Общее устройство систем впрыскивания

Рис. 6.3. Система L-Jetronic:

1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос;

3 - топливный фильтр; 4 - электронный блок управления;

5 - форсунка; 6 – топливная рампа с регулятором давления топлива;

7- впускной трубопровод; 8,.- клапан холодного пуска; 9 - датчик положения дроссельной заслонки; 10- датчик расхода воздуха; 11 - датчик кислорода (л-зонд);

12 - терморе­ле; 13 - датчик температуры двигателя;

14 - датчик-распределитель систе­мы зажигания; 15 - регулятор добавочного воздуха (регулятор холостого хода); 16- аккумуляторная батарея;

17 - выключатель зажигания

Рассмотрим устройство некоторых ЭСАУ двигателем, получивших широкое распространение. Ведущим производителем систем впры­ска бензиновых двигателей является фирма Bosch, начавшая раз­работку таких систем в 1912 г.

Первая модификация электронной системы L-Jetronic появилась в 1973 г. - это система распределенного нефазированного впрыска топлива рис. 6.3. Топливо из бензобака 1 электрическим топливным насосом 2 через топливный фильтр 3 подается под давлением 250 кПа в топливную рампу и распределяется по форсункам 5. На конце топливной рампы расположен регулятор давления топлива, который поддерживает разность давления в топливной рампе и впускном коллекторе на постоянном уровне 0,5 атм. Таким образом, количество подаваемого топлива однозначно определяется дли­тельностью открытия форсунки. Остатки топлива возвращаются в бак по сливной магистрали. В БУ 4 поступают сигналы от датчика расхода воздуха 10, датчика положения дроссельной заслонки 9 по которым определяет нагрузка двигателя. Датчик положения дрос­сельной заслонки позволяет различать режим холостого хода и полной нагрузки. Информация о частоте вращения коленчатого ва­ла двигателя поступает от датчика-распределителя системы зажи­гания. Для обогащения смеси при пуске холодного двигателя ис­пользуется клапан холодного пуска 8, который управляется термо­реле 12. Термореле обеспечивает работу клапана при темпе­ратуре -20°С. Датчик температуры двигателя 13 подключенный к БУ позволяет обогащать смесь на режиме прогрева двигателя.

Управление частотой вращения на режиме холостого хода осу­ществляется регулятором добавочного воздуха 15 с заслонкой управляемой биметаллической пластиной.

При комплектовании системы каталитическим нейтрализатором для корректировки качества рабочей смеси используется датчик кислорода 11.

Система L3-Jetronic (рис. 6.4) является модификацией пред­ставленной системы. Основное отличие от L-Jetronic - БУ выпол­ненный в одном корпусе с датчиком расхода воздуха и располо­женный в моторном отсеке.

В системе используется алгоритмы диагностики датчиков и «усеченного» режима работы. В системе отсутствует клапан холод­ного пуска и термореле. Обогащение смеси при пуске холодного двигателя осуществляется увеличением подачи топлива через ос­новные форсунки.

Рис. 6.4. Система L3-Jetronic:

1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр;

4 - форсунка; 5 - топливная рампа; 6 - регулятор давления топ­лива;

7- впускной трубопровод; 8-датчик положения дроссельной за­слонки;

9 - датчик расхода воздуха; 10 -электронный блок управления;

11 - датчик кислорода (Х-зонд); 12 - датчик температуры двигателя;

13 - датчик-распределитель системы зажигания;

14 - регулятор добавоч­ного воздуха (регулятор холостого хода);

15- аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания

отношения времени включения электродвигателя в различных направлениях.

В системе LH-Jetronic (рис. 6.5) для определения нагрузки двига­теля используется датчик массового расхода воздуха термоанемо-метрического типа. В отличие от датчика системы L-Jetronic, опре­деляющего объем проходящего воздуха этот датчик определяет непосредственно массу воздуха, и не требует дополнительной кор­ректировки по его плотности.

Для регулировки частоты вращения коленчатого вала на холо­стом ходу в системе LH-Jetronic используется поворотный клапан с приводом от реверсивного электродвигателя (трехпроводной). БУ периодически переключает направление вращения электродвига­теля, что предотвращает заброс клапана в любую из

крайних пози­ций. Требуемое положение клапана регулируется изменением соотношения времени включения электродвигателя в различных направлениях.

Рис. 6.5. Система LH-Jetronic:

1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3- топливный фильтр;

4 - электронный блок управления; 5- форсунка; 6- топливная рампа; 7- регулятор давления топлива; 8- впускной трубопровод; 9-датчик положения дроссельной заслонки;

10- датчик массового расхода воздуха; 11 - датчик кислорода (А-зонд);

12 - датчик температуры двига­теля; /3 - датчик-распределитель системы зажигания;

14 - поворотный регулятор холостого хода; 15- аккумуляторная батарея;

16- выключатель зажигания

В 1982 г. фирмой Bosch была предложена система KE-Jetronic (рис. 6.6), прототипом которой явилась гидромеханическая система K-Jetronic, дополненная электронным блоком управления и датчи­ком кислорода. В БУ поступают сигналы о положении паруса рас­ходомера, крайних положениях дроссельной заслонки, частоте вращения двигателя, температуре охлаждающей жидкости и со­держании кислорода в отработавших газах. Воздействие БУ на со­став рабочей смеси осуществляется с помощью электрогидравли­ческого управляющего устройства закрепленного на дозаторе-распределителе топлива (рис. 6.7). Так для обогащения смеси по сигналу от БУ управляющая пластина 11 закрывает выпускной ка­нал 12 тем самым, снижая давление в нижних камерах дифферен­циального клапана 8.

Мембраны 9 прогибаются вниз, и количество топлива поступающего к форсункам 4 увеличивается. Управляющее устройство сконструировано таким образом, что при выходе из строя цепи электромагнита будет обеспечиваться стехиометрический состав смеси и двигатель сохранит работоспособность.

Рис. 6.6. Система KE-Jetronic:

1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3- топливный аккумулятор;

4-топливный фильтр; 5- регулятор начального давления;

6- форсунка; 7- впускной трубопровод; 8- клапан холодного пуска;

9- дозатор-распределитель топлива; 10- датчик расхода воздуха;

f1 - электрогидравлическое управляющее устройство; 12 - датчик кисло­рода

(Х-зонд); 13-термореле; 14-датчиктемпературы двигателя;

15 - датчик-распределитель системы зажигания; 16 - регулятор добавоч­ного воздуха

(регулятор холостого хода); 17- электронный блок управле­ния;

18- датчик положения дроссельной заслонки; 19 -аккумуляторная батарея;

20 - выключатель зажигания

Рис. 6.7. Дозатор топлива системы KE-Jelronic

со встроенным электрогид­равлическим управляющим устройством:

1 - парус расходомера; 2 - дозатор-распределитель топлива;

3 - поступ­ление топлива от регулятора начального давление;

4 - подача топлива к форсункам; 5- возврат топлива в регулятор начального давления;

6 -жиклер; 7- верхняя камера дифференциального клапана; 8 - нижняя камера дифференциального клапана; 9-диафрагма;

10 - регулятор дав­ления; 11-управляющая пластина; 12- выпускной канал;

13-электро­магнит; 14 - воздушный зазор

Появившаяся в 1983 г. недорогая система центрального впрыска Mono-Jetronic получила широкое распространение, в том числе и на компактных автомобилях. Эта система имеет всего одну топливную форсунку, расположенную перед дроссельной заслонкой (рис. 6.8).

Качество смеси задается длительностью импульса открытия фор­сунки. Топливо в системе Mono-Jetronic подается под более низким давлением, нежели в описанных выше системах - около 0,1 МПа.

Измерения расхода воздуха система Mono-Jetronic не произво­дит. Необходимое количество топлива вычисляется по положению дроссельной заслонки и частоте вращения коленчатого вала. Элек­тронный блок управления обрабатывает информацию от потенциометрического датчика положения дроссельной заслонки, датчи­ка-распределителя системы зажигания, датчиков температуры воз­духа и охлаждающей жидкости, а также датчика кислорода.

Топливно-воздушная смесь обогащается при холодном пуске и прогреве двигателя увеличением длительности цикла топливоподачи. Минимальная частота вращения в режиме холостого хода поддерживается путем изменения положения дроссельной заслон­ки с помощью шагового электродвигателя.

При средних нагрузках и прогретом двигателе подача топлива корректируется обратной связью по датчику кислорода.

Полное открытие дроссельной заслонки переводит БУ в режим обогащения рабочей смеси. Для обеспечения приемистости авто­мобиля БУ определяет ускорение перемещения педали управления дроссельной заслонкой и адекватно изменяет подачу топлива.

В режиме принудительного холостого хода система Мопо-Jetronic работает по общепринятой схеме.

Для ограничения выделения углеводородов (СН) из топливного бака в Mono-Jetronic используется система улавливания паров бен­зина, к которой относятся емкость с активированным углем - ад­сорбер 11 и электромагнитный клапан продувки адсорбера 10. Па­ры бензина из топливного бака поступают в адсорбер. При работе двигателя БУ открывает клапан продувки адсорбера и накопившие­ся пары топлива удаляются во впускной трубопровод. БУ регулиру­ет степень продувки адсорбера в зависимости от режима работы двигателя.

Рис. 6.8. Система Mono-Jetronic:

1 -топливный бак; 2 - электрический топливный насос;

3-топливный фильтр; 4 - регулятор давления топлива; 5- форсунка;

6- датчик темпе­ратуры воздуха; 7- электронный блок управления;

8- электропривод дроссельной заслонки (регулятор холостого хода);

9- потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки;

10- клапан продувки ад­сорбера; 11 - угольный адсорбер;

12 -датчик кислорода (Х-зонд); 13 - датчик температуры двигателя;

14- датчик-распределитель системы зажигания;

15 - аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания;

17- реле; 18-диагностический разъем; 19-устройство центрального впрыска

К комплексным системам управления двигателем, применяю­щимся на большинстве современных автомобилей, относятся сис­темы семейства Motronic. Основная функция всех систем Motronic -согласованное управление зажиганием и впрыском топлива. При­нятие законодательных требований к снижению вредных эмиссий и расхода топлива расширяет базовые функции системы Motronic и делает необходимым контроль всех компонентов влияющих на со­став отработавших газов.

Система Motronic обеспечивает:

- регулировку частоты вращения холостого хода;

- поддержание стехиометрического состава смеси по сигналу датчика кислорода;

- управление системой улавливания паров топлива;

- регулирование угла опережения зажигания по сигналу датчика детонации;

- рециркуляцию отработавших газов для снижения эмиссии ок­сидов азота (NOx);

- управление системой подачи вторичного воздуха для сниже­ния эмиссии углеводородов (СН);

- поддержание заданной скорости движения (круиз-контроль).
При более высоких требованиях система может дополняться

функциями:

- управление турбонагнетателем, а также изменением конфигу­рации впускного тракта для повышения мощности двигателя;

- управление фазами газораспределения для снижения токсич­ности отработавших газов, расхода топлива и повышения мощно­сти двигателя;

- детонационное регулирование, ограничение частоты вращения и скорости для защиты двигателя и автомобиля.

Система Motronic поддерживает работу блоков управления дру­гих систем автомобиля. Так совместно с БУ автоматической короб­кой передач посредством снижения крутящего момента двигателя при изменении передачи обеспечивается предохранение коробки передач. Взаимодействуя с антиблокировочной (АБС) и противо-буксовочной (ПБС) системами Motronic создает повышенную безо­пасность при езде. Современные требования к противоугонным автомобильным системам делают необходимым интеграцию БУ двигателем и иммобилайзера.

Одной из последних разработок фирмы Bosch является система ME-Motronic (рис. 6.9). ME-Motronic сочетает в себе систему рас­пределенного фазированного впрыска топлива в зону впускных клапанов и систему зажигания с низковольтным распределением и индивидуальными катушками.

Определение частоты вращения коленчатого вала и синхрони­зация системы осуществляется по сигналу индукционного датчикаположения коленчатого вала 14. Для определения такта впуска в каждом цилиндре, что необходимо при организации фазированно­го впрыска топлива и зажигания, используется датчик положения распределительного вала - фазовый дискриминатор 7.

Для расчета нагрузки двигателя используется пленочный датчик массового расхода воздуха 10, датчик давления во впускной трубе 4, и датчик положения дроссельной заслонки. Основным отличием системы является отсутствие жесткой механической связи междудроссельной заслонкой и педалью, ею управляющей. Положение педали управления дроссельной заслонкой определяется с помо­щью двух закрепленных на ней потенциометров 23. БУ устанавли­вает дроссельную заслонку 11 в оптимальное положение в зависи­мости от нагрузки и других параметров двигателя.

В системе используется два датчика кислорода 16. Установка дополнительного датчика после каталитического нейтрализатора повышает надежность работы обратной связи по содержанию ки­слорода, так как этот датчик лучше защищен от загрязнения отра­ботавшими газами. Кроме того, наличие второго датчика позволяет системе проводить самодиагностику основного датчика стоящего перед нейтрализатором.

Рис. 6.9. Система ME-Motronic:

1 - угольный адсорбер; 2- отключающий клапан; 3- клапан продувки ад­сорбера;

4 - датчик давления во впускном коллекторе; 5-топливная рам­па с форсунками;

6- свеча зажигания с индивидуальной катушкой; 7- фазовый дискриминатор;

8- насос вторичного воздуха; 9- клапан вторичного воздуха; 10- пленочный датчик массового расхода воздуха; 11 -модуль дроссельной заслонки; 12 - клапан рециркуляции;

13- датчик детонации; 14 - датчик положения коленчатого вала;

15-датчик темпера­туры двигателя; 16- датчик кислорода (Х-зонд);

17- электронный блок управления; 18- диагностический интерфейс;

19- аварийная лампа; 20- к иммобилайзеру; 21 –датчикдавления в бензобаке;

22- погружной элек­трический топливный насос; 23- модуль педали управления дроссельной заслонкой; 24 – аккумулятор

БУ ME-Motronic имеет интерфейс последовательной передачи данных (CAN) для взаимодействия с БУ других систем автомобиля.

На базе системы ME-Motronic фирма Bosch разработала систе­му непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя MED-Motronic (рис. 6.10). В сравнении с традиционными системами впрыска бензиновых двигателей, системы непосредственного впрыска позволяют снизить расход топлива до 20% и уменьшить выбросы оксидов углерода.

Как и впрыск во впускной коллектор, непосредственный впрыск под высоким давлением спроектирован как система с топливной рампой - аккумулятором давления. В подобных системах топливо может быть непосредственно впрыснуто в цилиндр в любой момент времени с помощью электромагнитных форсунок.

Масса поступающего воздуха может свободно регулироваться с помощью электронного модуля дроссельной заслонки. Точное из­мерение массы всасываемого воздуха выполняется с помощью пленочного датчика расхода воздуха.

Состав топливовоздушной смеси контролируется датчиками ки­слорода в выпускной системе, расположенными перед и после ка­талитического нейтрализатора.

Электрический топливоподкачивающий насос и регулятор дав­ления, расположенные в бензобаке, обеспечивают подачу топлива под давлением 0,35 МПа к топливному насосу высокого давления.

Задача насоса высокого давления состоит в увеличении давле­ния топлива с исходных 0,35 МПа до 12 МПа, после чего топливо поступает в топливную рампу. На топливной рампе расположен ре­гулятор давления, который поддерживает давление в системе во всем диапазоне работы двигателя независимо от количества впры­скиваемого топлива и производительности насоса.

При малой нагрузке двигатель работает с неоднородной смесью с большим избытком воздуха. Поздний впрыск, прямо перед подачей искры, позволяет создать в зоне свечи область богатой топливовоздушной смеси, в то время как остальной объем цилиндра запол­няет смесь воздуха и оставшихся отработавших газов. Благодаря этому расслоению заряда, достигается работа двигателя на очень бедной смеси, кроме того, даже при малых нагрузках дроссельная заслонка остается открытой, что уменьшает потери на газообмен.

При повышении нагрузки увеличивается и количество впрыски­ваемого топлива, неоднородное облако смеси становится все бо­лее богатым. Это может вызвать увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, особенно выбросов сажи. Поэтому на высоких нагрузках двигатель переводится на работу на гомоген­ной смеси.

Во время перехода между этими режимами для стабилизации момента необходимо контролировать количество впрыскиваемого топлива, поступающего воздуха и угол опережения зажигания. Та­кое управление моментом возможно благодаря использованию электроуправляемой дроссельной заслонки, как и в системе ME-Motronic. Дроссельная заслонка должна быть закрыта вплоть до фактического переключения режима работы с неоднородной на гомогенную смесь.

Особенностью системы непосредственного впрыска является об­разование оксидов азота (NOx), содержание которых в условиях из­бытка кислорода не может быть уменьшено с использованием тра­диционного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Для уменьшения содержания NOx в выхлопе используется специальный каталитический нейтрализатор аккумулирующего действия.

Рис. 6.10. Система непосредственного впрыска топлива MED-Motronic:

1 - топливо под высоким давлением; 2- топливная рейка (аккумулятор давления);

3-форсунка; 4-свеча зажигания с индивидуальной катушкой;

5-фазовый дискриминатор; 6-датчик давления топлива; 7-датчик де­тонации;

8-датчик положения коленчатого вала; 9-датчиктемпературы двигателя;

10- датчик кислорода (перед катализатором); 11 - трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; 12-датчиктемпературы выхлоп­ных газов;

13 - NOx каталитический нейтрализатор;

14 - датчик кислорода(после нейтрализатора)