Исследование процесса технической эксплуатации топливных форсунок системы распределённого впрыска

2) Дробный впрыск. Топливо  распыляется через равномерные  интервалы времени при постоянном  давлении (подробнее см. ниже). Эти интервалы времени могут быть как синхронизированы, так и не синхронизированы с открытием впускных клапанов двигателя.

Так же в двигателе может  быть установлена одна форсунка (одноточечный или дроссельный впрыск) или для  каждого цилиндра устанавливается  своя форсунка (многоточечный или  разделенный впрыск).

Форсунка для одноточечного  впрыска устанавливается над  дроссельной заслонкой, поэтому  такая система иногда называется системой с дроссельным впрыском топлива. Она является относительно дешевой. В большинстве систем используется установка форсунок для каждого  цилиндра, поскольку, несмотря на дополнительную стоимость, эти системы обладают рядом преимуществ. Независимо от типа системы, их общие принципы работы поясняются.

1.1 Электронная система  разделенного впрыска топлива

Принцип действия системы  разделенного впрыска топлива рассмотрен на примере системы впрыска топлива  Bosch L Jetrcnic.

Система LH Jetronic отличается от системы L Jetronic только установкой датчика массового расхода воздуха с нагретым проводом.

Работа системы L Jetronic заключается в обеспечении оптимального соотношения воздуха и топлива в рабочей смеси для всех режимов работы двигателя, а также в определении времени и длительности впрысков топлива для каждой из форсунок.

Для обеспечения разделенного впрыска топлива требуется установка  форсунок позади впускных клапанов для  каждого цилиндра. При открывании клапана облако топлива втягивается  вместе с воздухом в цилиндр двигателя, где и образуется рабочая смесь.

1.1.1 Принцип действия

При помощи роликового насоса топливо проходит через фильтр и  закачивается в распределительный  коллектор под давлением 2,5 атм. Регулятор  давления, рас - положенный на конце  распределительного коллектора, поддерживает давление топлива постоянным для  каждого режима работы двигателя.

Нижняя камера регулятора давления связана с впускным коллектором  за дроссельной заслонкой. Это позволяет  поддерживать давление в распределительном  коллекторе на 0,5 атм выше, чем во впускном коллекторе.

Избыток топлива, закачиваемого  в распределительный коллектор, повышает давление, что приводит к  открытию регулятора давления и сливу  избытка топлива в бак.

Эта непрерывная циркуляция топлива предотвращает перегрев топлива и образование пробок из его паров.

Фильтрование топлива  необходимо особенно в случае применения грязного бензина.

Топливный фильтр состоит  из бумажного фильтра с диаметром  пор порядка 10 микрон.

Срок эксплуатации топливного фильтра составляет от 40 000 км до 96 500 км пробега в зависимости от размера фильтра. Распределительный коллектор (иногда называвшийся топливной магистралью) служит для подачи топлива к форсункам.

Рис. Система впрыска топлива  Bosch L Jetronic.

1 Топливный бак

2 Электрический топливный  насос

3 Фильтр тонкой очистки

4 Распределительный коллектор

5 Регулятор давления

6 Датчик расхода воздуха  типа заслонки (6а)

7 Блок управления

8 Датчик температуры

9 Топливная форсунка

10 Впускной коллектор

11 Клапан "холодного пуска"  двигателя

12 Дроссельная заслонка  с переключателем [12а]

13 Вспомогательный воздушный  клапан

14 Переключатель термореле

15 Распределитель зажигания

16 Блок реле

17 Замок зажигания

18 Аккумулятор

При включении термореле открывается клапан 2, расположенный во впускном коллекторе и через него впрыскивается дополнительное топливо.

Более поздние версии системы  впрыска используют не отдельный  клапан, а удлиняют время открытого  состояния основных клапанов для  впрыска топлива.

Прогрев двигателя. После  пуска двигателя ему необходимо обогащение рабочей смеси, поскольку  стенки цилиндров ещё не нагрелись.

После пуска обогащение рабочей  смеси изменяется. В первые 30 с после пуска рабочая смесь содержит топлива не 30 – 60 % больше. Изменение состава рабочей смеси производится в блоке управления в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, измеряемой датчиком, расположенном в блоке цилиндров. Этот датчик представляет собой реостат с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Управление оборотами  холостого хода. Для преодоления  повышенного сопротивления при  работе холодного двигателя предусмотрено  вспомогательное устройство, увеличивающее  подачу воздуха и топлива в  двигатель.

Это устройство представляет собой биметаллическую пластину, которая открывает или закрывает  отверстие для подачи дополнительного  топлива.

Адаптация системы к изменению  загрузки двигателя.

Если при работе двигателя  на холостом ходу рабочая смесь станет слишком бедной, это может привести к неустойчивой работе двигателя. Для регулировке рабочей смеси в этом режиме работы двигателя используется система дополнительной подачи воздуха в обход дроссельной заслонки. Для регулировки состава рабочей смеси блок электронного управления использует данные датчика массового расхода воздуха, на основе которых меняет соотношение воздух – топливо рабочей смеси.

Частичная загрузка двигателя. В процессе эксплуатации двигатель, в основном, работает, работает с  частичной загрузкой.

Подача топлива запрограммирована  в блоке электронного управления таким образом, чтобы в двигатель  подавалось минимальное количество топлива на всех режимах частичной  загрузки.

Полная загрузка двигателя.

Для достижения максимальной мощности двигателя необходимо дополнительное обогащение рабочей смеси по сравнению  с частичной загрузкой двигателя.

Дополнительное обогащение рабочей смеси осуществляется блоком управления по сигналу контактного  датчика полностью открытой дроссельной  заслонки.

Топливные форсунки устанавливаются  для каждого цилиндра и приводятся в действие электромагнитами. Электромагниты открывают и закрывают клапаны  форсунок по командам блока управления. При отсутствии напряжения на обмотке  электромагнита игольчатый клапан удерживается пружиной в закрытом положении. Когда  на обмотку электромагнита подается напряжение, клапан поднимается приблизительно на 0,1 мм и топливо впрыскивается  через образовавшийся зазор. Игла клапана  имеет специальную форму для  лучшего распыления топлива. Время  открытия и закрытия клапана составляет 1,0... 1,5 миллисекунды, а время, в течение  которого клапан остается открытым, колеблется от 1,5 до 10 миллисекунд в зависимости  от команд, формируемых блоком управления.

Топливные форсунки крепятся на резиновых втулках для обеспечения  теплоизоляции. Это предотвращает  появление пробок из паров топлива  и способствует облегчению пуска  горячего двигателя.

Пуск холодного двигателя. Аналогично тому, что в карбюраторе  устанавливается дополнительная заслонка для обогащения топливной смеси, система впрыска топлива также  имеет возможность впрыска дополнительного  топлива для облегчения пуска  холодного двигателя.

Обогащение рабочей смеси  осуществляется при помощи специального термореле. Термореле имеет биметаллический выключатель, который срабатывает в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Выключатель снабжен собственным обогревателем для ограничения времени обогащения рабочей смеси и предотвращения перелива топлива (настройка термореле выполнена таким образом, чтобы обогащение смеси осуществлялось не более 8 с при температуре -20°С).

При включении термореле открывается клапан (II), расположенный во впускном коллекторе и через него впрыскивается дополнительное топливо.

Более поздние версии системы  впрыска используют не отдельный  клапан, а удлиняют время открытого  состояния основных клапанов для  впрыска топлива.

Прогрев двигателя. После  пуска двигателя ему необходимо обогащение рабочей смеси, поскольку  стенки цилиндров еще не нагрелись.

После пуска обогащение рабочей  смеси изменяется. В первые 30 с после пуска рабочая смесь содержит топлива на 30%...60% больше. Изменение состава рабочей смеси производится в блоке управления в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, измеряемой датчиком, расположенном в блоке цилиндров. Этот датчик представляет собой реостат с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Управление оборотами  холостого хода. Для преодоления  повышенного сопротивления при  работе холодного двигателя предусмотрено  вспомогательное устройство, увеличивающее  подачу воздуха и топлива в  двигатель.

Это устройство представляет собой биметаллическую пластину, которая открывает или закрывает  отверстие для подачи дополнительного  воздуха.

Адаптация системы к изменению  загрузки двигателя.

Если при работе двигателя  на холостом ходу рабочая смесь станет слишком бедной, это может привести к неустойчивой работе двигателя.

Для регулировки рабочей  смеси в этом режиме работы двигателя  используется система дополнительной подачи воздуха в обход дроссельной  заслонки.

Для регулировки состава  рабочей смеси блок электронного управления использует данные датчика  массового расхода воздуха, на основе которых меняется соотношение воздух / топливо рабочей смеси.

Частичная загрузка двигателя. В процессе эксплуатации двигатель, в основном, работает с частичной  загрузкой.

Подача топлива запрограммирована  в блоке электронного управления таким образом, чтобы в двигатель  подавалось минимальное количество топлива на всех режимах частичной  загрузки.

Полная загрузка двигателя. Для достижения максимальной мощности двигателя необходимо дополнительное обогащение рабочей смеси по сравнению  с режимом частичной загрузки.

Дополнительное обогащение рабочей смеси осуществляется блоком управления по сигналу контактного  датчика полностью открытой дроссельной  заслонки.

Ускорение. При ускорении двигателю требуется увеличение подачи топлива. При нажатии на педаль акселератора дроссельная заслонка открывается. Это приводит к быстрому открыванию заслонки датчика расхода воздуха так, что на короткое время заслонка по инерции откроется больше, чем надо. При этом пропорционально открытию заслонки увеличится подача топлива и приводит к появлению в выхлопных газах несгоревшего топлива. Если на автомобиле установлен каталитический преобразователь произойдет временное обогащение рабочей смеси, позволяющее осуществлять быстрый разгон автомобиля.

Если ускорение продолжается, такой меры может быть недостаточно. В этом случае блок управления определяет скорость поворота дроссельной заслонки и на основании этой информации вычисляет  необходимую степень обогащения рабочей смеси. При замедлении происходит обратный процесс, подача топлива уменьшается  или прекращается совсем.

Коррекция по температуре  воздуха.

Результаты измерения  расхода воздуха датчиком типа заслонки нуждаются в коррекции в зависимости  от температуры воздуха. Поэтому  рядом с датчиком такого типа устанавливается  датчик температуры воздуха, а в  блоке управления происходит корректировка  вычисления расхода воздуха в  соответствии с данными этого  датчика.

Другие корректировки.

Ограничение максимальных оборотов двигателя производится блоком электронного управления. Однако простое отключение зажигания выхлопных газов, это  может привести его в негодное состояние. Поэтому блок управления одновременно с отключением зажигания  уменьшает или прекращает подачу топлива к форсункам.

Заброс оборотов двигателя  может произойти, например, при движении автомобиля под уклон с полностью  отпущенной педалью акселератора. При  этом происходит лишняя потеря топлива  и увеличение несгоревших остатков топлива в выхлопных газах. Блок электронного управления отключает  подачу топлива при следующих  условиях, зависящих от температуры:

а) Дроссельная заслонка закрыта;

б) Частота вращения двигателя  превышает 1200 об/мин;

в) Температура охлаждающей  жидкости выше 25°С (более холодный двигатель останавливается только при превышении максимальных оборотов).

Когда двигатель работает на повышенных оборотах при закрытой дроссельной заслонке, во впускном коллекторе создается большое разрежение. Это приводит к неполному сгоранию топлива и увеличению окисей углерода в выхлопных газах. Для предотвращения этого блок электронного управления прекращает подачу топлива, когда обороты  двигателя становятся меньше, установленных винтом регулировки, подача топлива возобновляется.

1.1.2 Блок электронного  управления

Блок электронного управления - центральный блок системы. Он предназначен для обработки данных, полученных от датчиков и формирований управляющих  импульсов, открывающих топливные  клапаны.

Количество топлива, поступающего в двигатель, определяется длительностью  открытого состояния топливных  форсунок.

Блок электронного управления состоит из пяти электронных схем, расположенных на печатных платах. Элементы конечной ступени усилителя  расположены на стальной рамке для  обеспечения отвода выделяющегося  тепла.

За один оборот коленчатого  вала топливная форсунка каждого  цилиндра впрыскивает топливо только один раз, независимо от положения впускных клапанов. Если при впрыскивании топлива  впускной клапан еще закрыт, топливо  находится перед впускным клапаном.

б) Топливные форсунки всех цилиндров открываются и закрываются  одновременно.

в) Продолжительность впрыскивания топлива определяется на основе показаний  датчика расхода воздуха и  частоты вращения коленчатого вала. Эти данные корректируются блоком электронного управления в зависимости от условий  работы двигателя.

1.2 Система впрыска с  одной форсункой (дроссельный  впрыск)

По заказам производителей автомобилей фирмой Bosch была разработана более дешевая система с одноточечным впрыском топлива. Эта система была установлена в 1985 г. на автомобилях марки VW Polo и в 1987 г. на Fiat FIRE (Fully Integrated Robotised Engine].