История создания системы непосредственного впрыска

Система питания обеспечивает двигатель свежим зарядом в правильном соотношении бензина и воздуха для воспламенения этой смеси. Изначально топливо-воздушную смесь в бензиновом двигателе готовил и распределял карбюратор. Благодаря его конструкции и системам можно управлять количеством оборотов и мощностью двигателя.

Но со временем от карбюратора стали отказываться, заменяя его другими системами питания, способными уменьшить расход топлива и увеличить мощность. Эти системы впрыскивают под давлением во впускной коллектор, перед впускным клапаном или прямо в цилиндр необходимое количество топлива для определённого режима двигателя опираясь на показания физических и химических характеристик, выдаваемых двигателем.

Про такую систему будет описано дальше.

1 История создания системы непосредственного впрыска

Изобретателем системы непосредственного впрыска принято считать французского инженера и автопромышленника Леона Левассора. Он установил первую систему подобного рода на авиационный двигатель V8 в качестве экспериментальной, с целью решить основную проблему самолетных двигателей внутреннего сгорания – нарушения работы впрыска в момент переворота аэроплана. В 1907 году этим двигателем был оснащен моноплан Antoinette VII.

Первую автомобильную систему непосредственного впрыска разработала компания Bosch, а установлена она была впервые на автомобили ныне несуществующих немецких марок Goliath и Gutbrod в 1952 году.

В семидесятые годы, побуждаемая топливным кризисом, американская компания AMC занялась разработкой собственной системы непосредственного впрыска, которой впоследствии оснащали двигатели одноименных автомобилей. Система называлась SCFI. Примерно в те же годы концерн Ford выпустил на рынок собственную разработку под названием ProCo.

В современном автопроме первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году

Системы обладали рядом недостатков, и после окончания кризиса интерес к непосредсвенному впрыску снизился. Следующая волна разработок пришлась на середину девяностых.

Первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году, установив систему GDI на четырехцилиндровый двигатель 4G93 автомобиля Galant.

В 2000 году появилась, вероятно, наиболее известная в наши дни система непосредственного впрыска FSI концерна Volkswagen-Audi group

Toyota выпустила собственную систему D4 на внутренний рынок Японии в 1998 году. В 1999 была представлена система IDE компании Renault.

В 2000 году появилась система FSI (и TFSI в случае установки на двигатель турбины) концерна Volkswagen-Audi group.

В дальнейшем в том или ином виде свои системы представили все крупнейшие мировые производители. Непосредственный впрыск остается крайне актуальной темой в связи с интересом к экономии и жестким экологическим нормам в современном автомобилестроении.

2 Назначение системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска топлива служит для подачи в цилиндр необходимого количества бензина для точного смесеобразования. Это нужно для управления двигателем, его оборотами, экономичностью и мощностью.

Наглядное описание системы в действии представлено в соответствии с рисунком 1

Рисунок 1 – Описание системы в действии

Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и уменьшение выброса вредных веществ.

При этом должны быть получены следующие результаты:

1 снижение благодаря экономии топлива затрат на эксплуатацию автомобиля и получение налоговых льгот для автомобилей с низкими выбросами вредных веществ,

2 снижение загрязнения среды обитания вредными веществами,

3 экономия сырьевых ресурсов.

4 Дальнейшая разработка различных способов сжигания бедных смесей прекращена в пользу создания двигателей с непосредственным впрыском.

3 Принцип работы системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

Ø стехиометрическое гомогенное;

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Наглядный пример послойного смесеобразования представлен в соответствии с рисунком 2

Рисунок 2 – Послойное смесеобразование

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания.

Наглядный пример гомогенного стехиометрического смесеобразования представлен в соответствии с рисунком 3

Рисунок 3 – Гомогенное стехиометрическое смесеобразование

Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%.

Наглядный пример гомогенного смесеобразования представлен в соответствии с рисунком 4

Рисунок 4 – Гомогенное смесеобразование

4 Состав и назначение компонентов

4.1 Электронный блок управления двигателем

(Engine Control Unit, ECU) является основным конструктивным элементом системы управления двигателем. Он принимает информацию от множества входных датчиков, обрабатывает ее в соответствии с определенным алгоритмом и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства различных систем двигателя. Применение электронного регулирования позволяет оптимизировать основные параметры работы двигателя для различных режимов работы: мощность, крутящий момент, расход топлива, состав отработавших газов и др.

Конструктивно электронный блок управления двигателем объединяет аппаратное и программное обеспечение. Аппаратное обеспечение включает ряд электронных компонентов, основным из которых является микропроцессор. Аналоговые сигналы (как правило, изменение напряжения) ряда датчиков преобразуются в цифровые сигналы, понятные микропроцессору, с помощью аналого-цифрового преобразователя. В ряде случаев электронный блок управления должен обеспечить аналоговые управляющие воздействия, которые реализуются с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Программное обеспечение ECU объединяет два вычислительных модуля – функциональный и контрольный. Функциональный модуль получает сигналы от датчиков, производит их обработку и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства. Контролирующий модуль проверяет выходные сигналы и при необходимости производит их корректировку, вплоть до остановки двигателя.

Современные блоки управления двигателем являются программируемыми электронными устройствами, т.е. при необходимости могут быть перепрограммированы пользователем. Потребность в перепрограммировании возникает при внесении изменений в конструкцию двигателя (тюнинг двигателя) – установка турбокомпрессора, интеркулера, оборудования для работы на альтернативных видах топлива, изменения в выпускной системе.

Электронный блок управления двигателем может выполнять следующие функции:

Ø управление впрыском топлива;

Ø регулирование положения дроссельной заслонки, в.т.ч. на холостом ходу;

Ø управление зажиганием;

Ø регулирование состава отработавших газов;

Ø управление фазами газораспределения;

Ø регулирование температуры охлаждающей жидкости.

Обмен данными производится посредством CAN-шины (Controller Area Network), объединяющей отдельные блоки управления в общую систему.

Управление двигателем по величине крутящего момента

Система управляет двигателем по величине крутящего момента. Это означает, что крутящий момент двигателя приводится в соответствие с отдельными потребностями в нем, которые выявляются, обрабатываются и суммируются.

Потребности в крутящем моменте возникают в соответствии с внутренними затратами двигателя:

Ø на преодоление сопротивлений при пуске,

Ø на нагрев нейтрализатора,

Ø на поддержание холостого хода,

Ø при ограничении мощности,

Ø при ограничении частоты вращения,

Ø при регулировании смеси по сигналам датчика кислорода;

С отдаваемой мощностью:

Ø на привод автомобиля по желанию водителя,

Ø на вращение первичного вала автоматической коробки передач в процессе ее переключения,

Ø на торможение автомобиля (при работе противобуксовочной системы и при торможении двигателем),

Ø на привод компрессора кондиционера,

Ø на привод автомобиля под контролем системы регулирования скорости.

После расчетного определения требуемого крутящего момента двигателя осуществляется его изменение одним из двух способов:

Первый способ заключается в изменении наполнения цилиндров. Он применяется для относительно медленного изменения крутящего момента. При работе на послойных смесях этот способ малоэффективен, так как при этом дроссельная заслонка должна быть возможно больше открыта для снижения потерь на дросселирование.

Второй способ используется для быстрого изменения крутящего момента и действует независимо от величины наполнения. При работе на послойных смесях крутящий момент изменяется в результате регулирования подачи топлива, а при работе на гомогенных бедных и стехиометрических смесях его изменение вызывается смещением момента зажигания.

Наглядное распределение крутящего момента представлено в соответствии с рисунком 5

Рисунок 5 – Распределение крутящего момента

Реализация крутящего момента при непосредственном впрыске топлива

Блок управления двигателем рассчитывает величину требуемого крутящего момента, суммируя внутренние потери с внешними потребностями в нем, и обеспечивает его реализацию. При работе двигателя на послойных смесях требуемый крутящий момент получается за счет впрыска соответствующего ему количества топлива. При этом наполнение двигателя имеет второстепенное значение, так как дроссельная заслонка открывается возможно больше, чтобы снизить потери на дросселирование. Из-за поздней подачи топлива опережение зажигания также не оказывает большого влияния на величину крутящего момента.

Реализация крутящего момента при послойном смесеобразовании представлена в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 – Реализация крутящего момента при послойном смесеобразовании

Реализация крутящего момента при работе двигателя на бедной и стехиометрической гомогенных смесях представлена в ссответствии с рисунком 7. При работе двигателя на этих смесях быстрое изменение крутящего момента производится за счет смещения момента зажигания, а относительно медленное, но долговременное его изменение осуществляется путем регулирования наполнения цилиндров воздухом. Коэффициент избытка воздуха бедной смеси равен 1,55, а стехиометрической _ 1,0, поэтому количество впрыскиваемого топлива определяется поступающей в цилиндры массой воздуха. При этом регулирование крутящего момента только за счет изменения подачи топлива не производится.

Рисунок 7 – Реализация крутящего момента при работе двигателя на бедной и стехиометрической гомогенных смесях

4.2 Впускная система

Компоненты системы впуска:

1 Пленочный измеритель массового расхода воздуха с датчиком температуры воздуха на впуске для более точного определения нагрузки двигателя.

2 Датчик давления во впускном трубопроводе для расчета количества перепускаемых отработавших газов.

3 Система заслонок во впускных каналах для целенаправленного управления потоками воздуха на входе в цилиндры двигателя.

4 Электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов с увеличенными проходными сечениями для перепуска большего количества газов.

5 Датчик давления для регулирования разрежения в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода.

6 Блок управления дроссельной заслонкой.

7 Клапан продувки адсорбера.

8 Блок управления системой Motronic.

Схема системы впуска представлена в соответствии с рисунком 8.

Рисунок 8 – Схема системы впуска

Электропривод дроссельной заслонки для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяется в обязательном порядке. Этот привод позволяет управлять дроссельной заслонкой независимо от положения педали акселератора и открывать ее при переходе на режимы с использованием послойного смесеобразования и применения бедной гомогенной смеси. Такой способ управления двигателем обеспечивает его работу практически без потерь на дросселирование. То есть двигатель не должен расходовать энергию на преодоление сопротивлений потоку всасываемого воздуха, что выражается в снижении расхода топлива.

При использовани послойного смесеобразования величина крутящего момента двигателя определяется количеством впрыскиваемого топлива. При этом дроссельная заслонка открыта почти полностью. Она прикрывается только настолько, чтобы обеспечить разрежение для продувки адсорбера, для перепуска отработавших газов и для создания необходимого разрежения в вакуумном усилителе тормозного привода.

При работе двигателя на гомогенных бедной и стехиометрической смесях крутящий момент двигателя зависит от угла опережения зажигания и количества поступающего в цилиндры двигателя воздуха. При этом дроссельная заслонка открывается соответственно с требуемым крутящим моментом.

Принцип действия привода дроссельной заслонки представлен в соответствии с рисунком 9.

Рисунок 9 – Принцип действия привода дроссельной заслонки

Схема системы впускных заслонок представлена в соответствии с рисунком 10.

Заслонки служат для управления потоками воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, в зависимости от режимов работы двигателя.

Рисунок 10 – Схема системы впускных заслонок

Работа двигателя с закрытыми впускными заслонками представлена в соответствии с рисунком 11.

При работе двигателя на послойных и бедных гомогенных смесях, а также на некоторых режимах с использованием гомогенных смесей стехиометрического состава заслонки перекрывают нижние части впускных каналов, расположенных в головке цилиндров. При этом воздух проходит в цилиндры только через верхние части впускных каналов. Форма верхней части впускного канала подобрана таким образом, чтобы впускаемый в цилиндр воздух закручивался на входе в него. Помимо этого повышенная скорость проходящего через зауженный канал воздуха способствует смесеобразованию.

Рисунок 11 – Работа двигателя с закрытыми впускными заслонками

Реализуются два преимущества:

Ø При послойном смесеобразовании вихревое движение воздуха обеспечивает перенос топлива к свече зажигания. Образование смеси осуществляется в процессе этого движения.

Ø Вихревое движение воздуха создает условия для образования гомогенных бедной и стехиометрической смесей. Благодаря ему повышается воспламеняемость и достигается стабильное горение бедных смесей.

Работа двигателя с открытыми впускными заслонками представлена в соответствии с рисунком 12

При работе двигателя на режимах с высокой нагрузкой и при высоких частотах вращения воздушные заслонки открыта и воздух проходит в цилиндры через обе части впускных каналов. Большое сечение впускного канала обеспечивает наполнение цилиндра, необходимое для получения высокой мощности и крутящего момента.

Рисунок 12 – Работа двигателя с открытыми впускными заслонками

Потенциометр служит для определения положения впускных заслонок. Его сигналы передаются на вход блока управления двигателем. Это необходимо, так как положение впускных заслонок влияет на воспламеняемость смеси, содержание отработавших газов в ней и на колебания воздуха во впускной системе. Так как положение впускных заслонок влияет на выброс вредных веществ, оно должно контролироваться системой бортовой диагностики.

Клапан управления впускными заслонками соединяет вакуумный привод (впускных заслонок) с вакуумным ресивером по командам блока управления двигателем. Открытие клапана приводит к закрытию впускных заслонок посредством вакуумного привода.

Измеритель расхода воздуха и датчик температуры расположены в общем корпусе, установленном во впускном тракте перед блоком дроссельной заслонки. Для точного измерения расхода воздуха по массе применяется термоанемометрический датчик пленочного типа, который может распознавать обратные потоки. Таким образом он измеряет не только количество воздуха, проходящего в направлении к цилиндрам, но и его массу, перемещаемую в обратном направлении в результате колебательного процесса, возбуждаемого открывающимися и закрывающимися клапанами. Температура воздуха учитывается для коррекции измеренного значения его расхода.

Сигналы с измерителя расхода воздуха используются во всех процессах, в которых нагрузка двигателя является определяющим параметром. Это, например, начало и продолжительность впрыска, опережение зажигания и работа системы улавливания паров топлива.

Устройство измерителя расхода воздуха

В пластмассовом корпусе измерителя массового расхода воздуха находится мерный канал с расположенными в нем пленочным чувствительным элементом и электронная схема. Мерному каналу придана такая форма, при которой мимо чувствительного элемента пропускается не только часть потока всасываемого воздуха, но и часть обратного потока. Сигнал чувствительного элемента обрабатывается электронной схемой и пересылается на вход блока управления двигателем.

Устройство измерителя расхода воздуха представлен в соответствии с рисунком 13.

Рисунок 13 – Устройство измерителя расхода воздуха

Датчик давления во впускном трубопроводе служит для измерения давления во впускном трубопроводе. Соответствующий давлению сигнал с этого датчика поступает на вход блока управления двигателем. Этот сигнал используется в блоке управления двигателем совместно с сигналами измерителя массового расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске в двигатель для точного расчета количества перепускаемых газов. Помимо этого по этому сигналу определяется нагрузка двигателя при пуске, так как измеритель расхода воздуха работает на этом режиме недостаточно точно из-за сильных пульсаций во впускной системе.

Принцип действия датчика – измерение давления во впускном трубопроводе производится посредством мембраны, изготовленной из кристалла кремния. На этой мембране находятся тензорезисторы, сопротивление которых изменяется при деформации мембраны. Измеряемое давление при этом сравнивается с эталонным разрежением под мембраной. Мембрана прогибается в зависимости от давления во впускном трубопроводе, при этом изменяется напряжение на выходе датчика, создаваемое в результате изменения сопротивления тензорезисторов. Это напряжение используется в блоке управления для определения величины давления во впускном трубопроводе.

Принцип действия датчика давления во впускном трубопроводе представлен в соответствии с рисунком 14.

Рисунок 14 – Принцип действия датчика давления во впускном трубопроводе

Блок управления двигателем определяет с помощью измерителя расхода поступающую в цилиндры массу воздуха и рассчитывает соответствующее ее величине давление во впускном трубопроводе. При рециркуляции отработавших газов их масса добавляется к массе свежего воздуха и соответственно повышается давление во впускном трубопроводе. Датчик давления во впускном трубопроводе реагирует на это изменением напряжения на его выходе, которое передается на вход блока управления двигателем. По величине этого сигнала определяется суммарное количество воздуха и отработавших газов, поступающих в цилиндры двигателя. Количество перепускаемых отработавших газов определяется вычитанием количества свежего воздуха из суммарной величины. Преимуществом такого метода определения количества перепускаемых отработавших газов является возможность увеличения их доли в рабочей смеси и приближения к границе воспламеняемости смеси.

Работа системы рециркуляции отработавших газов представлена в соответствии с рисунком 15

Рисунок 15 – Работа системы рециркуляции отработавших газов

Датчик давления в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода установлен на трубопроводе между впускным трубопроводом и вакуумным усилителем тормозного привода. Он измеряет давление в этом трубопроводе и соответственно в усилителе тормозного привода. По напряжению на выходе датчика блок управления двигателем определяет, достаточно ли разрежение для нормальной работы усилителя тормозного привода. Для нормальной работы усилителя тормозного привода необходимо определенное разрежение, обеспечивающее возможно быстрое достижение устанавливаемого тормозного усилия. При работе двигателя на послойных и бедных смесях дроссельная заслонка открыта практически полностью, поэтому разрежение во впускном трубопроводе невелико. При многократном торможении созданное в вакуумном усилителе разрежение оказывается явно недостаточным. Чтобы поддержать разрежение на нужном уровне, дроссельная заслонка прикрывается. Она будет закрываться до тех пор, пока разрежение не снизится до требуемого уровня. При необходимости двигатель будет переведен на работу на гомогенной смеси стехиометрического состава.

Схема работы датчика давления в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода представлена в соответствии с рисунком 16.

Рисунок 16 – Схема работы датчика давления в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода

4.3 Топливная система.

Топливная система разделена на контуры высокого и низкого давления. Часть топлива подводится в цилиндры через систему улавливания паров бензина. Контур низкого давления охватывает часть топливной системы от расположенного в баке электронасоса до насоса высокого давления. Давление топлива в этом контуре обычно равно 3 бар и только при пуске горячего двигателя может быть повышено до 5,8 бар.

Контур высокого давления начинается с топливного насоса высокого давления, который подает топливо в распределительный трубопровод. На распределительном трубопроводе установлен датчик давления топлива, сигналы которого используются для поддержания давления в диапазоне от 50 до 100 бар посредством клапана регулятора. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через форсунки высокого давления.

В контур низкого давления входят:

1 топливный бак,

2 топливный электронасос,

3 топливный фильтр,

4 клапан перепуска топлива,

5 регулятор давления топлива.

В контур высокого давления входят:

6 топливный насос высокого давления,

7 трубопровода высокого давления,

8 распределительный трубопровод,

9 датчик давления топлива,

10клапан регулятора давления,

11форсунки высокого давления

Схема топливной системы представлена в соответствии с рисунком 17.

Рисунок 17 – Топливная система

Топливный насос высокого давления установлен на корпусе привода распределительных валов. Этот насос с тремя радиальными плунжерами приводится от впускного распределительного вала. Благодаря трем расположенным через 120° насосным секциям колебания давления в распределительном трубопроводе относительно малы. Насос должен подавать топливо в распределительный трубопровод под давлением до 100 бар.

Устройство ТНВД представлено в соответствии с рисунком 18

Рисунок 18 – ТНВД

Вал насоса высокого давления приводится от впускного распределительного вала. На валу насоса предусмотрен эксцентрик с шайбой, которые преобразуют вращение вала в возвратно*поступательное движение плунжеров. При движении плунжеров в направлении к валу насоса топливо засасывается в его секции из контура низкого давления. При движении плунжеров в направлении от вала насоса топливо подается в распределительный трубопровод.

Принцип работы насоса

Топливо поступает к насосу высокого давления из контура низкого давления. Далее оно перетекает через сверление в плунжере к впускному клапану.

При движении плунжера к валу насоса объем пространства над ним увеличивается. В результате в этом пространстве создается разрежение. Под действием разности давлений, действующих в сверлении плунжера и в надплунжерном пространстве, открывается впускной клапан, через который топливо поступает внутрь насосной секции.

Ход всасывания представлен в соответствии с рисунком 19.

Рисунок 19 – Ход всасывания ТНВД

При движении плунжера к валу насоса объем пространства над ним увеличивается. В результате в этом пространстве создается разрежение. Под действием разности давлений, действующих в сверлении плунжера и в надплунжерном пространстве, открывается впускной клапан, через который топливо поступает внутрь насосной секции. С началом движения плунжера в направлении от вала насоса давление топлива в насосной секции повышается и впускной клапан закрывается. При повышении давления до его величины в распределительном трубопроводе открывается нагнетательный клапан и топливо подается в распределительный трубопровод.

Ход нагнетания представлен в соответствии с рисунком 20.

Рисунок 20 – Ход нагнетания ТНВД

Датчик давления топлива расположен на нижней части впускной системы. Он вворачивается в распределительный трубопровод и предназначен для измерения давления в нем

Топливо внутрь датчика поступает из распределительного трубопровода. Под действием невысокого давления стальная мембрана датчика прогибается незначительно. Сопротивление тензорезисторов при этом наибольшее, а напряжение на выходе датчика небольшое. При высоком давлении топлива мембрана датчика прогибается на значительную величину. В результате сопротивление тензорезисторов снижается, а напряжение на выходе датчика увеличивается. Снимаемое с тензорезисторов напряжение усиливается электронной схемой и направляется на вход блока управления двигателем. Изменение давления в распределительном трубопроводе производится посредством клапана регулятора.

Устройство датчика давления топлива представлено в соответствии с рисунком 21.

Рисунок 21 – Датчик давления топлива

Клапан регулятора давления топлива установлен на нижней части впускной системы. Посредством него распределительный трубопровод сообщается со сливной магистралью, через которую топливо возвращается в бак. Клапан предназначен для регулирования давления в распределительном трубопроводе независимо от расхода топлива через форсунки и от его подачи насосом высокого давления.

Принцип действия клапана

Блок управления двигателем подает на обмотку клапана широтно-импульсный сигнал, изменяемый при отклонении давления в распределительном трубопроводе от заданного значения. Под действием магнитного поля якорь клапана вместе с запорным шариком поднимается с седла, открывая путь топливу в сливную магистраль. Чем больше ширина импульсов, тем шире проход в клапане и тем больше сливается топлива из распределительного трубопровода. Таким образом производится регулирование давления в нем.

Устройство клапана регулятора давления топлива представлен в соответствии с рисунком 22.

Рисунок 22 – Клапан регулятора давления топлива

Форсунки высокого давления установлены в головке цилиндров. Через них топливо впрыскивается под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя.

Форсунки должны мелко распыливать топливо за возможно короткий промежуток времени. Способ подачи топлива зависит при этом от режима работы двигателя. При послойном смесеобразовании топливо должно направляться в зону свечи зажигания, а при работе двигателя на гомогенных смесях его необходимо равномерно распределять в объеме камеры сгорания.

Устройство форсунки представлено в соответствии с рисунком 23.

Рисунок 23 – Устройство форсунки

Принцип работы форсунки

При подаче напряжения на обмотку электромагнита форсунки вокруг нее создается магнитное поле. Оно втягивает в себя якорь электромагнита с иглой форсунки, которая поднимается с седла. В результате топливо впрыскивается в цилиндр двигателя. При падении подаваемого на обмотку электромагнита напряжения магнитное поле исчезает, а игла распылителя прижимается пружиной к своему седлу. В результате впрыск топлива прекращается.

Управление форсунками высокого давления

Управляющее напряжение подается на форсунки через электронный коммутатор в блоке управления двигателем. Чтобы обеспечить быстрое открытие форсунки, после фазы предварительного намагничивания малым током на ее обмотку подается напряжение порядка 90 вольт. При этом напряжении ток в обмотке достигает 10 ампер. Если форсунка открыта, достаточно подать 30 вольт, чтобы удерживать ее в этом состоянии. При этом ток в ее обмотке равен 3-4 ампера.

Клапан перепуска топлива

Этот клапан установлен в магистрали подачи топлива к насосу высокого давления и сообщается с регулятором (низкого) давления. Он закреплен на опоре амортизационной стойки подвески.

Обычно этот клапан открыт и через него топливо поступает к регулятору давления в контуре низкого давления. Если температура охлаждающей жидкости превышает 1100C, а температура воздуха на впуске в двигатель больше 500C, пуск двигателя производится в "горячем" режиме. При этом блок управления двигателем закрывает клапан перепуска топлива приблизительно на 50 секунд, перекрывая слив топлива через регулятор давления. В результате давление в контуре низкого давления повышается до максимальной величины, на которую отрегулирован встроенный в электронасос редукционный клапан, а именно, до 5,8 бар. Повышенное давление позволяет предотвратить парообразование на входе в насос высокого давления и обеспечивает таким образом создание необходимого давления в распределительном трубопроводе.

Клапан перепуска топлива в топливной схеме представлен в соответствии с рисунком 24.

Рисунок 24 – клапан перепуска топлива в схеме

Система улавливания паров бензина активированным углем

Эта система должна обеспечивать выполнение законодательных норм выброса углеводородов. Эта система предотвращает попадание паров бензина из бака автомобиля в окружающую среду. Пары топлива накапливаются в адсорбере с активированным углем и периодически отсасываются в двигатель, где они сгорают.

При работе двигателя на гомогенных смесях

При этом рабочая смесь равномерно распределяется по объему камеры сгорания. Поступающие из адсорбера пары бензина сгорают вместе с рабочей смесью во всем объеме камеры сгорания.

При послойном смесеобразовании

При послойном смесеобразовании способная к воспламенению рабочая смесь находится только в зоне свечи зажигания. Часть поступившего из адсорбера топлива оказывается при этом в зоне невоспламеняемой смеси. Это может привести к неполному сгоранию топлива и повышенному выбросу углеводородов с отработавшими газами. Поэтому переход на послойное смесеобразование производится только при небольшом содержании топлива в адсорбере.

Блок управления двигателем рассчитывает количество топлива, которое может быть отведено из адсорбера, и вырабатывает команды на открытие клапана его продувки, изменение дозы впрыскиваемого топлива и установку дроссельной заслонки.

Для этого блоком управления используется следующая данные:

Ø нагрузка двигателя, определяемая по сигналам измерителя расхода воздуха с пленочным чувствительным элементом,

Ø частота вращения коленчатого вала, определяемая по сигналам датчика,

Ø температура воздуха на впуске, определяемая по сигналам датчика,

Ø заряд адсорбера, определяемый по сигналам датчика кислорода.

Схема работы системы улавливания паров бензина представлена в соответствии с рисунком 25.

Рисунок 25 – Система улавливания паров бензина

4.4 Система зажигания

Задачей системы зажигания является воспламенение рабочей смеси в нужный момент времени. Для этого блок управления двигателем должен определять для каждого режима работы двигателя угол опережения зажигания, энергию искры и длительность искрообразования. От угла опережения зажигания зависят крутящий момент, выброс вредных веществ и расход топлива двигателя.

При послойном смесеобразовании момент зажигания может изменяться в узком диапазоне значений угла поворота коленчатого вала, которому соответствует образование способной к воспламенению смеси.

При работе на гомогенных бедной и стехиометрической смесях требования к зажиганию не отличаются от них у двигателей с впрыском бензина во впускные каналы. Ввиду одинакового распределения смеси у двигателей с обеими системами впрыска оптимальные углы опережение зажигания практически не отличаются.

При расчете оптимальных углов опережения зажигания используются:

Основные исходные данные:

1 о нагрузке двигателя, определяемые по сигналам измерителя расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске,

2 о частоте вращения коленчатого вала, измеряемой по сигналам датчика;

Вспомогательные данные, определяемые по сигналам:

3 датчика температуры охлаждающей жидкости ,

4 с блока управления дроссельной заслонкой,

5 датчика детонации,

6 датчиков положения педали акселератора,

7 датчика кислорода.

Схема системы зажигания представлена в соответствии с рисунком 26.

Рисунок 26 – Система зажигания

4.5 Выпускная система

Эта система была приспособлена к двигателю с непосредственным впрыском бензина. До настоящего времени система очистки отработавших газов двигателей с непосредственном впрыском была проблематичной. Это связано с тем, что образующиеся при работе на бедных гомогенных и послойных смесях оксиды азота не могут быть восстановлены в обычных трехкомпонентных нейтрализаторах до уровня, допускаемого законодательством. Поэтому для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяют накопительные нейтрализаторы, которые способны удерживать оксиды азота при работе на бедных смесях. При заполнении нейтрализатора до предела производится перевод его на режим регенерации, в процессе которого накопленные в нем оксиды азота выводятся и восстанавливаются до азота.

Схема работы выпускной системы представлена в соответствии с рисунком 27.

Рисунок 27 – Выпускная система

Охлаждение отработавших газов

Охлаждение отработавших газов применяется для того, чтобы поддерживать температуру в накопительном нейтрализаторе в диапазоне от 250 до 500 °C. Только в этом температурном диапазоне обеспечивается удерживание оксидов азота в накопительном нейтрализаторе. Накопительный нейтрализатор необходимо охлаждать также из*за снижения его аккумулирующей способности при перегреве до температур свыше 850 °C.

Широкополосный датчик кислорода ввернут в выпускной коллектор перед (трехкомпонентным) нейтрализатором. Этот датчик служит для определения концентрации остаточного кислорода в отработавших газах.

Широкополосный датчик кислорода позволяет достаточно точно определять коэффициент избытка воздуха в широком диапазоне его значений, а не только при малых отклонениях его от единицы. Этот датчик позволяет поддерживать постоянное значение коэффициента избытка воздуха, равное 1,55, при работе двигателя на бедной гомогенной смеси. При послойном смесеобразовании коэффициент избытка воздуха определяется расчетным путем, так как его определение по сигналам широкополосного датчика кислорода в соответствующем этому режиму диапазоне значений недостаточно точно. Блок управления двигателем рассчитывает по сигналам датчика текущее значение коэффициента избытка воздуха и производит регулирование смеси при его отклонении от заданного значения. Регулирование смеси производится за счет изменения подачи топлива.

Широкополосный датчик кислорода представлен в соответствии с рисунком 28.

Рисунок 28 – Широкополосный датчик кислорода

Предварительный трехкомпонентный нейтрализатор встроен в выпускной коллектор. Благодаря близости к двигателю он быстро прогревается до рабочей температуры, при которой начинается очистка отработавших газов. Благодаря этому могут быть выполнены жесткие нормы на выбросы вредных веществ. Нейтрализатор служит для каталитического преобразования образующихся при сгорании вредных веществ в безвредные вещества. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси Углеводороды (HC) и оксид углерода (CO) отнимают у оксидов азота (NOx) кислород (O), окисляясь до воды (H2O) и диоксида углерода (CO2). При этом оксиды азота восстанавливаются до азота (N2). При работе двигателя на бедных смесях Углеводороды и оксид углерода окисляются кислородом, содержащимся в избытке в отработавших газах. При этом кислород у оксидов азота не отнимается. Поэтому при работе на бедных смесях трехкомпонентный нейтрализатор не может восстанавливать оксиды азота. Последние проходят через трехкомпонентный нейтрализатор и направляются в нейтрализатор накопительного типа.

Трехкомпонентный нейтрализатор представлен в соответствии с рисунком 29.

Рисунок 29 – Трехкомпонентный нейтрализатор

Датчик температуры отработавших газов ввернут в выпускной трубопровод после предварительного нейтрализатора. Вырабатываемые им сигналы поступают на вход блока управления двигателем. По сигналам датчика температуры отработавших газов блок управления двигателем рассчитывает, в частности, температуру в накопительном нейтрализаторе. Это измерение необходимо, так как:

Ø накопительный нейтрализатор способен задерживать оксиды азота только при температурах от 250 до 500 °C, до которых он должен нагреваться при работе двигателя на бедных смесях;

Ø место оксидов азота в накопительном нейтрализаторе может занимать сера, для удаления которой необходимо поднять температуру в нейтрализаторе до 650 °C и выше.

В датчике находится измерительный резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Это значит, что при повышении температуры его сопротивление уменьшается, а напряжение на его выходе соответственно увеличивается. В блоке управления двигателем каждое значение этого напряжения сопоставляется с определенным значением температуры.

Датчик температуры отработавших газов представлен в соответствии с рисунком 30.

Рисунок 30 – Датчик температуры отработавших газов

Накопительный нейтрализатор устанавливается на то место, где обычно находится традиционный основной трехкомпонентный нейтрализатор. Помимо выполнения функций трехкомпонентного нейтрализатора он способен накапливать оксиды азота. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси накопительный нейтрализатор работает как обычный трехкомпонентный нейтрализатор. При работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях этот нейтрализатор не может преобразовывать оксиды азота обычным способом. Но он способен их удерживать. Как только количество удержанных оксидов азота достигает предельного для данного нейтрализатора значения, двигатель переводится на режим регенерации. Следует при этом учитывать, что содержащаяся в топливе сера также может удерживаться нейтрализатором, занимая место оксидов азота, с которыми она имеет химическое родство. В накопительном нейтрализаторе помимо трех прослоек из платины, родия и палладия предусмотрена четвертая прослойка из оксида бария. Эта прослойка способна связывать оксиды азота при работе двигателя на бедных смесях. Процесс связывания оксидов азота начинается с их преобразования в диоксид азота в присутствии платины и завершается реакцией, в результате которой оксид бария переводится в нитрат бария. Регенерация производится за счет молекул CO, которые в избытке образуются при работе двигателя на богатых смесях. Сначала нитрат бария вновь окисляется до оксида бария с помощью оксида углерода. В процессе этой реакции образуются также диоксид углерода и оксид азота. В присутствии родия и платины оксиды азота восстанавливаются до азота, а оксид углерода окисляется до диоксида углерода.

Накопительный нейтрализатор представлен в соответствии с рисунком 31.

Рисунок 31 – Накопительный нейтрализатор

Блок управления датчиком оксидов азота установлен на днище кузова вблизи от датчика оксидов азота. Такое расположение должно снизить до минимума внешние помехи при передаче сигналов датчика оксидов азота. В блоке управления датчиком оксидов азота происходит подготовка сигналов датчика оксидов азота, которые передаются на блок управления двигателя. Датчик оксидов азота связан с блоком его управления через разъем, контакты которого имеют следующую адресацию:

1-6компенсационные сопротивления, (посредством которых производится калибровка датчика и компенсируются отклонения, обусловленные производственными допусками);

10ток (мкА), вызываемый потоком оксидов азота, камера 2;

11ток (мА), вызываемый потоком кислорода, камера 1;

Блок управления датчиком оксидов азота связан с блоком управления системой Motronic через разъем контакты которого имеют следующую адресацию:

1 сигнал NOx, камера 2;

2 сигнал концентрации кислорода, камера 1;

3 температура датчика оксидов азота;

4 напряжение на выходе узкополосного датчика кислорода;

5 опорное напряжение;

7 напряжение питания;

8 подогрев (минус);

Местоположение блока управления датчиком оксидов азота представлено в соответствии с рисунком 32.

Рисунок 32 – Блок управления датчиком оксидов азота

Датчик оксидов азота ввернут в выпускную трубу непосредственно за накопительным нейтрализатором. Он позволяет определить концентрации оксидов азота и кислорода в отработавших газов. Сигналы с него передаются на вход блока управления.

По сигналам датчика определяется:

Ø Действует нейтрализатор или нет.

Ø Соответствует настройка установленного перед нейтрализатором широкополосного датчика кислорода на стехиометрическую смесь или ее необходимо скорректировать.

Для этого в блоке управления датчиком оксидов азота предусмотрена микросхема, обеспечивающая получение на электродах датчика оксидов азота скачкообразного сигнала, подобного сигналу узкополосного датчика кислорода. Этот сигнал позволяет очень точно определять состав смеси, близкой к стехиометрическому составу. Насколько полно использована накопительная способность нейтрализатора и нужно ли его перевести на режим регенерации не только по оксидам азота, но и по сере. Сигналы датчика оксидов азота направляются на вход блока его управления.

Датчик оксидов азота представлен в соответствии с рисунком 33.

Рисунок 33 – Датчик оксидов азота

Датчик содержит две камеры, две ячейки накачки, несколько электродов и подогреватель. Чувствительный элемент состоит из диоксида циркония. Это вещество пропускает отрицательные ионы кислорода, перемещаемые от отрицательного электрода к положительному электроду под действием приложенного к ним напряжения.

Действие датчика оксидов азота основано на измерении потока кислорода аналогично действию широкополосного датчика кислорода. Определение коэффициента избытка воздуха в первой камере датчика Часть потока отработавших газов поступает в первую камеру датчика. Ввиду различной концентрации кислорода в отработавших газах и в базовой камере на электродах появляется разность напряжений. Блок управления датчиком регулирует это напряжение, устанавливая его равным 425 мВ. Эта величина соответствует коэффициенту избытка воздуха, равному единице. При отклонениях от этого значения кислород перекачивается в одну или другую сторону. Необходимый для этого ток накачки используется как мера для определения коэффициента избытка воздуха. Определение концентрации оксидов азота во второй камере датчика Освобожденные от кислорода отработавшие газы перетекают из первой во вторую камеру. Молекулы оксидов азота разлагаются с помощью специального электрода на азот (N2) и кислород (O2). Под действием постоянно прилагаемого к электродам напряжения, равного 450 мВ, ионы кислорода движутся от внутреннего электрода к наружному. Поддерживаемый таким образом ток накачки является мерой концентрации кислорода во второй камере датчика. Так как величина этого тока соотносится с концентрацией оксидов азота в отработавших газах, можноопределить их количество.

Рециркуляция отработавших газов делает применение накопительного нейтрализатора практически символическим, так как перепускаемые газы существенно снижают температуры в процессе сгорания, обеспечивая образование оксидов углерода. Благодаря этому значительно увеличиваются периоды накопления оксидов азота и двигатель может работать дольше на бедных смесях, позволяющих экономить топливо. Масса перепускаемых газов не превышает 35% от массы поступающей в двигатель смеси. Рециркуляция газов производится на всех режимах, на которых используются послойная и бедная гомогенная смеси и на режимах до 4000 об/мин и средних нагрузках, на которых используется гомогенная стехиометрическая смесь, но не на режиме холостого хода.

Клапан перепуска отработавших газов ввернут во впускной трубопровод.

Он был сконструирован заново, чтобы обеспечить перепуск увеличенного потока отработавших газов. Он состоит из корпуса с дроссельной заслонкой, электродвигателя и потенциометра. Отбор отработавших газов производится через соединительный трубопровод, подключенный к головке цилиндров у четвертого цилиндра. Блок управления двигателем управляет электромотором заслонки клапана в соответствии с многопараметровой характеристикой. Количество перепускаемых отработавших газов зависит от положения заслонки клапана. Пройдя через заслонку, газы перемешиваются с всасываемым в цилиндры двигателя свежим воздухом. Расположенный в крышке корпуса клапана потенциометр позволяет определять положение заслонки. Благодаря ему можно проводить диагностику клапана.

Клапан перепуска отработавших газов представлен в соответствии с рисунком 34.

Рисунок 34 – Клапан перепуска отработавших газов

4.6 Электросхема системы непосредственного впрыска топлива

В качестве примера использована электросхема Bosh Motronic MED 7.

Электросхема системы непосредственного впрыска топлива представлена в соответствии с рисунком 35

Рисунок 35 – Электросхема системы непосредственного впрыска топлива

5 Диагностика системы непосредственного впрыска топлива

5.1 Диагностический сканер

Для диагностики системы непосредственного впрыска топлива применим Автосканер Launch CReader VII, который представлен в соответствии с рисунком 36.

Рисунок 36 – Автосканер Launch CReader VII

5.2 Коды неисправностей системы непосредственного впрыска топлива

В качестве примера использованы коды неисправностей автомобиля Mitsubishi Pajero модели выпуска 2000-2006г. С двигателем 6G74-GDI (3,5л.)

Р0100 – датчик расхода воздуха;

Р0110 – датчик температуры воздуха во впускном коллекторе;

Р0120 – датчик положения дроссельной заслонки;

Р0130 – кислородный датчик;

Р0170 – топливный баланс;

Р0201 – форсунка №1;

Р0202 – форсунка №2;

Р0220 – датчик положения педали акселератора;

Материалы: http://kursak.net/istoriya-sozdaniya-sistemy-neposredstvennogo-vpryska/

История возникновения непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED7.

Первые эксперименты компании BOSCH в области бензинового впрыска датируются 1912 г. Однако результаты оказались неутешительными, и в 1928 г., после длинной серии неудач, эксперименты были приостановлены.

Свой шанс технология бензинового впрыска получила благодаря авиации, где карбюраторы были источником постоянных проблем: они не всегда выдерживали низкие температуры на большой высоте, могли переполниться топливом во время виража и даже загореться при определенных обстоятельствах.

Инжекторные двигатели оказались не только намного надежнее, но и мощнее, и с середины тридцатых годов началось их быстрое распространение в самолетостроении.

Но для автомобилей ее себестоимость долгое время оставалась слишком высокой, и многие десятилетия в отрасли безраздельно господствовали недорогие карбюраторы. Однако ведущие специалисты в этой области снова сосредоточили свои усилия на совершенствовании технологии бензинового впрыска для легковых автомобилей и вскоре достигли значительных успехов. Если для авиации главным преимуществом подобных систем было превосходство в надежности и мощности, то для автомобильной промышленности основным достоинством этой технологии оказался более низкий расход горючего.

Системы бензинового впрыска постепенно совершенствовались, и в пятидесятые годы наконец стало возможным их серийное производство.

И все же массовое распространение систем бензинового впрыска долгое время сдерживалось их высокой стоимостью. Решающего прорыва пришлось ждать до 1967 г., когда в США были приняты строгие законы о выхлопных газах и стало очевидно, что в ближайшие годы нечто подобное должно произойти и в Западной Европе. В этой ситуации решающую роль сыграл уникальный опыт компании BOSCH в области систем электронного управления бензиновым впрыском. Технология, разработанная компанией, оказалась очень перспективной: электронная система бензинового впрыска BOSCH D-Jetronic (1967 г.) стала единственным продуктом на рынке, позволявшим автомобилям соответствовать требованиям закона о выхлопных газах.

Первоначально главным достоинством технологии считалось преимущество в мощности, важное прежде всего для гоночной индустрии и мощных спортивных автомобилей, но уже к концу шестидесятых стали очевидны и другие ее плюсы - снижение расхода топлива и сокращение вредных выбросов. Электронная система BOSCH Jetronic (1967 г.) и ее потомки со временем превратили бензиновый впрыск в доминирующую технологию топливоснабжения и почти полностью вытеснили с рынка карбюраторные двигатели.

Через три года после появления лямбда-зонда концерн выпустил на рынок очередной инновационный продукт - систему Motronic, впервые объединившую в себе функции зажигания и впрыска под контролем центрального электронного блока управления. Система позволила добиться дальнейшего снижения расхода топлива, повышения мощности и сокращения вредных выбросов, а также более плавной работы двигателя. Блок управления Motronic учитывал целый комплекс параметров - от температуры мотора до износа свечей - и обеспечивал синхронное регулирование впрыска и зажигания. Эта система, значительно улучшившая характеристики бензинового впрыска, в настоящее время используется большинством автопроизводителей в мире.

Назначение, устройство и принцип работы системы Bosch Motronic MED7.

Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и соответствующее ему уменьшение выброса вредных веществ. Выбросы образуемого при сгорании диоксида углерода (CO2), способствующего образованию парникового эффекта, могут быть снижены только в результате уменьшения расхода топлива. Однако, у двигателей с внешним смесеобразованием (с впрыском бензина во впускной трубопровод) резервы снижения расхода топлива практически отсутствуют.

Поэтому новые автомобили были оснащены двигателями с непосредственным впрыском бензина в цилиндры. Если сравнивать все существующие на сегодняшний день системы впрыска топлива, которыми оснащаются бензиновые двигатели, то наиболее современной и совершенной из них является та, которая основана на принципе непосредственного впрыска. Как можно понять по ее названию, топливо в данном случае поступает непосредственно в цилиндр, где и происходит его сгорание.

К преимуществам данной системы относится в первую очередь значительная экономия топлива, которая может достигать 15%, а также уменьшение доли токсичных соединений в составе отработавших газов. Это особенно важно в свете постоянно ужесточаемых экологических требований, предъявляемых к производителям автомобилей.

Чтобы понять то, как реализуется принцип непосредственного впрыска топлива, разберем его особенности на примере системы, которая устанавливаются на двигатели FSI (от англ. «Fuel Stratified Injection», т.е. «послойный впрыск топлива»). Она является более современным аналогом системы Motronic, которая объединяла в себе две системы: впрыска и зажигания.

Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя FSI и имеет следующее устройство:

· топливный насос высокого давления;

· регулятор давления топлива;

· датчик высокого давления;

· блок управления двигателем;

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПА) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от впускного распределительного вала двигателя.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления.

Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре.

Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе.

Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива для образования определенного вида топливно-воздушной смеси.

В двигателе FSI применяются следующие виды смесеобразования:

· стехиометрическое гомогенное смесеобразование;

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование - легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование - однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

Блок управления двигателем в совокупности с входными датчиками образуют систему управления двигателем.

Система управления двигателем, помимо системы впрыска, обеспечивает управление:

Рис.1.6. Схема системы впрыска Motronic MED7

1. топливный бак

2. топливный насос

3. топливный фильтр

4. перепускной клапан

5. регулятор давления топлива

6. топливный насос высокого давления

7. трубопровод высокого давления

8. распределительный трубопровод

9. датчик высокого давления

10. предохранительный клапан

11. форсунки впрыска

13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Система впрыска Motronic относится к системам впрыска топлива бензиновых двигателей и является объединенной системой впрыска и зажигания. В данной системе управление системой впрыска и системой зажигания осуществляется совместно.

Системы объединенного электронного управления впрыском (смесеобразованием) и зажиганием имеют следующие преимущества: совмещение функций агрегатов и датчиков позволяет сократить их число; процессы зажигания и смесеобразования оптимизируются совместно, при этом улучшаются характеристики крутящего момента, расхода топлива, состава отработавших газов, облегчается пуск и прогрев холодного двигателя; открываются большие возможности для выполнения других функций: управление автоматической коробкой передач, противобуксовочной системой ведущих колес, антиблокировочной тормозной системой, кондиционером, противоугонным устройством и т.п.

Motronic -- название системы управления двигателем, объединяющей функции разомкнутого и замкнутого контуров управления бензиновым двигателем в одном электронном блоке управления. Первая система Motronic была запущена в серию фирмой Bosch в 1979 г. Она в основном выполняла функции электронного впрыскивания топлива и электронного зажигания. С развитием микроэлектроники эффективность системы Motronic все больше возрастала. Шаг за шагом объем функций адаптировался к актуальным требованиям развития двигателей и за счет этого повышалась сложность системы Motronic.

Вначале система Motronic, из-за высокой стоимости, использовалась только в автомобилях высшего класса. Но в связи с требованиями норм по снижению токсичности ОГ эта система получила большое распространение. В настоящее время в новых разработках двигателей используются только системы Motronic от фирмы Bosch.

Система Motronic имеет следующее общее устройство:

· электронный блок управления;

Входные датчики фиксируют текущее состояние работы двигателя.

Различают следующие входные датчики:

· датчик углового положения коленчатого вала;

· датчик частоты вращения коленчатого вала;

· датчик объема воздуха;

· датчик температуры воздуха;

· датчик температуры охлаждающей жидкости;

· датчик напряжения аккумуляторной батареи;

· датчик положения дроссельной заслонки;

Электронный блок управления служит для преобразования сигналов датчиков в управляющие сигналы системам впрыска и зажигания. В электронный блок управления входят:

· блок постоянной памяти;

· блок оперативной памяти;

Cистема Motronic может включать различные системы впрыска:

Система Motronic вследствие повышающихся требований к системам автомобиля постоянно совершенствуется. В настоящее время существуют следующие варианты системы Motronic:

*M-Motronic с описанными ранее основными и дополнительными функциями;

*ME-Motronic -- на базе M-Motronic с дополнительно интегрированной в нее системой EGAS (электронно-управляемая педаль газа);

*MED-Motronic- дальнейшее развитие системы ME-Motronic за счет введения контура управления непосредственным впрыскиванием топлива (с обратной связью). Существуют также системы Motronic с интегрированным управлением трансмиссией (например, MEG-Motronic). Но они не очень распространены из-за высоких требований к их аппаратной части.

Принцип действия системы Motronic.

Количество впрыскиваемого топлива определяется контроллером в зависимости от информации, выдаваемой датчиками, измеряющими следующие параметры: объем и температуру всасываемого воздуха, частоту вращения коленчатого вала двигателя, нагрузку двигателя и температуру охлаждающей жидкости. Основным параметром, определяющим дозировку топлива, является объем всасываемого воздуха, измеряемый расходомером воздуха. Поступающий воздушный поток отклоняет измерительную заслонку на определенный угол, который преобразуется потенциометром в электрический сигнал, выдаваемый на контроллер. Последний определяет количество топлива, необходимое в данный момент для работы двигателя, и выдает на электромагнитные форсунки импульсы времени подачи топлива. Частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу поддерживается постоянной с помощью выключателя (потенциометра) дроссельной заслонки. Значения углов опережения зажигания, заложенные в запоминающее устройство (блок памяти) контроллера, сравниваются с действительными значениями и соответствующим образом корректируются, что позволяет исключить нарушения режима работы двигателя в результате механического износа деталей, появления негерметичности впускного тракта, изменения компрессии и т.п.

Во время пуска холодного двигателя начальная подача топлива через форсунки уменьшается в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала, чтобы избежать переобогащения рабочей смеси. Если в течение одной минуты предпринимается несколько попыток запустить двигатель, количество впрыскиваемого топлива уменьшается по сравнению с начальным моментом пуска. Во время прогрева двигателя (до того, как температура охлаждающей жидкости достигает 70°С) продолжительность впрыска топлива также увеличивается в зависимости от частоты вращения и температуры охлаждающей жидкости согласно введенной в контроллер программе. Каждая из групп форсунок (6-ти цилиндровый двигатель -- вторая, четвертая, шестая и первая, третья, пятая) управляется отдельным выходным каскадом усиления тока. Это позволяет разделить цикл впрыска топлива по двум группам цилиндров. Тем самым обеспечивается работа двигателя даже в случае выхода из строя системы зажигания группы цилиндров. Как только частота вращения коленвала превысит 600 об/мин, впрыск топлива происходит только один раз за два оборота коленчатого вала в одну из групп цилиндров.

В общем случае всю эту работу можно описать так:

От входных датчиков в электронный блок управления поступают аналоговые сигналы, характеризующие текущее состояние работы двигателя. В аналогово-цифровом преобразователе аналоговые сигналы преобразуются в цифровую информацию. Электронный бок управления обрабатывает информацию с помощью программы, заложенной в блок постоянной памяти. Для выполнения вычислений используются блок оперативной памяти.

На основании проведенных вычислений формируются электрические сигналы, которые после усиления используются для управления системой впрыска и системой зажигания.

Система Motronic MED 7 управляя крутящим моментом двигателя, позволяет благодаря работе двигателя на особо обедненных горючих смесях, сочетать минимальное потребление топлива (экономия до 15-20%) с хорошей динамикой движения автомобиля.

Обозначение системы MED 7.5.10/11 расшифровывается

Е = электрический привод дроссельной заслонки D = непосредственный впрыск 7. = вариант исполнения 5.10/11 =фаза разработки

Система самодиагностики обнаруживает нарушения в работе контроллера и элементов системы "Motronic" и вводит их в запоминающее устройство контроллера.

При неисправности датчиков температуры охлаждающей жидкости, температуры всасываемого воздуха, потенциометра измерителя расхода воздуха, контроллер начинает работать согласно величинам, принимаемым "по умолчанию" (умолчание -- это выбор программой значения переменной при отсутствии поступления информации о ней извне). После возвращения контроллера к нормальному режиму использование величин, принимаемых "по умолчанию", прекращается.

Для облегчения поиска неисправностей предусмотрена возможность затребования текущих параметров посредством контроллера и приведения в действие того или иного элемента системы.

Для поиска неисправностей, введенных в запоминающее устройство контроллера необходимо использование диагностических стендов фирмы, выпустившей автомобиль.

Фирма Siemens также выпускает объединенные системы впрыска и зажигания под маркой Fenix.

Делись добром ;)

2 Системы многоточечного впрыска бензина группы «L-Jetronic». Общая характеристика системы

2. Назначение, устройство и принцип работы «Реле и регуляторов»

РЕЛЕ. Реле называется электрический аппарат, срабатывающий при изменении режима в цепи, в которой он установлен. Основным свойством реле является скачкообразное изменение выходной величины (сигнала) при плавном изменении входной.

1.Назначение, устройство и принцип работы системы пуска

На автомобильных, тракторных и транспортных двигателях используются предназначенные только для пуска электрические двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением - электростартеры.

Назначение, устройство и принцип работы сцепления ВАЗ-2110

Сцепление - сухое, однодисковое, постоянно включенное, беззазорное, с тросовым приводом выключения.

Назначение, устройство и принцип работы форсунок дизелей типа Д49

Форсунки предназначены для впрыскивания топлива в цилиндры в мелкораспыленном виде с обеспечением равномерного его распыливания по всему объему камеры сгорания. На отечественных дизелях применяют форсунки закрытого типа.

1. Назначение, устройство и принцип действия системы охлаждения автомобиля ВАЗ - 2107

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000°C и более.

1.1 Назначение, устройство и принцип работы генератора

Общая характеристика. Электрическая энергия на автомобилях используется для зажигания рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя, пуска двигателя стартером, питания приборов освещения, световой и звуковой сигнализации.

1.1 Устройство и принцип работы системы

Тормозная система служит для замедления движущегося автомобиля с желаемой интенсивностью вплоть до его остановки, а также для удержания его на стоянке. Изучаемые легковые автомобили оборудуются рабочей.

2. Назначение, устройство и принцип работы

Газораспределительные механизмы различают по расположению клапанов в двигателе. Они могут быть с верхним (в головке цилиндров) и нижним (в блоке цилиндров) расположением клапанов.

1.1 Назначение, устройство и основной принцип работы системы питания ВАЗ-2109

2. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

3.1 Назначение, устройство и принцип работы системы охлаждения автомобиля ПАЗ-3206

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода от деталей двигателя лишнего тепла и передачи его окружающему воздуху. Благодаря этому создается определенный температурный режим.

2. Назначение, устройство, принцип работы тормозной системы автомобиля ВАЗ 2105

1.1 Схема системы распределенного впрыска бензина автомобильных двигателей (на примере ВАЗ-2111, -2112)

Рисунок 1.3 Схема подачи топлива двигателя с системой впрыска топлива 1 - форсунки, 2 - пробка штуцера для контроля давления топлива, 3 - рампа форсунок, 4 - кронштейн крепления топливных трубок, 5 - регулятор давления топлива.

Материалы: http://tran.bobrodobro.ru/32117

Рассмотрим кратко некоторые схемы.

Топливный инжектор — это не что иное, как автоматический контролируемый клапан. Топливные форсунки являются частью механической системы, которая впрыскивает топливо в камеры сгорания через определенный интервал. Топливные инжекторы способны открываться и закрываться много раз в течение одной секунды. В последние годы, использованные ранее для доставки топлива карбюраторы, были практически заменены инжекторами.

Корпус дроссельной заслонки является самым простым типом впрыска. Как и карбюраторы, дроссельно-заслонный инжектор расположен на верхней части двигателя. Такие инжекторы очень сильно напоминают карбюраторы, кроме их работы. Как и карбюраторы, они не имеют миску топлива или жиклеры. В том виде форсунки передают его непосредственно в камеры сгорания.

Как и предполагает название, существует непрерывный поток топлива из форсунок. Вход его в цилиндры или трубки контролируется с помощью впускных клапанов. Существует непрерывный поток топлива при переменной ставке в непрерывной инъекции.

Эта схема использует особый тип арматуры, так называемые ‘тарелки клапанов’. Тарелками клапанов являются клапаны, используемые для управления входа и выброса топлива к цилиндру. Это распыляет горючее на каждый прием с помощью трубки, прикрепленной к центральному инжектору.

Один из более продвинутых схем впрыска топлива в наше время называется ‘многоточечный или мульти-порт впрыска’. Это динамический тип впрыска, в котором содержится отдельная форсунка для каждого цилиндра. В мульти-порт системе впрыска топлива все форсунки распыляют его одновременно без каких-либо задержек. Одновременный многоточечный впрыск — это одна из самых продвинутых механических настроек, которая позволяет горючему в цилиндре мгновенно воспламеняться. Следовательно, с многоточечным впрыском топлива водитель получит быстрый отклик.

Современные схемы впрыска топлива являются довольно сложными компьютеризированными механическими системами, которые сводятся не только к топливным форсункам. Весь процесс контролируется с помощью компьютера. И различные детали реагируют в соответствии с данными инструкциями. Существует ряд датчиков, которые адаптируется с помощью посыла важной информации компьютером. Существуют различные датчики, которые контролируют расход топлива, уровень кислорода и другие.

Хотя эта схема топливной системы более сложная, но работа ее разных частей очень уточненная. Она помогает контролировать уровень кислорода и расход топлива, что поможет избежать ненужного расхода горючего в двигателе. Топливная форсунка дает вашему авто потенциал для выполнения задач с высокой степенью точности.

Для разных топливных систем зачастую приходит необходимость для промывки специальным оборудованием.

Для человека, который не обладает техническим складом ума, разобраться в данном вопросе – задача чрезвычайно сложная. Но все же знание отличий данной модификации двигателя от инжекторной или карбюраторной необходимо. Впервые двигатели с непосредственным впрыском применялись в модели Mercedes-Benz 1954 года выпуска, но большую популярность данная модификация приобрела благодаря компании Mitsubishi под названием Gasoline Direct Injection.

И с тех пор данная конструкция применяется многими известными брендами, такими как:

При этом каждая из фирм использует свое название для рассматриваемой системы. Но принцип действия остается одним и тем же.

Росту популярности системы впрыска топлива способствуют показатели ее экономичности и экологичности, так как при ее использовании значительно сокращается выброс вредных веществ в атмосферу.

Основной принцип работы данной системы состоит в том, что топливо непосредственно впрыскивается в цилиндры двигателя. Для работы системы обычно необходимо наличие двух топливных насосов:

1. первый располагается в баке с бензином,
2. второй – на двигателе.

Причем второй является насосом высокого давления, иногда выдающим более 100 бар. Это необходимое условие работы, так как топливо поступает в цилиндр на такте сжатия. Высокое давление является основной причиной особого строения форсунок, которые выполняются в виде уплотнительных тефлоновых колец.

Данная топливная система, в отличие от системы с обычным впрыском, является системой с внутренним смесеобразованием с послойным или однородным образованием топливовоздушной массы. Способ смесеобразования изменяется с изменением нагрузки двигателя. Разберемся в работе двигателя при послойном и однородном образовании топливовоздушной смеси.

Из-за особенностей строения коллектора (наличия заслонок, которые закрывают низы) перекрывается доступ к низу. На такте впуска воздух поступает в верхнюю часть цилиндра, после некоторого вращения коленчатого вала на такте сжатия происходит впрыск топлива, который и требует большого давления насоса. Далее полученная смесь сносится при помощи воздушного вихря на свечу. В момент подачи искры бензин уже будет хорошо перемешан с воздухом, что способствует качественному сгоранию. При этом воздушная прослойка создает своеобразную оболочку, которая снижает потери и повышает коэффициент полезного действия, тем самым уменьшая расход топлива.

Следует отметить, что работа при послойном впрыске топлива является наиболее перспективным направлением, так как в этом режиме можно достичь наиболее оптимального сгорания топлива.

Однородное образование топливной смеси

В данном случае происходящие процессы понять еще легче. Топливо и необходимый для сгорания воздух почти одновременно попадают в цилиндр двигателя на такте впуска. Еще до достижения поршнем верхней мертвой точки топливовоздушная смесь находится в смешанном состоянии. Образование высококачественной смеси происходит благодаря высокому давлению впрыска. Система переключается с одного режима работы на другой благодаря анализу поступающих данных. Это в результате и приводит к повышению экономичности двигателя.

Все преимущества системы с непосредственным впрыском топлива достигаются только при использовании бензина, качество которого соответствует определенным критериям. В них и следует разобраться. Требования к октановому числу у системы больших особенностей не имеют. Хорошее охлаждение топливовоздушной смеси достигается и при использовании бензинов, имеющих октановые числа от 92 до 95.

Наиболее жесткие требования выдвигаются именно к очистке бензина, его составу, содержанию свинца, серы и грязи. Серы быть вообще не должно, так как ее наличие приведет к скорому износу топливной аппаратуры и выходу из строя электроники. К числу недостатков также следует отнести увеличение стоимости системы. Это вызвано усложнением конструкции, которое в свою очередь приводит к увеличению себестоимости компонентов.

Анализируя вышеприведенную информацию, можно с уверенностью сказать, что система с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания является более перспективной и современной, чем впрыск с распределением. Она позволяет существенно повышать экономичность двигателя за счет высокого качества топливовоздушной смеси. Основным недостатком системы является наличие высоких требований к качеству бензина, большая стоимость ремонта и обслуживания. А при использовании бензина низкого качества потребность в более частом ремонте и обслуживании сильно возрастает.

Так же советуем вам прочитать:

Вебасто двигателя (Webasto) — специфика работы подогревателя

Материалы: http://remontpeugeot.ru/dvigateli-pezho/sistema-vpryska-topliva-shemy-i-princip-dejstviya.html