Форсунки бензиновых двигателей

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].

Как показали проведенные исследования, оптимальным местом для установки топливной форсунки является зона над дроссельной заслонкой. В этом месте достигается наибольшая скорость воздуха, что обеспечивает хорошее смешивание топлива с воздухом.

Рис. Блок Mono Jetronic с центральной форсункой.

В едином корпусе размешен регулятор  давления, поддерживающий давление топлива  на постоянном уровне (приблизительно 1 атм), а также специальная топливная  форсунка с малым временем срабатывания.Здесь  же расположен регулятор холостого  хода, датчик дроссельной заслонки и датчик температуры воздуха.

Расход  воздуха Q определяется по углу разворота  дроссельной заслонки (по напряжению на потенциометре, расположенном на оси дроссельной заслонки). Частота  вращения коленчатого вала двигателя  п определяется по импульсам системы зажигания.

Продолжительность впрыска вычисляется блоком электронного управления в соответствии с отношением Q/n.

Управление  системой осуществляется электронным  блоком, включающим в себя микропроцессор, постоянное запоминающее устройство для хранения данных и аналогово-цифровой преобразователь.

В блоке электронного управления производится определение базовой продолжительности  впрыска топлива. Для расчета  продолжительности впрыска используется частота вращения двигателя и  угол поворота дроссельной заслонки. Вычисления производятся при помощи карты, на которой определены 15 значений угла поворота дроссельной заслонки и частот вращения двигателя.

На  основе базовой продолжительности  впрыска производится корректировка  с учетом различных параметров.

Система управления может быть запрограммирована  для учета таких режимов, как  пуск холодного двигателя, разгон, работа двигателя с максимальной загрузкой  и замедление автомобиля.

Кроме того, дополнительно может осуществляться лямбда-управление составом рабочей  смеси (подробно описанное в следующем  разделе).

Еще одна дополнительная возможность системы  управления -регулирование частоты  вращения двигателя на холостом ходу при помощи сервомотора, управляющего углом поворота дроссельной заслонки и, соответственно, поступлением воздуха в двигатель.

1.3 Центральный впрыск

Основные  отличия системы впрыска от карбюратора  достаточно наглядны, если рассмотреть  систему центрального впрыска, например, Bosch Mono-Jetronic, схема которой представлена на рис. 1.

На  впускном коллекторе на месте привычного карбюратора прямо над дроссельной  заслонкой (отсюда Throttle Body Injection) расположена  электромагнитная форсунка, или инжектор. На первый взгляд очень похоже на карбюратор. Да и функции те же, только выполняются по-другому. Форсунка представляет собой быстродействующий электромагнитный клапан с соплом, обеспечивающим высокоэффективное распыливание топлива, когда клапан находится в открытом состоянии. Для открытия клапана на него подается управляющее напряжение. Топливо к форсунке подводится под давлением около 1 кг/см кв. через фильтр электрическим насосом, расположенным в бензобаке 1. Распыленное топливо с потоком воздуха всасывается двигателем.

Количество  подаваемого топлива зависит  от времени открытия клапана форсунки, дозирование осуществляется дискретно-временным (импульсным) способом. Время открытия клапана (приблизительно от 1 до 20 миллисекунд) определяется электронным блоком - компьютером, который сравнивает занесенные в его память экспериментальные данные об оптимальном режиме работы двигателя с информацией о его нагрузочном режиме в данный момент времени, поступающей от установленных на двигателе датчиков.

Частота срабатывания клапана форсунки кратна частоте вращения коленчатого вала двигателя. В более совершенных вариантах такой системы момент впрыска связан также и с фазами газораспределения, т. е. с моментами открытия впускных клапанов.

Системы центрального впрыска, безусловно, являлись шагом вперед по сравнению с карбюраторными системами питания, но из-за своей простоты не лишены недостатков и уже не удовлетворяют современным требованиям. Основной изъян, как и у карбюратора, - неоднородное распределение смеси по цилиндрам и ее конденсация во впускном коллекторе.

В Европе и Японии системы центрального впрыска получили распространение  в основном на небольших автомобилях, что связано прежде всего с  относительной дешевизной этих систем. Немаловажно и то, что под них  легко адаптируются карбюраторные двигатели почти без конструктивных переделок или технологических изменений в производстве. А вот в США, где пик популярности систем центрального впрыска пришелся на конец 80-х - начало 90-х годов, их ставили на двигатели любого объема - вплоть до самых больших - 7,5 литровых.

1.4 Многоточечный впрыск

Более совершенными являются системы многоточечного впрыска, в которых подача топлива  к каждому цилиндру осуществляется индивидуально. Устройство такой системы  на примере L-Jetronic.

Топливо из бензобака насосом через топливный  фильтр подается к общей распределительной  магистрали, запитывающей электромагнитные форсунки. Давление топлива поддерживается постоянным, благодаря регулятору, который направляет излишки топлива  обратно в бак. В каждый цилиндр двигателя топливо впрыскивается отдельной форсункой. Принцип дозирования количества топлива, как и во всех системах с электронным управлением, - временной. Клапаны форсунок управляются электрически и открываются синхронно с работой коленчатого вала двигателя поодиночке или группами по 2 или 3 (т. н. последовательный впрыск - sequental fuel injection). Микропроцессор (компьютер), входящий в состав блока управления, обрабатывает поступающие от соответствующих датчиков данные о нагрузочном режиме двигателя, частоте вращения и положении коленчатого вала, положении дроссельной заслонки, температуре охлаждающей жидкости, количестве и температуре поступающего в двигатель воздуха... Эти данные в сопоставлении с заложенными в память блока управления экспериментальными регулировочными характеристиками используются процессором блока для определения длительности импульсов напряжения, подаваемых на клапаны форсунок. В наиболее совершенных моделях систем этого типа определяется также и оптимальный момент впрыска.