устройство, принцип подачи топлива, классификация

Рассмотрим, как устроены системы впрыска бензиновых двигателей, как они работают,  каковы их виды, в чём особенности центрального, коллекторного и непосредственного впрыска.

Системы впрыска топлива бензиновых двигателей –  это системы для дозированной подачи бензина в ДВС. Тип устройства, характеристика системы влияет на ряд важных показателей. Это экологический класс двигателя, его мощность, топливная эффективность.

Устройство системы впрыска бензинового двигателя может иметь различные конструктивные решения и модификации. О них мы расскажем, останавливаясь на конкретных видах систем впрыска.

Варианты топливных систем бензиновых двигателей

Впрыск топлива в воздушный поток может происходить как за счёт разрежения, так и за счёт избыточного давления. Например, в карбюраторе впрыскивание происходит за счёт разрежения, а в большинстве современных систем — за счёт избыточного давления.

• центральным (например, наддроссельный впрыск),
• распределённый или коллекторный (осуществляется отдельной форсункой в предкамеру, расположенную перед впускным клапаном каждого цилиндра двигателя),
• непосредственный (осуществляется напрямую в камеры сгорания, отдельными форсунками), встречается в разных вариациях, характерен для современных автомобилей..

Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)

Конструктивное решение с карбюраторами

Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И через множество лет это были единственно доступные системы. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на протяжении сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах малой механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.
 
Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.
Принцип их действия основан на всасывании  топлива в поток воздуха, проходящего через сужение карбюратора. увеличение скорости движения воздуха в месте сужения воздушного канала формирует  разрежение воздуха. 

Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое отношение топлива к воздуху.
. 

Как работает устройство?

1. Топливо из бака выбирает насос (управляемый механически или электрически – в зависимости от модели).
2. ДВС запускается, и поток воздуха, проходящий через сужение воздушного канала карбюратора, создает разрежение. 
3. В смесительную камеру карбюратора поступает топливо.
4. Жиклер (калиброванное отверстие) дозирует топливо.

С точки зрения работы всё достаточно просто. Так почему же карбюраторы уходят в историю? 

Здесь достаточно много причин:

• Низкая экономичность, а соответственно, и низкий уровень топливной эффективности.
• Проблемы при переменных режимах работы, снижающие динамические качества- автомобиля.
• Прямая зависимость от расположения двигателя в автомобиле.
• Выброс в окружающую среду большого количества вредных веществ (несоответствие нормативам эмиссии газообразных вредных выбросов в атмосферу).

Моновпрыск 

На смену карбюратору пришла система так называемого «над дроссельного впрыска» топлива. Она также известна как моновпрыск или система центрального впрыска.

Принцип базируется на впрыске топлива одной форсункой, установленной на впускном коллекторе двигателя.

Самыми популярными конструкциями системы центрального впрыска являются решения Mono-Jetronic от R. R. Bosch и Opel-Multec (как нетрудно догадаться из названия, это решение корпорации Opel).

Появление моновпрыска приходится на середину 70-х годов 20-го века. В то время системой Mono-Jetronic стали оснащать автомобили Volkswagen и Audi.

Главной задачей при разработке моновпрыска стало нахождение альтернативы карбюраторной системе впрыска. Важно было найти более эффективную систему топливоподачи, которая смогла бы удовлетворить возросшим экологическим требованиям.

Mono-Jetronic: конструктивные элементы

• Регулятор давления. Способен поддержать на стабильном уровне рабочее давление в системе впрыска, а после выключения ДВС сохранить остаточное давление в системе . Это важно для облегчения пуска, создание барьеров против образования паровых пробок.
• Электромагнитный клапан (форсунка). Обеспечивает импульсный впрыск топлива. Управление клапаном осуществляется посредством электросигнала. Он идёт от блока управления.
• Дроссельная заслонка. Регулятор объема поступающего воздуха.
• Привод. Он ответственный за работу дроссельной заслонки.
• Электронный блок управления. «Мозг», синхронизатор.

Входные датчики (момента впрыска, положения дроссельной заслонки, оборотов двигателя, концентрации кислорода и т.д.).

Распределённый впрыск

В 70-е годы появились и системы распределительного впрыска, основанные на подаче топлива отдельной форсункой в предкамеру, расположенную перед впускным клапаном каждого цилиндра двигателя. Впрыск может быть при этом может быть как импульсным, так и непрерывным. 

Мы остановимся на решении K-Jetronic производителя Robert R. Bosch с непрерывным впрыском. K-Jetroniс активно присутствовала на рынке с 1973-го по 1995 годы.  Сначала K-Jetroniс выпускалась с механической системой дозирования. С 1982 года — с электронной начинкой и электронным управлением дозирования. Начиная с версий (модификаций) с электронным управлением система стала называться KE-Jetroniс.

Экономические характеристики автомобилей, их уровень топливной эффективности был существенно улучшен, уровень выбросов вредных веществ в выхлопе также снизился.

В системах K/KE-Jetronic впрыск топлива осуществлялся непрерывно в смесительную камеру перед впускным клапаном. При этом количественное дозирование топлива, поступающего в поток воздуха, производилось за счет взаимосвязанных узлов «расходомер – дозатор».

Помимо дозатора-распределителя обязательный элемент решения – дроссельная заслонка, расположенная за дозатором, у первых версий были вакуумно-механические клапаны коррекции топлива(запуск клапанов в работу возможен как от терморегуляторов, так от разряжения воздуха во впускном коллекторе), в поздних модификациях появились электрические клапаны коррекции топлива. Кроме того, системы  стали оснащать кислородным датчиком (лямбда-зондом). Огромным плюсом схемотехнического решения стало то, что система впрыска могла быть оснащена  катализаторам-, но к уровню надёжности были существенные вопросы.

Дискретный впрыск топлива

Новой эрой стал дискретный впрыск топлива. Первой здесь стала электронная система распределенного впрыска топлива L-Jetronic – опять-таки от R. R. Bosch. С появлением этого решения стало возможным говорить о качественной управляемости, безотказности, надёжности. Да, сразу же стало ясно, что это средний и высокий ценовой сегмент. Поэтому долгое время системы дискретного впрыска топлива сосуществовали с системами непрерывного распределительного впрыска типа K/KE-Jetronic.

Но постепенно L-Jetronic обрела массовость. Её стал активно использовать практически весь европейский автопром. Явные плюсы оценили и водители, и персонал автосервиса: повысилась топливная экономичность авто. Для обслуживания перестали быть нужны сложные навыки (в первую очередь, это стало возможным за счёт того, что отпала надобность выполнять механические настройки).

L-Jetronic несколько раз модернизировалась и уверенно держалась на рынке до появления стандарта Евро-3. После чего более актуальными стали решения на основе термоанемометрических датчиков массметра (массового расхода воздуха). В частности, популярность приобрела модификация LH-Jetronic .

У новой разработки стала доступна индивидуальная регулировка подачи топлива в каждый из  цилиндров
Объединяющая черта систем Mono-Jetronic, L-Jetronic, LH-Jetronic состоит в том, это все эти решения управляют только впрыском топлива, при этом для воспламенения топлива задействована система зажигания с модулем электронного управления. 

Устройства, в которых система и зажигания и впрыск были синхронизированы и объединены, корпорация R.R. Bosch начала выпускать с 1979 года.

Ярким примером решения с объединёнными системами впрыска и зажигания – стала система Motronic от R.R. Bosch. 
Она существовала в нескольких модификациях, появившихся в 90-е годы 20-го века. В эти годы в их конструкции входили механические расходомеры воздуха. Но вскоре вместо них стали использоваться термоанемометрические датчики-расходомеры, расширились возможности для самодиагностики.

Правда, полностью удовлетворить запросам диагноста  системы не могли, поскольку  протокол выявления неисправностей не обладал высокой результативностью. В последующих модификациях эта проблема была успешно решена.

Но самым революционным решением Motronic стало появление датчика абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP-sensor).

Использование  MAP-сенсора в системе управления двигателем позволило  готовить качественную топливовоздушную смесь, состав которой близок к желаемому, и, главное, не сложно соблюсти европейские требования к выхлопам автомобилей.

Но для выхода на американский рынок даже этого было недостаточно. По стандартам США в топливной системе должна быть обязательная система контроля утечек паров топлива из бака. Так появилось инновационное решение Motronic M5. С ним появились все условия для того, чтобы исключить эксплуатацию автомобиля с потерявшей герметичность пробкой заливной горловины или неисправной системой вентиляции топливного бака.

Кроме того, эта система соответствует требованиям самого строгого протокола самодиагностики OBD-II/CARB.

А благодаря электроуправлению дроссельной заслонкой отлажено взаимодействие между системой управления двигателем и системой торможения.  

Системы непосредственного впрыска 
 
Особое место среди систем впрыска бензиновых двигателей получили системы непосредственного впрыска.
Их принцип действия основан на том, что топливо посредством инжектора распыляется прямо в цилиндр двигателя.

• Это важно для достижения топливной экономичности.
• Плунжерный насос. Подаёт топливо в рампу, соединённую с форсунками. 
• Регулятор давления топлива. Поддерживает стабильное рабочее давление в топливной рампе. Топливная рампа. Здесь непосредственно происходит процесс распределения топлива по форсункам.
• Предохранительный клапан на рампе. Защищает рампу от предельных давлений.
• Датчик высокого давления. Замеряет давление в рампе, подаёт сигнал блоку управлением двигателя на коррекцию давления.

Согласование взаимодействия  узлов осуществляется посредством электронной системы управления двигателем. От блока электронного управления поступают команды на исполнительные механизмы.

Интересная деталь! Если среди дизельных систем впрыска такие топливные системы были популярны давно, то среди бензиновых распространение получили не сразу. Причина элементарно проста: бензин в отличие от дизельного топлива является плохой смазкой, что вызывало быстрый износ» топливного насоса.

Но с развитием технологий уплотнений разработчики снова смогли заняться бензиновыми системами с прямым впрыском топлива. Система непосредственного впрыска может обеспечивать несколько видов смесеобразования: послойное, однородное (гомогенное), и стехиометрическое. Послойное смесеообразование актуально при малых и средних оборотах, стехиометрическое и гомогенное – при сверхвысоких оборотах, а также при средних и высоких нагрузках.

Самые популярные решения – с послойным смесеобразованием. Их хорошо знают по названию FSI и TFSI (у Volkswagen и у Ауди). Буква “T” в названии свидетельствуют о наличии турбокомпрессора, то есть двигатель, как именуется в просторечии — “турбирован”.

В цилиндр таких бензиновых систем впрыска поступает небольшое количество топлива. Тщательная организация потока воздуха в цилиндре (его траектория движения, подобная «кувырку) и удачно подобранное время впрыска топлива в цилиндр создают  все условия, чтобы это небольшое количество топлива было подано к электродам  свечи зажигания, и произошло воспламенение этой порции горючей смеси.

Почему на эту бензиновую систему впрыска не переходят повсеместно. К сожалению, актуальна такая проблема, как «турбоямы» при резком нажатии на педаль газа.

Этот недостаток полностью устранен при наличии наддувочного агрегата с электроприводом. Такие системы недёшевы. Но оперативно выйти на режим максимальной мощности, избежать «турбоям» при резком нажатии педали на газ с ними – не проблема. Прямой впрыск SC-E актуален, например, для ряда спортивных автомобилей.

Очень высокий интерес – и к битопливным (бинарным) система с газотурбинным наддувом. При работе на бензине можно достичь очень хорошего крутящего момента.

Параметры применяемого топлива прописываются в постоянной памяти. Если нужно заменить бензин на альтернативное топливо, изменяется программа смесеобразования. Это очень удобно.

Какой впрыск лучше?

Очень часто спорят: какой впрыск лучше.  Дешевле всего обойдутся решения, ориентированные на распределённый  впрыск. Подкупает и то, что они не требовательны к качеству топлива.

Если вам важно, чтобы была высокая топливная эффективность при минимальных значениях  вредных выбросов, однозначно стоит выбирать непосредственный впрыск. Да, эти решения дороже. Но лучше  заплатить больше единожды, чем постоянно “съедать” лишнее топливо. 

Кстати, дороговизна решения связана, главным образом, с тем, что производителям пришлось внести кардинальные изменения в конструкцию головок цилиндров, однако в ремонте эти двигатели значительно дороже простых и надёжных двигателей с распределённым предкамерным впрыском топлива.

Не просто изучить топливные системы, а попрактиковаться работать в поиске различных неисправностей в них вам поможет специализированный тренажёр на платформе  ELECTUDE. Отличное подспорье для автомобильных механиков и диагностов. 

Система впрыска

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование — инжекторная система, от injection – впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска используется как на бензиновых, так и дизельных двигателях. Вместе с тем, конструкции и работа систем впрыска бензиновых и дизельных двигателей существенным образом различаются.

В бензиновых двигателях с помощью впрыска образуется однородная топливно-воздушная смесь, которая принудительно воспламеняется от искры. В дизельных двигателях впрыск топлива производится под высоким давлением, порция топлива смешивается со сжатым (горячим) воздухом и почти мгновенно воспламеняется. Давление впрыска определяет величину порции впрыскиваемого топлива и соответственно мощность двигателя. Поэтому, чем больше давление, тем выше мощность двигателя.

Система впрыска топлива является составной частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунка (инжектор).

Системы впрыска бензиновых двигателей

В зависимости от способа образования топливно-воздушной смеси различают следующие системы центрального впрыска, распределенного впрыска и непосредственного впрыска. Системы центрального и распределенного впрыска являются системами предварительного впрыска, т.е. впрыск в них производится не доходя до камеры сгорания — во впускном коллекторе.

Центральный впрыск (моновпрыск) осуществляется одной форсункой, устанавливаемой во впускном коллекторе. По сути это карбюратор с форсункой. В настоящее время системы центрального впрыска не производятся, но все еще встречаются на легковых автомобилях. Преимуществами данной системы являются простота и надежность, а недостатками — повышенный расход топлива, низкие экологические показатели.

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой. Образование топливно-воздушной смеси происходит во впускном коллекторе. Является самой распространенной системой впрыска бензиновых двигателей. Ее отличает умеренное потребление топлива, низкий уровень вредных выбросов, невысокие требования к качеству топлива.

Перспективной является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Система позволяет создавать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя, повысить степень сжатия, тем самым обеспечивает полное сгорание смеси, экономию топлива, повышение мощности двигателя, снижение вредных выбросов. С другой стороны ее отличает сложность конструкции, высокие эксплуатационные требования (очень чувствительна к качеству топлива, особенно к содержанию в нем серы).

Для снижения выбросов твердых частиц в атмосферу с отработавшими газами применяется комбинированная система впрыска, объединяющая систему непосредственного впрыска и систему распределенного впрыска на одном двигателе внутреннего сгорания.

Системы впрыска бензиновых двигателей могут иметь механическое или электронное управление. Наиболее совершенным является электронное управление впрыском, обеспечивающее значительную экономию топлива и сокращение вредных выбросов.

Впрыск топлива в системе может осуществляться непрерывно или импульсно (дискретно). Перспективным с точки зрения экономичности является импульсный впрыск топлива, который используют все современные системы.

В двигателе система впрыска обычно объединена с системой зажигания и образует объединенную систему впрыска и зажигания (например, системы Motronic, Fenix). Согласованную работу систем обеспечивает система управления двигателем.

Системы впрыска дизельных двигателей

Впрыск топлива в дизельных двигателях может производиться двумя способами: в предварительную камеру или непосредственно в камеру сгорания.

Двигатели с впрыском в предварительную камеру отличает низкий уровень шума и плавность работы. Но в настоящее время предпочтение отдается системам непосредственного впрыска. Несмотря на повышенный уровень шума, такие системы имеют высокую топливную экономичность.

Определяющим конструктивным элементом системы впрыска дизельного двигателя является топливный насос высокого давления (ТНВД).

На легковые автомобили с дизельным двигателем устанавливаются различные конструкции систем впрыска: с рядным ТНВД, с распределительным ТНВД, насос-форсунками, Сommon Rail. Прогрессивные системы впрыска — насос-форсунки и система Сommon Rail.

В системе впрыска насос-форсунками функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Насос-форсунка имеет постоянный (неотключаемый) привод от распределительного вала двигателя, поэтому подвержена интенсивному износу. Это качество насос-форсунки направляет предпочтения автопроизводителей в сторону системы Сommon Rail.

Работа системы впрыска Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (в переводе common rail — общая рампа). Другое название системы — аккумуляторная система впрыска. Для снижения уровня шума, улучшения самовоспламенения и снижения вредных выбросов в системе реализован многократный впрыск топлива — предварительный, основной и дополнительный.

Системы впрыска дизельных двигателей могут иметь механическое или электронное управление. В механических системах регулирование давления, объема и момента подачи топлива производится механическим способом. Электроника образует систему управления дизелем.

Что такое система впрыска топлива автомобиля и как работает (основы)

Впрыск топлива автомобиля — это система дозированной подачи топлива в цилиндры двигателя. Расскажем про электронные системы подачи топлива, как работают и из каких датчиков состоят.

Как работает

На рисунке схематично показан принцип работы распределенного впрыска.

Подача воздуха (2) регулируется дроссельной заслонкой (3) и перед разделением на 4 потока накапливается в ресивере (4). Ресивер необходим для правильного измерения массового расхода воздуха — измеряет общий массовый расход или давление в ресивере.

Последний должен быть достаточного объема для исключения воздушного «голодания» цилиндров при большом потреблении воздуха и сглаживания пульсаций на пуске. Форсунки (5) устанавливаются в канал в непосредственной близости от впускных клапанов.

Датчики системы впрыска топлива

Для функционирования электронной системы управления двигателем необязательно наличие всех датчиков. Комплектации зависят от системы впрыска, норм токсичности. В программе управления есть флаги комплектации, которые информируют ПО о наличии или отсутствии каких-либо датчиков. Например, в системах Евро-2 отсутствуют датчик неровной дороги.

Датчик кислорода (ДК) — рассчитывает содержание О₂ в отработанных газах. Используется в системах с катализатором под нормы токсичности начиная с Евро-2 и дальше. В Евро-3 используется два датчика кислорода — до катализатора и после.

Датчик фазы нужен для более точного расчета времени впрыска в системах с фазированным впрыском.

Датчик положения коленвала (ДПКВ) — считывает частоту вращения коленвала и его положение. Нужен для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — определяет массовый расход воздуха, поступающего в двигатель. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) — следит за температурой охлаждающей жидкости. Нужен для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Сигнал ДТОЖ подается только на электронный блок управления, для индикации на панели используется другой датчик.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — определяет положение дросселя (нажата педаль «газа» или нет). Служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик детонации — контроль детонации мотора. При обнаружении, блок управления двигателем включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания. В первых системах впрыска применялся резонансный датчик детонации, но был заменён на широкополосный датчик.

Датчик скорости (ДС) — определение скорость движения машины. Используется при расчетах блокировки/возобновления топливоподачи при движении. Этот сигнал также подается на приборную панель для расчета пробега. 6000 сигналов с ДС примерно соответствуют 1 км. пробега автомобиля.

Датчик фазы (ДФ) — определяет положение распредвала. Нужен для точной синхронизации по времени впрыска в системах с фазированным (последовательным) впрыском. При аварии или отсутствие датчика система переходит на попарно — параллельную (групповую) систему подачи топлива.

Датчик неровной дороги — для оценки уровня вибраций двигателя. Необходим для правильной работы системы обнаружения пропусков воспламенения, чтобы определить причину неравномерности (применяется с Евро-3).

Таблица — основные датчики

Название	Что фиксирует	Для чего нужен	Чем чреват отказ
Датчик положения коленвала	Количество оборотов и положение коленвала.	Точка отсчета для системы управления зажиганием и питанием, сигнал к пробуждению.	Двигатель не заведется. ЭБУ просто ничего не «увидит» и будет думать, что двигатель просто спит.
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)	Степень открытия заслонки – как ты давишь на «газ».		Нестабильный холостой ход и рывки при увеличении оборотов.
Датчик фазы (положения распредвала).	Положение распредвала.	Реализует фазированный впрыск — каждая форсунка «срабатывает» один раз за два оборота коленчатого вала. Это оптимизирует процесс смесеобразования.	ЭБУ переходит на режим попарно-параллельной подачи топлива. Каждая форсунка срабатывает уже два раза за два оборота коленчатого вала, первый раз – при такте впуска, второй – при рабочем такте. Это неопасно, но такой режим работы считается аварийным, если не предусмотрен изначально.
Датчик детонации.	Детонация во время работы двигателя.	При возникновении детонации блок управления пытается ее нейтрализовать посредством корректировки угла опережения зажигания.	Реже других выходит из строя.
Датчик температуры охлаждающей жидкости	Температура охлаждающей жидкости.	Подсказывает, когда двигателю необходима дополнительная доза топлива и повышенные обороты.	Двигатель либо плохо заводится («мозг» думает, что мотор горячий и недоливает топлива), либо «богатит» смесь, когда ДТОЖ врет в меньшую сторону.
Датчик температуры воздуха	Температура воздуха во впускном коллекторе или в корпусе воздушного фильтра.	Температура воздуха напрямую связана с его плотностью, а значит – и массой. А расход топлива находится в прямой зависимости от расхода воздуха.	Малозаметен, хотя двигатель может немного «тупить».
Датчик скорости	Скорость автомобиля	Информация нужна для оценки нагрузки, работы ограничителя скорости, АКПП, круиз-контроля и, конечно, спидометра.	Спидометр, ограничитель скорости и круиз-контроль не работают, а АКПП будет переключаться по оборотам (среднестатистический водитель не заметит разницы).

Исполнительные механизмы

По результатам опроса датчиков системы впрыска, программа электронного блока управления осуществляет управление исполнительными механизмами (ИМ).

1. Форсунка — электромагнитный клапан с нормированной производительностью. Служит для впрыска вычисленного для данного режима движения количества топлива.
2. Бензонасос — предназначен для нагнетания горючего в топливную рампу. Давление в топливной рампе поддерживается вакуумно-механическим регулятором давления. В некоторых системах регулятор давления топлива совмещен с бензонасосом.
3. Модуль зажигания — электронное устройство управления искрообразованием. Содержит два независимых канала для поджига смеси в цилиндрах. В последних модификациях низковольтные элементы модуля зажигания помещены в электронный блок управления, а для получения высокого напряжения используются выносная двухканальная катушка зажигания или катушки зажигания непосредственно на свече.
4. Регулятор холостого хода — для поддержания заданных оборотов холостого хода. Это шаговый двигатель, регулирующий канал воздуха в корпусе дроссельной заслонки для обеспечения двигателя воздухом и поддержания холостого хода при закрытой дроссельной заслонке.
5. Вентилятор системы охлаждения — управляется электронным блоком управления по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости. Разница между включением/выключением обычно 4-5°С.
6. Сигнал расхода топлива — выдается на маршрутный компьютер — 16000 импульсов на 1 расчетный литр израсходованного топлива. Данные приблизительные, т.к рассчитываются на основе суммарного времени открытия форсунок с учетом некоторого коэффициента. Он необходим для компенсации погрешностей измерения, вызванных работой форсунок в нелинейном участке диапазона, асинхронной топливоподачей и другими факторами.
7. Адсорбер — элемент замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро не предусмотрен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг.

Электронный блок управления

Это микрокомпьютер, обрабатывающий данные, поступающие с датчиков и по определенному алгоритму управляющий исполнительными механизмами.

Сама программа хранится в микросхеме ПЗУ, английское название — CHIP. Содержимое «чипа» — обычно делится на две функциональные части — собственно программа, осуществляющая обработку данных и математические расчеты и блок калибровок. Калибровки — набор (массив) фиксированных данных (переменных) для работы программы управления.

Для правильной работы системы впрыска необходимо наличие исправных датчиков и исполнительных механизмов.

Следующая эволюция системы впрыска топлива

Возможно, вскоре вы увидите автомобиль с прямым впрыском топлива и системой впрыска через порт. Это может быть Тойота, Форд или другая марка. Это может сбивать с толку, потому что долгое время нам говорили, что прямой впрыск топлива лучше, чем впрыск через порт. Чтобы получить максимальную мощность и экономичность от двигателя, некоторые инженеры поняли, что обе системы впрыска могут использоваться на одном и том же двигателе.

За последнее десятилетие мы научились бороться с недостатками прямого впрыска топлива. Первое, что приходит на ум, это нагар на впускных клапанах. Второй проблемой была сажа, образующаяся при более высоких давлениях сгорания в условиях высокой нагрузки и низкой скорости. Хотя это не проблема, которую вы могли видеть, в конечном итоге это повредит сроку службы масла.

Обе эти проблемы с непосредственным впрыском не были проблемами с впрыском топлива во впускной канал. Однако при определенных условиях впрыск топлива во впускной коллектор не так эффективен и не производит такой же мощности, как непосредственный впрыск топлива. Ответом для некоторых OEM-производителей были как прямые, так и портовые топливные форсунки на одном и том же двигателе.

Форсунка впрыска топлива может иметь лучшее испарение при определенных условиях. Но капли топлива в порту могут выпадать из взвеси, когда они ударяются о впускной клапан перед попаданием в камеру сгорания. Прямой впрыск топлива лучше охлаждает камеру сгорания и регулирует подачу топлива при определенных условиях. Однако при определенных оборотах двигателя и условиях нагрузки прямой впрыск может привести к образованию сажи из-за недостаточного испарения. В некоторых случаях впрыск топлива через порт обеспечивает больший крутящий момент, например, при начальном открытии дроссельной заслонки.

В 2008 году компания Toyota одной из первых применила порт и непосредственный впрыск топлива на своих восьмицилиндровых двигателях на некоторых двигателях Lexus V8. За последние три года Audi, Ford и Toyota представили двигатели с портовым и непосредственным впрыском топлива. Это не двигатели ограниченного производства; это базовые двигатели, которые продаются миллионами.

Ford

В двигателях Ford 2017 года выпуска и новее с двойной системой впрыска топлива для подачи топлива в двигатель используются как система непосредственного впрыска топлива, так и система впрыска топлива через порт. Системы с двойным инжектором можно найти на четырехцилиндровых двигателях V6 и V8.

При резком ускорении или более высоких нагрузках на двигатель для подачи топлива в двигатель используется система непосредственного впрыска топлива. На холостом ходу или при низкой нагрузке на двигатель система впрыска топлива через порт используется для подачи топлива в двигатель.

Обе системы впрыска топлива могут не работать одновременно. PCM будет игнорировать любые соответствующие входные данные датчиков топливной системы, если какая-либо из систем впрыска топлива неактивна. Соответствующие коды DTC топливных форсунок могут быть установлены только тогда, когда активна система непосредственного впрыска топлива или система впрыска топлива во впускные отверстия. Для активации любой системы можно использовать сканирующий прибор, чтобы помочь выявить проблемы, связанные с топливной форсункой.

Toyota

Toyota называет эту систему D-4S или Dynamic Force Engine («S» означает «превосходный»), и самое раннее ее применение было на внедорожнике Lexus GS с двигателем V8. Система D-4S не является системой «холодного пуска» или «облива» форсунки, как на двигателях V6 с начала до конца 2000-х годов.

Форсунки прямого впрыска аналогичны любой другой системе прямого впрыска топлива. И топливные форсунки порта не предназначены для очистки впускных клапанов; эти форсунки работают, чтобы подавать топливо в двигатель. Оба комплекта форсунок работают вместе для получения наилучшей топливной смеси в цилиндре.

Но системы впрыска топлива через порт и системы прямого впрыска топлива имеют свои преимущества и недостатки.

Toyota использует смешанный подход к использованию порта и непосредственного впрыска топлива, чтобы обеспечить наилучшие характеристики, выбросы и экономичность. Трудно сказать, когда активен входной, прямой или оба инжектора, потому что это зависит от многих переменных, таких как положение дроссельной заслонки, нагрузка, частота вращения двигателя и даже температура двигателя.

Все больше и больше двигателей оснащаются системой впрыска D-4S. Все началось с Lexus на моделях GS в 2007 году. В 2012 году Toyota/Scion FR-S F86 получила D-4S. Highlander и Tacoma также получили системы D-4S в 2015 году в качестве опции. Последним автомобилем, получившим его, является четырехцилиндровый двигатель, используемый в Camry 2017 года. Лучший способ обнаружить один из этих двигателей — посмотреть на топливные форсунки и топливный насос высокого давления.

По данным Toyota, при малых и средних нагрузках на двигатель одновременно используется как прямой, так и портовый впрыск топлива, либо один из них используется для создания однородной смеси воздуха и топлива, что способствует стабильным процессам сгорания.

В диапазонах высоких нагрузок двигателя используется только прямой впрыск топлива для охлаждения всасываемого воздуха за счет охлаждающего эффекта паров топлива, которое впрыскивается в цилиндр, повышая эффективность наддува и антидетонационные свойства. При некоторых условиях впускные клапаны открываются, пропуская гомогенную топливно-воздушную смесь в камеру сгорания, и топливо впрыскивается в течение первой половины такта впуска.

Во время холодного пуска система синхронизирует открытие порта и прямой топливной форсунки для уменьшения выбросов и достижения послойного сгорания. Сразу после запуска холодного двигателя и во время такта выпуска топливо впрыскивается во впускное отверстие из блока топливных форсунок (для впрыска во впускное отверстие). Топливо также впрыскивается из топливной форсунки непосредственно в конце такта сжатия. В результате воздушно-топливная смесь расслаивается, а область возле свечи зажигания богаче, чем остальная часть воздушно-топливной смеси. Этот процесс позволяет использовать более позднее зажигание, повышая температуру выхлопных газов. Повышенная температура выхлопных газов способствует быстрому прогреву катализаторов и улучшению характеристик выбросов выхлопных газов.

Невозможно определить, где происходит переключение с порта на прямой впрыск. Единственный способ увидеть различные операции впрыска топлива — это использовать сканирующий прибор. Модуль ECM управляет топливным насосом и рассчитывает потребность в топливе низкого давления на основе состояния автомобиля и сигналов, поступающих от различных датчиков, и выходных сигналов. Трехфазная широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется для ЭБУ управления топливным насосом.

В обоих комплектах форсунок используется один и тот же топливный насос в баке для обеспечения давления топлива в топливной рампе для форсунок с отверстиями и топливного насоса высокого давления на двигателе. Насос должен создавать давление от 51 до 73 фунтов на квадратный дюйм во время работы и через пять минут после выключения двигателя. Если насос не работает, обе системы не будут работать.

Топливный насос высокого давления может создавать давление от 435 до 725 фунтов на квадратный дюйм. Ранние модели D-4S Lexus V8 с этой системой имели обратную линию в бак на стороне высокого давления топливной системы.

В более поздних моделях используется переливной клапан и улучшенное управление электромагнитным насосом, что обеспечивает безвозвратную систему и улучшает выбросы EVAP. Клапан контроля разлива используется для контроля давления нагнетания насоса. Он расположен во впускном канале узла топливного насоса. Переливной клапан и соленоид контролируют, сколько топлива должно быть сжато насосом высокого давления. Это позволяет несжатому топливу проливаться обратно в сторону низкого давления системы, позволяя системе контролировать давление, когда система непосредственного впрыска топлива не используется. Насос будет тише, когда клапан открыт, потому что он не сжимает топливо. При некоторых режимах холостого хода обычное тиканье насоса исчезает.

В топливных форсунках с непосредственным впрыском используется специальный зажим, который под действием пружины постоянно давит на рампу топливных форсунок высокого давления. Это предотвращает перемещение узла топливной форсунки, когда давление топлива подается на узел топливной форсунки при запуске двигателя с низким давлением топлива. Хомут снижает вибрацию и шум при герметизации системы. Эти хомуты следует заменять вместе с рекомендованными фитингами на стороне высокого давления системы впрыска топлива при ее обслуживании.

Как импортные, так и отечественные производители внедряют системы двойного впрыска. Система предлагает лучшее из обоих миров, избегая при этом нагара на впускных клапанах. И по мере снижения стоимости компонентов ищите эти типы систем на большем количестве двигателей.

Но что значит удвоение форсунок для вашего магазина? Прежде всего, удвоение форсунок уменьшает проблемы с отложениями углерода и потребность в индукционных и инвазивных процедурах очистки от нагара. В баке топливный насос будет подавать топливо как к порту, так и к прямым топливным форсункам. Наиболее значительные изменения коснутся диагностики. Трюк с плавным переключением между портовыми и прямыми форсунками требует исправных датчиков и чистых топливных форсунок.

Как работает система впрыска топлива — доступная система впрыска топлива

Джефф Т. aka JETHROIROC ([email protected])

Перепечатано с разрешения www. Thirdgen.com

AFI добавила выделенные курсивом символы для уточнения или дальнейшего описания того, что опубликовал автор.

I. Введение:

1. Основные потребности четырехтактного двигателя внутреннего сгорания – Топливо и воздух в правильных пропорциях, сопровождаемые надежной и своевременной искрой.

2. Блок управления двигателем Средство удовлетворения вышеуказанных потребностей двигателей внутреннего сгорания.

· Прошлые механические, терможидкие

· Настоящее электрооборудование, компьютеры

3. Мотивация двигателей с компьютерным управлением

· Увеличенная экономия топлива

· Экологическое законодательство (EPA, 1970-е годы)

· Оптимальная производительность, ограниченная экологическими требованиями

· Эволюция твердотельной электроники

· Повышенная управляемость/надежность

· Диагностика отказа системы/предупреждения о неисправности двигателя (обычно через фиктивную лампочку Service Engine Soon, но проблемы с управлением особенно легко выявить техникам, оснащенным диагностическими компьютерами)

4. Системы двигателя с электронным управлением/контролем

· Система подачи топлива/воздуха

· Система зажигания

· Выхлопная система

II. Великие подсистемы управления двигателем:

1. Топливо/воздух Эта система предназначена для определения массового расхода всасываемого воздуха и последующего контроля дозирования топлива, чтобы обеспечить стехиометрическое соотношение масс AF (14,7:1) в каждом цилиндре во время работы в замкнутом контуре, хотя нет Коэффициент AF, который одновременно сводит к минимуму все вредные побочные продукты сгорания (но большинство из них оптимизируется при стехиометрических условиях). Эта система редко допускает мгновенное отклонение более чем на ± 1,0 от стехиометрических условий, а среднее передаточное число поддерживается в пределах ± 0,05 на большинстве современных автомобилей, оснащенных трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.

Компоненты современных систем регулирования подачи топлива/воздуха:

а. Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) — обычно использует потенциометр для измерения мгновенного положения дроссельной заслонки, которая механически связана с педалью акселератора. Этот датчик почти всегда расположен на самом корпусе дроссельной заслонки. Соответственно, это устройство будет обнаруживать условия резкого ускорения и большой нагрузки на двигатель или замедления, и топливно-воздушная система будет соответственно увеличивать или уменьшать продолжительность импульса топливной форсунки. Это действие является «приоритетным» в том смысле, что оно обеспечивает быструю максимальную производительность двигателя в случае маневра уклонения по указанию водителя за счет контроля за выбросами и экономией топлива. Такие действия разрешены EPA, главным образом, из соображений безопасности. Примечание. Угол открытия дроссельной заслонки можно также использовать в сочетании с частотой вращения автомобиля и двигателя, чтобы инициировать операцию управления скоростью холостого хода топливно-воздушной системы. Перепускной клапан (IAC) обычно используется для впуска воздуха для горения в условиях закрытой дроссельной заслонки.

б. Датчик массового расхода воздуха (MAF) — расположен во впускном канале между фильтрующим элементом и корпусом дроссельной заслонки. Входной сигнал от этого датчика регулирует количество топлива, которое должно подаваться в каждый цилиндр для достижения стехиометрического соотношения. Производная от термоанемометра (нагретая проволока, охлаждаемая проходящим по ней воздухом), с использованием моста Уитстона и нагревательного элемента с переменным сопротивлением, MAF может давать почти линейный сигнал, из которого легко определить массовый расход воздуха. определяется блоком управления двигателем. Чем больше массовый расход воздуха над датчиком, тем большее напряжение требуется для нагрева проволочного элемента. Фактическое измерение расхода воздуха, вероятно, является наиболее важной переменной при определении количества топлива, которое должно дозироваться в двигатель. Хотя это устройство очень точное, оно довольно хрупкое и дорогое.

в. Датчик абсолютного давления в коллекторе (MAP) — используется во всех системах «скорость-плотность» (которые не измеряют расход воздуха напрямую). Это устройство измеряет абсолютное давление воздуха во впускном коллекторе с помощью датчика деформации с кремниевой диафрагмой и явления пьезорезистивности. Выходной сигнал датчика MAP используется в сочетании с температурой воздуха во впускном коллекторе, объемом двигателя, числом оборотов в минуту, объемом рециркуляции отработавших газов и различными константами для определения количества поступающего воздуха для горения и, следовательно, количества топлива, подлежащего измерению. Закрытая дроссельная заслонка будет представлять разрежение во впускном коллекторе, близкое к разрежению, тогда как широко открытое дроссельное сообщение должно быть близким к атмосферному давлению, максимальному давлению во впускном коллекторе для двигателя без наддува.

· Метод плотности скорости, используемый в системах MAP, описывается следующим образом:

Напомним, что массовый расход воздуха представляет собой произведение плотности воздуха и его объемного расхода. Мгновенная плотность рассчитывается путем умножения плотности воздуха при стандартных условиях на отношения данных MAP и MAT относительно стандартных атмосферных условий по температуре и давлению. Объемный расход воздуха в двигатель — это просто произведение числа оборотов двигателя и половины рабочего объема (в идеальных условиях он потребляет только половину полного рабочего объема двигателя за один оборот). Цифра в поправках на рециркуляцию отработавших газов и другие мелкие факторы, а также массовый расход воздуха во впускной коллектор в любой момент времени легко определяется бортовым компьютером двигателя.

· Примечание. Некоторые автомобили оснащены системами MAF и MAP, которые полагаются на данные MAF, если не возникает неисправность, после чего модуль управления двигателем по умолчанию использует метод плотности скорости.

Двойные системы также используют MAP в качестве датчика мгновенного АД во время запуска двигателя. Без датчика MAP барометрическое давление выводится в ECM, поскольку его нечем реально измерить.

Еще одно применение двойной системы — кратковременная заправка топливом. Системы массового расхода воздуха без датчика MAP не могут узнать фактическое давление в коллекторе. По этой причине давление в коллекторе снова должно определяться с помощью ряда очень сложных программ. Даже с лучшим программным обеспечением вывод давления в коллекторе не является точным. Датчик MAP в системе позволяет использовать фактические измерения давления в коллекторе вместе с фактическим измерением расхода воздуха датчиком MAF.

д. Датчик абсолютной температуры коллектора (MAT) — измеряет температуру входящего воздуха для горения, который будет использоваться в тех системах, которые выполняют расчеты скорости и плотности для определения расхода воздуха.

эл. Топливные форсунки (FI) — электромагнитные приводы, которые подают распыленное топливо в цилиндры на основе других входных данных датчика, в основном массового расхода воздуха (или потока воздуха по методу плотности скорости) и положения коленчатого вала двигателя (CPS). Объемный расход, допускаемый форсунками топливных форсунок, практически постоянен и определяется давлением самой топливной системы. Следовательно, количество топлива, фактически подаваемого форсунками, регулируется только продолжительностью, в течение которой они распыляют топливо, называемой «шириной импульса».

· Система впрыска дроссельной заслонки (TBI) Эта система подает топливо практически так же, как и карбюратор, как правило, над дроссельной заслонкой в ​​верхней части впускного коллектора (обычно прямо под крышкой воздушного фильтра в центре фильтрующего элемента). . Однако фактическая подача топлива осуществляется модулем управления двигателем и двумя или четырьмя топливными форсунками. Поэтому эта система описывается как «мокрая» система, поскольку топливо и воздух должны проходить через впускные каналы вместе. Соответственно, это может привести к осаждению части распыленного топлива (конденсации), что приведет к несколько неэффективной и неравномерной подаче заряда в цилиндры. Самым большим преимуществом этой системы является то, что топливо каждый раз точно дозируется, без физической чувствительности карбюратора.

· Многоточечный впрыск (MPI) В этой системе одна или две форсунки располагаются непосредственно над каждым впускным клапаном, что позволяет очень точно подавать топливо. Говорят, что автомобиль, оснащенный MPI, имеет сухую систему, поскольку через впускные каналы должен проходить только воздух. Высокое давление топлива (около 65 фунтов на квадратный дюйм в системе и 40 фунтов на квадратный дюйм на форсунках) также применяется для достаточного распыления топлива, выбрасываемого форсунками. Как можно догадаться, эта система устраняет конденсацию топлива, что приводит к увеличению мощности, улучшению отклика дроссельной заслонки и увеличению экономии топлива. Единственным недостатком этой системы является повышенная стоимость и сложность автомобиля, оснащенного как минимум одной форсункой на цилиндр. В остальном системы MPI превосходят как TBI, так и карбюраторные системы.

· Последовательный впрыск топлива в сравнении с периодическим впрыском Хотя это не физические конфигурации форсунок, способ, которым диктуются импульсы форсунок, очень важен для производительности двигателя и параметров окружающей среды. Система последовательного впрыска топлива запускает одну форсунку за раз в соответствии с последовательностью зажигания двигателя. Системы периодического возгорания одновременно запускают несколько форсунок, иногда группируя цилиндры для получения топлива в «банках». Из-за того, что форсунки периодического действия пульсируют более одного раза за цикл цилиндра (обычно дважды), за один раз подается только половина топлива. По сути, первый импульс топлива подается при закрытом впускном клапане, а затем выпускается второй импульс, когда клапан открывается. Системы SFI более точны и оптимизируют все рабочие характеристики двигателя, хотя такие системы требуют более сложного электронного управления.

Þ Последовательный многоточечный впрыск топлива (SMPI или SFI) в настоящее время является наиболее совершенным средством подачи топлива, и многие новые автомобили оснащены этой системой.

ф. Система зажигания (IGN) — должна обеспечивать электрическую искру в нужное время, используя данные о давлении во впускном коллекторе, оборотах двигателя, положении коленчатого вала и измерениях температуры. Эта система включена сюда, поскольку иногда она не управляется отдельным модулем просто потому, что многие из важных факторов расчета момента зажигания хранятся/определяются топливно-воздушной системой.

г. Кислородные датчики (EGO) — неотъемлемая часть замкнутого контура управления системы после нагрева выше 300 ^o C , кислородные датчики чаще всего используют диоксид циркония (ZrO ₂ ) из-за его склонности притягивать ионы кислорода и обычно расположены более чем в одной секции выхлопной системы. Для достижения наиболее точных результатов датчики EGO должны быть расположены в первой точке, где они будут получать показания многоцилиндровой смеси (обычно в трубке сразу за выпускным коллектором, перед каталитическим нейтрализатором), а некоторые автомобили имеют более одного датчика EGO. в разных местах (выпускные коллекторы, один за каталитическим нейтрализатором). Это устройство генерирует напряжение на основе концентрации кислорода в выхлопных газах двигателя и температуры датчика, которое затем используется для косвенной передачи эффективности топливно-воздушной системы в достижении стехиометрического соотношения AF, работая в качестве поправочного коэффициента к данным MAF. Также следует отметить, что датчики EGO с подогревом теперь используются на многих транспортных средствах, что позволяет работать с замкнутым контуром и, следовательно, оптимальное управление системой начинается намного раньше после запуска.

ч. Датчик температуры охлаждающей жидкости (CTS) — определяет температуру охлаждающей жидкости двигателя посредством прямого ввода термистора, обычно ввинчиваемого в канал охлаждающей жидкости во впускном коллекторе. Затем эти данные используются для определения точки, в которой двигатель прогревается, и топливно-воздушная система может использовать более обедненную смесь в режиме разомкнутого контура до прогрева кислородного датчика. Температура охлаждающей жидкости также используется во время проворачивания коленчатого вала двигателя, чтобы установить пусковое передаточное число в диапазоне от 2:1 до 12:1.

я. Датчик положения коленчатого вала (CPS) – Напомним, что для одного полного цикла двигателя (четырехтактного) требуется 720 ^o оборот коленчатого вала. Угловое положение коленчатого вала можно измерить относительно верхней мертвой точки (ВМТ) для каждого цилиндра, как правило, с помощью магнитных или оптических средств. Распределительный вал также можно использовать в качестве косвенного измерения положения коленчатого вала, поскольку он вращается со скоростью ½ скорости коленчатого вала. Затем данные о положении коленчатого вала используются для определения момента зажигания и времени подачи топлива, а также могут использоваться для определения частоты вращения двигателя.

2. Зажигание/Искра – Должна обеспечивать надежную и своевременную электрическую искру для каждого цилиндра, чтобы воспламенять реагенты горения и способствовать правильному распространению пламени, а не детонации. Воспламенение реагентов горения происходит до верхней мертвой точки хода поршня сжатия. Система зажигания работает наиболее эффективно при максимальном наилучшем крутящем моменте (MBT), определяемом оборотами двигателя, положением коленчатого вала, температурой и данными абсолютного давления во впускном коллекторе. Опережение искры измеряется в градусах до ВМТ и должно варьироваться в зависимости от типа используемого топлива, а также от ранее упомянутых переменных. При слишком далеком опережении искры может произойти самовоспламенение (детонация, «стук») некоторой части топливно-воздушной смеси. Напомним, что самовоспламенение обычно вызывается одной из двух причин, хотя есть и много других; топливо с октановым числом, слишком низким для физических параметров двигателя (степень сжатия), или чрезмерное опережение зажигания. Система зажигания должна максимизировать производительность при фиксированных условиях передаточного числа впускного коллектора, как того требует топливно-воздушная система. Он может функционировать как отдельный блок или как интегрированная система в топливно-воздушной системе.

а. Положение коленчатого вала — подает прямой сигнал синхронизации в систему зажигания, а все другие входные данные датчика, по сути, являются уточнением этого значения. Очевидно, что система зажигания должна знать фактическое положение двигателя, прежде чем можно будет рассчитать опережение зажигания!

б. Абсолютное давление во впускном коллекторе — участвует в общем расчете опережения зажигания, которое обычно уменьшается при увеличении этой переменной. Это значение применяется к таблице в постоянной памяти (ПЗУ) модуля управления двигателем для определения соответствующего коэффициента коррекции опережения.

в. Температура охлаждающей жидкости — используется с таблицами ПЗУ для получения еще одного поправочного коэффициента, определение которого здесь не обсуждается.

д. Обороты двигателя — поправочный коэффициент, основанный в основном на характеристиках двигателя, получается из предварительно запрограммированных таблиц в соответствии с данными об оборотах двигателя. Как правило, опережение зажигания должно увеличиваться с увеличением оборотов двигателя до определенной точки (2500 об/мин или около того), а затем оставаться близкой к постоянной в двигателях с рабочими характеристиками. Известно, что скорость распространения пламени может увеличиваться пропорционально частоте вращения двигателя, но этого достаточно, чтобы избежать опережения с увеличением оборотов в гоночных двигателях/двигателях с высокой степенью сжатия и повышенной турбулентностью в камере сгорания (особенно выше 3000 об/мин, когда искра может даже замедляться при высоких оборотах двигателя > 5000 об/мин). В серийных автомобилях и грузовиках, которыми ездит большинство из нас (низкая компрессия, меньшая турбулентность в камере сгорания), распространение пламени увеличивается гораздо медленнее, чем число оборотов в минуту, и поэтому дальнейшее опережение искры необходимо примерно до 5000 об/мин за счет центробежного и/или вакуумного опережения. механизм или электронное управление. Несмотря на то, что искра происходит быстро (около 1 миллисекунды), для ее возникновения требуется конечное время, и увеличение оборотов сокращает это «окно». Исключением являются режимы холостого хода, когда искра также должна быть смещена вперед, чтобы компенсировать более длительное время сгорания в условиях низкого давления во впускном коллекторе. В любом случае наука о зажигании буквально варьируется от автомобиля к автомобилю и от топлива к топливу. Не существует точного метода для всех автомобилей или точного метода для какого-то одного автомобиля… есть только «наилучшее время» для заданного набора условий.

эл. Датчик детонации — это устройство определяет наличие «детонации» или избыточного давления в цилиндре с помощью магнитострикционных, пьезорезистивных или пьезоэлектрических кристаллических акселерометров. Датчик детонации обычно вкручивается в сам блок цилиндров для определения вибрации. Соответственно, зажигание задерживается при обнаружении детонации и до точки, в которой детонация прекращается. По сути, добавление этого датчика может обеспечить работу системы зажигания по замкнутому контуру.

Þ Вы могли заметить, что опережение зажигания уменьшается с увеличением абсолютного давления во впускном коллекторе, но увеличивается с увеличением оборотов. Как ни странно, абсолютное давление в коллекторе увеличивается с увеличением оборотов, и это является причиной их отдельных поправочных коэффициентов и комбинированного использования. Время искры все еще является предметом споров и далеко от точной науки, и, как правило, опережение искры в данный момент является просто компромиссом между многими факторами, которые противоречат друг другу, но в сумме дают достойный результат.

3. Выхлоп/рециркуляция выхлопных газов – Система, предназначенная для удаления из цилиндров отработавших продуктов сгорания и защиты окружающей среды от вредных побочных продуктов, включая оксиды азота (NO _x ), остатки топлива (HC) и окись углерода (CO ), перенаправляя при этом часть выхлопных газов обратно в цилиндры для смешивания со свежим окружающим воздухом и топливом. Рециркуляция может значительно минимизировать выброс NO _x в окружающую среду за счет снижения пиковой температуры сгорания.

а. Окислительный катализатор — использование позволяет снизить выбросы вредных продуктов сгорания за счет увеличения скорости реакции, тем самым обеспечивая лучшую калибровку характеристик двигателя в соответствии со строгими экологическими нормами. Для эффективной работы может потребоваться добавление дополнительного воздуха из окружающей среды; эффективность этого устройства также напрямую связана с температурой.

· Окисляет углеводороды до CO ₂ и H ₂ O

· Окисляет CO до CO ₂

· Восстанавливает NO _x до двухатомного азота и кислорода

b.Трехкомпонентный катализатор (TWC) Используемый в большинстве современных систем, TWC использует смесь платины, палладия и родия для одновременного снижения всех трех основных вредных выбросов. На эффективность этого устройства в значительной степени влияет AF, при этом стехиометрические условия являются оптимальным рабочим диапазоном. Хотя колебания от 14,7:1 в течение конечной продолжительности допустимы, среднее соотношение AF должно быть очень близко к стехиометрическому. Это устройство эффективно только при использовании в сочетании с современной системой управления подачей топлива/воздуха. Трехкомпонентный катализатор (TWC). Используемый в большинстве современных систем, TWC использует смесь

Современные каталитические системы «выключаются» примерно при температуре 500 ^o F. Обычно это достигается в течение первых 30 секунд работы автомобиля. Типичный преобразователь работает при температуре от 1000 до 1200 градусов в большинстве обычных режимов движения и преобразует более 99% всех загрязняющих веществ, описанных выше. Почти все выбросы выхлопных газов автомобиля образуются в течение первых 60 секунд работы современных автомобилей, которые были откалиброваны в соответствии со строгими стандартами выхлопных газов современных правил.

в. Клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR) — рециркулирует контролируемое количество выхлопных газов обратно во впуск, снижая температуру сгорания и приводя к значительному снижению NO _x даже в том случае, если повторно потребляется лишь небольшое количество выхлопных газов. Обычно используется электромагнитный или вакуумный клапан, который точно контролируется компьютером двигателя с помощью датчика перепада давления в выпускном и впускном коллекторе (DPS) для обеспечения рециркуляции отработавших газов в зависимости от нагрузки двигателя. Однако нежелательными побочными эффектами этого устройства и процесса являются снижение производительности и увеличение расхода топлива.

III. Собираем вещи вместе – Режимы работы:

1. Замкнутый контур в сравнении с разомкнутым контуром управления — При работе в режиме разомкнутого контура бортовой компьютер работает без ввода данных датчиков кислорода в отработавших газах и, следовательно, будет использовать только MAF или MAP и RPM для определения правильного количества топливо и EGR должны быть измерены, и правильное опережение зажигания. Когда датчик EGO достаточно нагревается, инициируется управление с обратной связью, при этом поправочный коэффициент, основанный на выходе EGO, применяется к расчету длительности импульса топливной форсунки, как это делается в режиме без обратной связи. Здесь происходит тонкая настройка.

2. Режим пуска Единственная забота на данном этапе — быстрый и надежный запуск двигателя.

· Число оборотов установлено на скорость проворачивания

· Температура охлаждающей жидкости двигателя соответствует температуре окружающей среды

· Низкий коэффициент автофокусировки (от 2:1 до 12:1)

· Момент зажигания запаздывает

· Без рециркуляции выхлопных газов

· Экономия топлива и выбросы не находятся под оптимальным контролем

3. Режим прогрева Главной задачей на данном этапе является чистый и быстрый переход от запуска двигателя к нормальным условиям работы.

· Обороты могут регулироваться водителем почти мгновенно

· Температура охлаждающей жидкости двигателя повышается до минимального рабочего значения (до открытия термостата)

· Низкий коэффициент автофокусировки (от 12:1 до 14:1)

· Момент зажигания регулируется системой управления зажиганием

· Без рециркуляции выхлопных газов

· Экономия топлива и выбросы не находятся под оптимальным контролем

4. Режим разомкнутого контура Экономия топлива и выбросы контролируются без помощи датчиков EGO.

· Обороты легко регулируются водителем

· Охлаждающая жидкость двигателя прогрета до рабочей температуры

· Коэффициент автофокусировки приблизительно регулируется до 14,7:1

· EGR используется

· Момент зажигания регулируется системой управления зажиганием

· Контроль расхода топлива и выбросов без помощи датчиков EGO

5. Режим замкнутого контура Экономия топлива и выбросы максимально контролируются.

· Обороты, контролируемые водителем

· Охлаждающая жидкость двигателя при рабочей температуре

· Точный контроль коэффициента усиления 14,7:1 ± 0,05

· Датчик EGO достаточно нагрелся, чтобы войти в контур управления

· Система возобновляет работу без обратной связи, если EGO не работает должным образом

· Система EGR в работе

· Топливо и выбросы строго контролируются

6. Режим жесткого ускорения (WOT) Максимальная производительность и безопасность в этом режиме при незначительном расходе топлива и выбросах.

2000 и более поздние нормы выбросов требуют, чтобы производители тестировали и контролировали выбросы при работе с высокой нагрузкой. Существует стандарт, которому должны соответствовать все автомобили в этом режиме работы.

· Дроссельная заслонка широко открыта по указанию водителя

· Температура охлаждающей жидкости двигателя в пределах нормы

· Богатый коэффициент автофокусировки (13:1)

· EGR и EGO вообще не используются

· Плохая экономия топлива и контроль выбросов

7. Замедление и режим холостого хода Экономия топлива и выбросы в атмосферу имеют первостепенное значение, а также предотвращение остановки двигателя.

· Частота вращения падает быстро или постоянно на холостом ходу

· Охлаждающая жидкость двигателя при нормальной рабочей температуре

· Бедное передаточное число

· Режим холостого хода включен для минимизации колебаний оборотов в случае, если водитель использует аксессуары (кондиционер воздуха и т. д.)

· Выбросы иногда резко снижаются при замедлении

· EGR — это , а не в рабочем состоянии

· Низкий расход топлива на холостом ходу, но хороший расход топлива при замедлении

· Защита каталитического нейтрализатора от перегрева. Катализатор должен оставаться ниже заданной температуры, чтобы сохранить свою полезность. Во время операции замедления в процессе сгорания могут иметь место небольшие пропуски зажигания, что позволяет выпустить некоторое количество сырого топлива и собрать его каталитическим нейтрализатором. Затем это топливо сгорает в катализаторе и потенциально может перегреться. выхлопная система. Эти пропуски зажигания также могут увеличить выбросы, что приводит к необходимости «выключать» инжекторную защиту каталитического нейтрализатора из двигателя 9.0060

коммерческих секретов | Механическая коробка передач | Zeroshift

Электронный впрыск топлива

(EFI) около десяти лет назад навсегда вытеснил карбюраторы из производства новых автомобилей. Тем не менее, на самом деле мы можем проследить корни EFI задолго до этого — к системам, разработанным Робертом Бошем в конце 60-х и начале 70-х годов для Volkswagen и других европейских автопроизводителей. (Большая часть оригинальной инженерной работы была выполнена корпорацией Bendix в США еще в 1950-х годах.) Самыми ранними установками Bosch были системы D-Jetronic и L-Jetronic, и мы до сих пор можем найти их принципы работы в работа на автомобилях 2001 модельного года.

Отечественные автопроизводители широко применяли электронный впрыск топлива на серийных автомобилях в начале 80-х: Ford в 83-м, GM и Chrysler в 83-84. Японские производители также подхватили EFI в конце 70-х и начале 80-х годов. Сегодня EFI является универсальным стандартом практически для всех легковых и легких грузовиков мира.

Требования к двигателю не изменились

Четырехтактному двигателю внутреннего сгорания с циклом Отто около 125 лет, и принципы его работы за все это время не изменились. Двигатели с циклом Отто нуждаются в разных соотношениях воздуха и топлива для различных условий работы, и эти соотношения воздух / топливо являются мерой количества воздуха и бензина, потребляемых по весу. Таким образом, соотношение воздух/топливо 15:1 означает 15 фунтов воздуха на 1 фунт бензина. (Измеряется по объему, это будет около 9000 галлонов воздуха на 1 галлон бензина.)

Соотношение воздух/топливо для четырехтактных бензиновых двигателей может варьироваться от примерно 8:1 в самом богатом режиме до примерно 18,5:1 или 19:1 в самом бедном. Если соотношение выходит за пределы этого диапазона, двигатель не запускается. Наилучшие соотношения для максимальной мощности составляют примерно от 12:1 до 13,5:1. Наилучшая экономия топлива достигается при соотношении от 15:1 до 16:1. Для современных двигателей контроль выбросов является основной целью, поэтому используемое соотношение воздух/топливо представляет собой компромисс между сниженным уровнем выбросов и хорошей мощностью и экономичностью. Это соответствует соотношению 14,7:1, более известному как стехиометрия.

Основные части системы

Каждая топливная система — карбюраторная или инжекторная — имеет в основном одни и те же общие части или подсистемы: топливный бак, насос и трубопроводы, фильтры, воздухозаборник и фильтр, впускной коллектор и корпус дроссельной заслонки, компоненты дозирования топлива (карбюратор или инжекторные форсунки) и средства контроля выбросов в результате испарения. Добавьте еще один важный элемент для системы EFI — устройство измерения воздуха, к которому мы вернемся через минуту.

Работа двигателя с циклом Отто определяется движением поршней вверх и вниз внутри закрытых цилиндров, а открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов синхронизировано с движением поршня распределительным валом. Это механическое движение позволяет двигателю накачивать воздух для процесса сгорания и выбрасывать отработавшие выхлопные газы. Количество воздуха, всасываемого двигателем, регулируется ногой водителя на педали, соединенной с механическим дроссельным клапаном. Этот фундаментальный факт управления воздушным потоком является общим как для карбюраторных, так и для инжекторных двигателей.

Дайте воздуху, дайте воздуху!

В карбюраторном двигателе разные области давления воздуха существуют в разных частях карбюратора и во впускном коллекторе. Эта разница в давлении воздуха, известная как перепад давления, воздействует непосредственно на бензин в поплавковой камере и на концы выпускных форсунок, дозируя топливо из карбюратора во всасываемый воздушный поток. Количество воздуха, нагнетаемого двигателем, напрямую влияет на количество бензина, подаваемого карбюратором. Карбюраторы элегантны в своей простоте и прекрасно работали сто лет. Однако сегодняшние требования к большему контролю за выбросами и экономии топлива требуют большей точности дозирования топлива. Электронное управление с помощью цифрового компьютера и топливных форсунок обеспечивает такую ​​точность.

Важным принципиальным отличием системы EFI от карбюратора является то, что в системе впрыска топливо перекрывается за форсунками, куда не может попасть давление воздуха. Однако топливо по-прежнему должно дозироваться в определенных соотношениях с всасываемым воздухом, поэтому системе EFI требуется какой-то способ электронного измерения воздуха. По сути, есть только три способа сделать это: измерение давления воздуха, измерение объема воздуха и измерение веса или массы воздуха.

Скорость-плотность лидирует…

Первые системы Bosch D-Jetronic были основаны на электронных датчиках, которые измеряли давление воздуха во впускном коллекторе. Основными измерениями, используемыми для регулирования дозирования топлива, были давление во впускном коллекторе и частота вращения двигателя (об/мин). Этот тип системы EFI стал называться системой плотности скорости, потому что управление подачей топлива основывалось на частоте вращения двигателя и давлении воздуха (плотности) в коллекторе.

Давление воздуха рассчитывается как абсолютное давление в коллекторе (MAP), которое представляет собой разницу между атмосферным давлением и низким давлением в коллекторе, которое мы традиционно называем «вакуумом». Если компьютеру известны обороты двигателя и давление в коллекторе, он может рассчитать вес воздуха, нагнетаемого двигателем, и соответствующим образом дозировать топливо. Системы плотности скорости на основе датчика MAP по-прежнему являются одними из самых популярных систем EFI в производстве в новом столетии.

…С последующим измерением объема воздуха

В середине 70-х годов компания Bosch представила систему EFI с датчиком для измерения объема поступающего воздуха. Это была система L-Jetronic («L» для luft или «воздух» по-немецки), в которой использовался датчик с подвижной заслонкой, установленный выше по потоку от дроссельной заслонки в воздухозаборнике. Заслонка датчика перемещалась пропорционально потоку всасываемого воздуха и приводила в действие потенциометр, который подавал входной сигнал на компьютер EFI. Эти системы обычно называют системами с регулируемым воздушным потоком, и они использовались Ford и рядом азиатских и европейских производителей. Поскольку компьютер знает объем воздушного потока и скорость двигателя, он может рассчитать вес всасываемого воздуха и соответствующим образом дозировать топливо.

Почему бы просто не взвесить воздух?

Как в системах с регулированием плотности воздуха, так и в системах с регулированием расхода воздуха компьютер должен рассчитывать вес всасываемого воздуха на основе измерений давления или объема. Эти методы работают довольно хорошо, но система могла бы работать с еще большей точностью, если бы она могла напрямую взвешивать воздух. Вот как работают системы массового расхода воздуха (MAF).

Датчики массового расхода воздуха бывают нескольких типов: с нагреваемой проволокой, с нагреваемым толстопленочным резистором и датчиками воздушной турбулентности (вихрь Кармана). Все они используют сложные электронные методы измерения для фактического подсчета молекул воздуха. Поскольку молекулярная масса эквивалентна весу любого объекта (включая воздух) на поверхности земли, измерение массы воздуха эквивалентно измерению веса. Затем компьютер может напрямую и точно рассчитать соотношение воздух/топливо по весу.

Системы EFI с массовым расходом воздуха являются наиболее точными системами контроля топлива, но они также доставляют одни из самых хлопот из-за своей электронной сложности. К счастью, большинство ошибок, которые существовали в некоторых системах десятки лет назад, были исправлены, и системы MAF, похоже, станут стандартными системами измерения воздуха в будущем.

От многообразия к единообразию

Пятнадцать-двадцать лет назад автопроизводители выпускали примерно равное количество систем с впрыском топлива через порт (PFI) и с впрыском через корпус дроссельной заслонки (TBI). Системы PFI поставлялись в нескольких вариантах конструкции с одинарным и двойным пламенем с различными форсунками, сгруппированными вместе. Группы форсунок и то, срабатывала ли каждая группа один или два раза для каждого четырехтактного цикла, усложняли отслеживание различных систем EFI. Чтобы еще больше усложнить жизнь, системы TBI имели либо одну, либо две форсунки, которые работали постоянно и либо одновременно, либо попеременно. Все это разнообразие постепенно исчезло, поскольку производители перешли к единой системе PFI, в которой каждая форсунка срабатывает последовательно в порядке зажигания цилиндра. Есть несколько веских причин для этой тенденции, которая значительно упростила процедуры обслуживания.

Системы TBI были в основном электронными карбюраторами. Короче говоря, инженеры в основном отрезали воздушный рожок и поплавковые камеры и заменили их одной или двумя инжекторными форсунками с электромагнитным управлением. Бензин выплескивался из форсунок через одну или две трубки Вентури в корпусе дроссельной заслонки и попадал во впускной воздушный поток. Топливо распылялось и испарялось, а затем смешивалось с воздухом в коллекторе, как в карбюраторном двигателе.

Системы TBI были экономичным и эффективным переходом от карбюраторов к впрыску топлива и лучше работали с электронным управлением с обратной связью, чем карбюраторы, но системы TBI разделяли некоторые недостатки карбюратора. Смешивание воздуха и топлива в коллекторе было неравномерным, и его было трудно контролировать при работе в очень горячем или очень холодном состоянии. Неравномерное распределение топлива по направляющим коллектора по-прежнему было проблемой для систем TBI, как и для карбюраторов. По этим и другим причинам производство TBI в значительной степени было прекращено к началу 9-го.0 с.

В середине-конце 80-х компьютеры управления двигателями сделали большой, но мало рекламируемый шаг вперед. Скорость компьютерной обработки и пропускная способность шины данных (вычислительная мощность) значительно увеличились. Модули управления двигателем могли обрабатывать больше информации и выдавать больше выходных команд быстрее, чем когда-либо прежде. Это сделало возможным последовательный впрыск топлива. Раньше контроллеры впрыска топлива не могли работать достаточно быстро, чтобы изменять ширину импульса форсунки и синхронизацию от одного цилиндра к другому. Таким образом, групповое или групповое срабатывание было правилом в ранних системах впрыска через порт, хотя более желательно последовательное срабатывание.

К счастью, эти достижения в компьютерных технологиях произошли, когда ограничения на выбросы были ужесточены еще раз. Изменения Закона о чистом воздухе начала 90-х годов и строгие бортовые диагностические требования OBD II сделали практически обязательным контроль и изменение дозирования топлива прямо на впускном клапане для каждого рабочего такта. Это возможно только при последовательном впрыске топлива.

Основы поиска и устранения неисправностей

Системы EFI с последовательным портом в современных серийных автомобилях подкреплены мощными бортовыми диагностическими возможностями, помогающими точно определить системные проблемы. Даже более старые системы портов и TBI 15-20 лет назад имели модули управления двигателем (ECM), которые предоставляли коды неисправностей, самопроверки и потоки последовательных данных, чтобы помочь вам в устранении неполадок. ECM управляет дозированием топлива на основе комбинации нескольких входных сигналов. Это означает, что многие проблемы с датчиками и механическими факторами работы двигателя могут проявляться симптомами в топливной системе. В основном, однако, проблемы в самой топливной системе делятся всего на две категории: проблемы с контролем или дозированием воздуха и проблемы с подачей топлива.

Старомодные утечки всасываемого воздуха или вакуумные утечки нарушат управление подачей топлива EFI, как это происходило на карбюраторных двигателях почти сто лет. Вы можете обнаружить утечки на слух — просто прислушайтесь к ним — или обрызгав места предполагаемых утечек мыльной водой или раствором для мытья окон. Пропан тоже хорошо работает.

Среди наиболее распространенных проблем с дозированием топлива — загрязнение или засорение форсунок и неправильное давление топлива. Забитые или иным образом грязные портовые форсунки были большей проблемой в середине 80-х, чем сегодня. В бензинах той эпохи не было моющих присадок, необходимых для поддержания чистоты крошечных отверстий форсунок. Моющие средства, которые хорошо работали в карбюраторах, не сокращали его (буквально) в форсунках с впрыском топлива. Бензиновые компании быстро осознали эту проблему, и в течение нескольких лет количество случаев засорения форсунок значительно сократилось.

Улучшенные присадки к бензину и тонкая, но важная модернизация со стороны автопроизводителей также уменьшили еще одну проблему раннего впрыска через порт — отложения на обратной стороне впускных клапанов. Ранние форсунки PFI подавали топливо на концы впускных каналов и были направлены почти прямо на заднюю часть клапанов. Отложения имели тенденцию к образованию, что сильно ограничивало поток всасываемого воздуха. Небольшое изменение положения форсунок, чтобы топливо имело тенденцию «отскакивать» от клапанов, а также пересмотренные присадки к бензину уменьшили эту проблему. Хотя забитые форсунки и отложения на впускных клапанах встречаются не так часто, как раньше, не исключайте их из своего контрольного списка для устранения неполадок EFI.

Давление топлива должно быть одним из двух или трех основных факторов, которые необходимо проверить в первую очередь для устранения неполадок EFI. Большинство систем впрыска имеют контрольный порт с клапаном Шредера, к которому можно подключить датчик давления топлива. Однако некоторые системы требуют, чтобы вы подключались к топливной магистрали с Т-образным фитингом, подсоединенным к контрольному манометру.

Системы впрыска через порт обычно считаются системами высокого давления, работающими в диапазоне от 30 до 50 фунтов на квадратный дюйм.