Форсунки бензиновых двигателей

В 1978 году Bendix совместно с Renault разработали систему управления Renix. Эта система была установлена на автомобиле Рено 25. Впоследствии компания Рено продала свою долю, и Bendix самостоятельно продолжил совершенствование этой системы. Еще в 1966 году Рено разработало блок автоматической трансмиссии с электронным управлением. Эта трансмиссия была установлена на автомобиле Рено 16 в 1969 году.

В 1978 году фирмой Bosch была создана первая система управления двигателем Motronic. Эта система была установлена  на автомобиле BMW 732L.

Двигатель этого автомобиля был оборудован системой L-Jetronic, a блок электронного управления содержал дополнительную цепь управления зажиганием. Позже система Motronic была дополнена системой управления оборотами холостого хода и системой самодиагностики. Первая система самодиагностики была установлена в 1981 году на автомобиле Кадиллак, оборудованном электронной системой Bendix.

В 90-х годах системы электронного управления двигателем развивались  особенно быстро. В это время появилось  множество различных модификаций этих систем. В некоторых системах блок электронного управления связан с автоматической коробкой передач, системой регулировки силы тяги и другими системами.

Среди модификаций различаются системы  центрального и распределенного  впрыска (одновременного и последовательного), системы зажигания с распределителем и без распределителя. Система самодиагностики совершенствуется за счет увеличения параметров, регистрируемых системой. В настоящее время таких параметров может быть более сотни.

Существует  несколько способов впрыска топлива: прямой, при

котором топливо впрыскивается непосредственно  в каждый цилиндр, а также непрямой, при котором топливо смешивается  с воздухом перед впускным клапаном цилиндра.

Прямой  способ впрыска топлива не используется из-за ряда чисто технических трудностей его реализации. Во-первых, топливо необходимо впрыскивать в цилиндр под большим давлением что требует мощного насоса и вызывает повышенную шумность, во-вторых, моменты впрыска топлива должны быть синхронизированы с вращением коленчатого вала двигателя.

При непрямом впрыске топлива топливо  распыляется под небольшим давлением  во впускной тракт, причем впрыск производится одновременно всеми форсунками, независимо от тактов в цилиндрах.

При непрямом впрыске существует два  способа подачи топлива:

1) Непрерывный впрыск. При работе  двигателя топливо непрерывно  распыляется форсунками, а регулирование  состава рабочей смеси осуществляется  изменением давления впрыска.  Однако отношение потребления  топлива на холостом ходу и  при работе с полной нагрузкой достигает 1:60, причем регулировка должна осуществляться с высокой точностью. Это приводит к неоправданному усложнению конструкции топливной системы.

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.