16.2.2. Карбюраторні двигуни з електронним керуванням.

Поява карбюраторів для таких ДВЗ пов’язана з підвищенням вимог до викидів токсичних речовин у відпрацьованих газах. Ефективна робота трикомпонентних каталітичних нейтралізаторів вимагає підтримання на більшості сталих режимів стехіометричного складу суміші, що неможливо без електронного керування.

На рисунку 16.1 зображено головну дозувальну систему карбюратора з електронним керуванням. Керування здійснюється соленоїдом 1, який переміщує дозувальну голку 4, що змінює перетин головного паливного жиклера 6.

На холостому ході склад суміші може керуватися ще одним соленоїдом, або тим само, але іншою дозувальною голкою. Існують карбюратори, у яких керування складу суміші здійснюється зміною перетину повітряних жиклерів за аналогічною схемою.

Рисунок 16.1. Схема головної дозувальної системи карбюратора з електронним керуванням

1 – соленоїд; 2 – упор бідного складу суміші; 3 – поплавцева камера; 4 – дозувальна голка; 5 – пружина; 6 – паливний жиклер; 7 – дросельна заслінка; 8 – дифузор; 9 – повітряний жиклер; 10 – упор багатого складу суміші; 11 – контакти

У карбюраторах Ecotronic (фірми Pierburg) (рис.16.2) корекція складу суміші здійснюється повертанням повітряної заслінки 1 електродвигуном 2. Відкриття заслінки збіднює суміш, прикриття – збагачує. Крім того, цей карбюратор автоматично регулює частоту обертання за допомогою пневмоприводу, що керує дросельною заслінкою.

При примусовому холостому ході подача палива відключається закриттям дросельної заслінки, при цьому вихідний отвір холостого ходу знаходиться вище заслінки. При перевищенні максимальної частоти обертання блок керування перекриває паливні жиклери.

Карбюратори з електронним керуванням не отримали широкого розповсюдження і не витримали конкуренції з системами впорскування.

Рисунок 16.2. Схема карбюратора Ecotronic:

1 – повітряна заслінка; 2 – електропривод повітряної заслінки; 3 – поплавцева камера; 4 – дросельна заслінка; 5 – кінцевий датчик холостого ходу; 6 – вакуумний соленоїд; 7 – датчик положення штока пневмопривода; 8 – вентиляційний соленоїд; 9 – пневмопривод дросельної заслінки

16.2.3. Типи та особливості будови основних застосовуваних систем впорскування

На автомобілях за основними ознаками застосовуються п'ять типів систем впорскування палива:

1. Mono-Jetronic (1988–1995) – електронна система з центральним періодичним впорскуванням палива у впускний колектор.

У системі використовуються наступні датчики:

датчик положення дросельної заслінки;

датчик температури повітря;

датчик температури охолоджуючої рідини;

датчик частоти обертів двигуна;

вимикач сервопривода - служить для регулювання холостого ходу двигуна;

датчик концентрації кисню. Встановлюється у випускній системі - у випускному колекторі, а на автомобілях з каталітичним нейтралізатором - перед нейтралізатором.

За свідченнями датчиків температури повітря і положення дросельної заслінки розраховується необхідний об'єм повітря в системі уприскування. Маса всмоктуваного повітря знаходиться залежно від температури. Датчик температури повітря розташований перед центральною форсункою уприскування.

Дросельна заслінка влаштована так, що кожному її положенню відповідає певна кількість повітря, що пропускається. Цей параметр фіксує датчик положення дросельної заслінки, що є потенціометром. Датчик положення дросельної заслінки (дросельний потенціометр) встановлений безпосередньо на осі приводу заслінки.

2. K-Jetronic (1973–1994) - механічна безпривідна, багатоточкова, з безперервним впорскуванням палива.

3. KE-Jetronic (1985–1993) - електронно-механічна, багатоточкова, з безперервним впорскуванням палива. Її вдосконалений варіант - K-Jetronic (Lambda).

4. L-Jetronic (1974–1989) - електронна, багатоточкова з періодичним впорскуванням палива. Її підваріанти – системи LE1-Jetronic, LE2-Jetronic, LE3-Jetronic, LU-Jetronic, LH-Jetronic (1981–1998)

5. Motronic комбінована електронна система впорскування палива і запалювання.

Сучасні системи впорскування палива мають 3 підсистеми:

а) впорскування палива – паливний бак, паливний насос, паливний фільтр, регулятор тиску, форсунки;

б) комплекс датчиків – витратомір повітря, частоти обертання, температури повітря, температури охолоджуючої рідини, λ-зонд та шт.;

в) опрацювання та керування паливною системою, системою запалювання та ін. До складу цієї підсистеми входять цифровий блок керування, електромагніти, електродвигуни, паливні насоси, клапани, свічки запалювання та ін.

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

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. У 1976 р. розпочато виробництво лямбда-зондів.

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 0.250.3 МПа 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. 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.