Системы распределенного впрыска топлива: устройство и принципы работы

Системы распределенного впрыска топлива впускного коллектора играют ключевую роль в современном двигателестроении. Основными факторами, определяющими конструкцию этих систем, являются строгие требования к снижению уровня вредных выбросов и минимизации расхода топлива. В двигателях, работающих по циклу Отто (Otto engines), топливо подается через электромагнитные форсунки непосредственно в каналы впускного коллектора каждого цилиндра. Такая конфигурация позволяет достичь высокой точности дозирования топливовоздушной смеси.

Рис. 12-8. Система распределенного впрыска во впускной коллектор

Снижение токсичности выхлопных газов требует реализации сложных алгоритмов управления, выходящих за рамки простых функций впрыска и зажигания. Применяемые меры зависят от экологических стандартов, исходного уровня выбросов двигателя и весовой категории транспортного средства. Например, для ускоренного прогрева каталитического нейтрализатора используется система вторичной подачи воздуха (secondary air injection) в сочетании с поздним углом опережения зажигания. Внедрение таких технологий существенно усложняет архитектуру ЭБУ за счет увеличения количества датчиков и исполнительных механизмов.

Современные системы управления двигателем (Engine Control Systems) обладают рядом специфических функциональных особенностей. К ним относится управление нагрузкой на основе крутящего момента с использованием электронной дроссельной заслонки (Electronic Throttle Control — ETC). Также применяются модельно-ориентированные функции для определения наполнения коллектора на основе данных от датчика массового расхода воздуха (HFM) или датчика давления. Непрерывное регулирование фаз газораспределения на впуске и выпуске оптимизирует газообмен на всех режимах работы.

Важным элементом является активный датчик положения распределительного вала, обеспечивающий быструю синхронизацию системы при пуске двигателя. Для предотвращения детонации используется селективный контроль по цилиндрам на основе датчиков вибрации, установленных на блок-картере. Это позволяет оптимизировать момент зажигания для достижения максимальной мощности при минимальном расходе. Система также управляет клапанами вентиляции топливного бака для регенерации адсорбера с активированным углем в процессе эксплуатации.

Точное поддержание состава смеси осуществляется с помощью датчиков кислорода, известных как Лямбда-зонды (lambda sensors). Первый датчик устанавливается перед катализатором для основной коррекции, а второй — после него для тонкой подстройки. Полный контроль за компонентами, влияющими на экологию, осуществляет система бортовой диагностики (Onboard Diagnosis — OBD). При проектировании топливных рамп особое внимание уделяется исключению перегрева топлива, чтобы предотвратить образование паровых пробок после остановки двигателя.

Различают две основные конструктивные схемы топливных систем. Первая — это система с обратной магистралью, где регулятор давления расположен непосредственно на топливной рампе. Одна сторона диафрагмы регулятора соединена с впускным коллектором для поддержания постоянного перепада давления. Это делает количество впрыскиваемого топлива независимым от разрежения в коллекторе при фиксированном времени открытия форсунки.

Рис. 12-9. Конструкция системы распределения топлива с обратной магистралью

Преимущества системы с «обраткой» включают в себя отличную динамику регулирования давления и надежный горячий пуск за счет циркуляции прохладного топлива из бака. Однако существенным недостатком является нагрев топлива в самом баке (до 10 К выше, чем в безвозвратных системах). Это приводит к повышенному испарению углеводородов и увеличивает нагрузку на угольный адсорбер. Для устранения этих проблем были разработаны безвозвратные топливные системы.

Безвозвратные системы характеризуются интеграцией топливного насоса и регулятора давления непосредственно в топливный модуль внутри бака. Такая компоновка снижает производственные затраты и минимизирует количество топливных магистралей. В данной схеме излишки топлива не подаются в подкапотное пространство, что исключает их термическое воздействие на содержимое бака. ЭБУ корректирует время впрыска, опираясь на стабильное давление в системе, составляющее около 350 кПа (3,5 бар ±0,5 бар).

Рис. 12-10. Схема безвозвратной системы распределения топлива

Для минимизации пульсаций давления в рампе, которые могут привести к погрешностям в дозировании, в безвозвратных системах применяются специальные демпферы пульсаций. Эти устройства сглаживают гидравлические удары, возникающие при циклической работе форсунок. Современные системы распределенного впрыска представляют собой высокотехнологичный комплекс, обеспечивающий баланс между мощностью, экономичностью и экологической безопасностью автомобиля.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Ричард ван Бассхейзен, Фред Шефер

Источник: Руководство по двигателям внутреннего сгорания

Данные публикации будут полезны студентам автотехнических и машиностроительных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам в области двигателестроения, специалистам по ремонту и обслуживанию ДВС, а также всем, кто интересуется современными технологиями газораспределительных механизмов.