Лекция 11. Электронные системы впрыскивания топлива

1. Классификация систем впрыскивания топлива

Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени оптимизировать процесс образования топливной смеси. Однако системы впрыскивания топлива сложнее карбюраторов из-за большого числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.

По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные, аналоговые и цифровые системы. В настоящее время рассматриваемые системы разделяют по способу, месту и моменту впрыскивания топлива (рис. 11.1).

При распределённом впрыскивании топливо подаётся в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования с процессами впуска в каждый цилиндр. Такие системы позволяют повысить приёмистость автомобиля, надёжность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя. Появляется возможность применения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач оказывается больше, чем в системах с центральным впрыскиванием.

П ри центральном впрыскивании топливо подаётся одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива. Экономичность системы центрального впрыскивания особенно повышается при совместном применении её с цифровой системой зажигания. Конструкция данной системы существенно проще конструкции системы распределённого впрыскивания.

2. Системы распределённого впрыскивания

ТОПЛИВА

Структурная схема системы впрыскивания топлива с программным управлением приведена на рис 11.2. На рис. 11.3. приведена система распределённого впрыскивания топлива «L-Jetronik». Электрический топливный насос 2 подаёт топливо из бака 1 через фильтр 3 в топливный коллектор 4. В топливном коллекторе с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 7 и возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

И з коллектора топливо поступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону впускных клапанов. Количество впрыскиваемого топлива задаётся электронным блоком управления 6 в зависимости от температуры, давления и объёма поступающего воздуха, температуры охлаждающей жидкости, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя.

Объём поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через измеритель 12 расхода воздуха и впускной трубопровод. Воздушный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорную измерительную заслонку измерителя расхода воздуха на определённый угол. При этом с помощью потенциометра электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подаётся в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдаёт на электромагнитные клапаны импульсы управления моментом впрыскивания топлива. Электронная схема управления дозированием топлива получает питание от аккумуляторной батареи 20 и начинает работать при включении зажигания.

Схема расположения форсунки при впрыскивании топлива в зону впускного клапана показана на рис. 11.4. Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя.

Е сли впускной клапан в момент впрыскивания топлива форсункой закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Количество поступающего к цилиндрам двигателя воздуха регулируется дроссельной заслонкой 11 (рис. 11.3), управляемой водителем. В системе предусмотрен регулятор 18 расхода воздуха на холостом ходу, расположенный около дроссельной заслонки. Он обеспечивает дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя. По мере прогрева двигателя, начиная с температуры охлаждающей жидкости 50 ÷ 70 ºС, регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После этого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верхний байпасный (обводной) канал, сечение которого можно изменять регулирующим винтом 9, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения в режиме холостого хода.

Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном трубопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 7 зависит только от времени, в течение которого открыт её клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления впрыскиванием топлива заключается в широтной модуляции электрического импульса, управляющего форсункой при условии поддержания постоянного перепада давления топлива. Длительность импульсов управления корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15.

На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси. Обогащение обеспечивается электронным блоком управления по информации от датчика 10 положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчика 10 даёт импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

В датчике положения дроссельной заслонки 10 предусмотрена контактная пара, состояние которой определяет прекращение или возобновление подачи топлива в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1000 мин^-1, и возобновляется при снижении частоты вращения до 900 мин^-1. Порог отключения подачи топлива корректируется в зависимости от температурного состояния двигателя.

Для облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрена дополнительная пусковая форсунка 8. Она представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем. Управляется форсунка 8 напряжением датчика температуры охлаждающей жидкости 16.

Основное время впрыскивания топлива определяется как время, необходимое для получения смеси с теоретически необходимым коэффициентом избытка воздуха. Количество воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, рассчитывается блоком управления по данным датчика расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Графики коррекции времени срабатывания электромагнитной форсунки в зависимости от напряжения бортовой сети, температуры охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя и температуры воздуха на впуске приведены на рис. 11.5 а, б и в соответственно.

При работе двигателя необходимо достигнуть высокой степени очистки отработавших газов по компонентам СО, СН и NОх с помощью трёхкомпонентного нейтрализатора. Зависимость степени очистки газов от коэффициента избытка воздуха λ приведена на рис. 11.6. Из графиков следует, что для достижения высокой степени очистки состав горючей смеси по коэффициенту избытка воздуха λ должен быть близок к стехиометрическому. Стабилизация стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью датчика кислорода, устанавливаемого в выпускном трубопроводе.

Система выполняет также функции ЭПХХ. Изменение частоты вращения, при которой прекращается и возобновляется подача топлива, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости показано на рис. 11.7.