Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системы впрыска бензиновых автомобилей

Введение

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование инжекторная система, от injection - впрыск) предназначена для образования топливно-воздушной смеси за счет впрыска топлива.

Системы впрыска устанавливаются на автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями. Вместе с тем, конструкции систем впрыска бензиновых и дизельных двигателей существенным образом различаются.

Система впрыска топлива входит в состав топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом системы впрыска является форсунка (инжектор).

В зависимости от способа образования топливно-воздушной смеси системы впрыска бензиновых двигателей разделяются:

· системы центрального впрыска;

· системы распределенного впрыска;

· системы непосредственного впрыска.

Центральный впрыск (моновпрыск) осуществляется одной форсункой, устанавливаемой во впускном коллекторе.

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой. Образование топливно-воздушной смеси происходит во впускном коллекторе.

Перспективной с точки зрения топливной экономичности является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра.

Системы впрыска бензиновых двигателей могут иметь механическое или электронное управление. Наиболее совершенным является электронное управление впрыском, обеспечивающее значительную экономию топлива и сокращение вредных выбросов.

Впрыск топлива в системе может осуществляться непрерывно или импульсно (дискретно). Перспективным с точки зрения экономичности является импульсный впрыск топлива.

В двигателе система впрыска обычно объединена с системой зажигания и составляет объединенную систему впрыска и зажигания (Motronic, Fenix). Согласованную работу систем обеспечивает система управления двигателем.

Система центрального впрыска

Система центрального впрыска (моновпрыск) относится к системам впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива одной форсункой, расположенной на впускном коллекторе двигателя.

Известными конструкциями системы центрального впрыска являются системы Mono-Jetronic и Opel-Multec. Система впрыска Mono-Jetronic разработана фирмой Bosch в 1975 году. Система устанавливалась на автомобили марки Volkswagen, Audi .

Устройство системы впрыска Mono-Jetronic

Система Mono-Jetronic имеет следующее устройство:

· регулятор давления;

· центральная форсунка впрыска;

· дроссельная заслонка с механическим приводом;

· электросервопривод дроссельной заслонки;

· электронный блок управления;

· входные датчики.

Схема системы центрального впрыска Mono-Jetronic

Регулятор давления поддерживает постоянное рабочее давление в системе впрыска (0,1МПа). Кроме этого, с помощью регулятора в системе после выключения двигателя сохраняется остаточное давление, что препятствует образованию воздушных пробок и облегчает пуск двигателя.

Центральная форсунка впрыска обеспечивает импульсный впрыск топлива. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан. Управление клапаном осуществляется электрическим сигналом, поступающим от электронного блока управления. В конструкцию форсунки входит:

· электромагнитная катушка (соленоид);

· запорный клапан;

· возвратная пружина;

· распылительное сопло.

Дроссельная заслонка предназначена для регулирования объема поступающего воздуха. Дроссельная заслонка имеет два привода: механический и электрический. Механический привод осуществляется от педали газа.

Электросервопривод дроссельной заслонки служит для стабилизации оборотов холостого хода за счет принудительного открытия дроссельной заслоники.

Электронный блок управления осуществляет управление центральной форсункой впрыска (электромагнитным клапаном) и электросервоприводом дроссельной заслонкой. Блок управления включает микропроцессор и блок памяти. В блоке памяти помещена информация об эталонной характеристике впрыска (соотношение компонентов топливно-воздушной смести на всех режимах работы двигателя).

Входные датчики фиксируют текущее состояние работы двигателя. В системе используются следующие датчики:

· датчик момента впрыска;

· датчик положения дроссельной заслонки;

· датчик температуры воздуха;

· датчик температуры охлаждающей жидкости;

· датчик оборотов двигателя;

· выключатель сервопривода;

· датчик концентрации кислорода.

По показаниям датчиков температуры воздуха и положения дроссельной заслонки рассчитывается необходимый объем воздуха в системе впрыска.

Масса всасываемого воздуха, через плотность, находится в прямой зависимости от температуры. Чем холоднее воздух, тем он более плотный, а значит обладает большей массой. Датчик температуры воздуха расположен перед центральной форсункой впрыска.

Дроссельная заслонка устроена так, что каждому ее положению соответствует определенное количество пропускаемого воздуха. Этот параметр фиксирует датчик положения дроссельной заслоники, представляющий собой потенциометр. Датчик положения дроссельной заслонки (дроссельный потенциометр) установлен непосредственно на оси привода заслонки.

В случае отказа датчиков температуры воздуха и положения дроссельной заслонки их работа дублируется сигналами датчика оборотов и датчика температуры охлаждающей жидкости (температуры двигателя).

Впрыск топлива осуществляется на основании сигналов датчика момента впрыска, которые подаются одновременно с сигналами на воспламенение топливно-воздушной смеси.

Выключатель сервопривода обеспечивает работу системы в режиме холостого хода двигателя. Замкнутое положение выключателя свидетельствует о режиме холостого хода, при этом включается электросервопривод дроссельной заслонки и поворачивает ее на определенный угол.

Датчик концентрации кислорода (кислородный датчик) предназначен для поддержания оптимального соотношения компонентов топливно-воздушной смеси. Датчик устанавливается в выпускной системе:

· в выпускном коллекторе;

· на автомобилях с каталитическим нейтрализатором - перед нейтрализатором.

Принцип работы системы впрыска Mono-Jetronic

При работе двигателя сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления. По совокупности сигналов и информации об эталонных характеристиках впрыска блок управления вычисляет начало и продолжительность открытия центральной форсунки. В соответствии с расчетными данными подается сигнал на электромагнитную катушку форсунки. Запорный клапан открывается. Бензин через сопло под давлением распыляется во впускном коллекторе и смешивается с воздухом. Образуемая топливно-воздушная смесь подается в камеры сгорания двигателя.

В системе предусмотрена автоматическая стабилизация оборотов. На основании сигнала выключателя сервопривода электродвигатель открывает дроссельную заслонку на определенный угол, чем достигается устойчивая работа в режиме холостого хода.

Конструкция и принцип работы системы впрыска Opel-Multec аналогичны системе Mono-Jetronic.

Схема системы центрального впрыска Mono-Jetronic

1. топливный насос

2. фильтр топливный

3. центральная форсунка впрыска

a - потенциометр дроссельной заслонки b - регулятор давления c - форсунка d - датчик температуры воздуха e - электродвигатель привода дроссельной заслонки

4. датчик температуры охлаждающей жидкости

5. кислородный датчик (лямбда-зонд)

6. электронный блок управления

Система распределенного впрыска

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) относится к системам впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива в каждый цилиндр отдельной форсункой.

По принципу действия системы распределенного впрыска топлива разделяются на системы непрерывного и импульсного впрыска.

В зависимости от вида управления различают системы распределенного впрыска с механическим и электронным управлением.

Известными конструкциями системы распределенного впрыска топлива являются:

· система впрыска K-Jetronic;

· система впрыска KE-Jetronic;

· система впрыска L-Jetronic.

Основным производителем систем впрыска является фирма Bosch.

Система распределенного впрыска K-Jetronic является механической системой непрерывного впрыска топлива.

Система распределенного впрыска KЕ-Jetronic представляет собой механическую систему непрерывного впрыска топлива с электронным управлением.

Система распределенного впрыска L-Jetronic является системой импульсного впрыска с электронным управлением.

Система распределенного впрыска K-Jetronic представляет собой механическую систему непрерывного впрыска топлива.

Система впрыска K-Jetronic имеет следующее устройство:

· дроссельная заслонка;

· расходомер воздуха;

· дозатор-распределитель топлива;

· регулятор давления питания;

· регулятор управляющего давления;

· форсунки впрыска;

· пусковая форсунка;

· термореле;

· клапан добавочного воздуха.

Схема системы впрыска K-Jetronic

Дроссельная заслонка предназначена для регулирования объема поступающего воздуха. Заслонка имеет механический привод от педали газа.

Расходомер воздуха обеспечивает измерение объема воздуха за счет пропорционального перемещения напорного диска. Напорный диск соединен с плунжером дозатора-распределителя с помощью рычагов. При открытии дроссельной заслоники во впускной коллектор поступает больший объем воздуха, который перемещает напорный диск расходомера. Напорный диск крепится на рычаге. На оси рычага закреплен другой рычаг с роликом и регулировочным винтом. Ролик упирается в нижний конец плунжера дозатора-распределителя. Дозатор-распределитель предназначен для распределения топлива по форсункам цилиндров на всех режимах работы двигателя. Распределение топлива осуществляется за счет перемещения плунжера. Снизу на плунжер воздействует рычаг напорного диска, сверху - управляющее давление, которое создает регулятор управляющего давления. Согласованное перемещение плунжера и напорного диска обеспечивает стехиометрическое соотношение воздуха и бензина в топливно-воздушной смеси.

Регулятор давления питания поддерживает постоянное по величине давление топлива в системе.

Регулятор управляющего давления создает подпорное давление на верхнем конце плунжера, за счет чего достигается обогащение иди обеднение топливно-воздушной смеси. Это необходимо при определенных режимах работы двигателя, в т.ч. при холодном пуске, прогреве на холостом ходу, а также при максимальной нагрузке.

Форсунки впрыска обеспечивают непрерывный впрыск топлива под давлением.

Для обеспечения запуска двигателя при температуре ниже 10°С в системе K-Jetronic применяется пусковая форсунка и клапан добавочного воздуха.

Пусковая форсунка осуществляет при запуске и прогреве двигателя впрыск во впускной коллектор дополнительного количества топлива. Работа пусковой форсунки осуществляется под управлением термореле.

Термореле устанавливается в блоке цилиндров двигателя, где отслеживает температуру охлаждающей жидкости. При запуске двигателя термореле включает пусковую форсунку. При достижении охлаждающей жидкости определенной температуры пусковая форсунка отключается.

Клапан добавочного воздуха обеспечивает дополнительную порцию воздуха при запуске двигателя в обход дроссельной заслонки. В исходном положении клапан открыт. По мере прогрева двигателя клапан закрывается (перемещается биметаллическая пластина с диафрагмой клапана).

Холостой ход двигателя регулируется двумя винтами:

· количества смеси, устанавливающий частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;

· качества смеси, определяющий содержание угарного газа в отработавших газах.

Регулировки холостого хода изначально производятся заводом-изготовителем.

Принцип действия системы K-Jetronic

При нажатии педали газа открывается дроссельная заслонка. Проходящий через нее воздух перемещает напорный диск расходомера воздуха. Движение диска через рычаги передается на плунжер дозатора-распределителя.

Топливная система подает бензин к дозатору-распределителю, от которого плунжер нагнетает топливо к форсункам впрыска. Форсунки непрерывно впрыскивают топливо во впускной коллектор двигателя. Там оно смешивается с воздухом и образуется топливно-воздушная смесь. При открытии впускных клапанов топливно-воздушная смесь поступает в камеры сгорания двигателя.

Количество топлива поступающего к форсункам определяется положением дроссельной заслонки. Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем больше воздуха проходит через впускной коллектор и тем больше топлива подается к форсункам. В зависимости от режимов работы двигателя объем впрыскиваемого топлива регулируется управляющим давлением. Для увеличения оборотов во время пуска двигателя и работы на холостом ходу во впускной коллектор подается дополнительная порция воздуха через клапан дополнительной подачи воздуха и дополнительная порция топлива пусковой форсункой.

Система распределенного впрыска KE-Jetronic

Система распределенного впрыска KЕ-Jetronic является механической системой непрерывного впрыска топлива с электронным управлением качественным составом топливно-воздушной смеси.

Конструктивно система KЕ-Jetronic построена на основе системы K-Jetronic. Для реализации электронного управления впрыском в систему дополнительно включены следующие конструктивные элементы:

· электрогидравлический регулятор давления;

· электронный блок управления;

· мембранный регулятор давления;

· расходомер воздуха с потенциометрическим датчиком;

· входные датчики.

Схема системы впрыска KE-Jetronic

Электрогидравлический регулятор давления предназначен для обеспечения качественного состава топливно-воздушной смеси. В системе KЕ-Jetronic электрогидравлический регулятор давления устанавливается вместо регулятора управляющего давления. Регулятор давления представляет собой электроуправляемый клапан, который регулирует величину управляющего (подпорного) давления. В отличии от системы K-Jetronic управляющее давление подводится не к плунжеру, а к дифференциальным клапанам дозатора-распределителя.

Электронный блок управления преобразует электрические сигналы входных датчиков в управляющее воздействие на следующие исполнительные устройства:

· электрогидравлический регулятор давления;

· пусковая форсунка;

· клапан добавочного воздуха;

· клапан системы улавливания паров бензина.

Мембранный регулятор давления служит для поддержания требуемого рабочего давления в дозаторе-распределителе. Он устанавливается в возвратной магистрали системы.

Расходомер воздуха обеспечивает количественное регулирование состава топливно-воздушной смеси. В приводе расходомера установлен потенциометрический датчик, который фиксирует величину поворота напорного диска. Перемещение потенциометра на определенный угол воспринимается электронным блоком управления как изменение нагрузки двигателя. Расходомер с потенциометрическим датчиком расширяет область применения мембранного регулятора давления.

Входные датчики фиксируют текущее состояние работы двигателя. На разных типах двигателей может устанавливаться от 4 до 11 входных датчиков. К примеру на автомобиле Audi-80 устанавливались следующие датчики:

· датчик температуры охлаждающей жидкости;

· датчик положения дроссельной заслонки;

· датчик нагрузки двигателя (потенциометр расходомера);

· датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя;

· датчик высоты над уровнем моря;

· датчик начала отсчета;

· датчик концентрации кислорода;

· датчик включения автоматической коробки передач;

· датчик режима холостого хода;

· датчик включения кондиционера.

Принцип действия системы KЕ-Jetronic

При запуске холодного двигателя для быстрого прогрева и устойчивой работы система обеспеивает образование обогащенной топливно-воздушной смеси. На основании сигнала датчика температуры охлаждающей жидкости электронный блок управления закрывает клапан электрогидравлического регулятора давления. Подпорное давление в нижних полостях дифференциальных клапанов дозатора-распределителя уменьшается. Верхние полости дифференциальных клапанов увеличиваются и к форсункам впрыска поступает больше топлива. Смесь становиться обогащенной.

При постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя электрогидравлический регулятор давления не работает (биметаллическая пластина с клапаном находится в среднем положении). Связь "расходомер воздуха - плунжер дозатора-распределителя" обеспечивает образование стехиометрической топливно-воздушной смеси.

При резком открытии дроссельной заслонки происходит обогащение топливно-воздушной смеси. Система рассматривает резкое открытие заслонки как потребность в максимальной мощности. Сигналы от датчика положения дроссельной заслонки и потенциометра расходомера воздуха поступают в электронный блок управления, который активизирует электрогидравлический регулятор давления. Клапан регулятора закрывается, подпорное давление уменьшается, подача топлива к форсункам увеличивается, смесь обогащается.

При торможении двигателем, наоборот, образуется обедненная топливно-воздушная смесь. По команде электронного блока управления клапан электрогидравлического регулятора открывается, подпорное давление в нижних камерах дифференциальных клапанов увеличивается, объем верхних камер дифференциальных клапанов уменьшается, соответственно подача топлива к форсункам уменьшается, смесь обедняется.

При температуре ниже 10°С происходит срабатывание пусковой форсунки и клапана добавочного воздуха.

Дальнейшая работа двигателя осуществляется по совокупности сигналов входных датчиков.

Система распределенного впрыска L-Jetronic

Система распределенного впрыска L-Jetronic является системой импульсного впрыска с электронным управлением количественным и качественным составом топливно-воздушной смеси. Для обеспечения импульсного впрыска топлива в системе применены форсунки с электромагнитным управлением.

В сравнении с системами K-Jetronic и KE-Jetronic, импульсный впрыск, реализованный в системе L-Jetronic, обеспечивает топливную экономичность, снижение токсичности отработавших газов и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Система впрыска L-Jetronic имеет следующее устройство:

· распределительная магистраль;

· форсунки впрыска;

· регулятор давления топлива;

· электронный блок управления;

· расходомер воздуха с потенциометрическим датчиком;

· пусковая форсунка;

· клапан добавочного воздуха;

· входные датчики.

Схема системы впрыска L-Jetronic

Распределительная магистраль предназначена для распределения топлива по форсункам впрыска.

Форсунка впрыска обеспечивает импульсный впрыск топлива за счет электромагнитного управления иглой распылителя.

Регулятор давления топлива служит для поддержания постоянного давления в распределительной магистрали системы, а также для устранения пульсаций топлива, возникающих при работе форсунок впрыска.

Электронный блок управления принимает сигналы от входных датчиков и преобразует их в управляющие воздейтвия на следующие исполнительные устройства:

· форсунки впрыска;

· пусковая форсунка;

· клапан добавочного воздуха.

Основными управляющими параметрами, формируемыми электронным блоком управления, являются необходимый объем впрыскиваемого топлива и время начала впрыска.

Расходомер воздуха обеспечивает количественное регулирование топливно-воздушной смеси. Объем поступающего в систему воздуха отслеживается потенциометрическим датчиком расходомера. В соответствии с объемом воздуха производится впрыск определенного количества топлива.

Для облегчения пуска холодного двигателя и быстрого его прогрева в системе используются пусковая форсунка и клапан добавочного воздуха. Форсунка и клапан управляются электронным блоком.

Пусковая форсунка впрыскивает дополнительную порцию топлива. Работа форсунки обеспечивается термореле и датчиком температуры охлаждающей жидкости.

Клапан добавочного воздуха обеспечивает при запуске дополнительную порцию воздуха. Он устанавливается параллельно дроссельной заслонки.

В системе предусмотрена механическая регулировка количества и качества топливно-воздушной смеси на холостом ходу за счет соответствующих винтов. Винт качества устанавливается в обводном канале расходомера воздуха. Он регулирует содержание угарного газа в отработавших газах. Винт количества устанавливается в обводном канале дроссельной заслонки. Он регулирует обороты холостого хода.

Входные датчики фиксируют параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. В системе L-Jetronic устанавливаются следующие датчики:

· датчик температуры воздуха;

· потенциометр расходомера воздуха;

· датчик положения дроссельной заслонки;

· датчик высоты над уровнем моря;

· датчик-распределитель зажигания;

· датчик температуры охлаждающей жидкости;

· термореле.

Разновидностями системы L-Jetronic являют системы LE-Jetronic, LH-Jetronic, которые имеют отдельные конструктивные отличия.

Принцип действия системы L-Jetronic

Топливная система обеспечивает подачу бензина к распределительной магистрали, от которой оно поступает к форсункам впрыска. Входные датчики фиксируют температуру, давление и объем поступающего воздуха, температуру, частоту вращения и нагрузку двигателя. Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления.

Электронный блок управления определяет необходимое количество топлива для работы двигателя и подает импульс определенной продолжительности на электромагнитный клапан форсунки впрыска. Форсунка производит впрыск заданного количества топлива в определенное время. При соединении топлива с воздухом образуется топливно-воздушная смесь, которая при открытии впускных клапанов поступает в камеры сгорания двигателя.

При пуске двигателя, его прогреве, а также во время работы под максимальной нагрузкой система обеспечивает образование обогащенной топливно-воздушной смеси. По сигналу датчика положения дроссельной заслонки система распознает указанные режимы и обеспечивает впрыск большего объема топлива. Смесь при этом обогащается.

При температуре ниже 10°С для создания обогащенной топливно-воздушной смеси используется пусковая форсунка и клапан добавочного воздуха.

Система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска топлива является самой современной системой впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection - непосредственный впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi.

Применение системы непосредственного впрыска позволяет достичь до 15% экономии топлива, а также сокращения выброса вредных веществ с отработавшими газами.

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI (Fuel Stratified Injection - послойный впрыск топлива). Система представляет собой дальнейшее развитие объединенной системы впрыска и зажигания Motronic.

Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя FSI и имеет следующее устройство:

· топливный насос высокого давления;

· регулятор давления топлива;

· топливная рампа;

· предохранительный клапан;

· датчик высокого давления;

· форсунки впрыска;

· блок управления двигателем;

· входные датчики.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПА) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от впускного распределительного вала двигателя.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления.

Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре.

Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе.

Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива для образования определенного вида топливно-воздушной смеси.

В двигателе FSI применяются следующие виды смесеобразования:

· послойное смесеобразование;

· стехиометрическое гомогенное смесеобразование;

· гомогенное смесеобразование.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование - легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование - однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

Блок управления двигателем в совокупности с входными датчиками образуют систему управления двигателем.

Система управления двигателем, помимо системы впрыска, обеспечивает управление:

· топливной системой;

· впускной системой;

· системой зажигания;

· выпускной системой.

система впрыска автомобиль

Схема системы впрыска Motronic MED7

1. топливный бак

2. топливный насос

3. топливный фильтр

4. перепускной клапан

5. регулятор давления топлива

6. топливный насос высокого давления

7. трубопровод высокого давления

8. распределительный трубопровод

9. датчик высокого давления

10. предохранительный клапан

11. форсунки впрыска

12. адсорбер

13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Размещено на Allbest

Размещено на Allbest