12.2.3.1. Класифікація систем впорскування

У системах з впорскуванням палива внаслідок відсутності карбюратора знижується опір впускної системи, підвищується рівномірність розподілу палива по циліндрах і зменшується неоднорідність паливоповітряної суміші. Це дозволяє підвищити ступінь стиску і, відповідно, літрову потужність і економічність двигуна, а також екологічність ДВЗ.

Системи класифікують за різними ознаками:

1. За місцем підведення палива:

- впорскування у впускний колектор:

а) центральне впорскування (одноточкове), у змішувальну камеру (рис.12.21а);

б) розподілене впорскування (багатоточкове) у зону впускних клапанів (рис.12.21б);

- безпосереднє впорскування у циліндр (рис.12.21в).

2. За способом впорскування:

- безперервне;

- дискретне.

3. За типом вузлів дозування палива:

- плунжерні насоси;

- розподільники клапанного і золотникового типу;

- форсунки з електромагнітним і електронним керуванням;

- регулятори тиску палива.

4. За способом регулювання кількості суміші:

- пневматичне;

- механічне;

- електронне.

5. За параметрами регулювання:

- розрідження у системі впуску;

- кут повороту дросельної заслінки;

- витрата повітря.

6. За принципом керування системою:

- програмні;

- програмно-адаптивні (зі зворотнім зв’язком);

- адаптивні (зі зворотнім зв’язком від багатьох параметрів).

Рисунок 12.21. Типи систем впорскування: а – центральне; б – розподілене; в – безпосереднє;

1 – подача палива; 2 – подача повітря; 3 – дросельна заслінка; 4 – впускний трубопровід; 5 – форсунки; 6 – циліндри

Системи впорскування виконують наступні функції:

• подача палива (виконують паливні бак, насос, фільтр, регулятор тиску, форсунка);

• визначення параметрів роботи ДВЗ (виконують датчики);

• обробка параметрів роботи ДВЗ та керування процесом впорскування (виконує блок керування).

Крім того, комплексні системи керують також процесом запалювання суміші у циліндрах.

Основним розробником європейських систем впорскування є фірма Bosch. Розглянемо хронологію розвитку систем.

Паливні системи фірми BOSCH.

Компанія Bosch почала експерименти зі створення бензинового впорскування ще у 1921 році.

У результаті численних експериментів (1923÷1928 рр.) було створено першу систему бензинового впорскування, що знайшла своє застосування на авіаційних двигунах. Ця система забезпечувала більшу надійність і потужність двигуна, що було основним для авіаційної техніки того часу.

На автомобільній виставці 1951 року у м. Франкфурті було представлено перший серійний автомобіль із двотактним двигуном, що оснащений системою бензинового впорскування Bosch. У порівнянні з карбюраторними він споживав на 20% менше бензину й одночасно мав більшу потужність.

Першим серійним чотиритактним двигуном із системою бензинового впорскування компанії Bosch був Mercedes 300 L.

1967 р.: D-Jetronic (D – Drucksensor, з німецької „ датчик тиску”).

Перша система впорскування палива з електронним керуванням. Електронасос подає паливо під постійним тиском 0,2 МПа до електромагнітних форсунок, які періодично (циклічно) впорскують паливо у впускні трубопроводи, де воно й змішується з повітрям. Оскільки тиск палива постійний, його кількість визначається тривалістю відкритого стану форсунки. Електронний блок керування (БК), який виконано на 25 транзисторах, визначає тривалість керуючого імпульсу залежно від температурного режиму, частоти обертання й навантаження двигуна. Інформація про навантаження міститься в сигналі датчика розрідження у впускному колекторі. Назву «Jetronic» фірма Bosch використовує для систем, що керують тільки паливоподачею.

1973 р.: K-Jetronic (K – Kontinuierlich, „постійно”).

Паливо, що подається електронасосом, проходить через регулятор-розподільник до форсунок, які безупинно впорскують у трубопроводи. Плунжер регулятора, що змінює перетин потоку палива, зв'язаний через важіль із пластиною, що розташована перпендикулярно потоку повітря у впускному тракті перед дросельною заслінкою. Зміна витрати повітря викликає переміщення плунжера регулятора й, відповідно, зміну подачі палива. Пізніше, відповідно до екологічних вимог, ця система була доповнена допоміжним БК, лямбда-зондом, електроклапаном і деякими іншими вузлами. Тиск впорскування – 0,50,55 МПа.

1973 р.: L-Jetronic (L – Luft, з німецької „повітря”) 1974 Porsche 914.

Електронна система впорскування з безпосереднім виміром витрати повітря й електромагнітними форсунками.

Паливо від електронасоса подається до форсунок магістраллю, у якій установлено регулятор тиску, який підтримує постійну різницю між тиском палива й повітря у впускному колекторі 0,25÷0,3 МПа, що дозволяє більш точно дозувати паливо. Датчик витрати повітря містить поворотну заслінку, яку з'єднано зі зворотною пружиною й потенціометром. У датчик витрати повітря убудовано датчик температури для урахування залежності густини повітря від його температури. Для спрощення всі форсунки електрично з'єднані паралельно й здійснюють впорскування один раз при кожному оберті колінчастого вала. Для деяких ринків випускалися спеціальні модифікації, що розрізнялися деталями: LE-Jetronic для Європи й LU-Jetronic для США.

1976 р.: Початок виробництва лямбда-зонда.

1979 р.: М-Motronic.

Назву «Motronic» фірма Bosch застосовує до систем, що одночасно управляють паливоподачею і запалюванням від одного БК відповідно до загальних критеріїв оптимізації. Систему виконано на основі L-Jetronic.

1981 р.: LH-Jetronic (L – Luft, „повітря”, H – Heiße-leitung, „гаряча нитка”).

Створена на основі L-Jetronic і відрізняється застосуванням датчика масової витрати повітря. Повітря, яке надходить у двигун, обдуває вольфрамову спіраль, що підігрівається, та є частиною електричного вимірювального моста. Сигнал з датчика разом із частотою обертання двигуна є основними величинами, що задають роботу системи.

Датчик температури, що убудовано у вимірник маси повітря, забезпечує незалежність вихідного сигналу від температури повітря.

1982 р.: KE-Jetronic (E – Elektronik).

Подальший розвиток K-Jetronic. Відрізняється конструкцією регулятора-розподільника, у який додатково убудовано електрогідравлічний регулятор, що керується мікропроцесорним БК. Крім того, датчик витрати повітря з'єднано не тільки із плунжером, як у K-Jetronic, але й з потенціометром, сигнал з якого надходить у БК.

1986 р.: Mono-Jetronic.

Система центрального (або одноточкового) впорскування з електронним керуванням містить тільки одну електромагнітну форсунку, що встановлена перед дросельною заслінкою. Паливоповітряна суміш надходить у циліндри двигуна так само, як і при застосуванні карбюратора. За точністю паливоподачі займає проміжне положення між карбюратором і розподіленим впорскуванням. Невисока вартість дозволила оснастити автомобілі малого й середнього класу системою бензинового упорскування без істотного збільшення їхньої ціни.

1989 р.: Mono-Motronic.

Система Mono-Jetronic, що оснащена електронним запалюванням і мікропроцесором, була використана у серійному виробництві автомобілів під назвою Mono-Motronic.

1989 р.: МР-Motronic.

У якості датчика навантаження двигуна використається датчик розрідження у впускному колекторі.

1989 р.: система EGAS.

Cистема EGAS оснащена датчиком педалі акселератора. Блок керування Motronic аналізує сигнал датчика і з урахуванням параметрів мотора змінює розташування дросельної заслінки, що приводиться в рух електромотором.

1991 р.: У БК додано інтерфейс для інформаційного обміну з іншими мікропроцесорними системами керування (протибуксувальна система, автоматична коробка передач тощо) через високошвидкісний канал CAN.

1994 р.: МЕ-Motronic.

Система на базі М-Motronic. Додано систему EGAS.

2000 р.: Система безпосереднього впорскування MED-Motronic.

Система Motronic MED 7, керуючи крутним моментом двигуна, дозволяє, завдяки роботі двигуна на особливо збіднених пальних сумішах, сполучати мінімальну витрату палива (економія до 15÷20%) з гарною динамікою руху автомобіля. Тиск впорскування – до 12 МПа.

2005 р.: Друге покоління систем безпосереднього впорскування – DI-Motronic.

Удосконалена система прямого впорскування відрізняється новими інжекторними клапанами високого тиску із багатоструменевими розпилювачами, поліпшеним одноциліндровим насосом високого тиску і більш сучасним блоком керування двигуном. Інжектори другого покоління DI-Motronic розраховані на більш високий тиск палива, до 20 МПа замість 12 МПа, оснащені соленоїдним приводом і багатоканальними клапанами зі змінною конфігурацією.

Ще одна нова розробка Bosch – п’єзоінжектори для технології струминного керування прямим впорскуванням, також розраховані на тиск палива 20 МПа. Вони відрізняються надзвичайно малим часом спрацьовування, що дозволяє використати дуже гнучкі стратегії впорскування. Необхідний напір у паливопроводі забезпечує новий одноциліндровий насос високого тиску. Він приводиться в рух додатковим кулачком на розподільному валу і має два гідравлічні з'єднання – для паливопостачання і для трубки подачі палива (канал високого тиску). У нового насоса нижче витрата енергії, вона менше і легше більш ранніх моделей. Bosch розробив схеми і функції керування двигуном для всіх процесів згоряння в системах прямого впорскування й усіх типів двигунів. Комплексне вдосконалення системи DI-Motronic полегшує перехід звичайних бензинових двигунів у режим прямого впорскування.

Паливні системи фірми SIEMENS.

Fenix 3B (багатоточкове впорскування).

Паливо безперервно поступає до форсунок, час відкриття яких визначається положенням дросельної заслінки, частотою обертання колінчастого вала та тиском у впускному трубопроводі. Форсунки впорскують паливо одночасно один раз за один оберт колінчастого вала. Тиск впорскування – 0,35 МПа.

Fenix 3B (одноточкове впорскування). Аналогічна попередній за винятком кількості форсунок.

Комплексна система керування двигуном "Digifant" фірми VOLKSWAGEN складається із двох підсистем: керування впорскуванням палива й керування кутом випередження запалювання. Робота всіх підсистем управляється електронним контролером, що є спеціалізованим мікрокомп'ютером.

Підсистема керування впорскуванням палива відповідає за підготовку паливної суміші і її подачу у двигун. При цьому до кожного циліндра паливна суміш подається окремою форсункою. Працює підсистема в такий спосіб: паливний електронасос під тиском 2,53 кг/см² подає паливо з бензобака через паливний фільтр до паливного тракту й далі до форсунок. Наприкінці паливного тракту встановлений регулятор тиску палива в системі, що підтримує постійний тиск впорскування і здійснює злив надлишків палива назад у паливний бак, тим самим забезпечуючи циркуляцію палива у системі, і виключає утворення в ній парів палива.

Підсистема керування кутом випередження запалювання. Основними елементами підсистеми керування кутом випередження запалювання є: електроконтролер, комутатор, датчик числа обертів двигуна (датчик Холла), що убудовано у розподільник запалювання, датчик розрідження, що убудовано у контролер, датчик детонації, котушка і свічі запалювання. Датчик детонації забезпечує контроль навантаження двигуна і є основним для регулювання кута випередження запалювання.

Кут випередження запалювання обчислюється електроконтролером у прямій залежності від показань датчиків, він же й здійснює керування запалюванням.

Система базується на агрегатах Bosch.

Система впорскування KUGELFISHER – тиск впорскування 3038 кг/см². Подача палива залежить від частоти обертання, температури охолодної рідини, положення дросельної заслінки, температури і тиску повітря, температури палива, швидкості руху автомобіля, режиму роботи та навантаження на двигун.

Система впорскування OPEL-Multec – система центрального переривчастого впорскування. Доза палива визначається часом відкриття форсунки, яке залежить від положення дросельної заслінки, частоти обертання та тиску у впускному трубопроводі.