Системы питания бензиновых двигателей

В настоящее время наибольшее распространение  получили системы с пневмомеханическим и электронным управлением топливоподачей. Во первых системах дозирование топлива и распределение его по форсункам осуществляется специальным дозатором-распределителем, во вторых - топливо к форсункам поступает из единой распределительной магистрали, а количество впрыскиваемого топлива определяется электронным блоком управления.

 

2.2.1. Пневмомеханические системы впрыска

Среди пневмомеханических систем распределенного  впрыска топлива наибольшее распространение получила система «К-Jetronic» фирмы Bosch, которая представляет собой пневмомеханическую систему непрерывного впрыска топлива. Топливо под давлением поступает к рабочим форсункам, установленным во впускном коллекторе перед впускными клапанами. Форсунки непрерывно распыляют топливо, поступающее под давлением. Давление топлива и соответственно его расход зависят от нагрузки двигателя (от разрежения во впускном коллекторе) и температуры охлаждающей жидкости.

Количество впрыскиваемого во впускной коллектор топлива регулируется дозатором-распределителем в строгом соответствии с объемом поступающего воздуха (за исключением ряда режимов работы двигателя, таких, как пуск холодного двигателя, работа под полной нагрузкой и т.д.).

Топливный насос 11 (рис. 8.12) забирает топливо из бака. 9 и подает его под давлением около 0,5 МПа через аккумулятор 12 и фильтр 10 к каналу А дозатора-распределителя б. Поворотом дроссельной заслонки 4 регулируется подача не топливовоздушной смеси, а чистого воздуха. Для того чтобы установить требуемое соотношение между количеством поступающего воздуха и впрыскиваемого бензина, используется расходомер воздуха с напорным диском. На оси вращения рычага измерителя расхода воздуха 5 закреплен второй рычаг с роликом. Ролик упирается непосредственно в нижний конец плунжера дозатора- распределителя. Наличие второго рычага с регулировочным винтом позволяет менять относительное положение рычагов и этим изменять состав рабочей см еси.

На некоторых автомобилях, например BMW-520i, 525i, 528i, 535i, при необходимости этим винтом можно отрегулировать содержание СО в отработавших газах (при его завертывании смесь обедняется).

Перемещение напорного миска, пропорциональное расходу воздуха, вызывает перемещение  плунжера 3 (рисунок. 13) дозатора-распределителя, и топливо через дозирующее отверстие 4 по каналам 2 (соответствует каналу Е на рисунок.12) поступает к форсункам. Перед каналами подвода топлива 2 внутри дозатора-распределителя располагаются дифференциальные клапаны 5, необходимые дня получения линейной зависимости между перемещением плунжера и расходом топлива, поступающего к форсункам. На диафрагму 1 каждого дифференциального клапана снизу (показано стрелкой) действует давление, поддерживаемое регулятором давления 7 (см. рис. 8.12). При поступлении топлива через отверстие 4 в пространство над диафрагмой за счет действия пружины и перепада давлений между верхней и нижней камерами диафрагма прогибается вниз, увеличивая проходное сечение канала 2.

 

Рисунок. 12. Схема системы впрыска топлива «К/КЕ-Jetronic»: 1 - рабочая форсунка;2 - пусковая форсунка; 3 - регулировочный винт холостого хода;                  4 - дроссельная заслонка; 5-измеритель расхода воздуха; 6- дозатор-распределитель; 7-регулятор давления топлива; 8-регулятор управляющего давления; 9-топливный бак; 10 - топливный фильтр; 11 - топливный насос;                  12 - аккумулятор топлива; 13 - ограничитель частоты вращения; 14-датчик частоты вращения; 15-клапан обводного канала; 16-датчик положения дроссельной заслонки; 17- термореле. Каналы: А - подвод топлива к дозатору-распределителю; В - слив топлива в бак; С — канал дозатора; D - канал управления прогревом; Е - подвод топлива к рабочим форсункам; F— подвод топлива к пусковой форсунке.

В результате давление в верхней  камере падает, диафрагма поднимается вверх, тем самым несколько уменьшая проходное сечение канала 2 и соответственно количество впрыскиваемого топлива. Работа дифференциальных клапанов во взаимодействии с перемещением плунжера обеспечивает стехиометрическое соотношение воздуха и бензина в рабочей смеси.

Поскольку двигатель должен быть приспособлен к различным режимам работы (холодный пуск, холостой ход, частичные нагрузки, полная нагрузка и т.д.), то смесь приходится либо обогащать, либо обеднять. Для получения соответствия состава рабочей смеси режиму работы двигателя в системе впрыска со стороны верхней части плунжера в распределитель по каналу D подводится топливо, давление которого определяется регулятором управляющего давления 8 (см. рис. 8.12). При большем давлении сопротивление перемещению плунжера увеличивается и смесь обедняется, при меньшем — обогащается. Пои резком открытии дроссельной заслонки обогащение смеси обеспечивается почти мгновенной реакцией напорного диска

.

Рисунок. 13.Дозатор-распределитель топлива системы впрыска «К-Jetronic»: 1 - диафрагма; 2 - какал подвода топлива к форсунке; 3 - управляющий плунжер; 4 - дозирующее отверстие; 5 - дифференциальный клапан.

 

Холостой ход карбюраторных  двигателей обычно регулируется двумя  винтами: количества и качества смеси. Система питания с впрыском топлива   «К-Jetronic» также имеет два винта: винт качества смеси, которым регулируется содержание СО в отработавших газах, и регулировочный винт холостого хода 3, которым устанавливается частота вращения холостого хода.

В момент пуска холодного двигателя  и в течение определенного  времени пусковая форсунка 2 впрыскивает во впускной коллектор дополнительное количество топлива. Продолжительность работы пусковой форсунки определяет термореле в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Клапан 15 обеспечивает подвод к двигателю дополнительного количества воздуха для повышения частоты вращения коленчатого вала холодного двигателя на холостом ходу, что обедняет топливовоздушную смесь. Дополнительное обогащение смеси при пуске и прогреве холодного двигателя достигается за счет более свободного подъема плунжера дозатора-распределителя благодаря тому, что регулятор управляющего давления 8 снижает над плунжером 4 (см. рисунок. 13) противодействующее давление. Если двигатель прогрет (температура не менее 35°С), термореле 17 выключает пусковую форсунку 2 и питание осуществляется только через главную дозирующую систему и систему холостого хода. Если пуск продолжается более чем 10... 15 с, то термореле также выключает пусковую форсунку, чтобы двигатель не «залило».

Рабочие форсунки (рис. 8.14) открываются автоматически под давлением и не осуществляют дозирование топлива. Угол конуса распыла топлива составляет 30...35° (у пусковой форсунки около 80°).

Топливный насос 11 (см. рис. 8.12) работает независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Он включается при двух условиях: включено зажигание и вращается коленчатый вал. В связи с тем, что насос обеспечивает двукратное превышение давления и десятикратный запас по подаче, то в системе впрыска установлен регулятор давления соединен каналом А(подвод топлива ), по каналу В осуществляется слив излишков топлива в бак, канал С соединен с регулятором управляющего давления 8.

Рисунок. 14. Форсунка системы впрыска «К-Jetronic»: 1 - шестигранник;       2 -фильтр из мелкоячеистой сетки; 3 - корпус клапана; 4 - игольчатый клапан;      5 - резиновое кольцо.

1В большинстве элементов системы  «К-Jetronic» питание осуществляется от управляющего реле, и только пусковая электромагнитная форсунка с термореле подключена к клемме «50» выключателя зажигания. Другими словами, пусковая форсунка и термореле могут быть включены только во время работы стартера.

Управляющее реле выключает электрический  бензонасос, регулятор управляющего давления и клапан добавочного воздуха  при включенном зажигании, но при  невращающемся коленчатом вале двигателя, что важно по соображениям безопасности в случае аварии. Управляющее реле включается самостоятельно, как только стартер провернет коленчатый вал двигателя. Для этого реле получает импульсы от датчика- распределителя, катушки зажигания или от коммутатора системы зажигания. Управляющее реле распознает состояние — «коленчатый вал дви- I ателя вращается». Если же двигатель не запустился, импульсы к управ- пиющему реле больше не подходят. Реле распознает это и отключает юпливный насос через 1 с после прохождения последнего импульса.

Система впрыска «КЕ-Jetronic» отличается от системы «К-Jetronic» наличием электронного блока управления, который позволяет лучше оптимизировать дозирование топлива. В данной системе регулятор управляющего давления 8 заменен электрогидравлическим регулятором (рисунок 8.15), установленным в корпусе дозатора-распределителя. Элек- грогидравлический регулятор, управляемый ЭБУ, изменяет давление в нижних камерах дифференциальных клапанов в зависимости от режима работы двигателя путем регулирования величины тока, проходящего через катушку 3. В результате пластина 2 под действием магнитного поля перемещается на определенную величину, изменяя должным обратом давление топлива, проходящего через жиклер 1 к нижним камерам дифференциальных клапанов.

Кроме электрогидравлического регулятора система «КЕ-Jetronic» имеет датчик положения дроссельной заслонки 16 (см. рис. 8.12) и потенциометр, установленный на рычаге расходомера воздуха. Потенциометр сообщает в электронный блок управления информацию по положению напорного диска расходомера воздуха. Датчик положениядроссельной заслонки информирует ЭБУ о всех положениях дроссель ной заслонки и о скорости ее открытия и закрытия. В свою очередь, электронный блок управления через :»лектрогидравлический регулятор корректирует воздействие перемещений напорного диска на плунжер распределителя. Например, при резком нажатии на педаль акселератора электронный блок управления отличает ускорение движения автомоби ля от увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу путем оценки взаимосвязи между величиной открытия дроссельной заслонки, перемещением напорного диска и изменением частоты вращения коленчатого вала.

Рисунок 15. Электрогидравлический регулятор давления системы впрыска «КЕ-Jetronic»: 1 - жиклер; 2 - пластина клапана; 3 - катушка; 4 - полюс магнита, 5 - вход топлива; 6 - регулировочный винт.

 

2.2.2 Электронные системы впрыска

Главным отличием электронных систем распределенного впрыска от пневмомеханических является отсутствие дозатора-распределителя топлива. Расходомер воздуха в этом случае представляет собой отдельное устройство, подающее сигнал на электронный блок управления. Все форсунки (пусковая и рабочие) имеют электромагнитное управление с прерывистым впрыском топлива.

Большинство электронных систем распределенного  впрыска схоже по конструкции  с системой впрыска «L-Jetronic» фирмы Bosch. «L-Jetronic» - это более совершенная система, чем «КЕ-Jetronic», обеспечивающая увел ичение экономичности, снижение токсичности отработавших газов, улучшение динамики автомобиля

Электрический топливный насос 2 (рисунок 8.16) попает топливо из бака 1 под давлением 0,25 МПа через фильтртонкой очистки 3 к распределительной магистрали, соединенной с рабочими форсунками цилиндров. Установленный с торца распределительной магистрали регулятор 6 поддерживает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишнего топлива в бак, чем обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Рисунок. 16. Схема системы впрыска топлива «L/LH-Jetronic»: I -топливный бак; 2- тпливный насос; 3 - фильтр тонкой очистки топлива; 4 - электронный блок управления; 5 форсунка (инжектор) впрыска; 6 - регулятор давления топлива в системе; 7 - впускной коллектор; 8 - пусковая форсунка; 9 - датчик положения дроссельной заслонки; 10- расходомер воздуха; 11 - λ-зонд; 12 - термовыключатель и реле времени; 13 -датчик температуры охлаждающей жидкости; 14 - прерыватель-распределитель системы зажигания; 15 - регулятор частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу; 16- аккумулятор;17- выключатель зажигания.

 

Количество впрыскиваемого топлива  регулируется электронным блоком управления 4 в зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя, а также от температуры охлаждающей жидкости.

Основным параметром, определяющим дозирование топлива, является объем всасываемого воздуха, измеряемый расходомером 10. Поступающий воздушный поток отклоняет измерительную заслонку 2 (см. рисунок 5) расходомера на определенный угол, который преобразуется в электрическое напряжение посредством потенциометра.

Соответствующий количеству воздуха электрический сигнал передастся в ЭБУ, который определяет необходимое количество топлива в данный момент работы двигателя и подает на электромагнитные клапаны рабочих форсу нок импульсы тока с целью впрыска топлива. Независимо от положения впускных клапанов, через форсунки осуществляется разовый впрыск топлива за один или два оборота коленчатого вала двигателя (каждые дна или четыре такта работы четырехтактного двигателя). Если впускной клапан в момент впрыска закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Каждый цилиндр имеет свою рабочую  форсунку (рисунок. 8,17) с электромагнитным управлением, впрыскивающую топливо перед впускным клапаном. Синхронизация впрыска с циклами работы двигателя осуществляется электронным блоком управления посредством информации о частоте вращения, полуденной от контактов прерывателя 14 (рис. 8.16) системы зажигания, от клеммы катушки зажигания или клеммы коммутатора (для бесконтактных систем зажигания)

.

Рисунок 17. Форсунка системы впрыска «L-Jetronic»: 1 - штифт; - игла; 3 - якорь; 4 - пружина; 5 - обмотка электромагнита; 6 - электрический контакт; 7 - топливный фильтр.

 

Регулятор частоты вращения коленчатого  вала на холостом: ходу 15, установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, подводит к двигателю добавочный воздух при холодном пуске и прогреве двигателя, что приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала (свыше 1000 мин¹) и ускоренному прогреву. О тепловом режиме двигателя дает информацию датчик температуры охлаждающей жидкости 13. Для облегчения пуска холодного двигателя, как и в других рассмотренных системах впрыска, применяется электромагнитная пусковая форсунка 8, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости (термореле 12) (см. рисунок 16).

Объем проходящего воздуха полностью  определяется положением дроссельной заслонки (нагрузкой двигателя). Информацию о нагрузочном режиме двигателя в ЭБУ сообщает датчик положения дроссельной заслонки. Информация состоит из сигналов: «холостой ход», «частичные нагрузки», «полная нагрузка». Если дроссельная заслонка закрыта и двигатель работает на холостом ходу, то контакты холостого хода замкнуты и в электронный блок управления идет соответствующий сигнал. Также передается информация о полной нагрузке двигателя, только в ном случае контакты разомкнуты. Сигнал о частичной нагрузке формируется при помощи потенциометра.