Системы питания бензиновых двигателей

В системе «L-Jetronic» учитывается, что плотность холодного воздуха выше плотности теплого. Чем теплее засасываемый воздух, тем меньше массовый заряд воздуха, поступающего в цилиндры при постоим пом положении дроссельной заслонки. Информация о температуре воздуха от датчика 6 (см. рисунок. 5), встроенного в расходомер воздуха, поступает в электронный блок управления, определяющий дозу впрыскиваемого топлива. На автомобиле также может устанавливаться высотный корректор, который информирует блок управления о наружном и атмосферном давлении.

Большую часть времени двигатель работает в режиме частичных нагрузок, поэтому программа, заложенная в ЭБУ, обеспечивает минимально возможный расход топлива при приемлемой концентрации вредных веществ в отработавших газах. Топливную экономичность и (или) минимальную токсичность отработавших газов удается получить при использовании Х-зондов и нейтрализаторов (см. рисунок 6 и 7).

Обогащение смеси происходит при холодном пуске, прогреве, холостом ходе, ускорении движения, полной нагрузке. При всех режимах, кроме последнего, излишек топлива необходим для устойчивой работы двигателя. При холодном двигателе «больше топлива» означает и больше его легкоиспаряющихся фракций. При холостом ходе хуже наполнение цилиндров, больше остаточных газов. При полной нагрузке «излишек» топлива необходим для «внутреннего» охлаждения двигателя за счет испарения части топлива.

В режиме принудительного холостого  хода дроссельная заслонка закрыта и в блок управления идет сигнал «холостой ход». Если при этом обороты двигателя выше так называемой восстанавливаемой частоты вращения, впрыск топлива прекращается. Соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ. Восстанавливаемая частота вращения (когда вновь начинается впрыск топлива) обычно лежит в пределах 1200...1700 мин^-1.

Система холостого хода дополнена  обводным каналом, в котором установлен винт качества смеси для регулирования  уровня СО в отработавших газах.

Система «LII-Jetronic» отличается от систем «L-Jetronic» главным образом измерителем расхода воздуха. В системе «LH-Jetronic» вместо объемного расходомера А (выделен серым цветом на рисунок 16) применяется термоанемометрический измеритель расхода воздуха В. Принцип его действия состоит в следующем: тепловая энергия, необходимая в единицу времени для поддержания постоянного перепада температур между нагреваемым элементом и обтекающим его воздухом, пропорциональна массовому расходу воздуха, проходящего через заданное сечение потока.

Величина тока нагрева, требуемого для сохранения постоянного температурного перепада между воздухом и пленочным  измерительным элементом 11 (см. рисунок.5), является мерой массы воздуха, поступающего в двигатель. Этот ток преобразуется в импульсы напряжения, которые обрабатываются блоком электронного управления как основной входной параметр наравне с частотой вращения коленчатого вала двигателя.

Диапазон измерения расхода  воздуха составляет от 8 до 360 кг/ч, причем результата измерений не зависят  от плотности воздуха, его температуры  и давления. Белее точное измерение  расхода воздуха позволило отказаться от пусковой форсунки 8 (выделена серым цветом на рисунок 8.16).

Обогащение смеси при пуске  холодного двигателя осуществляется посредством рабочих форсунок за счет увеличения частоты и длительности импульсов управления форсунками.

3. Системы непосредственного впрыска топлива

В системах непосредственного впрыска  топливо подается индивидуальными форсунками прямо в камеру сгорания цилиндров двигателя (рис. 8.18). Давление впрыска топлива в таких системах на порядок выше, чем у других систем.

Специфика процесса смесеобразования в системах непосредственного впрыска зависит от формы камеры сгорания, расположения форсунки, закона подачи топлива и движения находящегося в камере воздуха. Выбор формы камеры сгорания и размещение свечи зажигания осуществляется с учетом требований, вытекающих из необходимости обеспечения бездетонационной работы двигателя.

Одновременно не менее вескими являются и компоновочные соображения, так как в контур камеры сгорания должны быть вписаны седла впускных и выпускных клапанов, количество и площадь проходного сечения которых выбираются достаточными для газообмена в двигателях с впрыском топлива.

Подача топлива в системах непосредственного  впрыска производится согласованно с циклом работы двигателя, причем из соображений наилучшего смесеобразования топливо впрыскивается в цилиндр либо во время такта впуска, либо в конце такта сжатия. При размещении форсунки принимается во внимание го, что впрыскиваемое топливо не должно выбрасываться во впускной трубопровод.

С другой стороны, направление факела топлива в сторону выпускных клапанов дает возможность несколько улучшить их тепловой режим. Вместе с тем и сам распылитель форсунки нуждается в защите от тепловых перегрузок и сажеобразования.

 

Рисунок 18. Схема непосредственного впрыска топлива: 1- свеча зажигания; 2- форсунка; 3 - впускной трубопровод; 6-впрыскиваемое топливо; 5 - поршень.

При непосредственном впрыске обеспечивается наиболее точное распределение топлива  по цилиндрам двигателя. В результате удается добиться наименьшей токсичности  отработавших газов и выйти на нормы по токсичности Euro-4. Кроме того, появляется возможность эксплуатации двигателя на обедненных смесях, что улучшает топливную экономичность (см. рисунок.3). Применение таких систем повышает мрисмистость двигателя вследствие снижения отставания потока топлива| от потока воздуха и облегчает пуск двигателя благодаря более точному дозированию топлива на пусковых режимах.

Недостатком систем непосредственного  впрыска топлива является сокращение времени на смесеобразование, что  влечет за собой повышение жесткости и шумности работы двигателя.

По способу подачи топлива к  форсункам различают два типа систем: механические с топливным  насосом высокого давления и электронные  с топливной магистралью высокого давления.

2.3.1. Механические системы впрыска

В механических системах дозирование  и распределение топлива по форсункам  осуществляется топливным насосом высокого давления рядного или распределительного типа аналогично системам питания дизельных двигателей. Также существуют системы с раздельными насосом и распределителем. Как насос, так и распределитель топлива приводятся от двигателя.

Среди механических систем непосредственного  впрыска топлива наиболее удачной  является система «Kugelfischer» (рис. 8.19). Топливо из бака забирается электрическим бензонасосом и через фильтр поступает в топливный насос высокого давления 4, откуда по топливопроводам высокого давления 3 подается к форсункам 2. Давление начала впрыска топлива составляет 3,0...3,8 МПа. Количество поступающего в двигатель воздуха регулируется дроссельной заслонкой, которая посредством системы тяг связана с топливным насосом. Регулировкой длины тяги 1 устанавливают требуемое содержание СО в отработавших газах.

Рис. 8.19. Элементы системы  впрыска «Kujielfischer»: 1- тяга управления топливным насосом; 2 - форсунка; 3 – топливопроводы высокого давления; 4 - насос высокого давления; 5- шкив привода насоса.

Управление топливоподачей осуществляется с помощью электронного блока. В ЭБУ поступает информация о следующих параметрах: частоте вращения коленчатого вала двигателя, температуре охлаждающей жидкости, положении дроссельной заслонки, температуре и давлении всасываемого воздуха, температуре топлива, скорости движения автомобиля, режиме работы и загрузке двигателя. После обработки поступившей информации электронный блок управления вырабатывает команды для регулирования подачи топлива.

 

2.3.2 Электронные системы впрыска

 

Электронные системы непосредственного  впрыска топлива имеют много  общего с электронными системами  распределенного впрыска. Топливо  нагнетается поршневым насосом а распределительную магистраль под давлением 5...12 МПа, из которой через электромагнитные форсунки 4 (рисунок. 20) подается в камеру сгорания. Количеством топлива, подаваемого в цилиндры двигателя, управляет электронный блок 7 в зависимости от количества поступающего воздуха, частоты вращения, нарузки на двигатель, токсичности отработавших газов и других параметров. Уровень СО контролируется датчиками кислорода 2 и 5.

Рис. 8.20. Элементы системы  непосредственного впрыска топлива  FSI: 1 -трехком- понентный каталитический нейтрализатор; 2,5- Х-зонды; 3 - заслонка во впускном коллекторе; 4 - форсунка; 6 - датчик температуры; 7 - ЭБУ; 8 - датчик NO_x; 9 - накопительный нейтрализатор NO_x

 

Особенностью таких систем является способность работать на сверхобедненных смесях, когда соотношение воздух - бензин может доходить до 40:1. При этом в выхлопных газах резко возрастает концентрация окислов азота NO_x, с которой обычный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 1 уже не справляется.

В двигателе с системой непосредственного  впрыска FSI (автомобиль Volkswagen Golf V) впускной трубопровод каждого цилиндра разделен на два индивидуальных канала по количеству впускных клапанов. В одном из каналов перед впускным клапаном установлена специальная завихрительная заслонка 3 с электроприводом. Блок заслонок во впускном коллекторе обеспечивает завихрение потока воздуха при работе на сверхобедненной смеси при небольших нагрузках путем перекрытия подачи воздуха в соответствующем канале перед каждым цилиндром. На небольших нагрузках бензин впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия при закрытых заслонках в половине впускных канатов. При этом двигатель работает на обедненной смеси, вырабатывая избыточное количество окислов азота NO_x, которые накапливаются в нейтрализаторе 9 с с покрытиям из бария. Затем ЭБУ по сигналу датчика 8на короткое время переводит двигатель на обогащенную смесь, увеличивая подачу топлива форсунками и открывая завихрительные заслонки. Температура отработавших газов, контролируемая датчиком температуры б, повышается, при этом связанные барием молекулы NO_x высвобождаются и разлагаются на кислород и азот.

 

 

Вывод

В современных условиях основным конкурентным преимуществом машины является её экономичность, по этой причине мы считаем наиболее перспективной конструкцию электронной системы непосредственного впрыска топлива. Приведем пример : автомобиля Volkswagen Golf V с системой непосредственного впрыска FSI по сравнению с системой распределенного впрыска расход топлива меньше на 6... 13%, причем: двигатель соответствует экологическим нормам Euro-4. Аналогичные показатели у автомобилей Mercedes С200 с системой CGI и Ford Mondeo с системой SCi. Так, расход топлива у Mercedes С200 CG1 на 19% меньше, чем у Mercedes С200. Двигатель Duratec SCi, установленный на Ford Mondeo, позволяет экономить топливо на 15...20% в загородном цикле и на 6...8% в городском цикле также при соответствии нормам Euro-4.