20) Электронные системы распределенного впрыска бензиновых двигателей

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование - инжекторная система, от injection – впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска используется как на бензиновых, так и дизельных двигателях. Вместе с тем, конструкции и работа систем впрыска бензиновых и дизельных двигателей существенным образом различаются.

В бензиновых двигателях с помощью впрыска образуется однородная топливно-воздушная смесь, которая принудительно воспламеняется от искры. В дизельных двигателях впрыск топлива производится под высоким давлением, порция топлива смешивается со сжатым (горячим) воздухом и почти мгновенно воспламеняется. Давление впрыска определяет величину порции впрыскиваемого топлива и соответственно мощность двигателя. Поэтому, чем больше давление, тем выше мощность двигателя.

Система впрыска топлива является составной частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунка (инжектор).

Системы впрыска бензиновых двигателей

В зависимости от способа образования топливно-воздушной смеси различают следующие системы впрыска бензиновых двигателей:

система центрального впрыска;

система распределенного впрыска;

система непосредственного впрыска.

Системы центрального и распределенного впрыска являются системами предварительного впрыска, т.е. впрыск в них производится не доходя до камеры сгорания - во впускном коллекторе.

Центральный впрыск (моновпрыск) осуществляется одной форсункой, устанавливаемой во впускном коллекторе. По сути это карбюратор с форсункой. В настоящее время системы центрального впрыска не производятся, но все еще встречаются на легковых автомобилях. Преимуществами данной системы являются простота и надежность, а недостатками - повышенный расход топлива, низкие экологические показатели.

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой. Образование топливно-воздушной смеси происходит во впускном коллекторе. Является самой распространенной системой впрыска бензиновых двигателей. Ее отличает умеренное потребление топлива, низкий уровень вредных выбросов, невысокие требования к качеству топлива.

Перспективной является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Система позволяет создавать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя, повысить степень сжатия, тем самым обеспечивает полное сгорание смеси, экономию топлива, повышение мощности двигателя, снижение вредных выбросов. С другой стороны ее отличает сложность конструкции, высокие эксплуатационные требования (очень чувствительна к качеству топлива, особенно к содержанию в нем серы).

Системы впрыска бензиновых двигателей могут иметь механическое или электронное управление. Наиболее совершенным является электронное управление впрыском, обеспечивающее значительную экономию топлива и сокращение вредных выбросов.

Впрыск топлива в системе может осуществляться непрерывно или импульсно (дискретно). Перспективным с точки зрения экономичности является импульсный впрыск топлива, который используют все современные системы.

В двигателе система впрыска обычно объединена с системой зажигания и образует объединенную систему впрыска и зажигания (например, системы Motronic, Fenix). Согласованную работу систем обеспечивает система управления двигателем.

21) Электрические компоненты гидравлической части электронных систем впрыска: электрический топливный насос, электромагнитные топливные форсунки. Принципы работы электронных систем впрыска топлива. Система стабилизации холостого хода. 3.5.22. Электронный блок управления, его блок-схема и принцип работы. Обработка сигналов датчиков и управление исполнительными механизмами. Особенности электронных систем непосредственного впрыска бензиновых двигателей

Электрический топливный насос

Электрический топливный насос применяется в топливной системе бензиновых двигателей с распределенным впрыском топлива. В двигателях с непосредственным впрыском топлива, а также дизельных двигателях электрический насос используется в контуре низкого давления для предварительной подачи топлива к насосу высокого давления. Электрический топливный насос создает давление топлива в пределе 0,3-0,4 Мпа (в двигателях с непосредственным впрыском – до 0,7 Мпа). Использование механических насосов в системах впрыска топлива невозможно по причине низкого давления подачи топлива.

Топливный насос с электрическим приводом может располагаться в топливопроводе или в топливном баке. На большинстве современных автомобилей топливный насос встроен в топливный бак. Такая схема обеспечивает лучшее охлаждение насоса, сокращает вероятность потерь за счет отсутствия всасывающей магистрали. С другой стороны, система имеет максимальную длину нагнетательного топливопровода, что повышает его уязвимость.

Устройство электрического топливного насоса

Электрический топливный насос состоит из электрического привода (электродвигатель) и насосной части (собственно насос), помещенных в металлический корпус. Все элементы топливного насоса находятся в контакте с топливом. Бензин имеет высокое электрическое сопротивление (более 1 МОм), предотвращающее короткое замыкание. Конструктивно топливный насос представляет собой модуль, в который помимо насоса включаются датчик расхода топлива, сетчатый топливный фильтр, топливозаборник.

Работу топливного насоса обеспечивают два клапана – обратный и редукционный. Обратный клапан запирает топливную систему при остановке двигателя. Редукционный клапан поддерживает определенное давление в системе, перепуская часть топлива обратно на впуск.

По конструкции различают следующие виды электрических топливных насосов:

роликовый насос;

шестеренный насос;

центробежный насос.

В роликовом насосе топливо всасывается и нагнетается за счет вращения ротора и перемещения в нем роликов. При увеличении пространства между роликом и ротором создается разряжение, и топливо заполняет это пространство. Когда пространство заполнится полностью, подача топлива отсекается. По мере вращения ротора происходит уменьшение пространства, открывается выпускное отверстие и топливо под давлением покидает насос.

Аналогичным образом происходит работа шестеренного насоса, где топливо всасывается и нагнетается посредством движения внутренней шестерни (ротора) относительно эксцентрично расположенной внешней шестерни (статора). Боковые стороны зуба ротора при вращении образуют в своих промежутках меняющиеся камеры, с помощью которых всасывается и нагнетается топливо.

В силу особенностей конструкции роликовый и шестеренный насосы устанавливаются в топливопроводе. В современных системах впрыска предпочтение отдается центробежным (лопастным) насосам, которые обеспечивают равномерную (без пульсаций) подачу топлива и производят мало шума. Вместе с тем, центробежные насосы имеют ограничения по создаваемому давлению и производительности.

Центробежный топливный насос устанавливается, как правило, в топливном баке. Рабочее колесо (крыльчатка) центробежного насоса снабжено по периметру многочисленными лопатками. Крыльчатка вращается внутри камеры, в которой находятся два канала определенной формы – всасывающий и нагнетательный. Завихрения топлива, возникающие при воздействии на него лопаток, обеспечивают повышение давления.

Работа топливного насоса начинается по сигналу блока управления двигателем, при котором происходит активация реле насоса. Для обеспечения запуска двигателя электрический топливный насос начинает работу сразу с включением зажигания. На некоторых автомобилях включение насоса происходит при открытии водительской двери, т.е. еще до запуска двигателя в топливной системе создается рабочее давление. Электрический топливный насос поддерживает давление топлива в узких пределах. Давление регулируется путем изменения напряжения или с помощью предохранительного клапана.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФОРСУНКИ

Форсунки 0280150711 или 19.1132010 служат для впрыска дозированного количества топлива в цилиндры двигателя.

Дозирование количества топлива зависит от длительности электрического импульса, подаваемого в обмотку электромагнита форсунки блоком управления. Длительность электрического импульса управления форсункой зависит от величины открытия дроссельной заслонки, от температуры воздуха, температура двигателя, оборотов двигателя, нагрузки и других факторов.

Подача топлива форсунками строго синхронизирована с положением поршней в цилиндре двигателя.

Форсунки установлены во впускной трубе двигателя. Подвод топлива к форсункам осуществляется через топливопровод (рампу) (см. рис. 9 поз. 4), в которой поддерживается давление топлива в пределах 2,8-3,25 кг/см2 при работе двигателя.Устройство форсунки показано на рис. 123. Форсунка представляет собой высокоточное электромеханическое устройство (клапан).

Состоит форсунка из корпуса 7, обмотки 9, электромагнита, сердечника электромагнита 16, иглы 4 запорного клапана, корпуса клапана - распылителя 17, насадки распылителя№, и фильтра 12.

Топливо под давлением поступает в фильтр 12 и далее через систему каналов проходит к запорному клапану. Пружина 15 поджимает иг- лу клапана к конусному отверстию корпуса клапана - распылителя 17, и удерживает клапан в закрытом состоянии. При подаче на обмотку катушки электромагнита электрического импульса создается магнитное поле, которое притягивает сердечник 16, а вместе с ним иглу запорного клапана. Отверстие в корпусе распылителя открывается и топливо под давлением в распыленном состоянии поступает в цилиндр двигателя. После прекращения электрического импульса пружина 16 возвращает сердечник 16 в исходное положение, а вместе с ним и запорную иглу канала. При этом подача топлива прекращается. Клапан форсунки должен быть герметичным. При необходимости негерметичность форсунки можно проверить, подав в нее давление воздуха в 3 кг/см, а насадку распылителя форсунки опустить в керосин. При кратковременной подаче напряжения 12 В на выводы исправной форсунки должен быть слышен отчетливый "щелчок".

Сопротивление обмотки форсунки должно быть 15,5-16 Ом. Пропускная способность форсунки проверяется на специальном стенде. Неисправные форсунки подлежат замене.

Системы стабилизации холостого хода

С точки зрения теории автоматического регулирования (ТАР), эти системы относятся к замкнутым системам с обратной связью. В чем это выражается?

Как любая система, система АР (автоматического регулирования) имеет замкнутый контур:

рис.1

В обход дроссельной заслонки ставится регулятор холостого хода. Он находится в так называемом байпасном канале (от английского слова by pass – «миновать мимо»):

Исполнительным механизмом является регулятор холостого хода. Устройство рассмотрим чуть позднее.

Датчиком (см. рис.1), является датчик скорости вращения двигателя. Неважно, как он устроен. Его задача – определить реальную скорость вращения двигателя. В качестве этого датчика может использоваться:

1.Датчик коленвала.

2.Датчик распредвала.

3.Датчик скорости вращения двигателя.

Объект регулирования – это двигатель, точнее частота его вращения.

Схема сравнения, расположенная в блоке управления двигателем, сравнивает реальную частоту вращения двигателя с той, которая необходима в данный момент (заданную задающим механизмом) и выдает команду исполнительному механизму больше или меньше открыть обходной (байпасный) канал для подачи дополнительного воздуха. Таким образом, обороты холостого хода всегда держатся на заданном уровне.

На экране сканера мы видим следующую картину:

А вот теперь мы нажимаем на педаль газа. Нам уже система стабилизации ХХ не нужна! Нам ехать надо, повышать обороты – а эта система будет стремиться вернуть их к установленным?!

При размыкании контактов холостого хода в датчике положения дроссельной заслонки, петля "обратной связи" размыкается, и система перестает отслеживать установленную частоту вращения двигателя. Более того, регулятор ХХ (холостого хода) по командам с ЭБУ (Электронный Блок Управления) двигает его в сторону увеличения оборотов ХХ. При резком отпускании педали газа (торможении) система «подхватывает» обороты на уровне порядка 1000-1500 об \ мин и плавно опускает их до оборотов холостого хода, не давая двигателю заглохнуть на переходных режимах.

Таким образом, наличие параметра IDLE является основополагающим в работе системы стабилизации холостого хода.

Что мы видим в действительности? Двигатель имеет пониженные обороты ХХ? Вместо чистки каналов дроссельной заслонки давайте накрутим винт регулировки ее начального положения! Обороты возросли? Плати деньги и уезжай! А то, что параметр IDLE изменился с ON на OFF и система перестала поддерживать обороты ХХ (про TPS - то забыли!) – это уже неважно…

Итак, с чего начнем проверку системы стабилизации холостого хода?

Первым делом проверяем наличие импульсов на регулятор холостого хода (РХХ).

Но мы не знаем, какого типа РХХ установлен на данном автомобиле! Смотрим в район дроссельной заслонки. Мы можем увидеть 3 типа регуляторов:

Соленоидный тип

На разъеме видим всего лишь 2 контакта (2 pin).

Принцип действия очень прост. На соленоид подается напряжение 12 вольт. Он втягивает сердечник, сердечник открывает байпасный канал – подается дополнительный воздух – обороты ХХ возрастают. Напряжение пропадает – сердечник под действием пружины перекрывает байпасный канал – обороты падают.

Но нам не нужен полностью открытый или полностью закрытый байпасный канал. Нам нужно открыть его на необходимую величину. В данных регуляторах для открытия их на необходимую величину применяется метод Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ). На обмотку сначала подается короткий импульс на открытие, затем долгое время импульс отсутствует (клапан закрыт).

Это показано на рисунке (а - "закрыто", б - "открыто" - см. стрелки):

Импульсы подаются с большой частотой и клапан не успевает открываться или закрываться полностью – вибрирует с высокой частотой в каком то среднем положении, задаваемой шириной импульсов. Чем шире импульс (скважность) – тем на большую величину открыт клапан. Изменяя ширину импульсов (скважность импульсов) можно менять степень открытия данного клапана.

Роторный тип

В байпасный канал ставится ротор, который либо открывает, либо закрывает канал дополнительной подачи воздуха.

Конструктивно он сделан следующим образом:

Принцип управления очень похож – подавая широтно-импульсно модулированные сигналы в обе обмотки, блок управления меняет степень открытия байпасного канала – меняются обороты. Схема управления приобретает следующий вид:

РХХ данного типа имеет 3 контакта (3 pin) - один общий провод (+В) и 2 управляющих. Осциллограммы на них не нормируются, главное наличие импульсного сигнала 12 вольт.

Шаговый тип

Принцип действия шагового двигателя прост: кольцевой магнит и 4 обмотки, расположенные под углом 90 градусов.

Импульсы подаются последовательно в обмотки 1-4-2-3. Полюса кольцевого магнита поочередно притягиваются к эти магнита последовательно притягиваются к обмоткам – происходит вращательное д движение ротора, которое через червячную передачу открывает или закрывает байпасный

канал. Для движения в обратную сторону импульсы подаются в последовательности 1-3-2-4 . Как мы видим, для первых двух типов регуляторов импульсы подаются постоянно. Для шагового РХХ при установившемся режиме холостого хода без внешних воздействий (когда не требуется корректировка оборотов ХХ) блок управления может и отключить управляющие импульсы (червячная передача остается в том же положении – под действием потока воздуха своего положения не меняет).

Продолжим проверку. Проверяем наличие импульсов на регулятор холостого хода (РХХ)

1. Импульсы есть.

Без осциллографа нам тут не обойтись. Смотрим величину и скважность этих импульсов.

РХХ у нас не шагового типа. Импульсы мы видим следующего типа:

Вместо прямоугольных импульсов мы можем увидеть заваленные фронты. Это нормально – не забываем про индуктивность обмоток. Скважность импульсов может меняться - нас интересует факт их наличия.

На сканере в разделе DATA STREAM видим следующий параметр:

Параметр IDLE «0 %» соответствует полностью закрытому регулятору холостого хода.

«100 %» - полностью открытому. Значение 50% означает, что система готова отработать обороты холостого хода, как и в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Конкретное значение данного параметра смотрим в мануалах. Например, фирма TOYOTA дает именно 50 %, другие фирмы предпочитают 30%.

Ну а если у нас шаговый двигатель?

Импульсы приобретают следующий вид:

Расположение импульсов не нормируется - главное их наличие по всем каналам. Величина импульсов строго должна соответствовать 12 вольт (5 вольтовые регуляторы встречаются достаточно редко….).

На сканере в разделе DATA STREAM мы видим параметр:

Что это означает? При включении зажигания шаговый двигатель тестирует сам себя. Проходит от одного крайнего положения до другого. Примерное количество шагов колеблется от 100 до 200. STEP 30 означает, что в сторону уменьшения оборотов система способна сделать 30 шагов, в сторону увеличения – максимальное значение минус 30 шагов.

Предположим, у нас загрязнится дроссельная заслонка. Количество проходящего воздуха уменьшиться. Обороты упадут, регулятору холостого хода придется на большее значение открыть байпасный канал. В DATA STREAM мы увидим совсем другой параметр:

Когда это значение приблизится к максимальному, система потеряет способность корректировать обороты в сторону увеличения. При полностью исправной системе стабилизации холостого хода получим нестабильные обороты.

Чистка дроссельной заслонки и байпасного канала – это не роскошь, а обычное техническое обслуживание.

Ну что же, заслонку в порядок привели, а обороты ХХ по-прежнему нестабильные. Проверяем сам регулятор ХХ. Проверяем сопротивление обмоток. Данные берем из мануалов, но на практике достаточно того, чтобы оно было. На шаговых регуляторах сопротивление всех обмоток должно быть примерно одинаковым. Обрыв обмоток – достаточно часто встречающийся дефект. Дело в том, что обмотки, как правило, заливаются компаундом с коэффициентом теплового расширения равным коэффициенту теплового расширения самой обмотки. Но идеала не бывает, и при нагреве-охлаждении происходит ее обрыв.

Другой дефект – заедание или люфт самого клапана. Либо грязь, либо механический износ. Теория автоматического регулирования достаточно подробно рассматривает устойчивость системы в этом случае. Не углубляясь в долгие математические расчеты, заметим, что данный дефект способен нарушить работу системы вплоть до автоколебательного режима. Обороты начинают «плавать». Такие регуляторы подлежат замене.

Блок управления двигателем

Электрическая система управления двигателем (ЭСУД), она же - электронный блок управления (ЭБУ) или, в простонаречье, "мозги", - это микроЭВМ, , обеспечивающая бесперебойную и синхронизированную работу систем двигателя. Электронные системы управления двигателем являются одними из основных компонентов электронного электрооборудования авто. На автомобиле Хайма 3 установлен ЭБУ производства фирмы Bosch с версией микропрограммы 7.9.7.

Электронный блок управления (русская аббревиатура – ЭБУ, английская – PCM, что расшифровывается как Powertrain Control Module) – это центр, который управляет всей системой агрегатов современного автомобиля, и от правильной работы этого устройства напрямую зависит работа им управляемых компонентов, будь то трансмиссия, электропитание или система рециркуляции выхлопных газов и прочих компонентов.

Правильная работа электронного управляющего блока обеспечивается совокупностью факторов:

от всех датчиков должны поступать сигналы;

должно быть нормальное напряжение питания;

также должна быть возможность управлять всеми исполнительными механизмами.

Нужно отметить, что часто при диагностике неисправности в её возникновении склонны обвинять именно тот узел, принцип работы которого непонятен, например, компьютер - если двигатель работает неправильно и невозможно выявить причину неполадки. В этом случае прибегают к ремонту или замене этих узлов – в надежде, что неисправность исчезнет сама собой.

Ремонт блока PCM, как правило, невозможен в условиях автосервиса и обычно подлежит замене при подозрении на неисправность. С этим спешить, однако, не следует, так как в половине случаев (а то и чаще) электронный блок оказывается абсолютно исправным и его замена не устраняет проблемы с двигателем. Кроме того, электронный блок управления – сложное и дорогостоящее устройство, поэтому его будет нелегко вернуть продавцу. Многие продавцы автозапчастей отказываются делать возврат или замену любых PCM, и закон, увы, на их стороне.

Причина нежелания принять купленный блок управления обратно заключается в том, что при неумелом подходе установка электронного блока на автомобиль отрицательно сказывается на его работоспособности: если, к примеру, при установке перепутают провода или подадут на блок слишком высокое напряжение, блок будет работать уже иначе и, соответственно, его придётся тщательно проверить. Проверка электронного блока - процедура сложная и длительная: блок PCM отправляется в гарантийный сервисный центр производителя, где он подключается к сложному диагностическому оборудованию и тестируется. Тестирование заключается в проверке всех его входящих и исходящих цепей. По результатам этого тестирования определяется исправность или неисправность блока, и в случае исправности его упаковывают заново и возвращают в продажу.

В автомобиле Хайма 3 ЭБУ находится под полом в районе переднего пассажира.

Коды ошибок ЭБУ Bosch 7.9.7 можно посмотреть здесь (указаны для норм токсичности Евро-2, но, в целом, совпадают с Евро-4).

Место расположения диагностического разъёма

Бортовой компьютер

В любой комплектации автомобиля Хайма 3 бортовой компьютер (БК) отсутствует, но есть возможность подключить любой внешний БК, подходящий по параметрам.

Диагностический разъём для подключения БК (протокол) - OBD-II. Для всех автомобилей с МКПП - OBD-II ISO 9141-2, для автомобилей с вариатором (CVT) - желательна поддержка CAN.

Внешние БК, подключение которых к автомобилю Хайма 3 проверено и работоспособно: Multitronics TC 50GPL.