9.5. Призначення, загальна будова та робота системи живлення бензинового двигуна з розподіленим упорскуванням пального
Перші системи упорскування пального були механічними, а не електронними. Вперше ж система механічного упорскування пального була розроблена компанією Daimler Benz, а перший серійний автомобіль з упорскуванням бензину був виготовлений ще в 1954 р. Основними перевагами системи живлення з упорскуванням пального перед карбюраторними системами живлення є:
відсутність додаткового опору потокові повітря на впуску, що забезпечує покращення наповнення циліндрів та підвищення літрової потужності двигуна;
більш точний розподіл пального по окремих циліндрах;
значно вищий ступінь оптимізації складу горючої суміші на всіх режимах роботи двигуна, що приводить до покращення паливної економічності і зниження токсичності відпрацьованих газів.
Проте для упорскування пального краще використовувати електроніку, яка дає можливість зробити систему більш компактною та надійною. Деякі з перших систем електронного упорскування були карбюратором, з якого видаляли всі «пасивні» паливні системи і встановлювали одну або дві форсунки. Такі с віпистеми отримали назву «Центрального упорскування».
Сьогодні найбільшого поширення набули системи живлення з розподіленим (багатоточковим) електронним упорскуванням пального.
В системі центрального упорскування пального подача суміші і її розподіл по циліндрах здійснюється всередині впускного колектора. Найбільш сучасна система розподіленого упорскування пального відрізняється тим, що у впускному колекторі кожного циліндра встановлюється окрема форсунка, яка в певний момент упорскує дозовану порцію бензину на впускний клапан відповідного циліндра. Бензин випаровується в циліндрі і перемішується з повітрям, утворюючи горючу суміш. Двигуни з такими системами живлення є більш економічними та викидають в атмосферу менше шкідливих речовин.
|
Рис. 9.21. Агрегат центрального упорскування |
Роботою форсунок керує електронний блок управління (ЕБУ), який отримує і обробляє електричні сигнали від системи давачів, порівнює їх дані із значеннями, що зберігаються в пам'яті комп'ютера, і видає електричні сигнали керування на електромагнітні клапани форсунок та інші виконавчі пристрої. Крім того, ЕБУ постійно проводить діагностику системи упорскування пального і при виникненні неполадок в роботі попереджає водія за допомогою контрольної лампи, встановленої в щитку приладів. Серйозні неполадки записуються в пам'яті блока управління і можуть бути зчитаними при проведенні діагностування.
|
Рис. 9.22. Схеми систем живлення бензинових двигунів з упорскуванням пального: а) система центрального упорскування пального; б) система розподіленого упорскування пального |
Система живлення з розподіленим упорскуванням має такі складові частини:
система подачі і очищення пального;
система подачі і очищення повітря;
система уловлювання і спалювання парів бензину;
електронна частина з набором давачів;
система випуску і допалювання відпрацьованих газів.
Система подачі пального складається з паливного бака, електричного бензонасоса, паливного фільтра, трубопроводів і паливної рампи, на якій встановлені форсунки та регулятор тиску пального.
Електричний бензонасос може встановлюватись як в середині бака, так і зовні. Бензонасос вмикається за допомогою електромагнітного реле. Бензин засмоктується насосом з бака і одночасно омиває і охолоджує електродвигун насоса. На виході з насоса є зворотний клапан, який не дозволяє пальному витікати з напірної магістралі при вимкненому бензонасосі. Для обмеження тиску служить запобіжний клапан.
Пальне, яке поступає від бензонасоса, під тиском не менше 280 кПа проходить через паливний фільтр тонкого очищення і поступає до паливної рампи. Фільтр має металевий корпус, заповнений паперовим фільрувальним елементом.
|
Рис. 9.23. Електричний паливний насос |
Рампа є порожнистою конструкцією, до якої кріпляться форсунки і регулятор тиску. Вона кріпиться болтами до впускного трубопроводу двигуна. На рампі також встановлюється штуцер, який служить для контролю тиску пального. Штуцер закритий різьбовою пробкою для запобігання забрудненню.
|
Рис. 9.24. Паливна рампа з встановленими на неї форсунками |
Форсунка має металевий корпус, всередині якого розташований електромагнітний клапан, що складається з електричної обмотки, сталевого сердечника, пружини і замкової голки. У верхній частині форсунки розташований невеликий сітчастий фільтр. Гумові кільця забезпечують необхідне ущільнення між рампою, форсункою і місцем встановлення у впускному трубопроводі. Фіксація форсунки на рампі здійснюється за допомогою спеціального затискача. На корпусі форсунки є електричні контакти для під’єднання електричного роз'єму. Регулювання кількості пального, яке впорскується форсункою, здійснюється зміною тривалості електричного імпульсу, що подається на контакти форсунки.
|
Рис. 9.25. Форсунки |
Регулятор тиску пального служить для зміни тиску в рампі залежно від розрідження у впускному трубопроводі. У сталевому корпусі регулятора розташований підпружинений голчастий клапан, сполучений з діафрагмою. На діафрагму з одного боку діє тиск пального в рампі, а з іншого – розрідження у впускному трубопроводі. При збільшенні розрідження, під час прикриття дросельної заслінки, клапан відкривається, надлишки пального зливаються по зливному трубопроводу назад в бак, а тиск в рампі зменшується.
|
Рис. 9.26. Регулятор тиску пального: А – паливна порожнина;Б – вакуумна порожнина 1 – корпус; 2 – кришка; 3 – патрубок для вакуумного шланга; 4 – мембрана; 5 – клапан |
Останнім часом з'явились системи упорскування, в яких відсутній регулятор тиску пального. Наприклад, на рампі двигуна V8 автомобіля New Range Rover немає регулятора тиску, і склад горючої суміші забезпечується тільки роботою форсунок, які отримують сигнали від електронного блока.
Система подачі і очищення повітря складається з повітряного фільтра із змінним фільтрувальним елементом, дросельного патрубка із заслінкою і регулятором холостого ходу, ресивера і випускного трубопроводу.
Ресивер повинен мати достатньо великий об'єм. Це необхідно для згладжування пульсації повітря, яке поступає в циліндри двигуна.
Дросельний патрубок закріплений на ресивері і служить для зміни кількості повітря, яке поступає в циліндри двигуна. Зміна кількості повітря здійснюється за допомогою дросельної заслінки, яка повертається в корпусі за допомогою тросового привода від педалі в кабіні водія. На дросельному патрубку встановлені давачі положення дросельної заслінки і регулятор холостого ходу. У дросельному патрубку є отвори для забору розрідження, яке використовується системою уловлювання парів бензину.
|
Рис. 9.27. Впускний трубопровід з ресивером та дросельним патрубком |
Останнім часом конструктори систем упорскування починають застосовувати електропривод управління, коли між педаллю керування дросельною заслінкою та самою заслінкою немає механічного зв'язку. В таких конструкціях на педалі встановлюються давачі її положення, а дросельна заслінка повертається кроковим електродвигуном з редуктором. Електродвигун повертає заслінку за сигналом комп'ютера, який керує роботою двигуна.
Регулятор холостого ходу служить для регулювання обертів колінчастого вала двигуна на холостому ходу шляхом зміни кількості повітря, яке проходить в обхід закритої дросельної заслінки. Регулятор складається з крокового електродвигуна, керованого ЕБУ, і конусного клапана. У сучасних системах, які мають більш потужні комп'ютери управління роботою двигуна, обходяться без регуляторів холостого ходу. Комп'ютер, аналізуючи сигнали від численних давачів, керує тривалістю імпульсів електричного струму, що поступають до форсунок, і роботою двигуна на всіх режимах, у тому числі і на холостому ходу.
Для коректного керування роботою системи розподіленого упорскування електронному блокові потрібні сигнали і від інших давачів. До останніх відносяться: давач температури охолоджувальної рідини, давач положення і частоти обертання колінчастого вала, давач швидкості автомобіля, давач детонації, давач концентрації кисню тощо.
Для уловлювання парів бензину, який випаровується з паливного бака, у всіх системах упорскування використовуються спеціальні адсорбери з активованим вугіллям. Активоване вугілля, яке знаходиться в спеціальній ємності, сполученій трубопроводом з паливним баком, добре поглинає пари бензину. Для видалення бензину з адсорбера останній продувається повітрям і з'єднується з впускним трубопроводом двигуна. Щоб робота двигуна при цьому не порушувалась, продування проводиться тільки на певних режимах його роботи за командою ЕБУ.
|
Рис. 9.28. Схема роботи адсорбера: 1 – шлях повітря, яке всмоктується; 2 – дросельна заслінка; 3 – впускний колектор двигуна; 4 – клапан продувки адсорбера; 5 – сигнал від ЕБУ; 6 – посудина з активованим вугіллям; 7 – навколишнє повітря; 8 – паливний бак |
Каталітичний нейтралізатор є основним елементом системи випуску та нейтралізації відпрацьованих газів. Він встановлюється у випускній системі для зменшення вмісту шкідливих речовин у відпрацьованих газах. Нейтралізатор містить один відновлювальний та два окислювальні (платина і паладій) каталізатори. Окислювальні каталізатори сприяють окисленню вуглеводнів, які не згоріли, (СН) в водяну пару, а окису вуглеводню (СО) – у вуглекислий газ. Відновлювальний каталізатор перетворює шкідливі оксиди азоту (NOx) в нешкідливий азот.
|
|
Рис. 9.29. Каталітичний нейтралізатор відпрацьованих газів: 1 – давач концентрації кисню; 2 – монолітний блок-носій; 3 – монтажний елемент; 4 – двооболонкова теплоізоляція нейтралізатора |
|
Оскільки ці нейтралізатори знижують у відпрацьованих газах вміст трьох шкідливих речовин, вони називаються трикомпонентними.
Трикомпонентний каталітичний нейтралізатор працює найефективніше, якщо в двигун подається суміш з коефіцієнтом надлишку повітря, рівним одиниці. Якщо повітря в суміші дуже мало, тоді СН і СО не будуть повністю окислюватись до безпечного побічного продукту. Якщо ж повітря дуже багато, то NOx не зможе розкластись на кисень і азот.
Тому з'явилося нове покоління двигунів, в яких склад суміші постійно регулюється для отримання точної відповідності коефіцієнта надлишку повітря α=1 за допомогою давача концентрації кисню (лямбда-зонда), який вбудовується у випускну систему.
Робота автомобільного двигуна на етилованому бензині приводить до виходу з ладу дорогого каталітичного нейтралізатора. Тому в більшості країн використання такого пального заборонене.