Электронные системы впрыскивания топлива

 

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 по сравнению с карбюраторами с электронным уп­равлением оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отме­тить, что системы впрыскивания топлива сложнее систем топливоподачи с ис­пользованием карбюраторов из-за большего числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифици­рованного обслуживания в эксплуатации.

Классификация способов впрыскивания топлива показана на рис. 3.8.

 

 

 

Рис. 3.8. Классификация способов впрыскивания топлива

 

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапа­нов каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента впрыски­вания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание) или каждой форсункой в определенный момент времени, согласованный с от­крытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впры­скивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повы­сить приемистость автомобиля, надежность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.

При распределенном впрыскивании топлива появляется возможность приме­нения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании раз­личных конструкций впускного трубопровода. Однако у таких систем по сравнению с центральным впрыскиванием больше погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач. Идентичность составов горючей смеси по цилин­драм в большей степени зависит от неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструкции впускной системы.

При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устана­вливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании по сравнению с карбюратором обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива. Особенно эффективна в отношении повышения топливной экономич­ности система центрального впрыскивания топлива в сочетании с цифровой си­стемой зажигания. Конструкция данной системы существенно проще системы распределенного впрыскивания.

Системы впрыскивания топлива с электронным управлением. Структурная схема системы впрыскивания топлива с программным управлением приведена на рис. 3.9.

 

Рис. 3.9. Структурная схема системы впрыскивания с программным управлением

 

На рис. 3.10 показана система распределенного впрыскивания то­плива «L-Jetronic». Электрический топливный насос 2 подает топливо из бака 1 через фильтр 3 в топливный коллектор 4, в котором с помощью стабилизато­ра 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топли­ва из форсунок 7. Стабилизатор перепада давления поддерживает постоянным давление впрыскивания и обеспечивает 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 задается электронным блоком управления в зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Учитывается также температура охла­ждающей жидкости.

Объем 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 определенный угол.

 

Рис. 3.10. Система впрыскивания топлива «L-Jetronic»:

1 - топливный бак; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - топливный коллектор; 5 - стабилизатор перепада давления; 6 - блок управления; 7 - форсунка с электромагнитным управлением; 8 - пусковая форсунка; 9 - винт регулирования частоты вращения вала на холостом ходу; 10 - датчик положе­ния дроссельной заслонки; 11 - дроссельная заслонка; 12 - измеритель расхода воздуха; 13 - реле; 14 - датчик кислорода; 15, 16, 17 - датчики; 18 - регулятор расхода воздуха на холо­стом ходу; 19 - винт измерителя расхода воздуха; 20 - аккумуляторная батарея; 21 - выключа­тель зажигания и системы впрыскивания.

 

При этом с помощью потенциометра в электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подается в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдает 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.

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. Схема расположения форсунки при впрыскивании топлива в зону впускного клапана показана на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Схема расположения форсунки при впрыскивании топлива в зону впускного кла­пана: 1 - электромагнитная форсунка; 2 - впускной трубопровод; 3 - впускной клапан

 

Количество поступающего к цилиндрам двигателя воздуха регулируется дроссельной заслонкой 11 (см. рис. 3.10), 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°С, 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 ее 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 временем впрыскивания топлива фор­сункой 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, что обеспечивается электронным блоком управления по информации от датчика 10 положения дроссельной заслон­ки. При открытии заслонки контактная система датчика 10 дает импульсы, ко­торые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

Для облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрена допол­нительная пусковая форсунка 8, продолжительность открытия которой зави­сит от температуры охлаждающей жидкости (датчик 16). Пусковая форсунка представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем.

Введенный в систему датчик кислорода обеспечивает поддержание стехиометрического состава смеси.

Применение системы впрыскивания топлива «L-Jetronic» значительно услож­няет схему электрооборудования автомобиля. Следует отметить, что электрические схемы системы «L-Jetronic» отличаются в зависи­мости от автомобиля, двигателя, установленного на нем, и года выпуска авто­мобиля.

Схема системы впрыскивания топлива двигателя автомобиля «Toyota» приве­дена на рис. 3.12

 

Рис. 3.12. Схема электронной системы управления двигателем («Toyota»):

1 - ключ зажигания; 2 - разъем для подключения внешних средств диагностики; 3 - сигнал включе­ния нейтральной передачи; 4 - сигнал включения кондиционера; 5 - сигнал скорости автомобиля; 6 - реле включения; 7 - распределитель зажигания; 8 - катушка зажигания; 9 - датчик аварийного падения давления масла; 10 - реле; 11 - электронный блок управления; 12 - шаговый двигатель си­стемы управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу; 13 - датчик расхода воз­духа; 14 - датчик температуры поступающего в двигатель воздуха; 15 - регулятор давления; 16 - датчик угла открытия дроссельной заслонки; 17 - клапан холостого хода; 18 - форсунка холод­ного пуска; 19 - редукционный клапан; 20 - форсунка; 21 - таймер прогрева; 22 - датчик температу­ры охлаждающей жидкости; 23 - датчик детонации; 24 - топливный фильтр; 25 - топливный насос; 26 - бак для топлива; 27 - датчик кислорода

Ее центральной частью является электронный блок управле­ния 11, блок-схема которого приведена на рис. 3.13. На основании сигналов датчиков блок управления рассчитывает количество впрыскиваемого топлива для получения оптимального соотношения топлива и воздуха в горючей смеси. Количество впрыскиваемого топлива определяется временем открытия элект­ромагнитного клапана форсунки.

Основное время впрыскивания топлива - это время 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.

В системе предусмотрена коррекция времени срабатывания электромагнит­ной форсунки по напряжению питания (рис. 3.14, а), по температуре охлаждаю­щей жидкости во время прогрева двигателя (рис. 3.14, б), по температуре воз­духа на впуске (рис. 3.14, в).

Рис. 3.13. Блок-схема электронного блока управления

Рис. 3.14. Коррекция впрыскивания:

а - по напряжению питания; б - во время прогрева двигателя; в - по температуре воздуха на впуске

 

При работе двигателя необходимо достигнуть высокой степени очистки отработавших газов по компонентам СО, СН и NО_Х с помощью трехкомпонентного нейтрализатора. Согласно приведенному на рис. 3.15 графику в этом случае состав горючей смеси по коэффициенту избытка воздуха l дол­жен быть близок к стехиометрическому. Стабилизация стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью датчика кислорода, устанавливаемого в выпускном трубопроводе.

 

Рис. 3.15. Зависимость содержания вредных веществ в отработавших газах от состава рабочей смеси

 

Система выполняет также функции экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ). Изменение частоты вращения, при которой прекращается и возоб­новляется подача топлива, в зависимости от температуры охлаждающей жид­кости, показано на рис. 3.16.

 

 

Рис. 3.16. Характеристики работы на прину­дительном холостом ходу:

1 - прекращение подачи топлива; 2 - начало подачи топлива

 

Количество топлива, впрыскиваемого при пуске двигателя, определяется температурой охлаждающей жидкости (рис. 3.17).

 

Рис. 3.17. Время впрыскивания топлива при пуске двигателя.