Впрыскивания топлива

ЛЕКЦИЯ 11. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА

Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени оптимизировать процесс образования топливной смеси. Однако системы впрыскивания топлива сложнее карбюраторов из-за большого числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.

По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные, аналоговые и цифровые системы. В настоящее время рассматриваемые системы разделяют по способу, месту и моменту впрыскивания топлива (рис. 11.1).

При распределённом впрыскивании топливо подаётся в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования с процессами впуска в каждый цилиндр. Такие системы позволяют повысить приёмистость автомобиля, надёжность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя. Появляется возможность применения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач оказывается больше, чем в системах с центральным впрыскиванием.

При центральном впрыскивании топливо подаётся одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива. Экономичность системы центрального впрыскивания особенно повышается при совместном применении её с цифровой системой зажигания. Конструкция данной системы существенно проще конструкции системы распределённого впрыскивания.

2. СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЁННОГО ВПРЫСКИВАНИЯ

ТОПЛИВА

Структурная схема системы впрыскивания топлива с программным управлением приведена на рис 11.2. На рис. 11.3. приведена система распределённого впрыскивания топлива «L-Jetronik». Электрический топливный насос 2 подаёт топливо из бака 1 через фильтр 3 в топливный коллектор 4. В топливном коллекторе с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 7 и возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Из коллектора топливо поступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону впускных клапанов. Количество впрыскиваемого топлива задаётся электронным блоком управления 6 в зависимости от температуры, давления и объёма поступающего воздуха, температуры охлаждающей жидкости, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя.

Объём поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через измеритель 12 расхода воздуха и впускной трубопровод. Воздушный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорную измерительную заслонку измерителя расхода воздуха на определённый угол. При этом с помощью потенциометра электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подаётся в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдаёт на электромагнитные клапаны импульсы управления моментом впрыскивания топлива. Электронная схема управления дозированием топлива получает питание от аккумуляторной батареи 20 и начинает работать при включении зажигания.

Схема расположения форсунки при впрыскивании топлива в зону впускного клапана показана на рис. 11.4. Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскивают топливо за один или два 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.

Количество поступающего к цилиндрам двигателя воздуха регулируется дроссельной заслонкой 11 (рис. 11.3), управляемой водителем. В системе предусмотрен регулятор 18 расхода воздуха на холостом ходу, расположенный около дроссельной заслонки. Он обеспечивает дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя. По мере прогрева двигателя, начиная с температуры охлаждающей жидкости 50 ÷ 70 ºС, регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После этого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верхний байпасный (обводной) канал, сечение которого можно изменять регулирующим винтом 9, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения в режиме холостого хода.

Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном трубопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 7 зависит только от времени, в течение которого открыт её клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления впрыскиванием топлива заключается в широтной модуляции электрического импульса, управляющего форсункой при условии поддержания постоянного перепада давления топлива. Длительность импульсов управления корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15.

На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси. Обогащение обеспечивается электронным блоком управления по информации от датчика 10 положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчика 10 даёт импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

В датчике положения дроссельной заслонки 10 предусмотрена контактная пара, состояние которой определяет прекращение или возобновление подачи топлива в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1000 мин^-1, и возобновляется при снижении частоты вращения до 900 мин^-1. Порог отключения подачи топлива корректируется в зависимости от температурного состояния двигателя.

Для облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрена дополнительная пусковая форсунка 8. Она представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем. Управляется форсунка 8 напряжением датчика температуры охлаждающей жидкости 16.

Основное время впрыскивания топлива определяется как время, необходимое для получения смеси с теоретически необходимым коэффициентом избытка воздуха. Количество воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, рассчитывается блоком управления по данным датчика расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Графики коррекции времени срабатывания электромагнитной форсунки в зависимости от напряжения бортовой сети, температуры охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя и температуры воздуха на впуске приведены на рис. 11.5 а, б и в соответственно.

При работе двигателя необходимо достигнуть высокой степени очистки отработавших газов по компонентам СО, СН и NОх с помощью трёхкомпонентного нейтрализатора. Зависимость степени очистки газов от коэффициента избытка воздуха λ приведена на рис. 11.6. Из графиков следует, что для достижения высокой степени очистки состав горючей смеси по коэффициенту избытка воздуха λ должен быть близок к стехиометрическому. Стабилизация стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью датчика кислорода, устанавливаемого в выпускном трубопроводе.

Система выполняет также функции ЭПХХ. Изменение частоты вращения, при которой прекращается и возобновляется подача топлива, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости показано на рис. 11.7.

3. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКИВАНИЯ

ТОПЛИВА

Схема системы центрального впрыскивания топлива приведена на рис. 11.8. Схема содержит топливный бак 1, топливный насос 2, фильтр 3, форсунку 4, стабилизатор давления 5, электронный блок управления на базе микропроцессора 6, датчик положения дроссельной заслонки 7, датчик температуры охлаждающей жидкости 8, корпус смесительной камеры 9, канал холостого хода 10, регулятор холостого хода 11, подводящий канал 12, канал отвода топлива от стабилизатора давления 13, стабилизатор давления топлива 14, штекер электропитания форсунки 15, форсунку 16, дроссельную заслонку 17, датчик расхода воздуха 18.

Действие регулятора частоты вращения в режиме холостого хода 11 основано на изменении положения дроссельной заслонки или перепуске воздуха в обход дроссельной заслонки. После обработки информации от датчика частоты вращения микропроцессор формирует управляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, в качестве которого может быть использован шаговый электродвигатель. Шаговый электродвигатель воздействует или на дроссельную заслонку, или на клапан обводного канала.

Как правило, все системы центрального впрыскивания топлива имеют датчик кислорода, позволяющий адаптивно поддерживать стехиометрический состав горючей смеси.

4. КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЕМ

Комплексные системы обеспечивают управление зажиганием и впрыскиванием топлива. Принцип работы комплексных систем заключается в следующем. С датчиков, встроенных в двигатель, снимается информация о частоте вращения коленчатого вала, положении коленчатого вала по углу поворота, абсолютном давлении во впускном трубопроводе, положении дроссельной заслонки, температуре охлаждающей жидкости и воздуха. Сигналы датчиков интерфейсом блока управления преобразуются из аналоговой формы в цифровую. В цифровой форме сигналы поступают в процессор, где их значения сравниваются со значениями, заложенными в памяти блока управления. Процессор вырабатывает управляющий сигнал на исполнительные устройства – транзисторный коммутатор, форсунки (основные и пусковые) и электробензонасос.

Структурная схема блока управления 90.3761 комплексной системы управления двигателем ЗМЗ- 4024.10 приведена на рис. 11.9.

В схеме применены следующие сокращения:

– АЦП Рк – аналого-цифровые преобразователи давления во впускном трубопроводе;

– АЦП ТВ - аналого-цифровые преобразователи температуры воздуха;

– АЦП ТЖ - аналого-цифровые преобразователи температуры охлаждающей жидкости;

– ДД – преобразователь аналогового сигнала датчика положения дроссельной заслонки и изменения скорости открытия и закрытия дроссельной заслонки;

– ДНО – датчик начала отсчёта;

– ДУИ – датчик угловых импульсов;

– УОЗ – угол опережения зажигания;

– РК – разделение каналов зажигания.

Блок управления 90.3761 обеспечивает:

– включение экономайзера при углах открытия дроссельной заслонки более 70 5º за счёт увеличения длительности впрыскивания топлива на 23%;

– управление пусковой форсункой при включении стартера и температуре охлаждающей жидкости менее 20 ºС;

– управление реле электробензонасоса (включение реле на 2 с) при включённом зажигании и неработающем двигателе;

– постоянное включение реле при частоте вращения коленчатого вала двигателя более 300 мин^-1;

– отключение реле при частоте вращения вала менее 300 мин^-1.

Одновременное управление впрыскиванием топлива и опережением зажигания обеспечивает система «Motronic», в которую могут быть включены различные системы впрыскивания, например, «L-Jetronic». Структурная схема системы «Motronic» приведена на рис. 11.10, а.

Состав горючей смеси и угол опережения зажигания с учётом условий работы двигателя оптимизирует микропроцессорный блок управления. Система «Motronic» также выполняет функции ЭПХХ.

Схема зажигания в составе комплексной системы управления «Motronic» приведена на рис. 11.10, б. Для управления углом опережения зажигания в блок управления 4 подаются импульсы от датчиков 7 и 12 частоты вращения и положения коленчатого вала двигателя (рис. 11.10, в).

Обработка информации от датчиков осуществляется в течение одного оборота коленчатого вала. Блок управления выбирает промежуточное значение из двух ближайших точек каждой программы и подаёт сигналы, управляющие подачей топлива и углом опережения зажигания. В запоминающем устройстве блока управления заложены оптимальные характеристики как для установившихся, так и для неустановившихся режимов работы двигателя.

Таким образом, взаимосвязанное управление впрыскиванием топлива и зажиганием средствами электроники позволяет в большей степени приблизить программу управления углом опережения зажигания к оптимальной. Количество впрыскиваемого топлива устанавливается блоком управления с учётом информации от датчиков, измеряющих объём и температуру воздуха на впуске, частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя и температуру охлаждающей жидкости. Основным параметром, от которого зависит дозирование впрыскиваемого топлива, является расход воздуха.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

11.1. В чем заключаются достоинства и недостатки систем с распределенным и центральным впрыскивании топлива?

11.2. Какими параметрами ДВС и окружающей среды задается количество впрыскиваемого топлива в системе «L-Jetronik»?

11.3. Какие меры приняты в системе «L-Jetronik» для облегчения запуска холодного двигателя?

11.4. Какой принцип управления подачей топлива применен в системе «L-Jetronik»?

11.5. Реализуется ли в системе «L-Jetronik» автоматическое управление ЭПХХ? Если реализуется, то как?

11.6. За счет чего в системе центрального впрыскивания топлива поддерживается стехиометрический состав горючей смеси?

11.7. Пользуясь схемой рис.11.9, поясните, какие датчики используются устройством управления впрыскивания топлива и устройством управления углом опережения зажигания. Реализуется ли схемой управление ЭПХХ? Если реализуется, то как?

Дата добавления: 2015-05-06