Системы питания бензиновых двигателей

Регулирование по разрежению во впускной системе и частоте вращения двигателя. Действие системы основывается на том, что цикловой заряд воздуха практически линейно зависит от разрежения в пространстве впускной трубы за дроссельной заслонкой. Таким образом, задача сводится к измерению разрежения во впускной трубе

На ранних стадиях создания аппаратуры впрыска применялись мембранные или сифонные регуляторы с тарированной пружиной, непосредственно управлявшие рейкой плунжерного топливного насоса. В современных системах с электронным управлением используются индуктивные датчики давления с мембранными коробками.

Управляющие блоки таких систем изменяют длительность импульсов в зависимости от давления во впускной трубе и от частоты вращения двигателя.

Рисунок 5. Датчики объемного (а) и массового (б) расхода воздуха: I - вит регулирования смеси на холостом ходу; 2 - измерительная заслонка; 3 - стопор; 4 - компенсационная заслонка; 5 - демпфирующая камера; 6 - датчик температуры воздуха; 7 - теплоотводящий элемент; 8 - распорный элемент; 9- задающая ступень; 10- гибридная схема; 11 - пленочный измерительный элемент.

 

Регулирование по составу отработавших газов. Учитывая постоянное ужесточение требований к уровню токсичности отработавших газов, в систему регулирования состава смеси вводится обратная связь но содержанию в отработавших газах одного из токсичных компонентов.

Такое решение требует специального датчика, реагирующего на изменение состава отработавших газов. Датчиком такого типа, используемым в автомобильной промышленности, является так называемый датчик кислорода (лямбда-зонд, или λ-зонд, от французского sonde - щуп), реагирующий на содержание в отработавших газах кислорода.

Схема одного из типов λ-зондов (циркониевого) представлена на рисунок 8.6, а. Циркониевый датчик имеет два электрода - наружный 2 и внутренний 3. Оба электрода выполнены из пористой платины или ее сплава и разделены слоем твердого электролита 1. Электролитом является диоксид циркония Zr0₂ с добавлением оксида иттрия Y₂0₃ для повышения ионной проводимости электролита.

Среда, окружающая внутренний электрод, имеет постоянное парциальное давление кислорода. Наружный электрод омывается  потоком отработавших газов в  выпускном трубопроводе с переменным парциальным давлением кислорода.

Ионная проводимость твердого электролита, возникающая вследствие разности парциальных давлений кислорода на наружном и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов между ними.

Рисунок 6. Схема (а) и храктеристика (б) циркониевого датчика кислорода (Х.-зонда): 1 - твердый электролит ZrOi; 2 - платиновый наружный элеюрод; 3 - платиновый внутренний электрод; 4 - ко нтакты; 5 — корпусной контакт, 6 — выпускной трубопровод.

 

При низком уровне парциального давления кислорода в отработавших газах, когда двигатель работает на обогащенной смеси (а<1), датчик как гальванический элемент генерирует высокое напряжение (700... 1000 мВ).

При переходе на обеднению смесь (а>1) парциальное давление кислорода в отработавших газах заметно увеличивается, что приводит к резкому падению напряжения на выходе датчика до 50... 100 мВ. Такое резкое падение напряжения датчика (рис. 8.6, б) при переходе от обогащенных к обедненным смесям позволяет определить стехиометрический состав смеси с погрешностью не более ± 0,5 %.

Вместе с тем работа двигателя  с а=1 возможна далеко не ни всех режимах (пуск двигателя, прогрев, движение с непрогретым двигателем, разгон автомобиля), и кроме того λ-зонд начинает давать сигнал только по достижении определенной температуры. Поэтому регулирование по составу отработавших газов вводится как дополнительная обратная связь в систему с обычной схемой регулирования, чем достигается работа двигателя на всех необходимых режимах. Следует отметить, что работа двигателя при а=1 не является наиболее экономичной и что такое решение оправдано, как: правило, в случае применения на автомобиле трехкомпонентного нейтрализатора.

Регулирование топливоподачи в  двигателях с электронным управлением впрыском осуществляется, как правило, в зависимости: от сочетания различных параметров (расхода воздуха, частоты вращения коленчатого вала двигателя, у гла открытия дроссельной заслонки, разрежения во впускном трубопроводе, температуры воздуха и т.д.). Основным реулировочным параметром при этом остается количество поступающего и цилиндры двигателя воздуха.

 

2. Анализ существующих конструкций

 

2.1 Системы центрального впрыска топлива

Системы центрального впрыска топлива  имеют блок центрального впрыска, расположенный  во впускном тракте между воздухоочистителем и разветвлениями впускного коллектора, по которым рабочая смесь поступает  к отдельным цилиндрам двигателя (рисунок 7).

Блок включает в себя смесительную камеру с дроссельной заслонкой 8, форсунку 7, расположенную над дроссельной заслонкой, регулятор давления 5 и регулятор холостого хода 2. Форсунка впрыскивает топливо в зону над дроссельной заслонкой, где происходит образование рабочей смеси. Регулирование количества смеси основано на изменении положения дроссельной заслонки. В режиме холостого хода управление осуществляется с помощью регулятора холостого хода, воздействующего на клапан канала холостого хода 1 или непосредственно на дроссельную заслонку, приоткрывая ее в случае падения частоты вращения ниже допустимой.

Типичной системой центрального впрыска  является система «Моnо- Jolronic» фирмы Bosch (Рисунок. 8) с электронным блоком управления (ЭБУ).

 

 

Рисунок. 7. Блок центрального впрыска топлива: 1 - канал холостого хода; 2 - регулятор холостого хода; 3 - канал подвода топлива; 4 - канал отвода топлива; 5 - регулятор давления топлива; 6 - штекер форсунки; 

   7- электромагнитная форсунка; 8- дроссельная заслонка.

Система имеет одну на весь двигатель электромагнитную форсунку 5 с циклической подачей топлива. Струя топлива направляется непосредственно в серпообразное отверстие между корпусом блока центрального впрыска и дроссельной заслонкой, где за счет большой разности давления обеспечивается оптимальное смесеобразование, исключающее возможность осаждения топлива на стенках впускного тракта.

 Топливный насос 2 качает  топливо через фильтр 3с несколько  большей, чем требуется, производительностью. регулятор давления топлива 4 поддерживает давление б форсунке на постоянном уровне и возвращает избыток топлива в бак через возвратную трубку. Такая сисема постоянного потока уменьшает температуру топлива и предотвращает его повышенное испарение.

Так как топливная форсунка расположена  перед дроссельной заслонкой  практически на месте распылителя  карбюратора, давление топлива в  системе составляет всего около 0,1 МПа. Это позволяет устанавливать  недорогой топливный насос с электроприводом, размещаемый и топливном баке. Форсунка непрерывно охлаждается потоком топлива, предотвращая образование воздушных пузырьков. Такое охлаждение необходимо в топливных системах с низким давлением.

Система «Mono-Jetronic» не имеет расходомера воздуха, поэтому соотношение масс воздуха и топлива, на. основных режимах работы определяется только положением дроссельной заслонки, температурой всасываемого воздуха и частотой вращения коленчатого вала. Устройство, определяющее положение дроссельной заслонки, представляет собой потенциометр, который информирует электронный блок управления о положении заслонки в данный момент времени.

Корректировка дозирования при  холодном пуске и прогреве осуществляется ЭБУ по импульсам, получаемым от датчиков температуры всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости и потенциометра дроссельной заслонки, Чтобы улучшить запуск холодного двигателя и работу в режиме холостого хода, на впускном коллекторе может устанавливаться нагревательный элемент, который предотвращает конденсацию паров топлива.

Содержание кислорода в отработавших газах постоянно контролируется блоком управления по сигналам λ-зонда 12, установленного н выпускном коллекторе. На основании этой информации происходит изменение дозирования за счет увеличения или уменьшения времени впрыска при постоянном давлении топлива. В связи с этим ручная регулировка содержания СО не требуется.

Регулировка холостого хода достигается поворотом дроссельной заслонки специальным электродвигателем. При этом увеличивается или уменьшается количество воздуха в зависимости от отклонения мгновенного значения частоты вращения коленчатого вала от ном анального значения, заложенного в память электронного блока управления.

Блоком управления воспринимается также скорость поворота дроссельной заслонки. В режиме ускорения рабочая смесь обогащается.

Система впрыска «Mono-Jetronic» может быть выполнена также в варианте с расходомером воздуха и клапаном добавочного воздуха.

Рисунок 8. Схема системы впрыска «Mono-Jetronic»:

1- топливный бак; 2 - топливный насос с электроприводом;                            3 - топливный фильтр; 4 - регулятор давления топлива, 5 форсунка;                    6 - датчик температуры воздуха; 7 - электронный блок управления;              8 - привод дроссельной заслонки; 9 - датчик положения дроссельной заслонки; 10 - клапан; 11— резервуар с углем (адсорбер); 12 - кислородный датчик (λ-зонд); 13 - датчик температуры охлаждающей жидкости;                      14 - распределитель зажигания; 15 — аккумулятор; 16 - выключатель зажигания; 17 - реле; 18 - разъем для подсоединения диагностической аппаратуры; 19- блок центрального впрыска.

 

В аналогичной системе одноточечного  впрыска «Fenix-ЗВ» доза впрыскиваемого топлива зависит только от положения дроссельной заслонки или, другими словами, система имеет те же режимы работы, что п карбюратор, но обеспечивает лучший контроль за составом рабочей смеси. Форсунка обеспечивает точную дозировку топлива и его оптимальное распыление во впускном коллекторе. Продолжительность впрыска топлива форсункой синхронизирована по фазе с углом опережения зажигания. При формировании каждого сигнала «момент зажигания» контроллер выдает электрический импульс в обмотку 2 форсунки (рисунок 9), через клапан 4 открывается доступ топлива к распылителю 5, и оно распыляется через шесть сопловых отверстий во впускной коллектор.

Рисунок. 9. Форсунка системы впрыска «Fenix-ЗВ»: / - штекер; 2 - обмотка; 3 - якорь; 4 -клапан; 5 - распылитель.

Режим холостого хода и содержание СО в отработавших газах поддерживается в заданных пределах контроллером и не регулируется в процессе эксплуатации автомобиля.

Система одноточечного прерывистого впрыска низкого давлении «General Motors» имеет много общего с рассмотренными выше системами. Одним из отличительных элементов системы «GM» является датчик давления воздуха (рисунок 10), при помощи которого ЭБУ получает информацию о режиме нагрузки двигателя.

Рисунок. 10. Датчик давления воздуха во впускном трубопроводе:

1-пьезоэлемент; 2 - мембрана:, 3 - вакуумная камера; 4 - плгстинка из тугоплавкого стекла; 5 - микросхема. Клеммы: А - «масса»; В - подвод напряжения питания 5 В; С - выход напряжения 1,3...4,6 В.

 

Датчик расположен на перегородке моторного отделения. Он соединен шлангом с впускным коллектором (давление воздуха указано стрелкой на рис. 8.10). Основной элемент датчика  микросхема 5 с пьезоэлементом 1. К датчику подводится эталонное напряжение питания 5 В (клеммы А и В).

Перепад давления между вакуумной  камерой 3 (давление в ней)

01 МПа) и впускным коллектором  вызывает усилие, воздействующее  через мембрану 2 на пьезоэлемент 1. Чем выше давление, тем больше пьезоэлемент вырабатывает электричества и тем меньше падение эталонного напряжения на выходе из датчика (клеммы А и С). Выходное напряжение датчика, пропорциональное разрежению в коллекторе, подается на вход ЭБУ.

При закрытой дроссельной заслонке (холостой ход) давление во впускном трубопроводе снижается до минимального - 0,027..0,03 МПа. Напряжение на выходе датчика падает до 1,3±0,2 В. Электронный блок управления, получив соответствующий сигнал, уменьшает дозу впрыскиваемого топлива.

При полностью открытой дроссельной заслонке (полная нагрузка) давление во впускном трубопроводе повышается до атмосферного (0,085...0,095 МПа), а напряжение на выходе датчика будет приближаться к 4,6±0,2 В. Электронный блок управления получает от датчика сигнал повышенного напряжения и увеличивает дозу впрыскиваемого топлива.

При первом включении зажигания  ЭБУ считывает и запоминает показания  датчика об уровне атмосферного давления в данный момент. Поскольку в процессе эксплуатации автомобиля атмосферное давление меняется, информация о его текущем значении позволяет ЭБУ более точно вычислить количество впрыскиваемого топлива.

 

 

 

 

2.2. Системы распределительного впрыска топлива

В системах распределенного впрыска  топлива в отличие от систем центрального впрыска топливо к отдельным  цилиндрам двигателя подастся во впускной коллектор индивидуальными форсунками (рисунок. 8).

Поскольку зона впрыска топлива  расположена непосредственно перед  впускными клапанами, сам впускной коллектор остается сухим, т.е. в  нем отсутствуют пары топлива.

Рисунок 11 Схема расположения форсунки при распределенном впрыске топлива: I - форсунка; 2 - впускной трубопровод; 3 — впускной клапан.

 

Независимая подача топлива к каждому  цилиндру увеличивает точность дозирования, что улучшает мощностные и экономические показатели двигателей.