4 Теоретические сведения

Принципиальная схема системы питания инжекторных двигателей с электронным управлением рабочим процессом показана на рисунке 4. Система включает в себя топливный бак,  электрический топливный насос, топливный фильтр, топливную рампу (аккумулятор топлива), регулятор давления топлива, форсунки  (по  одному  на  каждый цилиндр двигателя),  впускной воздушный канал с дроссельной заслонкой, датчик массового расхода воздуха,  датчик положения дроссельной заслонки, датчик концентрации кислорода (λ - зонд), датчик температуры охлаждающей жидкости,   датчик начала отсчета и оборотов двигателя, регулятор холостого хода, электронный блок управления (контроллер), и может включать в себя адсорбер, иммобилизатор, кондиционер и др. компоненты.

Рисунок 4 – Принципиальная схема системы управления впрыском топлива

Подача топлива к форсункам осуществляется при помощи топливного насоса роликового типа с электрическим приводом. Топливо очищается при помощи фильтра и поступает в топливную рампу под давлением 0,24÷0,3 МПа. Все форсунки соединяются с топливной рампой. Важнейшими параметрами системы топливоподачи являются производительность, герметичной и стабильность поддержания давления топлива. Кроме того, система топливоподачи должна обеспечивать очистку топлива, отвод паров из топливной рампы и охлаждение топлива.

Расчет производительности питающего топливного насоса

осуществляется по максимальному часовому расходу топлива двигателем:

(1)

Где:

G_Тм – максимальный часовой расход топлива по характеристики двигателя,

k - коэффициент запаса, учитывающий перепуск топлива в бак и другие факторы, k = 1,2÷1,4.

Питающий топливный насос должен обеспечивать расчетную производительность при рабочем давление 0,24÷0,3 МПа (для систем с впрыском во впускной коллектор).

Герметичность системы топливоподачи достигается установкой обратного клапана в питающем топливном насосе и плотной посадкой запирающей иглы форсунок, а также надежным уплотнением соединительных элементов в топливопроводах. Благодаря высокой герметичности системы, топливо остается в рампе под давлением, что обеспечивает надежный запуск двигателя на первых циклах его работы после кратковременных остановок двигателя и хорошие пусковые качества после длительных перерывах в его работе. Контроль герметичности осуществляется измерением падения давления в топливной рампе за заданное время после выключения двигателя. При удовлетворительной герметичности падение давление за 1 мин не должно превышать 10 %.

Фильтрация топлива в системах топливоподачи осуществляется несколькими ступенями, при помощи вспомогательных сетчатых фильтров, устанавливаемых на входах насоса и форсунок и при помощи основного фильтра, выполненного из пористой бумаги. Тонкость очистки сетчатых фильтров – (30 – 50) мкм, а бумажных фильтров – (5-10) мкм.

Количество топлива, впрыскиваемого форсункой, определяется по следующей зависимости:

(2)

Где: g_Тц – цикловая подача топлива форсунки, м³ /цикл;

t_ц – длительность цикла впрыска, с,

k_τ – коэффициент инерционности форсунки,

- статический расход топлива форсункой;

µ_ф - коэффициент расхода форсунки,

f_ф - площадь живого сечения форсунки, м²,

Δp - перепад давления на форсунке, Па,

ρ - плотность топлива, кг/м³ .

Из формулы (2) следует, что цикловая подача топлива форсункой, при заданных геометрических параметрах элементов, зависит от длительности впрыска t_ц и от перепада давления топлива Δp. С целью упрощения управления подачей топлива, давление в рампе регулируется так, чтобы стабилизировать Δp - перепад давления на форсунке. Для этого служит регулятор давления механического типа, установленный в топливной рампе. Таким образом, в соответствии с вышеприведенной зависимостью, подача топлива, для заданных конструктивных характеристик, будет определяться одним параметром – продолжительностью открытия форсунок.

Момент открытия и продолжительность открытия форсунок регулирует электронный блок управления (контроллер) на основании обрабатываемых им данных, получаемых от различных датчиков. Основными датчиками являются датчик массового расхода, датчик оборотов и начала отсчета, датчик положения дроссельной заслонки.

Датчик массового расхода воздуха используется для расчета необходимого количества топлива, подаваемого форсунками. Массовый расход воздуха g_в, измеренный датчиком, пересчитывается программой в цикловой расход воздуха g_вц.

(3)

По цикловому расходу воздуха программа определяет цикловую подачу топлива.

(4)

и длительность цикла впрыска: ; (5)

где ℓ_o - теоретически необходимое количество воздуха для обеспечения полного сгорания топлива, для бензиновых двигателей -14,95.

Датчик положения дроссельной заслонки служит для определения режимов работы двигателя: холостого хода, принудительного холостого хода, разгона, замедления, максимальной нагрузки. Указанные режимы определяются в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки и скорости ее открытия или закрытия. Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и для управления электровентилятором. Датчик начала отсчета и положения коленчатого вала служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленчатого вала в определенные моменты времени. λ-зонд предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах. Информация, которую выдает λ-зонд, позволяет электронному блоку управления корректировать количество подаваемого топлива для поддержания необходимого (в основном стехиометрического) состава смеси. Датчик кислорода обеспечивает эффективную работу системы нейтрализации отработавших газов.

Здесь перечислены только основные элементы, необходимые для работы системы управления впрыском топлива. Комплектация датчиками и исполнительными механизмами на различных автомобилях зависят от модификации системы впрыска.

По результатам опроса датчиков, программа ЭБУ осуществляет управление исполнительными механизмами, к которым относятся: бензонасос, форсунки, регулятор холостого хода, клапан адсорбера, вентилятор системы охлаждения и др.