Классификация систем
Системы подачи топлива бывают одноточечные (карбюратор или центральный впрыск, рис. 3.2, а) и многоточечные (распределенный впрыск, рис. 3.2, б). В системах с одноточечной подачей топлива формирование ТВ-смеси производится вблизи дроссельной заслонки. Транспортировка и распределение смеси по цилиндрам возлагается на конструкцию патрубков впускного коллектора. Удовлетворительной работы такой системы во всех режимах добиться трудно.
Рис. 3.2. Патрубки впускного коллектора: а - для центрального впрыска; б - для распределенного впрыска: 1 - топливо, 2 - воздух, 3 - дроссельная заслонка, 4 - впускной коллектор, 5 - форсунки, 6 - двигатель
В многоточечных системах подача топлива и внешнее смесеобразование производятся в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо лучше испаряется, минимизировано влияние конструкции впускного коллектора на равномерность распределения смеси по цилиндрам, патрубки впускного коллектора транспортируют только воздух.
Карбюратор с электронным управлением
При использовании простейшего поплавкового карбюратора, чем больше воздуха засасывается в цилиндры, тем больше топлива поступает для образования ТВ-смеси. Основной недостаток такой системы смесеобразования — нелинейная связь между массой поступающего в двигатель воздуха и количеством распыленного топлива, т.е. не выдерживается стехиометрический состав ТВ-смеси при различных оборотах двигателя. Для компенсации этого недостатка приходится вводить в конструкцию карбюратора электронное управление. Такой карбюратор называют электронным.
Электронный карбюратор позволяет более качественно реализовать следующие функции:
- стабилизация оборотов холостого хода. Обороты ДВС на холостом ходу поддерживаются постоянными на достаточно низком уровне с целью экономии топлива и уменьшения токсичности выхлопных газов. При этом двигатель не должен глохнуть. Регулирование производится шаговым двигателем. Обороты холостого хода могут быть изменены но сигналу от автоматической коробки переключения передач, от реле включения муфты кондиционера и другим сигналом об увеличении нагрузки;
- прогрев двигателя. При прогреве двигателя обороты холостого хода поддерживаются увеличенными до тех пор, пока соответствующий сигнал не поступит от датчика температуры охлаждающей жидкости;
- обогащение ТВ-смеси при прогреве. Используется вращающаяся воздушная заслонка или иной тип клапана для обогащения смеси в зависимости от режима работы двигателя и температуры окружающей среды;
- отключение подачи топлива при больших оборотах двигателя. Для отключения подачи топлива используется запирающий электроклапан, который срабатывает, когда температура двигателя выше установленного предела или обороты двигателя выше допустимого значения при отпущенной педали акселератора (случай — торможение двигателем).
Изменение состава (качества) ТВ-смеси осуществляется в любом карбюраторе механическими средствами и плохо поддается электронному управлению.
На рис. 3.3 показаны основные компоненты карбюратора с электронным управлением, используемые на некоторых ранних моделях автомобилей фирмы Rover. На рис. 3.4 показана блок-схема системы управления карбюратором. Как обычно, в систему управления входят набор необходимых датчиков, устройство обработки информации, исполнительные механизмы.
Рис. 3.3. Основные компоненты карбюратора с электронным управлением
Рис. 3.4. Блок-схема системы управления электронным карбюратором
В такой системе обороты двигателя определяются по частоте импульсного сигнала, поступающего с отрицательного зажима первичной обмотки катушки зажигания, как и во многих других системах.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (термистор) размешен в рубашке водяного охлаждения двигателя, этот же датчик используется в системе управления зажиганием.
Температура окружающего воздуха определяется термистором, расположенным под передним бампером или за фарой. В более поздних системах температура всасываемого воздуха измеряется датчиком, установленным во впускном коллекторе.
Датчик закрытого положения дроссельной заслонки помещен под педалью акселератора и срабатывает, когда педаль отпущена, т. е. дроссельная заслонка закрыта.
Основным исполнительным механизмом в электронном карбюраторе является шаговый электродвигатель. Шаговый двигатель изменяет положение дроссельной заслонки в соответствии с командами, которые формируются в ЭБУ с учетом режима работы двигателя, температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха.
Когда обороты двигателя превышают допустимое значение, ЭБУ с помощью электроклапана уравнивает давление в поплавковой и смесительной камерах и подача топлива прекращается.
ЭБУ выдает также сигнал на указатель температуры двигателя, который установлен на щитке приборов для водителя.
Электронное управление карбюратором оказалось неэффективным по сравнению с системами впрыска топлива, которые нашли широкое применение на современных автомобилях.
Системы с центральным впрыском топлива
В этих системах используются одна или две форсунки, устанавливаемые во,-впускном трубопроводе перед дроссельной заслонкой (рис. 3.5). Электробензонасос постоянно прокачивает топливо через форсунку 2. Регулятор давления топлива 1 поддерживает давление топлива постоянным на уровне 0,71 бар. Топливо подается через ввод 7 и сливается обратно в бак по возвратной линии 3. По команде ЭБУ форсунка включается обычно один раз за два оборота коленчатого вала. Сопло сконструировано так, чтобы распыляемое топливо проходило между стенками трубопровода и краями дроссельной заслонки. На холостом ходу ТВ-смесь подается во впускной коллектор через байпасный канал 5, сечение которого регулируется шаговым двигателем 4.
Рис. 3.5. Форсунка центрального впрыска
Системы с распределенным впрыском топлива
Топливо подается вблизи впускных клапанов каждого цилиндра с помощью механических или электромеханических форсунок. Преимущества распределенного впрыска по сравнению с центральным:
- экономия топлива за счет его более равномерного распределения по цилиндрам. В системах с центральным впрыском подача топлива регулируется под цилиндр, получающий наиболее бедную смесь, в результате суммарное потребление топлива возрастает;
- в системах с распределенным впрыском есть возможность оптимизировать конструкцию впускного коллектора под подачу максимального количества воздуха, в результате с двигателя снимается большая мощность;
- за счет подачи топлива непосредственно в зону впускных клапанов уменьшается транспортное запаздывание, двигатель быстрее реагирует на изменение положения дроссельной заслонки;
- за счет сокращения транспортного запаздывания в системе стабилизации стехиометрического состава топливовоздушной смеси по сигналу с датчика кислорода повышена частота переключений «бедная смесь — богатая смесь». Это улучшает работу каталитического нейтрализатора, уменьшается содержание токсичных веществ в выхлопных газах.
В системах распределенного постоянного впрыска, например K-Jetronic фирмы BOSCH, количество подводимого воздуха непрерывно измеряется расходомером, а масса впрыскиваемого топлива пропорциональна объему поступающего воздуха. Система поддерживает стехиометрическое соотношение 1:14,7 в ТВ-смеси, кроме переходных режимов и работы двигателя с полной нагрузкой. Топливо впрыскивается постоянно, его количество регулируется дозатором-распределителем, управляемым расходомером воздуха и регулятором управляющего давления. В свою очередь воздействие регулятора управляющего давления определяется величиной подводимого к нему разрежения во впускном коллекторе и температурой охлаждающей жидкости. В этой чисто механической системе используются датчики температуры на основе биметаллических пластин. Датчики управляют работой дозатора-распределителя через систему диафрагм и патрубков.
В системах распределенного постоянного впрыска с электронным управлением. например в KE-Jetronic, используется больше датчиков, информация с которых обрабатывается в микропроцессорном ЭБУ. Управляющее давление в дозаторе-распределителе меняется электрогидравлическим регулятором по командам ЭБУ. За счет электронного управления лучше оптимизировано дозирование топлива.
Наиболее совершенными на сегодняшний день являются системы прерывистого распределенного впрыска топлива. В них давление подводимого к форсункам топлива поддерживается постоянным по отношению к впускному коллектору. Количество подаваемого топлива регулируется временем включения электромагнитных форсунок, управляемых непосредственно от ЭБУ, чем достигается высокое быстродействие и точность дозирования. Неотъемлемыми частями современных систем подачи топлива с прерывистым впрыском являются:
- датчик массового расхода воздуха (массметр), обычно термоанемометрический;
- система дозирования топлива: электробензонасос, топливный фильтр, рампа форсунок, электромагнитные форсунки, регулятор давления топлива. Бензонасос подает топливо в рампу под давлением 250...350 кПа. Регулятор давления поддерживает постоянный перепад давления между впускной трубой и нагнетающей магистралью рампы, излишки топлива возвращаются в бензобак по линии слива. Соленоиды форсунок управляются силовыми транзисторами ЭБУ. В некоторых системах имеется дополнительная пусковая форсунка, которая устанавливается за дроссельной заслонкой и включается при холодном пуске двигателя;
- датчик кислорода, сигнал которого используется ЭБУ для работы в замкнутом режиме стабилизации стехиометрического состава топливовоздушной смеси.