычисление и отсечка нужного количества бензина в зависимости от подаваемой в цилиндры воздушной массы и прочих важных текущих параметров двигателя. Обеспечивает это наличие основных составных частей:

• топливный насос, как правило, располагается в бензобаке;
• регулятор давления и топливная магистраль, может быть одиночная или двойная, с обратным бензопроводом слива;
• рампа с форсунками (инжекторами), управляемыми электрическими импульсами;
• блок управления двигателем (ЭСУД), фактически это микрокомпьютер с развитой периферией, постоянной, перезаписываемой и оперативной памятью;
• многочисленные датчики, следящие за режимами работы двигателя, положением органов управления и другими системами автомобиля;
• исполнительные механизмы и клапаны;
• программно-аппаратный комплекс управления зажиганием, полностью интегрированный в ЭСУД.
• дополнительные средства снижения токсичности.

Аппаратура распределена по внутреннему пространству автомобиля от багажника до подкапотного пространства, узлы соединяются электропроводкой, компьютерными шинами данных, топливными, воздушными и вакуумными магистралями.

Функционирование отдельных узлов и оборудования в целом

Бензин подаётся из бака под давлением расположенным там электрическим насосом. Электромотор и насосная часть работают в среде бензина, им же охлаждаются и смазываются. Пожарная безопасность обеспечивается недостатком необходимого для воспламенения кислорода, переобогащённая бензином смесь с воздухом электрической искрой не поджигается.

Пройдя двухступенчатую фильтрацию, бензин поступает в топливную рампу. Давление в ней поддерживается стабильным с помощью регулятора, встроенного в насос или рампу. Излишки сливаются обратно в бак.

В нужный момент на электромагниты форсунок, закреплённых между рампой и впускным коллектором, от драйверов ЭСУД поступает электрический сигнал на открытие. Топливо под давлением впрыскивается фактически на впускной клапан, одновременно распыляясь и испаряясь. Поскольку перепад давлений на форсунке поддерживается стабильным, то количество подаваемого бензина определяется временем открытия клапана форсунки. Изменение разрежения в коллекторе учитывается программой контроллера.

Время открытия форсунки является расчётной величиной, вычисляемой на основании данных, получаемых от датчиков:

• массового расхода воздуха или абсолютного давления в коллекторе;
• температуры всасываемого газа;
• степени открытия дроссельной заслонки;
• наличия признаков детонационного горения;
• температуры двигателя;
• частоты вращения и фаз положения коленчатого и распределительных валов;
• наличия кислорода в выхлопных газах до и после каталитического нейтрализатора.

Кроме того, ЭСУД по шине данных принимает информацию от прочих систем автомобиля, обеспечивая реакцию двигателя в различных ситуациях. В программе блока непрерывно поддерживается моментная математическая модель двигателя. Все её константы записаны в многомерных картах режимов.

Помимо непосредственно управления впрыском, система обеспечивает работу иных устройств, катушек и свечей зажигания, вентиляции бака, стабилизации теплового режима и многих других функций. ЭСУД имеет оборудование и программное обеспечение для ведения самодиагностики и предоставления водителю информации о появлении ошибок и неисправностей.

В настоящее время используется только индивидуальный фазированный впрыск по каждому цилиндру. В прошлом форсунки работали одновременно или попарно, но это не оптимизировало процессы в двигателе. После введения датчиков положения распредвалов каждый цилиндр получил отдельное управление и даже диагностику.

Характерные признаки, достоинства и недостатки

Отличить MPI от прочих инжекторных систем можно по наличию отдельных форсунок с общей рампой, направленных в коллектор. Одноточечный впрыск располагал единственным инжектором, занявшим место карбюратора и внешне с ним схожим. Непосредственный же впрыск в камеры сгорания имеет форсунки, напоминающие дизельную топливную аппаратуру с насосом высокого давления, установленные в головке блока. Хотя иногда для компенсации недостатков прямого впрыска он снабжается параллельно работающей рампой для подачи части топлива в коллектор.

К разработке аппаратуры MPI привела необходимость организации более эффективного горения в цилиндрах. Топливо попадает в смесь максимально близко к камере сгорания, эффективно распыляется и испаряется. Это позволяет работать на максимально обеднённых смесях, обеспечивая экономичность.

Точное компьютерное управление подачей создаёт возможность удовлетворить постоянно возрастающим нормам по токсичности. При этом аппаратные затраты относительно невелики, машины с MPI обходятся дешевле в производстве, чем с системами прямого впрыска. Выше и долговечность, а ремонт обходится меньшими затратами. Всем этим и объясняется подавляющее преобладание MPI в современных автомобилях, особенно бюджетных классов.