что впрыскивает бензин в двигатель
Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей
Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и экологический класс двигателя автомобиля. Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.
Краткая история появления
Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.
Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя. Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.
Виды систем впрыска бензиновых двигателей
Существует несколько основных видов систем впрыска топлива, которые отличаются способом образования топливовоздушной смеси.
Моновпрыск, или центральный впрыск
Схема с центральным впрыском предусматривает наличие одной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Такие системы впрыска можно найти только на старых легковых автомобилях. Она состоит из следующих элементов:
Системы впрыска бензина с одной форсункой работают по следующей схеме:
Распределенный впрыск (MPI)
Система с распределенным впрыском состоит из аналогичных элементов, но в такой конструкции предусмотрены отдельные форсунки для каждого цилиндра, которые могут открываться одновременно, попарно или по одной. Смешение воздуха и бензина происходит также во впускном коллекторе, но, в отличие от моновпрыска, подача топлива осуществляется только во впускные тракты соответствующих цилиндров.
Управление осуществляется электроникой (KE-Jetronic, L-Jetronic). Это универсальные системы впрыска топлива Bosch, получившие широкое распространение.
Принцип действия распределенного впрыска:
Непосредственный впрыск топлива (GDI)
Система предусматривает подачу бензина отдельными форсунками напрямую в камеры сгорания каждого цилиндра под высоким давлением, куда одновременно подается воздух. Эта система впрыска обеспечивает наиболее точную концентрацию топливовоздушной смеси, независимо от режима работы мотора. При этом смесь сгорает практически полностью, благодаря чему уменьшается объем вредных выбросов в атмосферу.
Такая система впрыска имеет сложную конструкцию и восприимчива к качеству топлива, что делает ее дорогостоящей в производстве и эксплуатации. Поскольку форсунки работают в более агрессивных условиях, для корректной работы такой системы необходимо обеспечение высокого давления топлива, которое должно быть не менее 5 МПа.
Конструктивно система непосредственного впрыска включает в себя:
Электронная система впрыска такого типа от компании Bosch получила наименование MED-Motronic. Принцип ее действия зависит от вида смесеобразования:
Непосредственный впрыск топлива в бензиновом двигателе – наиболее перспективное направление в эволюции систем впрыска. Впервые он был реализован в 1996 году на легковых автомобилях Mitsubishi Galant, и сегодня его устанавливают на свои автомобили большинство крупнейших автопроизводителей.
Так как причин возникновения неисправностей, связанных с системой впрыска топлива, достаточно много, в первую очередь рекомендуется провести диагностику автомобильным сканером на наличие ошибок. Без посещения сервиса это можно сделать с помощью универсального устройства Rokodil ScanX Pro.
Также с помощью данного сканера можно отрегулировать положение дроссельной заслонки, проверить систему выхлопных газов, считать параметры работы двигателя и многое другое.
Системы впрыска топлива бензиновых двигателей
Рассмотрим, как устроены системы впрыска бензиновых двигателей, как они работают, каковы их виды, в чём особенности центрального, коллекторного и непосредственного впрыска.
Системы впрыска топлива бензиновых двигателей – это системы для дозированной подачи бензина в ДВС. Тип устройства, характеристика системы влияет на ряд важных показателей. Это экологический класс двигателя, его мощность, топливная эффективность.
Устройство системы впрыска бензинового двигателя может иметь различные конструктивные решения и модификации. О них мы расскажем, останавливаясь на конкретных видах систем впрыска.
Варианты топливных систем бензиновых двигателей
Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)
Конструктивное решение с карбюраторами
Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И через множество лет это были единственно доступные системы. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на протяжении сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах малой механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.
Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.
Принцип их действия основан на всасывании топлива в поток воздуха, проходящего через сужение карбюратора. увеличение скорости движения воздуха в месте сужения воздушного канала формирует разрежение воздуха.
Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое отношение топлива к воздуху.
.
Как работает устройство?
Моновпрыск
На смену карбюратору пришла система так называемого «над дроссельного впрыска» топлива. Она также известна как моновпрыск или система центрального впрыска.
Принцип базируется на впрыске топлива одной форсункой, установленной на впускном коллекторе двигателя.
Самыми популярными конструкциями системы центрального впрыска являются решения Mono-Jetronic от R. R. Bosch и Opel-Multec (как нетрудно догадаться из названия, это решение корпорации Opel).
Появление моновпрыска приходится на середину 70-х годов 20-го века. В то время системой Mono-Jetronic стали оснащать автомобили Volkswagen и Audi.
Главной задачей при разработке моновпрыска стало нахождение альтернативы карбюраторной системе впрыска. Важно было найти более эффективную систему топливоподачи, которая смогла бы удовлетворить возросшим экологическим требованиям.
Mono-Jetronic: конструктивные элементы
Распределённый впрыск
В 70-е годы появились и системы распределительного впрыска, основанные на подаче топлива отдельной форсункой в предкамеру, расположенную перед впускным клапаном каждого цилиндра двигателя. Впрыск может быть при этом может быть как импульсным, так и непрерывным.
Экономические характеристики автомобилей, их уровень топливной эффективности был существенно улучшен, уровень выбросов вредных веществ в выхлопе также снизился.
В системах K/KE-Jetronic впрыск топлива осуществлялся непрерывно в смесительную камеру перед впускным клапаном. При этом количественное дозирование топлива, поступающего в поток воздуха, производилось за счет взаимосвязанных узлов «расходомер – дозатор».
Помимо дозатора-распределителя обязательный элемент решения – дроссельная заслонка, расположенная за дозатором, у первых версий были вакуумно-механические клапаны коррекции топлива(запуск клапанов в работу возможен как от терморегуляторов, так от разряжения воздуха во впускном коллекторе), в поздних модификациях появились электрические клапаны коррекции топлива. Кроме того, системы стали оснащать кислородным датчиком (лямбда-зондом). Огромным плюсом схемотехнического решения стало то, что система впрыска могла быть оснащена катализаторам-, но к уровню надёжности были существенные вопросы.
Дискретный впрыск топлива
Новой эрой стал дискретный впрыск топлива. Первой здесь стала электронная система распределенного впрыска топлива L-Jetronic – опять-таки от R. R. Bosch. С появлением этого решения стало возможным говорить о качественной управляемости, безотказности, надёжности. Да, сразу же стало ясно, что это средний и высокий ценовой сегмент. Поэтому долгое время системы дискретного впрыска топлива сосуществовали с системами непрерывного распределительного впрыска типа K/KE-Jetronic.
Но постепенно L-Jetronic обрела массовость. Её стал активно использовать практически весь европейский автопром. Явные плюсы оценили и водители, и персонал автосервиса: повысилась топливная экономичность авто. Для обслуживания перестали быть нужны сложные навыки (в первую очередь, это стало возможным за счёт того, что отпала надобность выполнять механические настройки).
У новой разработки стала доступна индивидуальная регулировка подачи топлива в каждый из цилиндров
Объединяющая черта систем Mono-Jetronic, L-Jetronic, LH-Jetronic состоит в том, это все эти решения управляют только впрыском топлива, при этом для воспламенения топлива задействована система зажигания с модулем электронного управления.
Устройства, в которых система и зажигания и впрыск были синхронизированы и объединены, корпорация R.R. Bosch начала выпускать с 1979 года.
Ярким примером решения с объединёнными системами впрыска и зажигания – стала система Motronic от R.R. Bosch.
Она существовала в нескольких модификациях, появившихся в 90-е годы 20-го века. В эти годы в их конструкции входили механические расходомеры воздуха. Но вскоре вместо них стали использоваться термоанемометрические датчики-расходомеры, расширились возможности для самодиагностики.
Правда, полностью удовлетворить запросам диагноста системы не могли, поскольку протокол выявления неисправностей не обладал высокой результативностью. В последующих модификациях эта проблема была успешно решена.
Но самым революционным решением Motronic стало появление датчика абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP-sensor).
Использование MAP-сенсора в системе управления двигателем позволило готовить качественную топливовоздушную смесь, состав которой близок к желаемому, и, главное, не сложно соблюсти европейские требования к выхлопам автомобилей.
Но для выхода на американский рынок даже этого было недостаточно. По стандартам США в топливной системе должна быть обязательная система контроля утечек паров топлива из бака. Так появилось инновационное решение Motronic M5. С ним появились все условия для того, чтобы исключить эксплуатацию автомобиля с потерявшей герметичность пробкой заливной горловины или неисправной системой вентиляции топливного бака.
Кроме того, эта система соответствует требованиям самого строгого протокола самодиагностики OBD-II/CARB.
А благодаря электроуправлению дроссельной заслонкой отлажено взаимодействие между системой управления двигателем и системой торможения.
Системы непосредственного впрыска
Особое место среди систем впрыска бензиновых двигателей получили системы непосредственного впрыска.
Их принцип действия основан на том, что топливо посредством инжектора распыляется прямо в цилиндр двигателя.
Интересная деталь! Если среди дизельных систем впрыска такие топливные системы были популярны давно, то среди бензиновых распространение получили не сразу. Причина элементарно проста: бензин в отличие от дизельного топлива является плохой смазкой, что вызывало быстрый износ» топливного насоса.
Но с развитием технологий уплотнений разработчики снова смогли заняться бензиновыми системами с прямым впрыском топлива. Система непосредственного впрыска может обеспечивать несколько видов смесеобразования: послойное, однородное (гомогенное), и стехиометрическое. Послойное смесеообразование актуально при малых и средних оборотах, стехиометрическое и гомогенное – при сверхвысоких оборотах, а также при средних и высоких нагрузках.
В цилиндр таких бензиновых систем впрыска поступает небольшое количество топлива. Тщательная организация потока воздуха в цилиндре (его траектория движения, подобная «кувырку) и удачно подобранное время впрыска топлива в цилиндр создают все условия, чтобы это небольшое количество топлива было подано к электродам свечи зажигания, и произошло воспламенение этой порции горючей смеси.
Почему на эту бензиновую систему впрыска не переходят повсеместно. К сожалению, актуальна такая проблема, как «турбоямы» при резком нажатии на педаль газа.
Этот недостаток полностью устранен при наличии наддувочного агрегата с электроприводом. Такие системы недёшевы. Но оперативно выйти на режим максимальной мощности, избежать «турбоям» при резком нажатии педали на газ с ними – не проблема. Прямой впрыск SC-E актуален, например, для ряда спортивных автомобилей.
Очень высокий интерес – и к битопливным (бинарным) система с газотурбинным наддувом. При работе на бензине можно достичь очень хорошего крутящего момента.
Параметры применяемого топлива прописываются в постоянной памяти. Если нужно заменить бензин на альтернативное топливо, изменяется программа смесеобразования. Это очень удобно.
Какой впрыск лучше?
Очень часто спорят: какой впрыск лучше. Дешевле всего обойдутся решения, ориентированные на распределённый впрыск. Подкупает и то, что они не требовательны к качеству топлива.
Если вам важно, чтобы была высокая топливная эффективность при минимальных значениях вредных выбросов, однозначно стоит выбирать непосредственный впрыск. Да, эти решения дороже. Но лучше заплатить больше единожды, чем постоянно “съедать” лишнее топливо.
Кстати, дороговизна решения связана, главным образом, с тем, что производителям пришлось внести кардинальные изменения в конструкцию головок цилиндров, однако в ремонте эти двигатели значительно дороже простых и надёжных двигателей с распределённым предкамерным впрыском топлива.
Не просто изучить топливные системы, а попрактиковаться работать в поиске различных неисправностей в них вам поможет специализированный тренажёр на платформе ELECTUDE. Отличное подспорье для автомобильных механиков и диагностов.
Электронные системы непосредственного впрыска бензиновых двигателей.
Система непосредственного впрыска бензина в цилиндры двигателя до настоящего времени не находила широкого распространения. Это обуславливалось тремя основными причинами:
— во-первых, потому, что общепринятый в настоящее время впрыск топлива во впускной трубопровод упрощает конструкцию самой форсунки
— во-вторых, потому, что больше времени отводится на приготовление топливно-воздушной смеси
— в-третьих, потому, что при этом упрощается конструкция головки блока.
Обычная форсунка располагается вне камеры сгорания, защищенная от всего того, что происходит во время воспламенения и после закрытия впускного клапана. Форсунка, входящая в камеру сгорания, должна выдержать все те изменения температур и давления, которые там происходят, а это усложняет ее. Она также должна впрыскивать топливо быстрее и лучше распылять его. Когда двигатель работает на максимальных нагрузках, другими словами, когда он требует больше топлива, время, отведенное на впрыскивание, уменьшается.
Если необходимо, обычная форсунка может подавать топливо в течение большинства циклов, в то время как форсунка непосредственного впрыска не может подавать топливо, когда открыт выпускной клапан, потому что топливо будет удаляться вместе с отработавшими газами. При непосредственном впрыске время, отводимое на процесс впрыскивания, гораздо меньше, поэтому форсунка должна подавать топливо быстрее, а это требует достаточно высокого давления топлива.
Смешивание – потенциальная проблема непосредственного впрыска. В обычной системе топливо начинает смешиваться с воздухом, когда они проходят через впускной клапан, и продолжают перемешиваться, при тактах впуска и сжатия. Форсунка непосредственного впрыска заполняет топливом центральную часть камеры сгорания за короткое время и должна лучше распылить топливо, чтобы гарантировать однородный состав смеси.
Сложность представляет и расположение форсунки непосредственного впрыска в головке цилиндров. Форсунки обычного типа являются составной частью впускного трубопровода, а форсунка непосредственного впрыска должна располагаться вверху камеры сгорания, где уже размещаются клапаны и, особенно, свеча зажигания. Кроме того, остается мало места для прохода охлаждающей жидкости вокруг жизненно важных зон головки цилиндров.
Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска показана на рисунке 1. Топливо от топливоподкачивающего насоса 6 подается к топливному насосу высокого давления 1, оснащенному датчиком давления топлива для его точного дозирования. ТНВД заключен в герметичный кожух и вал насоса приводится во вращения с помощью электромагнитной муфты. Подача топлива к форсункам цилиндров осуществляется насосом высокого давления 1 развивающим давление 40…100 кгс/см2. При этом давление топлива, впрыскиваемое в цилиндры двигателя может быть постоянным (системы впрыска CDI – Мицубиси, FSI – Фольксваген) или изменяться: на холостом ходу 70 кгс/см2, при полной нагрузке 100 кгс/см2, на переходных режимах 30 кгс/см2 (система впрыска HPI французский концерн Пежо-Ситроен). Топливо накапливается в аккумуляторе давления 3 и из него по трубопроводам передается к форсункам. Форсунки 5, в отличие от традиционных систем впрыска, установлены не во впускном трубопроводе, а непосредственно в камере сгорания двигателя. Необходимое давление в системе поддерживается предохранительным клапаном 4. При подаче напряжения из блока управления открываются соленоидные клапана и топливо впрыскивается в камеру сгорания.
Структурная схема системы впрыска Motronic (DME)
1 — адсорбер
2 — клапан впуска воздуха
3 — клапан вентиляции топливного бака
4 — регулятор давления топлива
5 — форсунка
6 — регулятор давления
7 — катушка зажигания
8 — датчик фазы
9 — вспомогательный воздушный насос
10 — вспомогательный воздушный клапан
11 — измеритель массы воздуха
12 — блок управления
13 — датчик положения дроссельной заслонки
14 — регулятор холостого хода
15 — датчик температуры воздуха
16 — клапан рециркуляции отработавших газов
17 — топливный фильтр
18 — датчик детонации
19 — датчик частоты вращения коленвала
20 — датчик температуры двигателя
21 — датчик кислорода
22 — аккумуляторная батарея
23 — диагностический разъём
24 — лампа диагностики
25 — датчик дифференциального давления
26 — топливный насос
Бензиновые двигатели BMW имеют систему управления Bosch-Motronic. Это комбинированная электронная система зажигания и впрыска, обозначаемая как Digitale Motor-Elektronic (DME). Управление системами зажигания и впрыска осуществляется общим блоком управления. Здесь используется бесконтактная, полностью электронная, управляемая микропроцессором система зажигания, которая функционирует на основе информации, поступающей от индукционного датчика частоты вращения и углового положения коленчатого вала. Микропроцессор электронного блока управления преобразует поступающую информацию в так называемые параметрические поверхности (трехмерные графические характеристики), которые учитывают действия водителя и нагрузку на двигатель.
В систему впрыска Motronic могут поступать следующие данные:
• включено или выключено зажигание
• положение распределительного вала
• частота вращения коленчатого вала
• скорость движения автомобиля
• диапазон изменения передаточного отношения (в случае наличия автоматической трансмиссии)
• номер включенной передачи
• информация о включении кондиционера и т. п.
• напряжение аккумуляторной батареи
• температура воздуха на впуске
• расход воздуха
• угловое положение дроссельной заслонки
• напряжение сигнала кислородного датчика
• сигнал датчика детонации
Входные каскады электронного блока управления осуществляют подготовку поступивших от датчиков сигналов, характеризующих режимные параметры, микропроцессор обрабатывает эти данные, определяет рабочий режим двигателя и производит расчет параметров необходимых управляющих сигналов, которые передаются на выходные каскады усиления, а затем поступают к исполнительным устройствам. Исполнительные устройства воздействуют на характеристики систем питания и зажигания, обеспечивая точное дозирование топлива и оптимальный момент зажигания.
Для определения частоты вращения коленчатого вала здесь применяется индукционный датчик.
Индуктивный датчик содержат стержневой постоянный магнит 1 с полюсным сердечником из магнитомягкой стали и обмотку индуктивности 5 с двумя выводами.
Датчик устанавливается непосредственно напротив ферромагнитного зубчатого диска — задатчика угловых импульсов 8, от которого его отделяет небольшой воздушный зазор (0,8…1,5 мм). Сердечник соединен также с постоянным магнитом 1, и магнитное поле проходит через сердечник и зубчатый диск – задатчик импульсов 8.
Индуктивный датчик может также использоваться в качестве задающего генератора для выдачи базового сигнала на зажигание и впрыск топлива.
В системах Мотроник предусмотрены также дополнительные функции системы впрыска. Необходимость в дополнительных функциях управления и регулирования обусловлена жесткими требованиями, предъявляемыми к составу отработавших газов (ОГ), а также стремлением обеспечить наибольший комфорт и точное соответствие мощности двигателя условиям движения. В настоящее время используются следующие дополнительные функции:
• регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу
• регулирование топливоподачи с обратной связью по составу смеси
• управление углом опережения зажигания по детонации
• рециркуляция ОГ для снижения выброса с отработавшими газами оксидов азота (NOX)
• управление турбокомпрессором
• управление длиной впускных каналов
• регулирование фаз газораспределения соответствующим воздействием на газораспределительный механизм
• ограничение подачи топлива при достижении заданной частоты вращения коленчатого вала
Общим для любых систем впрыска с электронным управлением является наличие датчика положения дроссельной заслонки, который в простейших системах служит основным источником информации о нагрузке двигателя. Вместе с тем большое значение имеет датчик давления, пневматически соединенный с впускным трубопроводом и регистрирующий абсолютное давление в нем. Для определения нагрузки двигателя особенно важно измерение количества проходящего через впускную систему воздуха. В системах впрыска Мотроник в зависимости марки и от модели автомобиля могут применяться следующие датчики расхода воздуха:
— объемные расходомеры воздуха (LMM)
— термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагреваемой нитью (LHM)
— термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагреваемой пленкой (HFM)
Принцип действия системы впрыска motronic.
Пуск двигателя. В течение всего процесса пуска двигателя осуществляется расчет количества впрыскиваемого форсунками топлива. Кроме того, для первых командных импульсов на впрыскивание в отсутствие вращения коленчатого вала устанавливается режим «синхронного впрыска». Повышенное количество топлива, впрыскиваемого в соответствии с низкой температурой двигателя, обусловлено образованием топливной пленки на внутренних стенках впускного трубопровода и необходимостью компенсации повышенной потребности в топливе двигателя при работе с низкой частотой вращения. Не¬посредственно после начала вращения коленчатого вала вплоть до завершения режима пуска по мере увеличения частоты вращения осуществляется постепенное уменьшение порции впрыскиваемого топлива.
Система Мотроник осуществляет также согласование параметров зажигания с параметрами процесса пуска. Угол опережения зажигания регулируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала так, чтобы был обеспечен легкий пуск и быстрый прогрев двигателя.
Послепусковой период. В течение послепускового периода (фазы, начинающейся непосредственно после завершения стадии пуска) осуществляется постепенное снижение количества впрыскиваемого топлива в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и промежутка времени, прошедшего с момента за¬вершения стадии пуска. Угол опережения зажигания изменяется в соответствии с количеством впрыскиваемого топлива. Послепусковой период, таким образом, плавно переходит в стадию прогрева двигателя.
Прогрев двигателя. В зависимости от конструктивных особенностей двигателя и системы выпуска отработавших газов режим прогрева может быть реализован разными способами. Решающими факторами для расчета параметров управления двигателем при прогреве является его готовность к началу движения, а также оптимизация состава отработавших газов и расхода топлива. Сочетание бедной рабочей смеси с более поздним зажиганием при прогреве двигателя повышает температуру отработавших газов. Другую возможность повышения их температуры предоставляет использование богатой смеси вместе с нагнетанием дополнительного воздуха, который подается в систему выпуска за выпускными клапанами спустя короткое время с момента пуска двигателя. Для подачи воздуха, например, может использоваться специальный насос. Избыток воздуха при достаточном разогреве системы выпуска приводит к окислению СН и СО и достижению желаемой высокой температуры отработавших газов.
Оба способа обеспечивают быстрое приведение каталитического нейтрализатора в рабочее состояние. Наряду с воздействием на угол опережения зажигания и параметры впрыска ускоренный разогрев нейтрализатора может быть реализован также и за счет повышения частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу. При достижении необходимой температуры каталитического нейтрализатора осуществляется регулирование впрыска, обеспечивающее коэффициент избытка воздуха, равный 1, и устанавливается соответствующий угол опережения.
Корректировка впрыска топлива при ускорении и замедлении движения автомобиля. Часть впрыскиваемого топлива при очередном открытии впускного клапана сразу не попадает в цилиндр, а остается на стенках трубопровода в виде жидкой пленки. Количество топлива, постоянно находящегося в виде такой пленки, резко возрастает с повышением нагрузки и с увеличением количества впрыскиваемого топлива. Во избежание обеднения горючей смеси, обусловленного оседанием части топлива на стенках впускной системы, во время разгона автомобиля должен быть обеспечен впрыск соответствующего дополнительного количества топлива. При снижении нагрузки происходит высвобождение осевшего на стенках впускного трубопровода топлива. Поэтому при замедлении движения время впрыска должно быть соответственно сокращено. Во время движения в режиме торможения двигателем (ПХХ) впрыск топлива прекращается полностью.
Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу. Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу должно обеспечивать соответствие между крутящим моментом и реальной нагрузкой. Последняя на холостом ходу складывается из различных внутренних нагрузочных моментов, моментов сил трения в кривошипно-шатунном механизме, приводе клапанов и дополнительных агрегатов (например, насоса си¬стемы охлаждения, кондиционера или гидроусилителя рулевого управления). Внутренние моменты сил трения в течение срока службы двигателя претерпевают постепенное изменение и, кроме того, они сильно зависят от рабочей температуры. На процесс регулирования частоты вращения оказывают влияние положение дроссельной заслонки и температура охлаждающей жидкости, а также сигналы датчиков нагрузки, поступающие от дополнительных агрегатов. Заданному значению частоты вращения коленчатого вала двигателя для каждого режима соответствует определенный расход воздуха.
Регулирование фаз газораспределения воздействием на распределительный вал. За счет регулирования фаз газораспределения воздействием на распределительный вал появляется возможность оказать влияние на наполнение цилиндров, чтобы обеспечить возможность максимального повышения мощности и крутящего момента при минимальном расходе топлива и низкой токсичности отработавших газов. При этом гидравлические или электрические исполнительные механизмы, управляемые системой Мотроник, поворачивают впускной и выпускной распределительные валы относительно коленчатого на угол, определяемый частотой вращения коленчатого вала или наполнением цилиндров.
Регулирование угла опережения зажигания по детонации. Электронное управление моментом зажигания предоставляет возможность очень точно регулировать угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры охлаждающей жидкости. Тем не менее необходимо обеспечивать еще более узкий допуск на управление углом опережения зажигания для надежной работы двигателя в пределах, исключающих детонацию. Такое управление необходимо, чтобы при склонности к детонации, обусловленной допуском на размеры деталей двигателя, их износом, внешними условиями, качеством топлива, отложением нагара, ни один из цилиндров не перешел границы детонации. Дат¬чик детонации предоставляет возможность регулирования по детонации за счет улавливания возникающей при этом вибрации. Детонационное сгорание топлива приводит к установке более позднего момента зажигания в соответствующем цилиндре. Как только детонация прекращается, происходит постепенное воз¬вращение момента зажигания к более раннему, вплоть до исходного угла опережения зажигания. Для двигателей с турбокомпрессором также имеется комбинированная возможность регулирования по детонации за счет варьирования момента зажигания и давления наддува. Регулирование давления наддува, к тому же в определенных диапазонах частичной нагрузки двигателя, оказывается выгодным, поскольку приводит к сокращению расхода топлива.
Рециркуляция отработавших газов. Во время перекрытия клапанов некоторая часть отработавших газов выталкивается из камеры сгорания во впускной трубопровод. В этом случае при последующем открытии впускного клапана наряду со свежей смесью всегда будет происходить всасывание в цилиндр определенного количества отработавших газов. Варьирование доли отработавших газов возможно за счет их возврата во впускную систему и далее в камеру сгорания посредством клапана рециркуляции, управляемого электронной системой.
Улавливание топливных испарений. В современные системы впрыска, согласно требованиям «Евро-3» и «Евро-4», устанавливается система улавливания топливных испарений, состоящая из угольного адсорбера и электромагнитного клапана продувки адсорбера. С помощью указанной системы происходит улавливание испаряющихся углеводородов из топливного бака, их адсорбирование и подача во впускной трубопровод через электромагнитный клапан, который открывается по сигналам блока управления.
Крышка топливного бака выполняется герметичной. Пары топлива улавливаются емкостью с древесным углем. По мере испарений пары адсорбируются в емкости и затем по сигналу блока управления выводятся через электромагнитный клапан во впускной трубопровод и затем в цилиндры двигателя. Чтобы обеспечить устойчивую работу двигателя на холостом ходу и защитить каталитический нейтрализатор от переообогащения смеси, клапан закрывается, а на режимах прогретого двигателя и больших нагрузок открывается.
Рецеркуляция отработавших газов. В целях снижения выбросов оксидов азота, количество которых зависит главным образом от температуры сгорания топливовоздушной смеси, в систему выпуска двигателя устанавливают клапана перепуска (рецеркуляции) отработавших газов, которые работают по сигналам блока управления. Перепуск части отработавших газов во впускной трубопровод, на определенных режимах работы двигателя, позволяет снизить температуру цикла, а значит и выброс оксидов азота.
ЛЯМБДА-РЕГУЛИРОВАНИЕ
Для более точного регулирования горючей смеси в зависимости от качества сгорания (наличия свободного кислорода) и более высокой степени очистки отработавших газов необходима регулировка коэффициента избытка воздуха, чтобы состав смеси был близок к стехиометрическому. С этой целью в двигателях применяют системы, основой которых является специальный датчик, определяющий наличие кислорода в отработавших газах (лямбда-зонд), устанавливаемый в выпускной системе. Такие системы называют системами с обратной связью.
Датчик кислорода или лямбда-зонд (рис.4.) представляет собой элемент из порошка двуокиси циркония, спеченного в форме пробирки, наружная и внутренняя поверхность которой покрыты пористой платиной или ее сплавом, что выполняет роль катализатора и токопроводящих электродов. Внешняя поверхность датчика покрыта тонким защитным слоем керамики. Двуокись циркония при высоких температурах приобретает свойство электролита, а датчик становится гальваническим элементом. Внешняя поверхность датчика соприкасается с отработавшими газами, а внутренняя с атмосферным воздухом.
Принцип работы датчика кислорода показан на рис.5. На поверхности электродов 1 и 2 (пористая платина) всегда присутствует остаточный кислород, связанный с водородом, углеродом или азотом. При высоких температурах (более 350° С) в случае обогащения смеси в граничной зоне Е возникает недостаток кислорода. Отрицательно заряженные ионы кислорода начинают перемещаться к электроду 1, заряд на котором по отношению к электроду 2 становится отрицательным, что приводит к возникновению ЭДС.
Внутреннее сопротивление циркониевого датчика тем выше, чем ниже его температура. Поэтому генерирование ЭДС датчиком начинается только при прогреве его до температуры 350° С. До этого времени потенциал на выходе датчика составляет 0,0…0,50 В – это опорное напряжение, подаваемое от входного каскада блока управления.
Наличие опорного напряжения на входе блока позволяет определить готовность датчика к работе. На режимах пуска, прогрева холодного двигателя, ускорения и режиме максимальной мощности датчик не работает и состав смеси определяется блоком управления. Для расширения диапазона действия датчика и ускорения скорости его прогрева, особенно на режимах холостого хода и в условиях низких температур, применяют подогрев датчиков или их установку в непосредственной близости от двигателя.
При появлении в отработавших газах кислорода (коэффициент избытка воздуха λ больше единицы – бедная смесь) на контактах датчика падает напряжение (Рис.6.)