Электронные системы впрыскивания топлива.

Применение и принцип работы систем впрыскивания топлива.Пределом обеднения смеси является неравномерность распределения ее по цилиндрам. В двигателях с карбюраторным питанием неравномерность состава смеси может достигать 10-15%. Этот недостаток может быть устранен применением систем впрыскивания топлива. В этом случае улучшаются равномерность распределения топлива по цилиндрам, газодинамические характеристики впускного тракта, обеспечивается более высокий коэффициент наполнения цилиндров свежей горючей смесью, появляется возможность применения топлива с более низким октановым числом и т.д.

При применении систем впрыска топлива мощность двигателя повышается в среднем на 10-12 %, улучшается топливная экономичность, снижается токсичность отработавших газов.

Система электронного впрыска топлива включает в себя топливный насос с электроприводом и регулятор давления, поддерживающий постоянное давление в системе. Впрыск топлива во впускные каналы цилиндров осуществляется электромагнитными форсунками, время открытия которых зависит от давления во впускной системе двигателя и частоты вращения коленчатого вала

Рис. 3.18. Электромагнитная форсунка а – принцип работы, б – схема расположения форсунки на впускном газопроводе (коллекторе)

Принципиальная схема электромагнитной форсунки для впрыска топлива показана на рис. 3.18 а. В корпусе форсунки 1 расположены игольчатый клапан 2, нагруженный усилием мембраны 3, и соленоид 4.

Когда игла клапана прижата к седлу распылителя, поступающее из магистрали 7 топливо проходит через корпус форсунки на слив (через патрубок 9). В соответствии с электрическим сигналом от распределительного устройства 5 соленоид 4 освобождает мембрану 3, в этом случае сливной канал 9 закрывается, а игла клапана 2 под давлением топлива поднимается.

На выходе из сопла форсунки факел топлива 8 получает вращательное движение и впрыскивается в виде широкого конуса. Часть топлива, просочившееся между клапаном и корпусом, удаляется через отверстие 6 в сливную магистраль. Максимальный подъем иглы составляет 0,15…0,17 мм, а продолжительность иглы колеблется в пределах 1,5…6,5 миллисекунд (мс, 1/1000 секунды).

Расположение электромагнитной форсунки показано на рис. 3.18.б Форсунка закрепляется на впускном газопроводе (коллекторе) 13, а ее распыливающий конус 12 при впрыскивании топлива направлен в зону проходного отверстия впускного клапана 10.

Особенностью электронной системы впрыскивания топлива является то, что она функционирует во взаимосвязи с электронным блоком управления, а в качестве главного управляющего параметра для регулирования подачи топлива используется величина расхода воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Количества впрыскиваемого топлива зависит от скорости воздушного потока и его объема во впускном тракте.

Электронная система впрыска топлива является более дорогой в сравнении с карбюраторами, а также система впрыскивания топлива сложнее смеседозирующих систем карбюраторов из-за большого числа прецизионных механических элементов, электрических цепей и электронных устройств и требует более высокой квалификации пользователя в эксплуатации.

Современные система впрыскивания топлива.В настоящее время широкое распространение получили электронные системы, которые по способу впрыскивания классифицируются на 2 вида: распределенная и центральная.

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра отдельной форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание) или группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить безотказность впуска, ускорить прогрев и увеличить мощностные показатели двигателя, а также дают возможность применения газодинамического наддува, расширяют возможности применения различных микропроцессорных устройств, а также совершенствование механической системы питания и впускного газопровода.

Рис. 3.19 Схема (механической части) системы питания с распределенным впрыскиванием топлива

Механическая часть системы питания с распределенным впрыскиванием топлива и электронным управлением показана на схеме (рис. 3.19). Она включает в себя топливную рампу 3 (пустотелая балка) с выходным штуцером 2 для контрольного манометра давления топлива и штуцерами 6, 7 соответственно для подачи к рампе топлива и слива его излишков, регулятор 5 давления топлива, установленный на рампе, к которой крепятся также электромеханические форсунки 1, бензиновый бак 11 с установленным в нем электробензонасосом 12, топливопроводы 8 и 9, прикрепленные к кузову с помощью скобы 4.

Рампа крепится к головке блока со стороны впускных клапанов, а в ее топливную полость через подающий топливопровод 8 и штуцер 6 включен фильтр 10 тонкой очистки топлива. При этом регулятор 5 через штуцер 7 и сливной топливопровод 9 сообщается с баком 11 через электробензонасос 12.

Для обеспечения устойчивой работы насоса в бак должно быть залито не менее 4,5 л бензина, т.к. в противном случае могут происходить его перегрев и отказы в работе. Рабочее давление топливного насоса составляет 0,3…0,35 МПа, а производительность лежит в пределах 80-85 л/час. К механической части относится также нейтрализатор отработавших газов и система улавливания паров бензина (СУПБ).

При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного газопровода (коллектора). В этом случае конструкция двигателя не имеет существенных изменений. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемом двигателе. При центральном впрыскивании по сравнению с карбюратором обеспечиваются большая точность и стабильность дозирования топлива.

Система центрального впрыскивания применяется на двигателях небольшого рабочего объема (примерно до 1.7 л) и устанавливается на автомобилях не выше среднего потребительского класса.

Система распределенного впрыска топлива «L-Jetronic".В названии этой системы индекс L происходит от немецкого слова Luft – воздух, расход которого принят в качестве главного (командного) параметра при впрыскивании топлива. Автомобили, оборудованные системой подобного типа, обеспечивают выполнение европейских норм на токсичные выбросы и испарения при сохранении высоких ездовых качеств и низкого расхода топлива.

В указанной системе электрический топливный насос 1 (рис. 3.20) подает топливо из бака 3 через фильтры 2 в топливную рампу 4, в которой с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 13. Стабилизатор перепада давления поддерживает постоянное давление впрыскивания и обеспечивает возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок. Из рампы топливо поступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону проходных отверстий впускных клапанов. Количества впрыскиваемого топлива задается электронным блоком управления (ЭБУ) 6 в зависимости от объема, температуры и давления, поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя.

Рис. 3.20 Электронная система впрыскивания топлива «L-Jetronic»

В процессе работы система впрыскивания ЭБУ взаимодействуем также с датчиком – распределителем 17 системы зажигания (рис. 3.16).

Объем поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через измеритель 8 расхода воздуха (рис. 3.20) и впускной газопровод. Воздушный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорно-измерительную заслонку 7 измерителя расхода воздуха на определенный угол. При этом с помощью потенциометра (Потенциометр — прибор для определения ЭДС и напряжений компенсационным методом) электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подается в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдает импульсы управления моментом подачи топлива.

Электронная схема управления впрыскиванием топлива получает питание от аккумуляторной батареи 19 и начинает работать при включении зажигания и системы впрыскивания выключателем 20 (ключ зажигания).

Независимо от положения впускных клапанов форсунки впрыскивают топливо за 1 или 2 оборота коленчатого вала двигателя. Если впускной клапан в момент впрыскивания топлива форсункой закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Регулирование количества поступающего к цилиндрам двигателя воздуха производится дроссельной заслонкой 9, управляемой из салона педалью. В системе предусмотрен регулятор 18 расхода воздуха на холостом ходу, расположенный около дроссельной заслонки. Регулятор обеспечивает дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя.

По мере прогрева двигателя начиная с температуры охлаждающей жидкости 50º-70º С регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После этого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верхний обходной канал, сечение которого можно изменять регулировочным винтом 11, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода.

Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном газопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 13 зависит от времени, в течение которого открыт ее клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления впрыскивания топлива заключается в изменении (модуляции) электрического импульса, управляющего форсункой при поддержании постоянного перепада давления топлива.

Длительность импульсов управления временем впрыскивания топлива форсункой корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15. Введенный в систему датчик 14 кислорода обеспечивает поддержание необходимого состава горючей смеси.

На режимах полного режима дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси, что обеспечивается ЭБУ по информации от датчика 10 положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчика выдает импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

В датчике 10 положения дроссельной заслонки предусмотрена контактная пара, от замкнутого или разомкнутого состояния которой зависит отключение или включение топливоподачи в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1000 об/мин, и возобновляется при снижении частоты вращения до 800 об/мин.

С целью облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрено дополнительная пусковая форсунка 12, которая представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем.

Продолжительность открытия форсунки зависит от температуры охлаждающей жидкости в двигателе, фиксируемой датчиком 16.

Система центрального впрыскивания топлива.Типичным примером такого впрыска является система “Mono-Motronic” (рис. 3.21), которую устанавливают на двигателях небольшого рабочего объема автомобилей обычно малого класса.

Рис. 3.21. Электронная система впрыскивания топлива “Mono-Motronic”: 1 – катушка (катушки) зажигания, 2 – распределитель без контактного электронного зажигания, 3 – смесительная камера, 4 – регулятор холостого хода, 5 – диффузор с датчиком температуры, 6 – электромагнитная форсунка, 7 – регулятор давления топлива, 8 – датчик положения дроссельной заслонки, 9 – возвратный топливный клапан, 10 – топливный фильтр, 11 – емкость с активированным углем для сбора паров бензина (адсорбер), 12 – электрический топливный насос, 13 – электронный блок управления, 14 – разъем для диагностики, 15 – датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, 16 – датчик температуры охлаждающей жидкости, 17 – кислородный датчик

Конструктивно система включает в себя следующие основные устройства: электронный блок управления 13 на базе микропроцессора, смесительную камеру 3 с дроссельной заслонкой и установленным на ней датчиком 8, фиксирующим ее положение, электромагнитную форсунку 6, регулятор 7 давления топлива, электрический топливный насос 12, топливный фильтр 10, датчик 16 температуры охлаждающей жидкости, регулятор 4 частоты вращения в режиме холостого хода.

Действие регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу основано на изменении положения дроссельной заслонки или перепуска воздуха в обход дроссельной заслонки. После обработки информации от датчика частоты вращения коленчатого вала микропроцессор формирует управляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, например, шаговый микроэлектродвигатель, который воздействует на дроссельную заслонку или на клапан обходного канала.

Все системы центрального впрыскивания топлива имеют кислородный датчик 17 («лямбда-зонт»), позволяющий поддерживать в оптимальных соотношениях количество воздуха к топливу, обеспечивая оптимальный состав горючей смеси на всех режимах работы двигателя.

Основными отличительными особенностями данной системы центрального впрыскивания от рассмотренной ранее системы впрыскивания «L-Jetronic» (см. рис. 3.20) являются отсутствие распределенного (отдельно для каждого цилиндра) впрыскивания топлива; процесс топливоподачи происходит с помощью центрального отсека (модуля), в котором установлена одна электромагнитная форсунка 6 (см. рис. 3.21),обеспечивающая впрыскивание топлива; регулировка подачи топливовоздушной смеси дроссельной заслонкой, а также распределение ее по цилиндрам двигателя происходит по принципу работы карбюраторной системы.

В этой системе отсутствует датчик массового расхода воздуха, но в диффузоре 5 установлен датчик поступающего воздуха, которого нет в системе распределенного впрыскивания. Состав и порядок действия остальных устройств центральной системы впрыскивания во многом подобны рассмотренной выше системе распределенного впрыскивания топлива.

Комплексные системы управления двигателем. Автомобили с электронной системой впрыскивания оснащены комплексной системой управления двигателем (КСУД). Такие системы предназначены для выработки оптимального состава рабочей смеси, подачи топлива через форсунки в цилиндры двигателя, а также его своевременного воспламенения. Примерная структурная схема КСУД показана на рис. 3.22

Основным элементом блока управления является микропроцессор, который производит обработку всех данных. Управлением работой двигателя с помощью КСУД достигается более экономичная работа двигателя при повышении его мощностных показателей, а также выполнение норм по токсичности отработавших газов

Рис. 3.22 Примерная структурная схема комплексной системы управления двигателем

На карбюраторах грузовых автомобилей устанавливают ограничители максимальной частоты вращенияколенчатого вала. Сущность ограничителя заключается в том, что он перекрывает подачу топлива в карбюратор при достижении двигателем максимально допустимых оборотов. На легковых автомобилях ограничители не устанавливаются, но водитель должен следить за частотой вращения коленчатого вала двигателя по тахометру, не допуская перехода стрелки прибора в красный сектор.