Устройство приборов системы подачи топлива

Электронные системы впрыскивания топлива

Пределом обеднения рабочей смеси является неравномерность распределения ее по цилиндрам. В двигателях с карбюраторным питанием неравномерность состава смеси может достигать 10...15%.Этот недостаток может быть устранен применением систем впрыскивания топлива. В этом случае улучшаются равномерность распределения топлива по цилиндрам, газодинамические характеристики впускного тракта, обеспечивается более высокий коэффициент наполнения цилиндров свежей горючей смесью, появляется возможность применения топлива с более низким октановым числом и т.д. При применении систем впрыска топлива мощность двигателя повышается в среднем на 10...12%, улучшается топливная экономичность, снижается токсичность отработавших газов.

Система электронного впрыска топлива включает в себя топливный насос с электроприводом и регулятор давления, поддерживающий постоянное рабочее давление в системе. Впрыск топлива во впускные каналы цилиндров осуществляется электромагнитными форсунками, время открытия которых зависит от давления во впускной системе двигателя и частоты вращения коленчатого вала.

Классификация системы впрыскивания топлива (рис.1а). По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные, аналоговые и цифровые системы. В настоящее время широкое распространение получили электронные системы, которые по способу впрыскивания топлива классифицируются на два вида: распределенное и центральное.

При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного газопровода. В этом случае конструкция двигателя не имеет существенных изменений. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании по сравнению с карбюратором обеспечиваются большая точность и стабильность дозирования топлива.

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра отдельной форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание), без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание), или отдельной форсункой в зону за клапаном. Система распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить безотказность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощностные показатели двигателя, а также дает возможность применения различных микропроцессорных устройств, а также совершенствования механической части системы питания.

Особенностью электронной системы впрыскивания топлива является то, что она функционирует во взаимосвязи с электронным блоком управления, а в качестве главного управляющего параметра для регулирования подачи топлива используется величина расхода воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Количество впрыскиваемого топлива зависит от массовой скорости воздушного
потока и его объема во впускном тракте.

Рис. 1а. Способы организации впрыска топлива:

а - центральный впрыск; б - распределенный впрыск в зону впускных клапанов;

в - непосредственный впрыск в цилиндры двигателя; 1 - подача топлива; 2 - подача

воздуха; 3 - дроссельная заслонка; 4 - впускной трубопровод;

5 - форсунки; 6 – двигатель

Общее устройство механической части системы питания с распределенным впрыскиванием топлива и электронным управлением (рис.1б) включает в себя топливную рампу 3 с выходным штуцером 2 для контрольного манометра давления топлива и штуцерами 6, 7 соответственно для подачи к рампе топлива и слива его излишков, регулятор 5 давления топлива, установленный на рампе, к которой крепятся также электромеханические форсунки 1, бензиновый бак 11 с установленным в нем электробензонасосом 12, топливопроводы 8 и 9, прикрепленные к кузову с помощью скобы 4.

Рампа крепится к головке блока со стороны впускных клапанов, а в ее топливную полость через подающий топливопровод 8 и штуцер 6 включен фильтр тонкой очистки топлива. При этом регулятор 5 через штуцер 7 и сливной топливопровод 9 сообщается с баком 11 через электробензонасос 12. Для обеспечения устойчивой работы насоса в бак должно быть залито не менее 4,5 л бензина, так как в противном случае могут происходить его перегрев и отказы в работе. Рабочее давление электробензонасоса составляет 0,30... 0,35 МПа, а производительность лежит в пределах 80...85 л/ч. К механической части относится также нейтрализатор отработавших газов и система улавливания паров бензина (СУПБ).

Рис. 1б. Схема механической части системы питания с распределенным впрыскиванием топлива:

1 – форсунки; 2 – штуцер монометра; 3 – рампа; 4 – скоба; 5 – регулятор давления,

6 – подводящий штуцер; 7 – отводящий штуцер; 8,9 – топливопроводы; 10 – фильтр,

11 – бак; 12 – бензонасос

Устройство приборов системы подачи топлива

Топливный насос (рис. 2.) представляет собой центробежный роликовый насос с приводом от электродвигателя, который смонтирован совместно с насосом в одном герметичном корпусе.

Центробежный роликовый насос состоит из статора 3, внутренняя поверхность которого незначительно смещена относительно оси якоря 8 электродвигателя, цилиндрического сепаратора 16, соединенного с якорем электродвигателя, и роликов 17, расположенных в сепараторе.

Сепаратор с роликами находится между основанием 2 и крышкой 5 насоса.

При работе насоса топливо поступает через штуцер 1 и канал 18 к вращающемуся сепаратору 16, переносится роликами и через выходные каналы 6 подается в полость электродвигателя и далее черен клапан 11 и штуцер 12 в топливопровод, подводящий топливо к топливному фильтру.

Топливо, поступившее в насос, проходя через электродвигатель, охлаждает его.

Обратный клапан 11 исключает слив топлива из топливопровода и образование воздушных пробок после выключения топливного насоса. Предохранительный клапан 4 ограничивает давление топлива, создаваемое насосом, при возрастании его выше допустимого — 0,45...0,6 МПа. Топливный насос включается при включении зажигания. Подача насоса составляет 130 л/ч.

Рис. 2. Топливный насос:

1,12 – штуцеры; 2 - основание; 3 - статор; 4_,11 - клапаны; 5 - крышка; 6, 18 - каналы;

7, 9 - корпуса; 8 - якорь; 10 – коллектор; 13 - щетка; 14 - муфта; 15 - вал; 16 - сепаратор;

17- ролик

Топливопровод двигателя (рампа) (рис. 3) служит для подвода топлива к форсункам. Он является общим для четырех форсунок. В один конец топливопровода 4 ввернут штуцер 3 для подвода топлива от насоса, а на другом конце закреплен регулятор 5 давления топлива (подводящие и отводящие топливопроводы могут быть закреплены на одном конце с регулятором (рис. 1б), а на противоположном конце закреплен манометр), связанный с ресивером и топливным баком. В топливопроводе двигателя одним концом закреплены форсунки 2, которые другим концом закреплены во впускном трубопроводе 1, Концы форсунок уплотнены резиновыми кольцами круглого сечения. Топливопровод 4 крепится двумя болтами к впускному трубопроводу.

Рис. 3 - Топливопровод двигателя:

1 - впускной трубопровод; 2 - форсунка; 3 - штуцер; 4 - топливопровод; 5 - регулятор давления

Регулятор давления топлива (рис. 4) поддерживает давление в топливопроводе и форсунках работающего двигателя в пределах 0,28...0,33 МПа, что необходимо для приготовления горючей смеси требуемого качества на всех режимах работы двигателя. Регулятор давления состоит из корпуса 1 и крышки 3, между которыми закреплена диафрагма 4 с клапаном 2. Внутренняя полость регулятора делится диафрагмой на две полости — вакуумную и топливную.

Вакуумная полость находится в крышке регулятора и связана с ресивером, а топливная полость — в корпусе 1 регулятора и связана с топливным баком

Рис. 4. Регулятор давления топлива:

а - клапан закрыт; б - клапан открыт; 1 - корпус; 2 - клапан; 3 - крышка;

4 – диафрагма

Форсунка (рис. 5) представляет собой электромагнитный клапан. Форсунка предназначена для впрыска дозированного количества топлива, необходимого для приготовления горючей смеси при различных режимах работы двигателя. Дозирование количества топлива зависит от длительности электрического импульса, поступающего в обмотку катушки электромагнита форсунки. Впрыск топлива форсункой синхронизирован с положением поршня в цилиндре двигателя. Форсунка состоит из корпуса3, крышки6, катушки4 электромагнита, сердечника 8 электромагнита, иглы 2 запорного клапана, корпуса9 распылителя, насадки1 распылителя и фильтра 5.

При работе двигателя топливо под давлением поступает в форсунку через фильтр5 и проходит к запорному клапану, который находится в закрытом состоянии под действием пружины 7.

При поступлении электрического импульса в обмотку катушки4 электромагнита возникает магнитное поле, которое притягивает сердечник8 и вместе с ним иглу2 запорного клапана. При этом отверстие в корпусе9 распылителя открывается, и топливо под давлением выпрыскивается в распыленном виде.

После прекращения поступления электрического импульса в обмотку катушки электромагнита магнитное поле исчезает, и под действием пружины 7 сердечник8 электромагнита и игла2 запорного клапана возвращаются в исходное положение. Отверстие в корпусе9 распылителя закрывается, и впрыск топлива из форсунки прекращается.

Рис. 5. Форсунка:

1 - насадка;

2 - игла;

3, 9 - корпуса;

4 - катушка;

5 - фильтр;

6 - крышка;

7 - пружина;

8 - сердечник

С истема центрального впрыскивания топлива. Типичным примером такого впрыска топлива является система Mono-Motronic (рис. 6) которую устанавливают на двигателях небольшого рабочего объема автомобилей обычно малого класса, например ВA3 - 21214, ВАЗ – 21044. Конструктивно система включает в себя следующие основные устройства: электронный блок управления 13 на базе микропроцессора, смесительную камеру 3 с дроссельной заслонкой и установленным на ней датчиком 8, фиксирующим ее положение, электромагнитную форсунку 6, регулятор 7 давления топлива, электрический топливный насос 12, топливный фильтр 10, датчик 16 температуры охлаждающей жидкости, регулятор 4 частоты вращения в режиме холостого хода.

Действие регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу основано на изменении положения дроссельной заслонки или перепуска воздуха в обход дроссельной заслонки. После обработки информации от датчика частоты вращения коленчатого вала микропроцессор формирует управляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, например шаговый микроэлектродвигатель, который воздействует на дроссельную заслонку или на клапан обходного канала. Все системы центрального впрыскивания топлива имеют кислородный датчик 17 («лямбда-зонт»), позволяющий поддерживать в оптимальных соотношениях количество воздуха к топливу, обеспечивая оптимальный состав горючей смеси на всех режимах работы двигателя.

Рис. 6. Электронная система впрыскивания топлива Mono - Motronic :

1 - катушка (катушки) зажигания; 2 - распределитель бесконтактного электронного зажигания; 3 - смесительная камера; 4 - регулятор холостого хода; 5 - диффузор с датчиком температуры; 6 - электромагнитная форсунка; 7 - регулятор давления топлива; 8 - датчик положения дроссельной заслонки; 9 - возвратный топливный клапан; 10 - топливный фильтр; 11 - емкость с активированным углем для сбора паров бензина (адсорбер); 12 - электрический топливный насос; 13 - электронный блок управления; 14 - разъем для диагностики;

5 - датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 16 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 17 - кислородный датчик

В этой системе отсутствует датчик массового расхода воздуха, а в диффузоре 5 установлен датчик поступающего воздуха, которого нет в системе распределенного впрыскивания. Состав и порядок действия остальных устройств центральной системы впрыскивания во многом подобны системе распределенного впрыскивания топлива.

Система распределенного впрыскивания топлива L - Jetronic .

В названии этой системы индекс L происходит от немецкого слова luft - воздух, расход которого принят в качестве главного (командного) параметра при впрыскивании топлива. Автомобили, оборудованные системой подобного типа, обеспечивают выполнение европейских норм на токсичные выбросы и испарения при сохранении высоких ездовых качеств и низкого расхода топлива.

В указанной системе электрический топливный насос 1 (рис. 7) подает топливо из бака 3 через фильтр 2 в топливную рампу 4, в которой с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 13. Стабилизатор перепада давлений поддерживает постоянное давление впрыскивания и обеспечивает возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок. Из рампы топливо поступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону проходных отверстий впускных клапанов.

Рис. 7. Электронная система впрыскивания топлива L - Jetronic

Количество впрыскиваемого топлива задается электронным блоком управления (ЭБУ) 6 в зависимости от объема, температуры и давления поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. В процессе работы системы впрыскивания ЭБУ взаимодействует также с датчиком-распределителем 17 системы зажигания. Объем поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через измеритель 8 расхода воздуха (см. рис. 7) и впускной газопровод. Воздушный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорно-измерительную заслонку 7 измерителя расхода воздуха на определенный угол. При этом с помощью потенциометра электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подается в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдает импульсы управления моментом подачи топлива. Электронная схема управления впрыскиванием топлива получает питание от аккумуляторной батареи 19 и начинает работать при включении зажигания и системы впрыскивания выключателем 20.

Независимо от положения впускных клапанов форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя. Если впускной клапан в момент впрыскивания топлива форсункой закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Регулирование количества поступающего к цилиндрам двигателя воздуха производится дроссельной заслонкой 9 управляемой из салона педалью. В системе предусмотрен регулятор 18 расхода воздуха на холостом ходу, расположенный около дроссельной заслонки. Регулятор обеспечивает дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя. По мере прогрева двигателя начиная с температуры охлаждающей жидкости 50...70°С регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После этого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верхний байпасный (обходной) канал, сечение которого можно изменять регулировочным винтом 11, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода.

Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном газопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 13 зависит от времени, в течение которого открыт ее клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления впрыскиванием топлива заключается в изменении (модуляции) электрического импульса, управляющего форсункой при поддержании постоянного перепада давления топлива.

Длительность импульсов управления временем впрыскивания топлива форсункой корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15. Введенный в систему датчик 14 кислорода обеспечивает поддержание необходимого состава горючей смеси.

На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси, что обеспечивается ЭБУ по информации от датчика 10 положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчика выдает импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

В датчике 10 положения дроссельной заслонки предусмотрена контактная пара, от замкнутого или разомкнутого состояния которой зависит отключение или включение топливоподачи в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1000 об/мин, и возобновляется при снижении частоты вращения до 850 об/мин.

С целью облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрена дополнительная пусковая форсунка 12, которая представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем.

Продолжительность открытия форсунки зависит от температуры охлаждающей жидкости в двигателе, фиксируемой датчиком 16.

Комплексные системы управления двигателем. Такие системы предназначены для выработки оптимального состава рабочей смеси подачи топлива через форсунки в цилиндры двигателя, а так же своевременного его воспламенения с учетом оптимального угла опережения зажигания. Примерная структурная схема комплексной системы управления двигателем показана на рис.8. В соответствии с этой схемой блок управления работает в совокупности с датчиками и исполнительными устройствами. Основным элементом блока управления является электронный микропроцессор, который производит обработку всех необходимых данных, обеспечивающих работу двигателя, и предназначен для формирования момента подачи топлива и длительности импульсов электрического тока при работе электромагнитных форсунок; формирования импульса электрического тока для работы катушек зажигания с учетом необходимого угла опережения зажигания; управления работой регулятора добавочного воздуха; включения электрического бензонасоса (через реле); управления работой двигателя в аварийном режиме (в случае отказа отдельных элементов системы).

Примером использования комплексной системы является двигатель ЗМЗ-4062.10, устанавливаемый на автомобиле ГАЗ-З110 и его модификациях. Кроме того, на базе этого двигателя ведется разработка дизельного варианта двигателя с электронным управлением впрыскивания топлива для легковых автомобилей ГАЗ и грузовых автомобилей семейства «ГАЗель».

Рис.8. Примерная структурная схема комплексной системы управления двигателем

Рис. 1. Схема механической части системы питания с распределенным впрыскиванием топлива: