2.6. Система впрыска "mono-jetronic"

Mono-Jetronic- это система центрального (одноточечного) впрыска топлива с электронным управлением. Система имеет одну на весь двигатель (греч. монос— один) магнитоэлектрическую форсунку, топливо, как и в системах "L-Jetronic", впрыскивается с интервалами, но в отличие от многоточечного впрыска в системе M-Jetronic топлива подается не в зону впускных клапанов, а в смесительную камеру.

Важным преимуществом систем центрального впрыска является их полная взаимозаменяемость с обычными карбюраторами кроме этого, давление топлива может быть снижена до 0,05…0,06МПа, что позво-ляет в отдельных случаях использовать обычный мембранный насос.

На рис.2.9 представлена схема системы M-Jetronic. Основным элементом системы является узел центральной форсунки (рис. 2.10) в которой располагаются центральная электромагнитная форсунка 3, регулятор давления топлива 1, дроссельная заслонка 6 , выключатель положения дроссельной заслонки, датчик температуры всасываемого воздуха.

Система M-Jetronic не имеет расходомера воздуха, поэтому соотношение масс воздуха и топлива здесь менее точное и определяется только положением дроссельной заслонки, температуры всасываемого воздуха и частотой вращения коленчатого вала.

В системе M-Jetronic положение дроссельной заслонки в данный момент временно фиксируется потенциометрическим датчиком 7 (рис.2.9.) и этот сигнал передается на ЭБУ 9.

Корректировка дозирования топлива при холодном пуске и прогреве осуществляется ЭБУ по импульсам поступающим от датчиков температуры всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости, потенциометрического датчика положения дроссельной заслонки. Корректировка по токсичности отработавших газов идет по сигналам лямда-зонда 8. Изменение дозировки топлива осуществляется за счет увеличения или уменьшения времени впрыска.

Интересной особенностью системы впрыска M-Jetronic является регулирование холостого хода за счет вращения дроссельной заслонки специальным электроприводом. При этом увеличение или уменьшение количества воздуха осуществляется в зависимости от отклонения мгновенного значения частоты вращения от номинального значения, заложенного в память ЭБУ. В этих случаях по команде ЭБУ включается шаговый электродвигатель, который приоткрывает (или закрывает) дроссельную заслонку. Блоком управления воспринимается и скорость вращения дроссельной заслонки. При режиме ускорения, рабочая смесь обогащается.

2.7. Объединеные системы впрыска и зажигания

Широкое внедрение электроники в систему управления двигателями привело и появлению комплексных электронных системы автоматического управления (ЭСАУ) ДВС.

Комплексные ЭСАУ ДВС имеют следующие преимущества:

• совмещение функций агрегатов и датчиков позволяет значительно сократить их общее количество;

• процессы зажигания и смесеобразования оптимизируются совместно, при этом улучшаются характеристики ДВС (стабилизация крутящего момента, уменьшение расхода топлива и токсичность отработавших газов, облегчатся пуск и прогрев холодного двигателя);

• появляются широкие возможности для расширения функции ЭБУ - управление автоматической коробкой передач, антиблокировочной тормозной системой, кондиционером, противоугонными средствами и. т.д.

На рис. 2.11 представлена блок-схема объединенной системы электронного управления ДВС. В контроллер от датчиков поступают аналоговые сигналы 1-11. В общем случае изменение аналоговых сигналов (тока, напряжения , и т.п.) происходит непрерывно по тому или иному закону, например синусоидальному. Интегрированные схемы микропроцессоров характеризуются тем, что они могут считывать только коды (“о” или “1”). Поэтому сигналы датчиков сначала преобразуются в более “четкие” аналоговые сигналы, которые затем в АЦП превращаются в цифровую информацию.

Микропроцессор 13 обрабатывает полученную информацию по программе заложенной в постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) 14 и с использованием блока оперативной памяти (ОЗУ) 15.

Выходные сигналы микро ЭВМ очень слабы и не могут непосредственно использованы для управления выходными каскадами системы впрыска (форсунки, насос и.т.д) и зажигания. Поэтому они усиливаются (усилители мощности 16,17) и только потом подаются на управляющие системы.

СИСТЕМЫ MOTRONIC

Система “Motronic” является системой объединяющей электронные устройства смесеобразования и зажигания. В систему “Motronic” могут быть включены различные системы впрыска например Mono- Jetronic, KE- Jetronic, L- Jetronic и т.д.

СИСТЕМА «MONO MOTRONIC»

Система “Mono-Motronic” была разработана для двигателей легковых автомобилей малого и особо малого класса.

В системе “Mono-Motronic” основные сигналы зависят от положения дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Кроме этого, учитывается сигналы от датчиков концентрации кислорода, температур охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха. На основании этих данных ЭБУ рассчитывает необходимое количество топлива, которое посредством центральной электромагнитной форсунки периодически впрыскивается над дроссельной заслонкой и смешивается с воздухом. С учетом этих же сигналов ЭБУ вырабатывает управляющие импульсы для блока зажигания (многоканальной транзисторный коммутатор, катушки зажигания , свечи).

В системах M-Motronic оборудованных механическим датчиком–распределителем отсутствует центробежный и вакуум регуляторы угол опережения зажигания, функции которых выполняют датчики частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки. Но в большинстве случаев в системе Mono-Motronic датчик- распределитель отсутствует, а его функцию выполняет два новых устройства: многоканальный транзисторный коммутатор с 2-х или 4-х выводными катушками зажигания. Иногда, для каждого цилиндра применяется своя катушка называемая трансформатором зажигания.

Система M-Motronic, как и система M-Jetronic оборудована двумя насосами (рис. 2.12) В бензобаке 1 установлен вспомогательный подкачивающий электробензаносос 2 который обеспечивает давление 0,25 МПа, с производительностью 65 л/час (при напряжении 12 В и тока 2 А). Второй основной бензонасос 3 потребляет ток 5 А при напряжении 12 вольт и создает рабочее давление 1,2…1,5 МПа при производительности 80 л/час. В системе топливоподачи M-Motronic, кроме основного фильтра тонкой очистки топлива установлен дополнительный фильтр грубой очистки (на схеме не показан), который используется как резервная емкость (200 мл). Назначение резервной емкости - обеспечение топливом систему впрыска при значительном боковом крене автомобиля (более 40⁰) и при прохождении поворотов на большой скорости. На автомобилях с вертикальном бензобаком (например: Audi-80) подкачивающий насос и второй фильтр с резервной емкостью не применяется.

Важным отличаем систем топлива подачи современных легковых автомобилей является наличие в них системы утилизации паров бензина с управлением от датчика кислорода. В стандартных моделях автомобилей без герметизации бензобака, потери топлива за счет испарения составляют 10…15%. Бензобак современного легкового автомобиля обязательно герметизирован и оборудован специальным средством защиты бензобака от расширения парами бензина, так и от сжатия его стенок разряжением. Разряжение устраняется специальным воздушным клапаном на горловине бензобака, а пары бензина отводятся в специальный резервуар 18, наполненный активированным углем. Гранулы активированного угля обладают свойством легко улавливать и удерживать частицы бензина и также легко их отдавать в подвижный поток воздуха. При неработающем двигателе пары бензина из бензобака накапливаются в угольном фильтре 18. При работе двигателя угольный фильтр продувается потоком чистого всасываемого воздуха и пары бензина покидают угольный фильтр и попадают во впускной коллектор несколько обогащая топливо -воздушную смесь, которые впрыскиваются центральным впрыскивающим узлом. Чтобы обогащение происходило в нужное время, система утилизации паров бензина оборудована запорным клапаном 15., который перепускает пары бензина отдельными порциями на тех режимах работы ДВС, при которых датчик кислорода 23 указывает на необходимость обогащения рабочей смеси. Работа запорного клапана управляется ЭБУ с учетом сигналов датчика кислорода.

К большим преимуществам системы Mono-Motronic относится ее способность перенастраивать работу двигателя под изменяющиеся атмосферные условия (температура, влажность, давление), эксплутационный износ деталей, изменения октанового числа бензина; нарушение герметичности впускного коллектора; частичную потерю компрессии в цилиндрах. ЭСАУ с такими свойствами называется адаптивными, т.к. они способны осуществлять автокоррекцию исходных регулировок ДВС.

СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ГРУППЫ “MOTRONIC”

На основе системы впрыска L- Jetronic, фирмой Bosch разработана ряд комплексных систем управления впрыском и зажигания под общем названием “Motronic”. К ним относятся “Motronic 1.1-1.3; Motronic 1.7; Motronic 3.1-3.2; Motronic 5.4; ME-Motronic и д.р.”

В ЭСАУ “Motronic” применяется самые разнообразные системы зажигания, начиная с механическим датчиком-распределителем и кончая – индивидуальными катушками зажигания для каждого цилиндра ДВС в отдельности.

На рис.2.13 показана функциональная схема ЭСАУ “Motronic M3.2 cо всеми компонентами (например она устанавливается на 4-х цилиндровых ДВС автомобилей AUDI A4 1995 г.)

Интересным новшеством, которое впервые применена в системе “Motronic M 3.2 ” является узел управления дроссельной заслонкой с реверсным электроприводом. В этой системе отсутствует обводной (байпасный) канал с клапаном дополнительной подачи воздуха, который широко применялись практически во всех системах впрыска. Здесь дополнительный воздух для управления частотой вращения ДВС на холостом ходу подается непосредственно через диффузор дроссельной заслонки, степень открывания которой автоматически контролируется и управляется от ЭБУ. Благодаря этому система холостого хода ДВС стали работать более устойчиво, понизился расход топлива на холостом ходе, уменьшился содержание канцерогенных веществ в выхлопных газах.

СИСТЕМА НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВПРЫСКА

БЕНЗИНА (ГРУППА “Д”)

Система непосредственного впрыска топлива в цилиндры достаточно полно изучена и отработана в дизельных двигателях. В бензиновых ДВС применение непосредственного впрыска тормозила большая сложность управления процессом.

Непосредственный впрыск бензина в цилиндры ДВС имеет следующие преимущества:

• впрыск бензина в цилиндры осуществляется под высоким давлением, чем достигается хорошее измельчение его капель и смешивание топлива с воздухом;

• достигается практически полное равномерность распределения топлива по цилиндрам;

• обеспечивается смешивание топлива с воздухом на молекулярном уровне.

Система непосредственного впрыска бензина в цилиндры (группа “Д”) получил свой индекс от немецкого слова “direkt” (непосредственный). Двигатели оснащенные системой впрыска группы “Д”, обладают очень большой топливной экономичность. Но высокая конструктивная сложность, а так же значительная трудоемкость при наладке и ремонте пока ограничивается их широкое внедрение в ДВС. Из-за низких смазывающих свойств бензина (по сравнению с дизельным топливом) топливный насос высокого давления не обладает достаточной надежностью. В связи с тем, что насос-форсунки устанавливаются непосредственно в головке блока цилиндров исключается возможность их эффективного охлаждения потоком бензина. Формы камеры сгорания специальной конфигурации подбирают экспериментально в процессе разработки двигателя. Для системы впрыска группы “Д” требуется специальные свечи зажигания.

Несмотря на вышеприведенные трудности и проблемы в последние годы темпы внедрения в ДВС системы впрыска группы “Д” возрастают. Заметным стимулом для расширения внедрения систем непосредственного впрыска бензина стало появление насоса- форсунки высокого давления (НФВД). Насос-форсунка обеспечивает возможность впрыска бензина с разделением цикловой подачи на отдельные порции. Объем каждой порции, момент и продолжительность (т.е. количества топлива ) ее впрыска в цилиндр строго регламентируется электронной системой управления. При этом все эти параметры изменяются ЭБУ в зависимости от нагрузки, частоты вращения и теплового режима ДВС.

Примером системы непосредственного впрыска бензина может быть система разработаная фирмой TOYOTA для двигателя ТД-4. Основным узлом этой системы является насос-фарсунки.(рис.2.14)

В этом устройстве односекционный, одноплунжерный насос высокого давления (10,0-15,0 МПа) расположен непосредственно в корпусе закрытой гидромеханической форсунки и приводится в действие кулачком распределительного вала. Насосная часть форсунки содержит гладкую гильзу 4 с отверстием наполнительного канала 11, гладкий цилиндрический плунжер 3 и сливной канал 10. Рабочее движение плунжера вниз обеспечивается воздействием кулачка распределительного вала, а обратное пружиной 2. Подплунжерная полость 5 заполняется бензином через подающий канал 11, с помощью электробензанососа. Впрыск бензина в цилиндр происходит только тогда, когда давление под плунжером превысит давление открывания клапана закрытой форсунки. Впрыск несколькими порциями за один ход вниз реализуется за счет многократного (по числу порций) сброса давления в рабочей полости насоса форсунки ниже значения 10,0 МПа (давление, при котором клапан форсунки закрывается). Сброс давления осуществляется открыванием запорного электромагнитного клапана 9, в сливном канале, который управляется ЭБУ. За один цикл ЭБУ формирует 3-4 порции топлива.

Основное преимущество порционного впрыска бензина состоит в том что в камере сгорания к моменту воспламенения образуется послойная структура топливоздушной смеси с различными α в слоях. Это позволяет полностью сжигать топливо в очень обедненых смесях (до α =2). Экономия топлива достигает 30…35%. Так же повышается равномерность крутящего момента и удельная мощность ДВС.

Применение насос-форсунки с ЭБУ, тщательный подбор объема и формы камеры сгорания позволяет получить принципиально новые эффекты:

• Состав топливо - воздушной смеси в цилиндре до момента воспламенения всегда неоднороден. В близи электродов свечи состав смеси близок к нормальному (α =1), что обеспечивает надежное воспламенения. По мере удаления от электроды свечи состав топливо - воздушной смеси объединяется, при этом среднее по объему камеры сгорания качество смеси составляет α =2.

• Температуры смеси по мере удаления от свечи зажигания понижается и около стенок цилиндра имеет самое низкое значения. Это существенно снижает критический порог детонации. В результате оказалось возможным использования низкооктанового, а значит относительно дешевого бензина (например АИ-92, вместо АИ-98 при степени сжатия >10,5).

Вместе с тем ДВС работающий не очень обедненных смесях порождает исключительно сложную техническую проблему – необходимость нейтрализации оксида азота NO_x, количество которого в выхлопных газах резко возрастает.