что такое система впрыска

О системах впрыска

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование — инжекторная система, от injection – впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска используется как на бензиновых, так и дизельных двигателях. Вместе с тем, конструкции и работа систем впрыска бензиновых и дизельных двигателей существенным образом различаются.

В бензиновых двигателях с помощью впрыска образуется однородная топливно-воздушная смесь, которая принудительно воспламеняется от искры. В дизельных двигателях впрыск топлива производится под высоким давлением, порция топлива смешивается со сжатым (горячим) воздухом и почти мгновенно воспламеняется. Давление впрыска определяет величину порции впрыскиваемого топлива и соответственно мощность двигателя. Поэтому, чем больше давление, тем выше мощность двигателя.

Система впрыска топлива является составной частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунка (инжектор).

☑ Системы впрыска бензиновых двигателей

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

✔ система центрального впрыска;
✔ система распределенного впрыска;
✔ система непосредственного впрыска.

Системы центрального и распределенного впрыска являются системами предварительного впрыска, т.е. впрыск в них производится не доходя до камеры сгорания — во впускном коллекторе.

Центральный впрыск (моновпрыск) осуществляется одной форсункой, устанавливаемой во впускном коллекторе. По сути это карбюратор с форсункой. В настоящее время системы центрального впрыска не производятся, но все еще встречаются на легковых автомобилях. Преимуществами данной системы являются простота и надежность, а недостатками — повышенный расход топлива, низкие экологические показатели.

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой. Образование топливно-воздушной смеси происходит во впускном коллекторе. Является самой распространенной системой впрыска бензиновых двигателей. Ее отличает умеренное потребление топлива, низкий уровень вредных выбросов, невысокие требования к качеству топлива.

Перспективной является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Система позволяет создавать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя, повысить степень сжатия, тем самым обеспечивает полное сгорание смеси, экономию топлива, повышение мощности двигателя, снижение вредных выбросов. С другой стороны ее отличает сложность конструкции, высокие эксплуатационные требования (очень чувствительна к качеству топлива, особенно к содержанию в нем серы).

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, который используют все современные системы.

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

☑ Системы впрыска дизельных двигателей

Впрыск топлива в дизельных двигателях может производиться двумя способами: в предварительную камеру или непосредственно в камеру сгорания.

Двигатели с впрыском в предварительную камеру отличает низкий уровень шума и плавность работы. Но в настоящее время предпочтение отдается системам непосредственного впрыска. Несмотря на повышенный уровень шума, такие системы имеют высокую топливную экономичность.

Определяющим конструктивным элементом системы впрыска дизельного двигателя является топливный насос высокого давления (ТНВД).

На легковые автомобили с дизельным двигателем устанавливаются различные конструкции систем впрыска:

✔ система впрыска с рядным ТНВД;
✔ система впрыска с распределительным ТНВД;
✔ система впрыска насос-форсунками;
✔ система впрыска Сommon Rail.

Прогрессивные системы впрыска — насос-форсунки и система Сommon Rail.

В системе впрыска насос-форсунками функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Насос-форсунка имеет постоянный (неотключаемый) привод от распределительного вала двигателя, поэтому подвержена интенсивному износу. Это качество насос-форсунки направляет предпочтения автопроизводителей в сторону системы Сommon Rail.

Работа системы впрыска Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (в переводе common rail — общая рампа). Другое название системы — аккумуляторная система впрыска. Для снижения уровня шума, улучшения самовоспламенения и снижения вредных выбросов в системе реализован многократный впрыск топлива — предварительный, основной и дополнительный.

Системы впрыска дизельных двигателей могут иметь механическое или электронное управление. В механических системах регулирование давления, объема и момента подачи топлива производится механическим способом. Электроника образует систему управления дизелем.

Источник

Системы впрыска топлива

В конце 60х-начале 70х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами, среди которых значительную часть составляли выхлопные газы автомобилей. До этого времени состав продуктов сгорания двигателей внутреннего сгорания никого не интересовал. В целях максимального использования воздуха в процессе сгорания и достижения максимально возможной мощности двигателя состав смеси регулировался с таким расчетом, чтобы в ней был избыток бензина. В результате в продуктах сгорания совершенно отсутствовал кислород, однако оставалось несгоревшее топливо, а вредные для здоровья вещества образуются главным образом при неполном сгорании. В стремлении повышать мощность конструкторы устанавливали на карбюраторы ускорительные насосы, впрыскивающие топливо во впускной коллектор при каждом резком нажатии на педаль акселератора, т.е. когда требуется резкий разгон автомобиля. В цилиндры при этом попадает чрезмерное количество топлива, не соответствующее количеству воздуха. В условиях городского движения ускорительный насос срабатывает практически на всех перекрестках со светофорами, где автомобили должны то останавливаться, то быстро трогаться с места. Неполное сгорание имеет место также при работе двигателя на холостых оборотах, а особенно при торможении двигателем. При закрытом дросселе воздух проходит через каналы холостого хода карбюратора с большой скоростью, всасывая слишком много топлива. Из-за значительного разрежения во впускном трубопроводе в цилиндры засасывается мало воздуха, давление в камере сгорания остается к концу такта сжатия сравнительно низким, процесс сгорания чрезмерно богатой смеси проходит медленно, и в выхлопных газах остается много несгоревшего топлива. Описанные режимы работы двигателя резко повышают содержание токсических соединения в продуктах сгорания.
Стало очевидно, что для понижения вредных для жизнедеятельности человека выбросов в атмосферу надо кардинально менять подход к конструированию топливной аппаратуры.
СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА

Для снижения вредных выбросов в систему выпуска было предложено устанавливать каталитический нейтрализатор отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух/бензин 14,7:1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводило к падению эффективности его работы и ускоренному выходу из строя. Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили. Альтернативой могли стать только системы впрыска. Первые системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля. Этот результат вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы. Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий. Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь — в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-зонд. Данная система разрабатывалась уже с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). По сигналам датчика кислорода ЭБУ корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси.
На сегоднящний день инжекторый (или, говоря по-русски, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшую карбюраторную систему. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).
Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:
точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход.
снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов.
увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%. Происходит за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.
улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси.
легкость пуска независимо от погодных условий.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ (на примере электронной системы распределенного впрыска)

В современных впрысковых двигателях для каждого цилиндра предусмотрена индивидуальная форсунка. Все форсунки соединяются с топливной рампой, где топливо находится под давлением, которое создает электробензонасос. Количество впрыскиваемого топлива зависит от продолжительности открытия форсунки. Момент открытия регулирует электронный блок управления (контроллер) на основании обрабатываемых им данных от различных датчиков.
Датчик массового расхода воздуха служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.
Датчик положения дроссельной заслонки служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.
Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и для управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя.
Датчик положения коленвала служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.
Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах. Информация, которую выдает датчик, используется электронным блоком управления для корректировки количества подаваемого топлива. Датчик кислорода используется только в системах с каталитическим нейтрализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода- до катализатора и после него).
Датчик детонации служит для контроля за детонацией. При обнаружении последней ЭБУ включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания.
Здесь перечислены только некоторые основные датчики, необходимые для работы системы. Комплектации датчиков на различных автомобилях зависят от системы впрыска, от норм токсичности и пр.
Про результатам опроса определенных в программе датчиков, программа ЭБУ осуществляет управление исполнительными механизмами, к которым относятся: форсунки, бензонасос, модуль зажигания, регулятор холостого хода, клапан адсорбера системы улавливания паров бензина, вентилятор системы охлаждения и др. (все опять же зависит от конкретной модели)
Из всего перечесленного, возможно, не все знают, что такое адсорбер. Адсорбер является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 запрещен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг. На неработающем двигателе пары бензина попадают в адсорбер из бака и впускного коллектора, где происходит их поглощение. При запуске двигателя адсорбер по команде ЭБУ продувается потоком воздуха, всасываемого двигателем, пары увлекаются этим потоком и дожигаются в камере сгорания.
ТИПЫ

В зависимости от количества форсунок и места подачи топлива, системы впрыска подразделяются на три типа: одноточечный или моновпрыск (одна форсунка во впускном коллекторе на все цилиндры), многоточечный или распределенный (у каждого цилиндра своя форсунка, которая подает топливо в коллектор) и непосредственный (топливо подается форсунками непосредственно в цилиндры, как у дизелей).

Одноточечный впрыск проще, он менее начинен управляющей электроникой, но и менее эффективен. Управляющая электроника позволяет снимать информацию с датчиков и сразу же менять параметры впрыска. Немаловажно и то, что под моновпрыск легко адаптируются карбюраторные двигатели почти без конструктивных переделок или технологических изменений в производстве. У одноточечного впрыска преимущество перед карбюратором состоит в экономии топлива, экологической чистоте и относительной стабильности и надежности параметров. А вот в приёмистости двигателя одноточечный впрыск проигрывает. Еще один недостаток: при использовании одноточечного впрыска, как и при использовании карбюратора до 30% бензина оседает на стенках коллектора.
Системы одноточечного впрыска, безусловно, являлись шагом вперед по сравнению с карбюраторными системами питания, но уже не удовлетворяют современным требованиям.

Более совершенными являются системы многоточечного впрыска, в которых подача топлива к каждому цилиндру осуществляется индивидуально. Распределенный впрыск мощнее, экономичнее и сложнее. Применение такого впрыска увеличивает мощность двигателя примерно на 7-10 процентов. Основные преимущества распределенного впрыска:
возможность автоматической настройки на разных оборотах и соответственно улучшение наполнения цилиндров, в итоге при той же максимальной мощности автомобиль разгоняется гораздо быстрее;
бензин впрыскивается вблизи впускного клапана, что существенно снижает потери на оседание во впускном коллекторе и позволяет осуществлять более точную регулировку подачи топлива.

Непосредственный впрыск как очередное и эффективное средство в деле оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового двигателя реализует простые принципы. А именно: более тщательно распыляет топливо, лучше перемешивает с воздухом и грамотней распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. В итоге двигатели с непосредственным впрыском потребляют меньше топлива, чем обычные «впрысковые» моторы (в особенности при спокойной езде на невысокой скорости); при одинаковом рабочем объеме они обеспечивают более интенсивное ускорение автомобиля; у них чище выхлоп; они гарантируют более высокую литровую мощность за счет большей степени сжатия и эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах. В то же время они нуждаются в качественном бензине с низким содержанием серы и механических примесей, чтобы обеспечить нормальную работу топливной аппаратуры.
А как раз главное несоответствие между ГОСТами, ныне действующими в России и Украине, и евростандартами- повышенное содержание серы, ароматических углеводородов и бензола. Например, российско-украинский стандарт допускает наличие 500 мг серы в 1 кг топлива, тогда как «Евро-3»- 150 мг, «Евро-4»- лишь 50 мг, а «Евро-5»- всего 10 мг. Сера и вода способны активизировать коррозионные процессы на поверхности деталей, а мусор является источником абразивного износа калиброванных отверстий форсунок и плунжерных пар насосов. В результате износа снижается рабочее давление насоса и ухудшается качество распыления бензина. Все это отражается на характеристиках двигателей и равномерности их работы.
Первой применила двигатель с непосредственным впрыском на серийном автомобиле компания Mitsubishi. Поэтому рассмотрим устройство и принципы действия непосредственного впрыска на примере двигателя GDI (Gasoline Direct Injection). Двигатель GDI может работать в режиме сгорания сверхобедненной топливовоздушной смеси: соотношение воздуха и топлива по массе до 30-40:1. Максимально возможное для традиционных инжекторных двигателей с распределенным впрыском соотношение равно 20-24:1 (стоит напомнить, что оптимальный, так называемый стехиометрический, состав — 14,7:1) — если избыток воздуха будет больше, переобедненная смесь просто не воспламенится. На двигателе GDI распыленное топливо находится в цилиндре в виде облака, сосредоточенного в районе свечи зажигания. Поэтому, хотя в целом смесь переобедненная, у свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и легко воспламеняется. В то же время, обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая. Последнее обстоятельство позволяет повысить степень сжатия, а значит увеличить и мощность, и крутящий момент. За счет того, что при впрыскивании и испарении в цилиндр топлива, воздушный заряд охлаждается — несколько улучшается наполнение цилиндров, а также снова снижается вероятность возникновения детонации.
Основные конструктивные отличия GDI от обычного впрыска:

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Механический насос (подобный ТНВД дизельного двигателя) развивает давление в 50 бар (у инжекторного двигателя электронасос в баке создает в магистрали давление около 3-3,5 бар).
Форсунки высокого давления с вихревыми распылителями создают форму топливного факела, в соответствии с режимом работы двигателя. На мощностном режиме работы впрыск происходит на режиме впуска и образуется конический топливовоздушный факел. На режиме работы на сверхбедных смесях впрыск происходит в конце такта сжатия и формируется компактный топливовоздушный факел, который вогнутое днище поршня направляет прямо к свече зажигания.
Поршень. В днище особой формы сделана выемка, при помощи которой топливо-воздушная смесь направляется в район свечи зажигания.
Впускные каналы. На двигателе GDI применены вертикальные впускные каналы, которые обеспечивают формирование в цилиндре т.н. «обратного вихря», направляя топливовоздушную смесь к свече и улучшая наполнение цилиндров воздухом (у обычного двигателя вихрь в цилиндре закручен в противоположную сторону).
Режимы работы двигателя GDI

Источник

Развитие систем впрыска топлива ч.1

C тех пор как в 1885 г. появилась первая система впрыска топлива во впускной трубопровод, примененная на стационарном промышленном двигателе, в области сисстем впрыска топлива происходят постоянные изменения. В 1925 г. на авиационном двигателе был установлен беспоплавковый карбюратор со встроенным механизмом впрыска. В 1930 г. на гоночном мотоцикле появилась электроуправляемая система впрыска. Наконец в 1951 г. на фирме Bosch для автомобилей Gutbrod Superior 600 и Goliaih GP700E был разработан механический топливный насос. Это были первые легковые автомобили, оборудованные системой непосредственного впрыска топлива Такой же системой механическим рядным топливным насосом был оснащен легендарный Mercedes 300 SL.
Пройдя через различные стадии разработок систем впрыска топлива во впускной трубопровод (которые будут описаны ниже), конструкторы в настоящее время снова обратились к применению систем с непосредственным впрыском топлива

Общие сведения о системе Система впрыска топлива, управляемая давлением во впускном тракте, появилась в Германии в 1967 г. на автомобиле Volkswagen 1600 LE, став первой системой с электронным блоком управления. Датчик давления измеряет давление во
впускном трубопроводе и передает эти данные блоку управления как параметр, отображащий уровень нагрузки двигателя.
Электронный блок управления 1 (рис. 1) получает сигналы о давлении во впускном трубопроводе, значениях температуры поступающего воздуха и охлаждающей жидкости либо головки блока цилиндров, положении дроссельной заслонки, процессе пуска, а также частоте вращения коленчатого вала двигателя и моменте начала впрыскивания. Блок управления обрабатывает эти данные и посылает сигналы в виде электрических импульсов форсункам 2. Блок управления связан с электрическими устройствами системы через многоконтактный разъем и жгут проводов. В блоке управления содержится около 300 деталей, из которых примерно 70 являются полупроводниковы ми элементами.

Рис. 1
1. Электронный блок управления
2. Форсунка
3. Датчик давления
4. Температурный датчик охлаждающей жидкости
5. Термовыключатель/термореле
6. Пусковая форсунка
7. Топливный насос
8. Топливный фильтр
9. Регулятор давления топлива
10. Клапан дополнтельного воздуха
11. Датчик положения дроссельной заслонки
12. Датчик-распределитель зажигани
13. Датчик темпера туры всасываемого воздуха

Форсунки 2 впрыскивают топливо во впускной трубопровод перед каждым цилиндром. Датчик давления 3 передает блоку управления данные о нагрузке двигателя. Температурные датчики 4 и 13 сообщают блоку управления информацию о температуре, соответственно, охлаждающей жидкости и воздуха. Термовыключатель или термореле 5 во время пуска двигателя открывает пусковую форсунку 6 с электромагнитным управлением, которая впрыскивает во впускной трубопровод дополнительное количество топлива. Топливный насос 7 подает к форсункам топливо, предварительно очищенное топливным фильтром 8. Регулятор давления топлива 9 поддерживает постоянное давление в топливопроводе. Клапан дополнительного воздуха 10 обеспечивает подачу дополнительного воздуха во время прогрева двигателя. Датчик положения дроссельной заслонки 11 передает на блок управления сигналы о режимах холостого хода, ускорения н полной нагрузки. В датчике-распределителе зажигания 12 находятся контакты цепи управления срабатыванием форсунок — от них на блок управления поступают сигналы о начале впрыскивания топлива и частоте вращения коленчатого вала.

Разработанная фирмой Bosch система D-Jetronic представляет собой впрысковую систему, работа которой зависит преимущественно от давления во впускном трубопроводе и частоты вращения коленчатого вала. Учитывая, что перед дроссельной заслонкой во впускном трубопроводе давление равно атмосферному, за дроссельной заслонкой при работающем двигателе регистрируется пониженное давление, изменяемое в зависимости от положения заслонки. Это пониженное давление во впускном трубопроводе является показателем нагрузки двигателя. Информация о давлении во впускном трубопроводе поступает от датчика давления. Поэтому вся система называется «управляемой давлением» или D-Jetronic (от немецкого Drucksensor — датчик давления).

Начало впрыскивания топлива

Специальные контакты датчика-распределителя зажигания определяют — в соответствии с углом поворота распределительного вала — подачу импульса для срабатывания форсунок (рис. 2). Эти контакты, расположенные в датчике-распределителе зажигания под центробежным регулятором опережения зажигания, замыкаются под действием кулачка на валике привода датчика-распределителя. Кроме того, по интервалам импульсов, формируемых этими контактами, блок управления определяет частоту вращения коленчатого вала, которая используется для расчета продолжительности впрыскивания топлива.

Рис. 2
1. Вакуумный регулятор опережения зажигания диафрагменного типа
2. Контакты цепи управления срабатыванием форсунки
3. Ротор
4. Контакты прерывателя распределителя зажигания
5. Центробежный регулятор
6. Кулачок на валике привода датчика распределителя

Продолжительность впрыскивания топлива

Продолжительность впрыскиван и я топлива определяется, главным образом, двумя факторами: нагрузкой двигателя и частотой вращения коленчатого вала, Эта информация на блок управления поступает от датчика давления и контактов цепи управления срабатыванием форсунок в датчике-распределителе.

Принципиально в работе системы слеующее: начало впрыскивания топлива определяется замыканием контактов цепи управления срабатыванием форсунок в датчике-распределителе зажигания; продолжительность впрыскивания и, тем самым, количество подаваемого топлива определяется данными датчика давления через электронное реле в блоке управления В течение времени подачи импульсов группа клапанов впрыска находится в открытом положении (рис.3).

Измерительная система датчика давлегия (рис. 4) установлена в герметичном металлическом корпусе, соединенном со впускным трубопроводом двигателя (рис. 5)

Рис. 4
1. Мембрана
2. Анероидная коробка
3. Анероидная коробка
4. Листовая пружина
5. Обмотка катушки
6. Якорь
7. Сердечник
8. Ограничитель частичной нагрузки
9. Ограничитель полной нагрузки
10. Клапан

Рис. 5
ро — атмосферное давление
Pj — давление во впускном трубопроводе
1. Дроссельная заслонка
2. Температурный датчик
3. Датчик давления

В датчике давления имеются две анероидных коробки (сильфоны) (рис. 4, поз. 2, 3), сдвигающие якорь 6 относительно обмотки катушки 5. С увеличением нагрузки, связанным с повышением давления во впускном трубопроводе, анероидные коробки сжимаются и якорь еще глубже втягивается в катушку, в результате чего изменяется ее индуктивность.

Таким образом, этот датчик преобразовывает пневматический импульс в электрический сигнал. Индуктивный элемент в датчике давления связан с электронным задатчиком времени в блоке управления. Блок управления определяет продолжительность электрических импульсов для управления работой форсунок. Тем самым продолжительность впрыскивания топлива напрямую зависит от давления во впускном трубопроводе. При закрытой дроссельной заслонке давление во впускном трубопроводе низкое. Анероидиые коробки сжаты не так сильно, и якорь выходит из катушки (рис. 6). Индуктивность катушки при этом снижается, импульсы становятся
короче и форсунки впрыскивают меньше топлива.

Рис. 6
Основная функция:
анероидные коробки
2 и 3 расширены
1. Мембрана
2. Анероидная коробка
3. Анероидная коробка
4. Листовая пружина
5. Обмогка катушки
6. Якорь
7. Сердечник
8. Ограничитель частичной нагрузки
9. Ограничитель полной нагрузки
р0 — атмосферное давление
рг — давление во впуокном трубопроводе

Корректировка в соответствии с условиями работы двигателя

Режим полной нагрузки на режиме частичной нагрузки двигателя топливо дозируется таким образом, чтобы расход топлива и доля не сгоревших компонентов ОГ были как можно более низкими. На режиме полной нагрузки,

пап роти в, количество впрыскиваемого топлива определяется требованием получения максимальной мощности, т. с. при полной нагрузке необходимо впрыскивание дополнительных порций топлива. Данные по обогащению смеси на режиме полной нагрузки поступают от датчика давления. Индуктивность катушки изменяется при перемещении якоря, вызванного расширением или сжатием анероидных коробок. На режиме частичной нагрузки (рис. 7) атмосферное давление ро превышает давление во впускном трубопроводе рг Вследствие этого мембрана контактирует с ограничителем частичной нагрузки. На якорь воздействуют только анероидные коробки.

Рис. 7
Основная функция:
анероидные коробки 2 и 3 слегка сжаты.
Дополнительная функция:
мембрана контактирует с ограничителем частичной нагрузки ро атмосферное давление рх давление во впускном трубопроводе

На режиме полной нагрузки (рис. 8) давление во впускном трубопроводе примерно равно атмосферному. В этом случае листовая пружина в состоянии прижать мембрану к ограничителю полной нагрузки. Это дополнительно смещает анероидные коробки, сигнализируя блоку управления о режиме полной нагрузки. В системах впрыска, которые должны удовлетворять более строгим нормам по ограничению токсичности ОГ, обогащение смеси па режиме полной нагрузки создается дополнительными контактами на датчике положения дроссельной заслонки. 11о этой причине для такого обогащения смеси действие мембраны в датчике давления не требуется.

Рис. 8
Основная функция:
анероидные коробки 2 и 3 сжаты:
Дополнительная функция:
мембрана контактирует с ограничителем полной нагрузки ро — атмосферное давление рх — давление во впускном трубопроводе Коррекция но высоте над уровнем моря В системах с обогащением смеси на режиме полной нагрузки с помощью датчика положения дроссельной заслонки в датчике давления вместо двойных анероидных коробок имеется одна закрытая анероидная коробка и одна открытая, т.е. сообщающаяся с атмосферой. Тем самым учитывается не только давление во впускном трубопроводе, но и разница между атмосферным давлением и давлением во впускном трубопроводе. На практике это означает, что на режиме частичной нагрузки достигается значительно лучшая коррекция работы двигателя в зависимости от высоты над уровнем моря.

Обзор систем впрыска топлива

Просмотров: 3505
Задача впрысковых или карбюраторных систем подачи топлива состоит в дозировании рабочей смеси, наиболее оптимальной для каждого режима работы двигателя.

Системы впрыска топлива, особенно с электронным управлением, значительно более, чем карбюраторы, подходят для соблюдения жестких требований к подготовке смеси. Дополнительно они создают преимущества в отношении расхода топлива, динамических свойств и выходной мощности двигателя. Требования все более строгих нормативов привели к тому, что на автомобилях впрыск окончательно вытеснил карбюраторы.

До сих пор почти исключительно применялись системы, в которых образование смеси происходило за пределами камеры сгорания (впрыск во впускной трубоипровод). Системы с внутренним смесеобразованием, т. е. с впрыском непосредственно в камеру сгорания (непосредственный впрыск) в лучшей мере обеспечивают дальнейшее снижение расхода топлива, а потому преобретают все большее значение.

Системы впрыска топлива с внешним смесеобразованием отличаются тем, что рабочая смесь образуется за пределами камеры сгорания, т. е. во впускном трубопроводе. Такие системы постоянно развивались, с тем чтобы соответствовать растущим требованиям.
Сегодня получают развитие только электронное-управляемые системы многоточечного впрыска топлива.

Системы многоточечного впрыска топлива

В таких системах (рис. 1) каждый цилиндр имеет свою форсунку, впрыскивающую топливо непосредственно на впускной кланан этого цилиндра (Multi Point Injection — многоточечный впрыск). Системы многоточечного впрыска топлива создают идеальные условия для выполнения всех необходимых требований к системе подготовки смеси.

Рис.1
1. Топливо
2. Воздух
3. Дроссельная заслонка
4. Впускной трубопровод
5. Форсунки
6. Двигатель

Механическая система впрыска топлива

В механической системе впрыска топлива К-Jetronic масса впрыскиваемого топлива определяется дозирующим топливораспределительным устройством, от которого топливо направляется к форсунке, открывающейся при определенном давлении и после этого постоянно (без перерывов) впрыскивающей топливо.

Комбинированная электронно-механическая система впрыска топлива

Такая система КЕ-Jetronic базируется на механической системе K-Jetronic, которая дополнена электронным блоком, управляющим режимом работы насоса и форсунок с дозирующим топливораспределительным устройством. Благодаря этому осуществляется более точное управление впрыскиванием топлива в соответствии с меняющимися рабочими режимами двигателя.

Электронные системы впрыска топлива

Электронноуправляемые системы впрыска обеспечивают впрыскивание топлива в прерывистом режиме через форсунки с электромагнитным управлением. Масса впрыскиваемого топлива определяется временем работы (открытия) форсунки (для заданного падения давления в форсунке).

Примеры: системы L-Jetronic, LH-Jetronic и Motronic как интегрированная система управления двигателем (М-Моtгоniс, МЕ-Моtronie).

Система впрыска топлива через одну форсунку (одноточечный или центральный впрыск)

В такой системе (рис. 2) топливо периодически впрыскивается во впускной трубопровод одной форсункой с электромагиитным при водом, расположеной во впускном трубопроводе перед дроссельной заслонкой (Single Point Injection — одноточечный впрыск). Системы одноточечного (центрального) впрыска топлива производства фирмы Bosch получили названия Mono-Jetronic и Mono-Motronic.

Рис. 2
1. Подача топлива
2. Поступление воздуха
3. Дроссельная заслонка
4. Впускной трубопровод
5. Форсунка
6. Двигатель

В системах непосредственного впрыска ьтопливо впрыскивается форсунками с электромагнитным управлением, размещенными в каждом цилиндре, непосредственно в камеру сгорания (рис. 3). Образование смеси в камере сгорания позволяет двигателю работать двумя совершенно разными способами. В условиях гомогенной смеси она распределена по своему составу однородно по всей камере сгорания, как и при внешнем смесеобразовании, — все количество находящейся в камере сгорания свежей смеси принимает участие в процессе сгорания. Поэтому такой режим используется, когда необходимо получение высокого крутящего момента. В условиях послойного распределения смеси она должна быть горючей только непосредственно возле свечей зажигания. В остальном объеме камеры сгорания находятся свежая смесь и остаточные ОГ без следов пестревшего топлива. Тем самым, на режимах холостого хода и частичной нагрузки создается, в общем, весьма бедная смесь, что обеспечивает снижение расхода топлива. Для управления двигателем с непосредственным впрыском используется система МЕD- Моtronic

Рис. 3
1. Подача топлива
2. Поступление воздуха
3. Электронно-управяемая дроссельная заслонка EGAS)
4. Впускной трубопровод
5. Форсунки
6. Двигатель

История разработки систем смесеобразования.

Проблема образования горючей смеси появилась еще во времена, когда разрабатывались первые ДВС. В частности, от ее решения, а также от работоспособности механизма зажигания зависела вообще возможность работы такого двигателя.
В общих чертах карбюратор был создан еще в XVIII веке. Тогда проводились опыты с целью получить такие испарения жидких материалов, которые бы позволили улучшить работу отопительных и осветительных устройств.
Идею испарять жидкость для работы дивигателя впервые предложил в 1795 г. Роберт Стрит. Для этого он использовал скипидар или дегтярное масло. Сэмюэль Морей и Эскин Азар в 1825 г. создали двухцилиндровый двигатель, сконструировав для него первый корбюратор, который был запатентован в Великобритании под номером 5402. До того времени подробные системы смесеобразования работали по преимуществу на скипидаре или керосине.

Все изменилось в 1833 г., когда профессору химии Эйлхарду Мичерлиху из берлина удалось с помощью термокресинга расщепить бензойную кислоту, В результате реакции он получил так называемый «этилен Фарадея», который назвал бензолом, ставшим предшественником современного бензина.
Первый бензиновый карбюратор был сконструирован Уильямом Барнеттом, получившим в 1838 г. за это изобретение патент под номером 7615.
Такие разработки в те годы представляли собой фитильный (рис. 1) либо испарительный (рис. 2) карбюраторы. Первый корбюратор, примененный в автомобиле, был фитильным. Фитиль впитывал топливо примерно так же, как в керосиновой лампе. Этот фитиль находился в потоке всасываемого воздуха, благодаря чему происходило смешивание воздуха и топлива. В испарительном карбюраторе топливо подогревалось ОГ двигателя, в результате чего на поверхности топлива образовывался слой топливных паров, которые, попадая в воздушный поток, смешивались с воздухом до образования необходимой рабочей смеси.

Рис. 1
1. Подача рабочей смеси к двигателю
2. Кольцевой золотник
3. Поступление воздуха
4. Фитиль
5. Поплавковая камера с поплавком
6. Подача топлива
7. Подача дополнительного воздуха
8. Дроссельная заслонка

Рис.2
1. Поступление воздуха
2. Подача рабочей смеси к двигателю
3. Топливоразделитель
4. Поплавок
5. Топливо
6. Поступление ОГ от двигателя
7. Топливозаливная горловина

В 1882 г. в Берлине Зигфрид Маркус подал заявку на получение патента на изобретенный им карбюратор с вращающейся
щеткой (рис. 3). Быстро вращающаяся круглая щетка 3, приводимая от колеса 1, обеспечивала вместе со съемником 2 образование в щеточной камере 4 топливного тумана. Через патрубок 5 этот туман всасывался в двигатель. Щеточный карбюратор занимал у производителей двигателей ведущее положение примерно в течение 11 лег.

Рис. 3
1. Приводное колесо
2. Съемник топлива
3. Щетка
4. Щеточная камера
5. Впускной патрубок

В 1885 г. Николаус Август Отто создал ДВС, работающий на углеводородном топливе (спирт/бензин) — этой цели Отто добивался с I860 г. Первый бензиновый двигатель (двигатель с искровым зажиганием или двигатель Отто), работающий по четырехтактному циклу и оснащенный испарительным карбюратором и электрическим магнето собственной конструкции того же Отто, был отмечен премией на Всемирной выставке в Антверпене. Большое количество этих двигателей (рис. 4) несколько лет выпускала и продавала фирма Otto & Langen, Deutz.

Рис. 4
А — карбюратор
В — двигатель с искрооым зажиганием
1. Поступление воздуха
2. Воздуховод
3. Резервуар с гравием <для гашения пламени)
4. Воронка для заливания воды
5. Заливной потру бок для топлива
6. Поплавок
7. Емкость для бензина
8. Трубопровод для пропуска ОГ
9. Отсечной клапан
10. Поддон для подогрева
11. Охлаждающая водяная рубашка
12. Водяная магистраль
13. Поступление охлаждающей воды
14. Поступление рабочей смеси
15. Магнето
16. Кран отключения подачи смеси
17. Поступление воздуха
18. Кран отключения подачи воздуха

В том же году Карл Бенц установил на своем первом автомобиле (рис. 5) испарительный карбюратор собственной конструкции. Спустя некоторое время он усовершенствовал этот карбюратор, добавив поплавковый клапан, чтобы уровень бензина автоматически поддерживался постоянным.

В 1893 г. Вильгельм Майбах создал свой жиклерный карбюратор (рис. 7), в котором топливо впрыскивалось из жиклера на отражающую поверхность дефлектора, благодаря чему обеспечивался конусообразный распыл топлива (рис. 8).

Рис. 7
1. Поступление воздуха
2. Подача топлива
3. Подпружиненный поплавок
4. Выход рабочей смеси
5. Стопорное устройство для поворотного золотника
6. Поворотный золотник для регулирования смеси
7. Поплавок
8. Жиклер

Рис. 8
1. Подача рабочей смеси к двигателю
2. Поверхность дефлектора
3. Топливная форсунка (жиклер)
4. Поступление воздуха
5. Поплавковая камера с поплавком
6. Подача топлива
7. Дроссельная заслонка

В 1906-1907 гг. появились карбюратор Клоделя и проекты карбюраторов Франсуа Бавери, придавшие новые импульсы развитию производства карбюраторов. В этих карбюраторах (рис. 9), впоследствии ставших известными под маркой ZENITH, дополнительный или уравнительный (компенсационный) жиклер, обедняющий топливо, обеспечивает приготовление почти неизменной смеси, несмотря на возрастающую скорость потока всасываемого воздуха.

В это же время патентные заявки на карбюраторы подали Меннесон и Гудар. Их конструкции (рис. 10) приобрели мировую известность под названием SOLEX.

Источник