6.1.2. Системы впрыскивания топлива

Еще в недавнем прошлом различные конструкции карбюраторов являлись основными приборами дозирования топлива и смесеобразования в бензиновых двигателях. В настоящее время эти системы полностью вытеснены системами впрыска легкого топлива во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр. Основной причиной этого послужила неспособность карбюраторных систем обеспечить экологические требования по сокращению токсичности отработавших газов. Это объясняется неточным дозированием топлива, так как дозирование идет не по массовому, а по объемному расходу воздуха. Кроме того, карбюраторы не позволяют обеспечить улучшение энергетических показателей за счет увеличения частоты вращения.

Практически все существующие системы топливоподачи можно разделить на следующие основные группы по способу смесеобразования и месту впрыскивания топлива:

1. Внешнее смесеобразование

В системах впрыска с внешним смесеобразованием рабочая смесь образуется за пределами камеры сгорания, т.е. во впускном трубопроводе.

1.1. Система центрального (одноточечного) впрыска.

Системы центрального впрыска, в которых одна электромагнитная форсунка осуществляет подачу топлива во впускной коллектор над дроссельной заслонкой, обеспечивая топливом все цилиндры двигателя. Систем одноточечного впрыска топлива получили названия Mono-Jetronic и Mono-Motronic.

1.2. Системы многоточечного впрыска топлива

В таких системах каждый цилиндр имеет свою форсунку, которая впрыскивает топливо непосредственно на впускной канал этого цилиндра. Системы многоточечного впрыска топлива создают идеальные условия для выполнения всех требований к подготовке топливовоздушной смеси.

1.2.1. Механическая система впрыска топлива

Это система K-Jetronic, которая представляет собой систему постоянного впрыска топлива. Топливо под давлением поступает к форсункам, установленными перед впускными клапанами во впускном коллекторе. Форсунка непрерывно распыляет топливо, поступающее под давлением. Давление топлива (расход) зависит от нагрузки двигателя и от температуры охлаждающей жидкости.

1.2.2. Комбинированная электронно-механическая система впрыска топлива

Такая система KE-Jetronic базируется на механической системе K-Jetronic, которая дополнена электронным блоком, управляющим режимом работы насоса и форсунок с дозирующим топливораспределительным устройством. С помощью этого осуществляется более точное управление впрыскиванием топлива в соответствии с меняющимися рабочими режимами двигателя.

1.2.3. Электронные системы впрыска топлива

Электронно-управляемые системы впрыска обеспечивают впрыскивание топлива в прерывистом режиме через форсунки с электромагнитным управлением. Количество впрыскиваемого топлива определяется продолжительностью открытия форсунки. Это системы: L-Jetronic, LH-Jetronic, Motronic, M-Mortonic и ME-Motronic. В наши дни используются только электронно-управляемые системы многоточечного впрыска топлива.

2. Внутренне смесеобразование

В системах с непосредственным впрыском топливо впрыскивается размещенными в каждом цилиндре форсунками с электромагнитным управлением непосредственно в камеру сгорания. Для управления двигателем с непосредственным впрыском применяется система Med-Motronic.

Основные преимущества систем впрыскивания бензина перед карбюраторными заключаются в следующем:

• Раздельное дозировние топлива и воздуха, в результате чего одной и той же подаче воздуха может соответствовать разная подача бензина;

• Коррекция основной программы дозирования по многим факторам;

• Возможность точного дозирования смеси для нейтрализации ОГ в системах с - зондом;

• Улучшение мощностных и экономических показателей двигателя на 5- 15%;

• Встроенная диагностика.

Указанные преимущества позволяют выполнять растущие экологические требования по сокращению выброса токсичных веществ, улучшить экономичность двигателя, повысить технико-экономические и мощностные характеристики двигателей, снизить их массогабаритные параметры.

6.1.2.1. Системы питания со впрыскиванием во впускной трубопровод

Наибольшее распространение получили системы распределенного впрыскивания топлива в зоны впускных клапанов. Основные преимущества систем распределенного впрыска с электронным управлением это:

1. Уменьшается количество топливной пленки на стенках впускного трубопровода.

2. Повышается коэффициент наполнения в результате уменьшения подогрева воздуха при впуске (отсутствует подогрев впускного трубопровода) и снижения аэродинамического сопротивления впускного тракта за счет устранения карбюратора и использования широких возможностей применения газодинамического наддува.

3. Появляется возможность увеличения степени сжатия на 0,5-1.5 вследствие перечисленных выше факторов, а также вследствие протекания процессов испарения топлива главным образом в цилиндре. Распределенное впрыскивание топлива в цилиндр осуществляется только согласованно. При впрыскивании топлива непосредственно в цилиндр дополнительно появляются следующие преимущества:

3.1 Увеличивается перекрытие клапанов без появления обратных вспышек и утечек заряда, в результате улучшается процесс газообмена и снижается тепловая напряженность клапанов и деталей цилиндропоршневой группы;

3.2 Создаются возможности для организации послойного смесеобразования и работы двигателя на обедненных смесях.

4. При распределенном впрыскивании топлива расширяются возможности в конструировании впускной системы и появляются благоприятные условия для применения газодинамического наддува, в том числе и регулируемого. Абсолютное большинство двигателей с распределенным впрыскиванием топлива имеет „настроенные" впускные системы.

Рассмотрим работу системы распределенного впрыскивания бензина. Работает данная система следующим образом. Топливо из бака 1 засасывается в электрический бензонасос 2 и под давлением поступает в топливный фильтр 3, а затем в подающий топливопровод 12 и регулятор давления 10, который поддерживает определенное давление топлива в зависимости от нагрузки двигателя. Из регулятора давления избыточное количество топлива возвращается в бензобак 1 по топливопроводу обратного слива 11, а основная часть топлива направляется в распределительный топливной коллектор (или к «рельсе») 9, где расположены электромагнитные форсунки 8, каждая из которых обеспечивает топливом один цилиндр.

Воздух после воздухоочистителя проходит через расходомер 14 и дроссельную заслонку 13 (или байпасные каналы 76), а в зоне впускного тракта перед впускными клапанами подходит к форсункам, где и происходит начало образования топливовоздушной смеси. Здесь следует отметить, что регулятор давления топлива 10 фактически является стабилизатором перепада давления между топливом и воздухом (рис. 2). Этот перепад давлений сохраняется постоянным практически на всех режимах работы двигателя.

Регулирование состава топливовоздушной смеси осуществляется за счет изменения количества топлива, подаваемого форсункой во впускной коллектор за один цикл в соответствии с длительностью управляющего импульса напряжения. Длительность этого импульса рассчитывается микропроцессором на основании сигналов, поступающих от различных датчиков и соответствующих программ (матриц топливодозирования), заложенных в память блока управления 4.

Для приготовления топливовоздушной смеси определенного состава необходимо уменьшать или увеличивать длительность управляющего импульса в соответствии с конкретными режимами и условиями работы двигателя.

-Возможны три метода впрыскивания топлива электромагнитными форсунками – одновременный, групповой и фазированный (последовательный). При одновременном впрыске все форсунки соединены параллельно и управляются одним импульсом. При этом в системе впрыск осуществляется один (реже два) раза за каждый поворот коленчатого вала на 360°. Периодичность впрыска при групповой схеме составляет 720° поворота коленчатого вала для каждой группы цилиндров, а количество управляющих импульсов за полный цикл работы двигателя равно количеству групп. При фазированном впрыске момент подачи управляющего импульса напряжения синхронизируется с моментом открытия впускного клапана соответствующего цилиндра и даже может изменяться в зависимости от режима работы двигателя.

Фазированный впрыск обеспечивает более равномерный состав смеси по цилиндрам, что уменьшает токсичность и в определенной мере улучшает мощностные характеристики двигателя. Одновременный впрыск используется, как правило, на аварийных режимах работы (например, при выходе из строя одного из датчиков системы).

Точность и равномерность подачи топлива по цилиндрам зависит также и от качества форсунок. Для распределенного впрыска применяется достаточно большое число электромагнитных форсунок, но принцип их действия одинаков. Наиболее распространенной в настоящее время является электромагнитная форсунка со штифтовым запирающим устройством, выпускаемая фирмой BOSCH (см. рис. 4). Топливо через фильтр 1 поступает в корпус 7 форсунки, а затем к запирающему устройству 3 с распылителем, которое размещено в седле 4 и прочно соединено с корпусом. Под действием давления топлива и пружины 5, прижимающих клапан (штифт) к седлу 4, выходное отверстие форсунки плотно закрыто. Под действием управляющего импульса напряжения соленоид втягивает якорь и клапан открывается. Быстродействие открытия и закрытия клапана в соответствии с управляющим импульсом определяется жесткостью пружины 5, массой подвижной части запирающего клапана и индуктивностью обмотки соленоида.