Система безпосереднього упорскуванняпалива в бензинових двигунах на сьогоднішній день є найбільш досконалим і сучасне рішення. Головною особливістюбезпосереднього упорскування можна вважати те, що пальне подається в циліндри безпосередньо.
З цієї причини цю систему також часто називають прямим упорскуванням палива. У цій статті ми розглянемо, як працює двигун із безпосереднім упорскуванням палива, а також які переваги та недоліки має така схема.
Читайте у цій статті
Пряме впорскування палива: пристрій системи безпосереднього впорскування
Як вже було сказано вище, пальне в таких подається безпосередньо в камеру згоряння двигуна. Це означає, що форсунки розпилюють бензин не в , після чого паливно-повітряна суміш надходить через циліндр, а впорскують паливо в камеру згоряння безпосередньо.
Першими бензиновими двигунами з безпосереднім упорскуванням стали. Надалі схема набула широкого поширення, внаслідок чого сьогодні з такою системою подачі палива можна зустріти в лінійці багатьох відомих автовиробників.
Наприклад, концерн VAGпредставив ряд моделей Audiі Volkswagen з атмосферними та турбованими, які отримали безпосереднє упорскування палива. Також двигуни з прямим упорскуванням виробляє компанія BMW, Ford, GM, Mercedes та багато інших.
Таке широке поширення безпосереднє упорскування палива набуло завдяки високій економічності системи (близько 10-15% порівняно з розподіленим упорскуванням), а також більш повноцінному згоранню робочої сумішіу циліндрах та зниження рівня токсичності відпрацьованих газів.
Система безпосереднього упорскування: конструктивні особливості
Отже, давайте як приклад візьмемо двигун FSIз його так званим «пошаровим» уприскуванням. Система включає такі елементи:
- контур високого тиску;
- бензиновий;
- регулятор тиску;
- паливну рампу;
- датчик високого тиску;
- інжекторні форсунки;
Почнемо із паливного насоса. Зазначений насос створює високий тиск, під яким паливо подається до паливній рампі, а також форсунки. Насос має плунжери (плунжерів може бути як кілька, так і один у насосах роторного типу) і приводиться в дію від розподільного валу впускних клапанів.
РДТ (регулятор тиску палива) інтегрований в насос і відповідає за дозовану подачу палива, що відповідає упорскування форсунки. Паливна рейка (паливна рампа) потрібна для того, щоб розподілити пальне на форсунки. Також наявність даного елементадозволяє уникнути стрибків тиску (пульсації) пального у контурі.
До речі, у схемі використовується спеціальний клапан-запобіжник, який стоїть у рейці. Вказаний клапан потрібен для того, щоб уникнути надто високого тиску палива і тим самим захистити окремі елементисистеми. Зростання тиску може виникати через те, що пальне має властивість розширюватися при нагріванні.
Датчик високого тиску є пристроєм, який вимірює тиск у паливній рейці. Сигнали від датчика передаються на , який, у свою чергу, здатний змінювати тиск у паливній рейці.
Що стосується інжекторної форсункиелемент забезпечує своєчасну подачу і розпил палива в камері згоряння, щоб створити необхідну паливно-повітряну суміш. Зазначимо, що описані процеси протікають під керуванням. Система має групу різних датчиків, електронний блок керування, а також виконавчі пристрої.
Якщо ж говорити про систему прямого упорскування, разом з датчиком високого тиску палива для її роботи задіяні: , ДПРВ, датчик температури повітря впускному колекторі, Датчик температури ОЖ і т.д.
Завдяки роботі цих датчиків на ЕБУ надходить потрібна інформація, Після чого блок посилає сигнали на виконавчі пристрої. Це дозволяє досягти злагодженої та точної роботи електромагнітних клапанів, форсунок, запобіжного клапана та ряду інших елементів.
Як працює система безпосереднього упорскування палива
Головним плюсом безпосереднього впорскування є можливість досягти різних типівсумішоутворення. Іншими словами, така система живлення здатна гнучко змінювати склад робочої паливно-повітряної суміші з урахуванням режиму роботи двигуна, його температури, навантаження на ДВЗ і т.д.
Слід виділити пошарове сумішоутворення, стехіометричне, а також гомогенне. Саме таке сумішоутворення дозволяє зрештою максимально ефективно витрачати паливо. Суміш завжди виходить якісною незалежно від режиму роботи ДВС, бензин згоряє повноцінно, двигун стає потужнішим, при цьому одночасно знижується токсичність вихлопу.
- Пошарове сумішоутворення задіюється тоді, коли навантаження на двигун низькі або середні, а оберти колінвала невеликі. Якщо просто, в таких режимах суміш дещо збіднюється з метою економії. Стехіометричне сумішоутворення передбачає приготування такої суміші, яка легко спалахує, при цьому не є занадто збагаченою.
- Гомогенне сумішоутворення дозволяє отримати так звану «потужну» суміш, яка потрібна при великих навантаженнях на двигун. На збідненій гомогенній суміші з метою додаткової економії силовий агрегатпрацює на перехідних режимах.
- Коли задіяно режим пошарового сумішоутворення, дросельна заслінка широко відкрита, при цьому впускні заслінки знаходяться в закритому стані. У камеру згоряння повітря подається із високою швидкістю, виникають завихрення повітряних потоків. Пальне впорскується ближче до кінця такту стиснення, упорскування виробляється в область розташування свічки запалювання.
За короткий час до того, як на свічці з'явиться іскра, утворюється паливно-повітряна суміш, де коефіцієнт надлишкового повітря становить 1.5-3. Далі суміш спалахує від іскри, при цьому навколо зони займання зберігається досить кількість повітря. Вказане повітря виконує функцію температурного «ізолятора».
Якщо ж розглядати гомогенне стехіометричне сумішоутворення, такий процес відбувається тоді, коли впускні заслінки відкриті, при цьому дросельна заслінка також відкрита на той чи інший кут (залежить від ступеня натискання на педаль акселератора).
В цьому випадку пальне впорскується ще на такті впуску, внаслідок чого вдається одержати однорідну суміш. Надлишок повітря має коефіцієнт, близький до одиниці. Така суміш легко спалахує і повноцінно згоряє по всьому об'єму камери згоряння.
Збіднена гомогенна суміш створюється тоді, коли дросельна заслінка повністю відкрита, а впускні заслінки закриті. У цьому випадку повітря активно рухається в циліндрі, а впорскування пального посідає такт впуску. ЕСУД підтримує надлишок повітря на позначці 1.5.
Додатково до чистого повітря можуть бути додані гази, що відпрацювали. Це відбувається завдяки роботі. В результаті вихлоп повторно «догоряє» у циліндрах без шкоди для двигуна. При цьому знижується рівень викиду шкідливих речовину атмосферу.
Що в результаті
Як видно, пряме упорскування дозволяє домогтися не тільки економії палива, але і хорошої віддачі від двигуна як в режимах низьких і середніх, так і високих навантажень. Іншими словами, наявність безпосереднього впорскування означає, що оптимальний склад суміші буде підтримуватись на всіх режимах роботи ДВС.
Що стосується недоліків, до мінусів прямого упорскування можна віднести хіба що підвищену складністьпід час ремонту та ціну запчастин, а також високу чутливість системи до якості пального та стану фільтрів палива та повітря.
Читайте також
Пристрій та схема роботи інжектора. Плюси та мінуси інжектора в порівнянні з карбюратором. Частими є несправності інжекторних систем живлення. Корисні поради.
Система упорскування палива застосовується для дозованої подачі палива в двигун внутрішнього згоряння в певний момент часу. Від характеристик даної системи залежить потужність, економічність та екологічний класдвигуна автомобіля. Системи упорскування можуть мати різну конструкцію та варіанти виконання, що характеризує їх ефективність та сферу застосування.
Коротка історія появи
Інжекторна система подачі палива почала активно впроваджуватися в 70-х роках, з'явившись реакцією на зростання викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Вона була запозичена в авіабудуванні і була екологічно безпечнішою альтернативою карбюраторному двигуну. Останній був оснащений механічною системою подачі палива, коли паливо надходило в камеру згоряння за рахунок різниці тисків.
Перша система упорскування була практично повністю механічною та відрізнялася малою ефективністю. Причиною цього був недостатній рівень технічного прогресу, який міг повністю розкрити її потенціал. Ситуація змінилася наприкінці 90-х з розвитком електронних систем управління роботою двигуна. Електронний блок управління став контролювати кількість палива, що впорскується, в циліндри і відсоткове співвідношеннякомпонентів паливоповітряної суміші
Види систем упорскування бензинових двигунів
Існує кілька основних видів систем упорскування палива, які відрізняються способом утворення паливоповітряної суміші.
Моновприск, або центральний упорскування
Схема роботи системи моноуприскуванняСхема з центральним упорскуванням передбачає наявність однієї форсунки, яка розташована у впускному колекторі. Такі системи упорскування можна знайти тільки на старих легкових автомобілях. Вона складається з наступних елементів:
- Регулятор тиску - забезпечує постійну величину робочого тиску 0,1 МПа і запобігає появі повітряних пробоку паливній системі.
- Форсунка упорскування - здійснює імпульсну подачу бензину у впускний колектор двигуна.
- Дросельна заслінка - виконує регулювання об'єму повітря, що подається. Може мати механічний або електричний привід.
- Блок управління - складається з мікропроцесора та блоку пам'яті, який містить еталонні дані характеристики упорскування палива.
- Датчики положення колінчастого валудвигуна, положення дросельної заслінки, температури тощо.
Системи упорскування бензину з однією форсункою працюють за такою схемою:
- Двигун запущено.
- Датчики зчитують і передають інформацію про стан системи блок управління.
- Отримані дані порівнюються з еталонною характеристикою, і на основі цієї інформації блок управління розраховує момент і тривалість відкриття форсунки.
- На електромагнітну котушку направляється сигнал про відкриття форсунки, що призводить до подачі палива у впускний колектор, де змішується з повітрям.
- Суміш палива та повітря подається в циліндри.
Розподілене упорскування (MPI)
Система з розподіленим упорскуванням складається з аналогічних елементів, але в такій конструкції передбачені окремі форсунки для кожного циліндра, які можуть відкриватися одночасно попарно або по одній. Змішування повітря і бензину відбувається також у впускному колекторі, але, на відміну від моноуприскування, подача палива здійснюється тільки в впускні трактивідповідних циліндрів.
Схема роботи системи з розподіленим упорскуванням Управління здійснюється електронікою (KE-Jetronic, L-Jetronic). Це універсальні системи упорскування палива Bosch, що набули широкого поширення.
Принцип дії розподіленого упорскування:
- У двигун подається повітря.
- За допомогою низки датчиків визначається обсяг повітря, його температура, швидкість обертання колінчастого валу, а також параметри положення дросельної заслінки.
- На основі отриманих даних електронний блок управління визначає обсяг палива, оптимальний для кількості повітря, що надійшла.
- Подається сигнал і відповідні форсунки відкриваються на необхідний проміжок часу.
Безпосереднє упорскування палива (GDI)
Система передбачає подачу бензину окремими форсунками безпосередньо до камер згоряння кожного циліндра під високим тиском, куди одночасно подається повітря. Ця система упорскування забезпечує найбільш точну концентрацію паливоповітряної суміші, незалежно від режиму роботи двигуна. При цьому суміш згоряє практично повністю, завдяки чому зменшується об'єм шкідливих викидів в атмосферу.
Схема роботи системи безпосереднього упорскування Така система упорскування має складну конструкцію та сприйнятлива до якості палива, що робить її дорогою у виробництві та експлуатації. Оскільки форсунки працюють у більш агресивних умовах, коректної роботитакої системи необхідне забезпечення високого тиску палива, яке має бути не менше ніж 5 МПа.
Конструктивно система безпосереднього впорскування включає:
- Паливний насос високого тиску
- Регулятор тиску палива.
- Паливна рампа.
- Запобіжний клапан(встановлений на паливній рампі для захисту елементів системи від підвищення тиску допустимого рівня).
- Датчик високого тиску
- Форсунки.
Електронна система упорскування такого типу від компанії Bosch отримала назву MED-Motronic. Принцип її дії залежить від виду сумішоутворення:
- Пошарове - реалізується на малих та середніх оборотах двигуна. Повітря подається в камеру згоряння великої швидкості. Паливо впорскується до свічки запалювання і, змішуючись на цьому шляху з повітрям, займається.
- Стехіометричне. При натисканні на педаль газу відбувається відкриття дросельної заслінки і здійснюється упорскування палива одночасно з подачею повітря, після чого суміш спалахує і повністю згоряє.
- Гомогенне. У циліндрах провокується інтенсивний рух повітря, при цьому на такті впуску відбувається упорскування бензину.
Безпосереднє уприскування палива в бензиновому двигуні - найбільш перспективний напрямок в еволюції систем упорскування. Вперше він був реалізований у 1996 році на легкових автомобілях Mitsubishi Galant і сьогодні його встановлюють на свої автомобілі більшість найбільших автовиробників.
З безпосереднім уприскуванням (також використовується термін «пряме упорскування», або GDI) почали з'являтися на автомобілях не так давно. Однак технологія набирає популярності і все частіше зустрічається на моторах нових автомобілів. Сьогодні ми в загальних рисахПостараємося відповісти, що таке технологія безпосереднього впорскування і чи варто її побоюватися?
Для початку варто зазначити, що головною відмінною особливістютехнології є розташування форсунок, які розміщені безпосередньо в головці блоку циліндрів, відповідно, і впорскування під величезним тискомвідбувається безпосередньо в циліндри, на відміну від давно зарекомендував себе кращого бокупального у впускний колектор.
Пряме впорскування вперше було випробувано в серійне виробництвояпонським автовиробником Mitsubishi. Експлуатація показала, що серед плюсів головними перевагами стали економічність – від 10% до 20%, потужність – плюс 5% та екологічність. Основний мінус – форсунки вкрай вимогливі до якості палива.
Схожа система вже довгі десятиліття вдало встановлюється на . Однак саме на бензинових моторах застосування технології було пов'язане з низкою труднощів, які досі не остаточно вирішені.
У відео з YouTube-каналу "Savagegeese" пояснюється, що таке пряме впорскування і що може піти не так під час експлуатації автомобіля з цією системою. На додаток до головних плюсів та мінусів у відеоролику також пояснюються тонкощі профілактичного обслуговуваннясистеми. Крім того, у ролику зачіпається тема систем упорскування у впускні канали, які можна вдосталь спостерігати на більш старих моторах, а також , які використовують обидва методи упорскування пального. Наочно використовуючи діаграми Bosch, ведучий пояснює, як це працює.
Щоб дізнатися про всі нюанси, пропонуємо подивитися відео нижче (включення перекладу субтитрів допоможе розібратися, якщо ви не дуже добре знаєте англійську). Для тих, кому не надто цікаво дивитися, про основні плюси та мінуси безпосереднього упорскування бензину можна прочитати нижче, після відео:
Отже, екологічність та економічність - благі цілі, але ось чим загрожує використання сучасної технологіїу вашому автомобілі:
Мінуси
1. Дуже складна конструкція.
2. Звідси випливає друга важлива проблема. Оскільки молода бензинова технологія передбачає внесення серйозних змін у конструкцію головок циліндрів двигуна, конструкцію самих форсунок і попутне зміна інших деталей двигуна, наприклад ТНВД (паливний насос високого тиску), вартість автомобілів з безпосереднім упорскуванням палива вища.
3. Виробництво частин системи живлення також має бути вкрай точним. Форсунки розвивають тиск від 50 до 200 атмосфер.
Додайте до цього роботу форсунки в безпосередній близькості з паливом, що згоряється, і тиском усередині циліндра і отримайте необхідність виробництва дуже високоміцних компонентів.
4. Оскільки сопла форсунок дивляться в камеру згоряння, всі продукти згоряння бензину також осідають на них, поступово забиваючи або виводячи форсунку з ладу. Це, мабуть, найсерйозніший мінус використання конструкції GDI у російських реаліях.
5. Крім цього, необхідно дуже ретельно стежити за станом двигуна. Якщо в циліндрах починає відбуватися чад олії, продукти його термічного розпаду досить швидко виведуть з ладу форсунку, засмічать впускні клапани, утворивши на них незмивний наліт з відкладень. Не варто забувати, що класичний упорскування з форсунками, розташованими у впускному колекторі, добре очищає впускні клапани, омиваючи їх під тиском паливом.
6. Дорогий ремонт та необхідність профілактичного обслуговування, яке теж недешеве.
Крім цього, також пояснюється, що при неналежній експлуатації на автомобілях з прямим упорскуванням можуть спостерігатися забруднення клапанів і погіршення продуктивності, особливо на турбованих двигунах.
Д.Соснін
Починаємо публікацію статей за сучасними системами упорскування палива для бензинових двигуніввнутрішнього згоряння легкових автомобілів
1. Попередні зауваження
Паливне харчування бензинових двигунів на сучасних легкових автомобілях реалізується із застосуванням систем упорскування. Ці системи за принципом дії прийнято поділяти п'ять основних груп (рис. 1): K, Mono, L, M, D.
2. Переваги систем упорскування
Паливоповітряна суміш (ТВ-суміш) подається від карбюратора до циліндрів двигуна внутрішнього згоряння (ДВС) по довгих трубах колектора впускного. Довжина цих труб до різних циліндрів двигуна неоднакова, а в самому колекторі має місце нерівномірність нагрівання стінок, навіть на повністю прогрітому двигуні (рис. 2).
Це призводить до того, що з однорідної ТБ-суміші, створеної в карбюраторі, різних циліндрахДВС утворюються неоднакові паливоповітряні заряди. Як наслідок, двигун не віддає розрахункову потужність, втрачається рівномірність крутного моменту, витрата палива та кількість шкідливих речовин у вихлопних газахзбільшуються.
Боротися із цим явищем у карбюраторних двигунах дуже складно. Слід також відзначити, що сучасний карбюратор працює на принципі пульверизації, при якій розпилення бензину відбувається в струмені повітря, що всмоктується в циліндри. При цьому утворюються досить великі краплі палива (рис. 3 а),
Що не забезпечує якісного перемішування бензину та повітря. Погане перемішування і великі краплі полегшують осідання бензину на стінках колектора впускного і на стінках циліндрів під час всмоктування ТБ-суміші. Але при примусовому розпиленні бензину під тиском через каліброване сопло форсунки частки палива можуть мати значно менші розміри порівняно з розпилюванням бензину при пульверизації (рис. 3, б). Особливо ефективно бензин розпорошується вузьким пучком під високим тиском (рис. 3, в).
Встановлено, що з розпиленні бензину на частинки діаметром менше 15...20 мкм його перемішування з киснем повітря відбувається як зважування частинок, але в молекулярному рівні. Це робить ТВ- суміш більш стійкою до впливу перепадів температури та тиску в циліндрі і довгих трубах впускного колектора, що сприяє більш повному її згорянню.
Так народилася ідея замінити пульверизаційні жиклери механічного інерційного карбюратора на центральну безінерційну форсунку впорскування (ЦФВ), що відкривається на заданий час електроімпульсним сигналом управління від блоку електронної автоматики. При цьому, окрім якісного розпилення та ефективного перемішування бензину з повітрям, легко отримувати більш високу точність їхнього дозування у ТБ-суміші на всіх можливих режимах роботи ДВЗ.
Таким чином, за рахунок застосування системи паливного живлення з упорскуванням бензину двигуни сучасних легкових автомобілів не мають зазначених недоліків, властивих карбюраторним двигунам, тобто. вони більш економічні, мають більш високу питому потужність, підтримують сталість крутного моменту в широкому інтервалі частот обертання, а викид шкідливих речовин в атмосферу з відпрацьованими газами мінімальний.
3. Система упорскування бензину "Mono-Jetronic"
Вперше система центрального одноточкового імпульсного упорскування палива для бензинових двигунів легкових автомобілів була розроблена фірмою BOSCH у 1975 році. Ця система отримала назву "Mono-Jetronic" (Monojet - одиночний струмінь) та була встановлена на автомобілі "Volkswagen".На рис. 4 показаний центральний вприскуючий вузол системи Mono-Jetronic. З малюнка видно, що центральна форсункаупорскування (ЦФВ) встановлюється на стандартному впускному колекторі замість звичайного карбюратора.
Але на відміну від карбюратора, в якому автоматика сумішоутворення реалізується механічним управлінням, в моносистемі впорскування застосовується чисто електронне керування.
На рис. 5 показано спрощену функціональну схему системи "Mono-Jetronic".
Електронний блок управління (ЕБУ) працює від вхідних датчиків 1-7, які фіксують поточний стан та режим роботи двигуна. За сукупністю сигналів від цих датчиків та з використанням інформації з тривимірної характеристики впорскування в ЕБУ обчислюються початок та тривалість відкритого стану центральної форсунки 15.
На підставі розрахункових даних в ЕБУ формується електроімпульсний сигнал управління S для ЦФВ. Цей сигнал впливає на обмотку 8 магнітного соленоїда форсунки, запірний клапан 11 якої відкривається, і через розпилювальне сопло 12 бензин примусово під тиском 1,1 бар паливної магістралі 19 розпорошується у впускний колектор через відкриту дросельну заслінку 14.
При заданих розмірах діафрагми дросельної заслінки і каліброваного перерізу розпилювального сопла масова кількість пропущеного в циліндри повітря визначається ступенем відкриття дросельної заслінки, а масова кількість впорченого в повітряний потік бензину - тривалістю відкритого стану форсунки і підпірним (робочим) тиском в палив.
Для того щоб бензин згоряв повністю і найбільш ефективно, маси бензину і повітря в ТБ-суміші повинні знаходитися в певному співвідношенні, рівному 1/14,7 (для високооктанових сортів бензину). Таке співвідношення називається стехіометричним, і йому відповідає коефіцієнт надлишку повітря, рівний одиниці. Коефіцієнт а = Мд/М0, де М0 - кількість маси повітря, теоретично необхідної для повного згорянняцієї порції бензину, а Мд- маса фактично вигорілого повітря.
Звідси ясно, що в будь-якій системі упорскування палива обов'язково повинен бути вимірювач маси повітря, впущеного в циліндри двигуна при всмоктуванні.
У системі "Mono-Jetronic" маса повітря розраховується в ЕБУ за показаннями двох датчиків (див. рис. 4): температури повітря, що всмоктується (ДТВ) і положення дросельної заслінки (ДПД). Перший розташований безпосередньо на шляху повітряного потокуу верхній частині центральної форсунки впорскування і є мініатюрний напівпровідниковий термістор, а другий є резистивним потенціометром, двигун якого насаджений на поворотну вісь (ПДЗ) дросельної заслінки.
Так як конкретному кутовому положенню дросельної заслінки відповідає строго певна об'ємна кількість пропущеного повітря, дросельний потенціометр виконує функцію витратоміра повітря. У системі "Mono-Jetronic" він також є датчиком навантаження двигуна.
Але маса повітря, що всмоктується, значною мірою залежить від температури. Холодне повітря більш щільне, а значить важче. У міру підвищення температури щільність повітря та його маса зменшуються. Вплив температури враховується датчиком ДТВ.
Датчик ДТВ температури повітря, що всмоктується, як напівпровідниковий термістор з негативним температурним коефіцієнтом опору, змінює величину резистивності від 10 до 2,5 кОм при зміні температури від -30 до +20°С. Сигнал датчика ДТВ використовується лише у такому температурному діапазоні. При цьому базова тривалість упорскування бензину коригується за допомогою ЕБУ в інтервалі 20...0%. Якщо температура повітря, що всмоктується, вище +20°С, то сигнал датчика ДТВ блокується в ЕБУ і датчик не використовується.
Сигнали від датчиків положення дросельної заслінки (ДПД) і температури повітря, що всмоктується (ДТВ) у випадках їх відмов дублюються в ЕБУ сигналами датчиків частоти обертання (ДОД) і температури охолоджуючої рідини (ДТД) двигуна.
За розрахованим в ЕБУ обсягом повітря, а також сигналом про частоту обертання двигуна, який надходить від датчика числа обертів системи запалювання, визначається необхідна (базова) тривалість відкритого стану центральної форсунки впорскування.
Так як підпірний тиск Рт в паливної магістралі (ПБМ) постійно (для "Mono-Jetronic" Рт = 1 ... 1,1 бар), а пропускна здатністьфорсунки задана сумарним перетином отворів розпилювального сопла, то час відкритого стану форсунки однозначно визначає кількість впораненого бензину. Момент упорскування (на рис. 5 сигнал від датчика ДМВ) зазвичай задається одночасно з сигналом на займання ТБ-суміші від системи запалення (через 180 ° повороту колінвала ДВС).
Таким чином, при електронному управлінні процесом сумішоутворення забезпечення високої точності дозування бензину, що впорскується, у виміряну кількість маси повітря є легко вирішуваним завданням і, в кінцевому рахунку, точність дозування визначається не електронною автоматикою, а точністю виготовлення і функціональною надійністю вхідних датчиків і форсунки впорскування.
На рис. 6 показана головна деталь системи Mono-Jetronic - центральна форсунка впорскування (ЦФВ).
Центральна форсунка упорскування являє собою бензоклапан, який відкривається електричним імпульсом, що надходить від електронного блокууправління. Для цього у форсунці є електромагнітний соленоїд 8 з рухомим магнітним керном 14. Основною проблемою при створенні клапанів для імпульсного впорскування є необхідність забезпечення високої швидкості спрацьовування запірного пристрою клапана 9 як на відкривання, так і на закриття. Вирішення проблеми досягається полегшенням магнітного керна соленоїда, збільшенням струму в імпульсному сигналі управління, підбором пружності поворотної пружини 13, а також формою притертих поверхонь для розпилювального сопла 10.
Сопло форсунки (рис. 6 а) виконано у вигляді розтруба капілярних канальців, число яких зазвичай не менше шести. Кутом при вершині розтруба задається розкривши струмені впорскування, що має форму воронки. При такій формі струмінь бензину не потрапляє на дросельну заслінку навіть при малому її відкритті, а пролітає в два тонкі півмісяці щілини.
Центральна форсунка системи "Mono-Jetronic" надійно забезпечує мінімальну тривалість відкритого стану розпилювального сопла 11 протягом 1±0,1 мс. За такий час і при робочому тиску один бар через розпилювальне сопло площею в 0,08 мм2 впорскується близько одного міліграма бензину. Цьому відповідає витрата палива 4 л/год. неодружених оборотах(600 об/хв) прогрітого двигуна. При пуску та прогріві холодного двигуна форсунка відкривається більш тривалий час (до 5...7 мс). Але з іншого боку максимальна тривалість упорскування на прогрітому двигуні (час відкритого стану форсунки) обмежується граничною частотою обертання коленвала ДВЗ (6500...7000 хв-1) в режимі повного дроселя і не може перевищувати 4 мс. При цьому тактова частота спрацьовування запірного пристрою форсунки на холостому ході не менше 20 Гц, а при повному навантаженні не більше 200...230 Гц.
З особливою ретельністю виготовляється датчик ДПД положення дросельної заслінки (дросельний потенціометр), показаний на рис. 7. Його чутливість до повороту двигуна повинна відповідати вимогам ±0,5 кутових градусів повороту осі 13 дроселя. По строгому кутовому положенню осі дроселя визначаються початку двох режимів роботи двигуна: режиму холостого ходу (3±0,5°) та повного навантаження (72,5±0,5°).
Для забезпечення високої точності та надійності резистивні доріжки потенціометра, яких чотири, включені за схемою, показаною на рис. 7, б, а вісь движка потенціометра (двоконтактний двигун) посаджена в безлюфтовий тефлоновий підшипник ковзання.
Потенціометр та ЕБУ з'єднані між собою чотирипровідним кабелем через контактний роз'єм. Для підвищення надійності з'єднань контакти в роз'ємі та фішці потенціометра позолочені. Контакти 1 та 5 призначені для подачі опорної напруги 5±0,01 В. Контакти 1 і 2 - для зняття сигнальної напруги при повороті дросельної заслінки на кут від 0 до 24 ° (0 ... 30 - режим холостого ходу; 3 ... 24 ° - режим малих навантажень двигуна) . Контакти 1 і 4 - для зняття сигнальної напруги при повороті дросельної заслінки на кут від 18 до 90 ° (18 ... 72,5 ° - режим середніх навантажень, 72,5 ... 90 ° - режим повного навантаження двигуна).
Сигнальна напруга з дросельного потенціометра додатково використовується:
для збагачення ТВ-суміші при розгоні автомобіля (реєструється швидкість зміни сигналу від потенціометра);
для збагачення ТВ-суміші в режимі повного навантаження (реєструється значення сигналу з потенціометра після 72,5° повороту дросельної заслінки у бік збільшення);
для припинення упорскування палива в режимі примусового холостого ходу (реєструється сигнал потенціометра, якщо кут відкритого стану дросельної заслінки менше 3 °. Одночасно контролюється частота W обертання двигуна: якщо W>2100 хв-1, то подача палива припиняється і відновлюється знову при W
Цікавою особливістю системи упорскування "Mono-Jetronic" є наявність у її складі підсистеми стабілізації оборотів холостого ходу за допомогою електросервоприводу, що впливає на вісь дросельної заслінки (рис. 8). Електросервопривід забезпечений реверсним електродвигуном 11 постійного струму.
Сервопривід включається в роботу в режимі холостого ходу та спільно зі схемою відключення вакуумного регулятора кута випередження запалення (стабілізації холостого ходу - рис. 2) забезпечує стабілізацію частоти обертання двигуна в цьому режимі.
Така підсистема стабілізації холостого ходу працює в такий спосіб.
Коли кут відкритого стану дросельної заслінки менше 3° сигнал К (див. рис. 9)
Є для ЕБУ сигналом режиму холостого ходу (замикається кінцевий вимикач ВК штоком сервоприводу). За цим сигналом запірний пневмоклапан ЗПК спрацьовує і канал розрідження від задросельної зони впускного колектора до вакуумного регулятора ВР перекривається. Вакуумний регуляторз цього моменту не працює і кут випередження запалювання стає рівним значенню настановного кута (6° до ВМТ). При цьому двигун на неодружених оборотах працює стійко. Якщо в цей час вмикається кондиціонер або інший потужний споживач енергії двигуна (наприклад, фари далекого світлаопосередковано через генератор), його обороти починають падати. Двигун може затихнути. Щоб цього не відбувалося, за командою від електронної схемиуправління холостим ходом (ЕСХХ) в контролері включається електросервопривід, який дещо відкриває дросельну заслінку. Оберти збільшуються до номінального значення даної температури двигуна. Зрозуміло, що з знятті навантаження з двигуна його обороти зменшуються до норми тим самим электросервоприводом.
В ЕБУ системи "Mono-Jetronic" є мікропроцесор МКП (див. рис. 5) з постійною та оперативною пам'яттю (блок ЗУ). У постійну пам'ять "зашита" еталонна тривимірна характеристика упорскування (ТХВ). Ця характеристика певною мірою подібна до тривимірної характеристики запалювання, але відрізняється тим, що її вихідним параметром є не кут випередження запалення, а час (тривалість) відкритого стану центральної форсунки впорскування. Вхідними координатами характеристики ТХВ є частота обертання двигуна (сигнал надходить від контролера системи запалення) і об'єм повітря, що всмоктується (розраховується мікропроцесором в ЕБУ впорскування). Еталонна характеристика ТХВ несе в собі опорну (базову) інформацію про стехіометричне співвідношення бензину та повітря в ТБ-суміші за всіх можливих режимів та умов роботи двигуна. Ця інформація вибирається з пам'яті ЗУ в мікропроцесор ЕБУ за вхідними координатами характеристики ТХВ (за сигналами датчиків ДОД, ДПД, ДТВ) і коригується за сигналами від датчика температури охолоджуючої рідини (ДТД) та кисневого датчика(КД).
Про кисневий датчик треба сказати окремо. Наявність його в системі упорскування дозволяє утримувати склад ТБ-суміші постійно в стехіометричному співвідношенні (а=1). Це досягається тим, що датчик КД працює в ланцюгу глибокої адаптивної зворотнього зв'язкувід системи випуску відпрацьованих газів до системи паливного живлення (до системи упорскування).
Він реагує на різницю концентрації кисню в атмосфері та вихлопних газах. По суті датчик КД є хімічним джереломструму першого роду (гальванічним елементом) з твердим електролітом (спеціальна стільникова металокераміка) та з високою (не нижче 300 ° С) робочою температурою. ЕРС такого датчика майже за ступінчастим законом залежить від різниці концентрації кисню на його електродах (платино-радієве плівкове покриття з різних сторін пористої кераміки). Найбільша крутість (перепад) сходинки ЕРС посідає значення а=1.
Датчик КД повертається в трубу випускного каналу (наприклад, вихлопний колектор) та його чутлива поверхня (позитивний електрод) виявляється в потоці вихлопних газів. Над кріпильним різьбленням датчика є щілини, через які зовнішній негативний електрод повідомляється з атмосферним повітрям. На автомобілях з каталітичним газонейтралізатором кисневий датчик встановлюється перед нейтралізатором і має спіраль електропідігріву, оскільки температура випускних газів перед нейтралізатором може бути нижчою за 300°С. Крім того, електропідігрів кисневого датчика прискорює його підготовку до роботи.
Сигнальними проводами датчик з'єднаний з ЕБУ упорскування. Коли в циліндри надходить бідна суміш(а>1), то концентрація кисню у вихлопних газах трохи вища за штатну (при а=1). Датчик КД видає низька напруга(близько 0,1 В) та ЕБУ за цим сигналом коригує час тривалості упорскування бензину у бік його збільшення. Коефіцієнт знову наближається до одиниці. При роботі двигуна на багатої сумішікисневий датчик видає напругу близько 0,9 і працює у зворотному порядку.
Цікаво відзначити, що кисневий датчик бере участь у процесі сумішоутворення тільки на режимах роботи двигуна, при яких збагачення ТВ-суміші обмежене значенням а>0,9. Це такі режими як навантаження на низьких та середніх обертах та холостий хід на прогрітому двигуні. В іншому випадку датчик КД відключається (блокується) в ЕБУ і корекція складу ТБ-суміші по концентрації кисню у газах, що відпрацювали, не здійснюється. Це має місце, наприклад, у режимах пуску та прогріву холодного двигуна та на його форсованих режимах (розгону та повного навантаження). У цих режимах потрібно значне збагачення ТВ-суміші і тому спрацьовування кисневого датчика ("притискає" коефіцієнт а до одиниці) тут неприпустимо.
На рис. 10 наведена функціональна схема системи упорскування "Mono-Jetronic" з усіма складовими її компонентами.
Будь-яка система упорскування у своїй паливоподаючій підсистемі обов'язково містить замкнене топ зливне кільце, яке починається від бензобака і закінчується там же. Сюди входять: бензобак ББ, електробензонасос ЕБН, фільтр тонкого очищенняпалива ФТОТ, розподільник палива РТ (у системі "Mono-Jetronic" - це центральна форсунка впорскування) і регулятор тиску РД, що працює за принципом клапана, що стравлює при перевищенні заданого робочого тиску в замкнутому кільці (для системи "Mono-Jetronic" 1... 1,1 бар).
Замкнене паливне кільцевиконує три функції:
За допомогою регулятора тиску підтримує необхідний постійний робочий тиск для розподільника палива;
За допомогою пружної діафрагми в регуляторі тиску зберігає деякий залишковий тиск (0,5 бар) після вимкнення двигуна, завдяки чому не допускається утворення парових і повітряних пробок в паливних магістраляхпри охолодженні двигуна;
Забезпечує охолодження системи упорскування за рахунок постійної циркуляції бензину по замкнутому контуру. На закінчення слід зазначити, що система Mono-Jetronic використовується тільки на легкових автомобілях середнього споживчого класу, наприклад таких як західно-німецькі автомобілі: Volkswagen-Passat, Volkswagen-Polo, Audi-80.
РЕМОНТ&СЕРВІС-2"2000
На сьогоднішній день системи упорскування активно застосовуються на бензинових і дизельних ДВС. Варто зазначити, що для кожної варіації двигуна така система буде значною мірою відрізнятися. Про це далі у статті.
Система упорскування, призначення, чим відрізняється система впорскування бензинового двигуна від системи впорскування дизеля
Основне призначення системи упорскування (інша назва - інжекторна система) - забезпечення своєчасної подачі пального в робочі циліндри двигуна.
У бензинових моторах процес упорскування підтримує утворення повітряно. паливної сумішіпісля чого здійснюється її займання за допомогою іскри. У дизельних моторах подача палива проводиться під високим тиском - одна частина паливної суміші з'єднується з стисненим повітрямі практично миттєво самозаймається.
Система упорскування бензину, пристрій систем упорскування палива бензинових двигунів
Система упорскування палива складова частинапаливної системи ТЗ. Основний робочий орган будь-якої системи упорскування - форсунка. Залежно від способу утворення повітрянопаливної суміші існують системи безпосереднього впорскування, розподіленого впорскування і центрального впорскування. Системи розподіленого та центрального впорскування - системи попереднього впорскування, тобто впорскування в них здійснюється у впускному колекторі, не доходячи до камери згоряння.
Системи упорскування бензинових моторівможуть мати електронне або механічне керування. Найдосконалішим вважається електронне управління уприскуванням, яке забезпечує суттєву економію пального та зниження шкідливих викидів в атмосферу.
Упорскування пального в системі здійснюється імпульсно (дискретно) або безперервно. З погляду економії перспективним вважається імпульсне упорскування пального, що використовується всіма сучасними системами.
У моторі система упорскування, як правило, пов'язана з системою запалення і створює об'єднану систему запалення та впорскування (наприклад, системи Fenix, Motronic). Система управління двигуном забезпечує узгоджену роботу систем.
Системи упорскування бензинових двигунів, типи систем упорскування палива, переваги та недоліки кожного виду систем упорскування бензинових двигунів
На бензинових моторах застосовуються такі системи подачі пального - безпосереднє упорскування, комбінований упорскування, розподілене упорскування (багатточковий), центральне впорскування (моновприскування).
Центральне упорскування. Подача палива в даній системі проводиться за допомогою паливної форсунки, розташованої у колекторі впускного. Оскільки форсунка всього одна, цю систему називають ще моноуприскуванням.
На сьогоднішній день системи центрального упорскування втратили свою актуальність, тому вони і не передбачені в нових моделях авто, проте в деяких старих ТЗ їх все ж таки можна зустріти.
Переваги моноуприскування - надійність та простота застосування. До мінусів цієї системи можна віднести висока витратапального та низький рівеньекологічності двигуна. Розподілене упорскування. В системі багатоточкового упорскуванняпередбачено окреме подання палива на кожен циліндр, який обладнаний індивідуальною паливною форсункою. ТВС, при цьому, виникає лише у впускному колекторі.
Сьогодні більшість бензинових моторів обладнано системою розподіленої подачі пального. Переваги подібної системи- Оптимальна витрата пального, висока екологічність, оптимальні потреби до якості палива, що споживається.
Безпосереднє упорскування. Одна з найпрогресивніших і найдосконаліших систем упорскування. Принцип дії цієї системи ґрунтується на прямій (безпосередній) подачі пального в камеру згоряння.
Система безпосередньої подачі пального дає можливість отримувати якісний склад палива на всіх етапах експлуатації двигуна, щоб покращити процес згоряння ТВС, збільшити робочу потужність двигуна та знизити рівень відпрацьованих газів.
Недоліки даної системи упорскування - досить складна конструкція та великі вимоги до якості пального.
Комбінований упорскування. У системі цього об'єднуються дві системи — розподілене і безпосереднє упорскування. Як правило, вона застосовується, щоб зменшити викиди токсичних компонентів та відпрацьованих газів, за допомогою чого можна досягти високих показниківекологічності двигуна.
Системи упорскування дизельних двигунів, види систем, переваги та недоліки кожного виду систем упорскування дизельного палива
На сучасних дизельних моторах використовуються такі системи упорскування - система Common Rail, система насос-форсунки, система з розподільним або рядним паливним насосом високого тиску (ТНВД).
Найбільш затребуваними та прогресивними вважаються насос-форсунки та Common Rail. ТНВД – центральний компонент будь-якої паливної системи дизельного мотора.
Подача паливної суміші в дизельних моторах може проводитися в попередню камеру або прямо в камеру згоряння.
В даний час віддається перевага системі безпосереднього впорскування, що відрізняється підвищеним рівнемшуму і менш плавною роботою мотора в порівнянні з подачею в попередню камеру, проте забезпечується більш важливий показник- Економічність.
Система насос-форсунки. Ця системавикористовується для подачі, а також упорскування паливної суміші під великим тиском насос-форсунками. Ключова особливістьцієї системи - в одному пристрої об'єднані дві функції - упорскування і тиск.
Конструктивний недолік даної системи - насос обладнаний постійним приводомвід розподільчого валумотора (не відключається), який здатний призвести до швидкого зношування системи. В результаті цього виробники все частіше віддають перевагу системам Common Rail.
Акумуляторний упорскування (Common Rail). Більш досконала конструкція подачі горючої суміші для безлічі дизельних двигунів. У такій системі пальне подається від рампи до паливним форсункам, Яка ще називається акумулятором високого тиску, в результаті чого у системи утворилася ще одна назва - акумуляторний упорскування.
Система Common Rail передбачає проведення наступних етапів упорскування - попереднього, головного та додаткового. Це дає можливість зменшити вібрації та шум мотора, зробити процедуру самозаймання пального ефективнішою, зменшити шкідливі викиди.
Висновки
Щоб керувати системами упорскування на дизелях передбачається наявність електронних і механічних пристроїв. Механічні системидають можливість контролювати робочий тиск, момент та обсяг упорскування пального. У електронних системахпередбачено більш ефективне управління дизельними моторамив цілому.
