Система питания с впрыскиванием бензина

Системы с впрыскиванием бензина интенсивно вытесняют традиционные карбюраторные системы.

Основные преимущества систем впрыскивания бензина перед карбюраторными заключаются в следующем:

- раздельное дозирование топлива и воздуха, в результате чего одной и той же подаче воздуха может соответствовать разная подача бензина;

- коррекция основной программы дозирования по многим фак­торам (в зависимости от нагрузки и скоростного режима, темпе­ратуры воздуха и охлаждающей жидкости, атмосферного давления и др.);

- возможность точного дозирования смеси, требуемого для нейт­рализации отработавших газов в системах с l-зондом;

- улучшение мощностных и экономических показателей двигате­ля на 5-15%;

- встроенная диагностика.

В то же время системы впрыскивания уступают карбюраторным по стоимости (дороже в 2-5 раз), сложности устройства и обслуживания при эксплуатации.

Преимущественное применение получили системы с электрон­ным управлением, в которых подача бензина регулируется путем изменения длительности циклического впрыскивания.

По количеству используемых электромагнитных форсунок эти системы можно классифицировать следующим образом:

- с индивидуальной форсункой для каждого цилиндра (распреде­ленное впрыскивание);

- с индивидуальными форсунками для каждого цилиндра и одной пусковой форсункой, общей для всех цилиндров;

- с одной форсункой для всех цилиндров (центральное впрыскивание).

Наибольшее распространение в четырехтактных двигателях получили системы с впрыскиванием бензина электромагнитными форсунками под давлением 0,15-0,4 МПа во впускной тракт. Впрыскивание бензина непосредственно в цилиндр автомобильного двигателя широкого практического применения не находит из-за неблагоприятных условий работы форсунки, трудности размещения ее в камере сгорания, а также из-за высокого давления впрыскивания (3,5-10,0 МПа).

На рис.40 показана схема типичной системы распределенного впрыскивания бензина1.

Топливо из бака 1 всасывается электрическим бензонасосом 2, а затем через фильтр тонкой очистки 3 нагнетается в магистраль 6, в которой редукционным клапаном 7 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 5. Избыток топлива от клапана 7 возвращается обратно в бак.

Из нагнетательной магистрали топливо подводится к индивиду­альным электромагнитным форсункам 5, подающим его в зону впускных клапанов.

Воздух поступает в цилиндры через измеритель расхода 10 и впускной трубопровод 8. Количество воздуха регулируется дрос­сельной заслонкой.

Электронная система управления дозированием топлива пита­ется от аккумулятора 15 и включается в цепь при замыкании замка зажигания 16.

Сигналы измерителя расхода воздуха 10 и распределителя зажигания 13 (сигнал частоты вращения вала) обрабатываются электронным блоком управления 4, который в соответствии с заложенной в него программой выдает импульсы, управляющие открытием клапанов форсунок и имеющие определенную про­должительность на каждом режиме работы двигателя. Для упро­щения схемы электронного блока в четырехцилиндровом двигателе цикловая доза подается одновременно двумя форсунками, т.е. реализуется принцип группового впрыскивания. Это в существен­ной степени по сравнению с одновременным впрыскиванием всеми форсунками выравнивает условия смесеобразования в различных цилиндрах. Разработаны и системы с так называемым фазированным впрыскиванием, в которых впрыскивание в каждый цилиндр осуществляется в одинаковой фазе цикла.

Так как редукционный клапан 7 поддерживает с точностью порядка ± 2 кПа постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном трубопроводе, то цикловая подача топлива форсункой 5 однозначно зависит от времени, в течение которого открыт ее клапан.

Длительность впрыскивания корректируется блоком управ­ления в зависимости от температуры охлаждающей жидкости (датчик 12), экономайзерный эффект и обогащение смеси на режимах разгона обеспечиваются по сигналам датчика 9, соединен­ного механически с осью дроссельной заслонки. В датчике предус­мотрена также контактная пара, подающая сигнал для отключения топливоподачи на режимах принудительного холостого хода. Отключение подачи происходит при закрытой дроссельной заслон­ке, когда частота вращения превышает примерно 1500 мин^-1, подача вновь включается при частоте вращения ниже 900 мин^-1. Имеется коррекция порога отключения подачи топлива в зависимости от температурного режима двигателя.

Чтобы обеспечить устойчивую работу двигателя на холостом ходу с заданной частотой вращения, предусмотрено автоматическое регулирование количества поступающего в двигатель воздуха в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. На холостом ходу непрогретого двигателя дроссельная заслонка закрыта, а воздух поступает через верхний и нижний байпасные каналы. По мере прогрева двигателя, начиная с температуры жидкости 50-70°С, регулятор дополнительного воздуха 14 прекращает Подачу до­полнительного воздуха. После этого воздух поступает только через верхний байпас, сечение которого можно изменить винтом регулировки частоты вращения на холостом ходу.

Система может работать по сигналам l-зонда 14, обеспечивая поддержание состава смеси a»1,0.

Большое значение для безотказной работы редукционного кла­пана и форсунок имеет качественная фильтрация топлива.

Измерение расхода воздуха осуществляется термоанемометром с высокой точностью и позволяет поддерживать постоянным состав смеси при изменении атмосферного давления. Чувствительный элемент из платиновой проволоки толщиной 70 мкм, расположен­ной по поперечному сечению впускного трубопровода, включен в цепь моста сопротивлений. Проволока подогревается элект­рическим током до постоянной температуры 150°С. Чем больше расход воздуха, тем сильнее теплосъем с проволоки, ее температура и сопротивление уменьшаются, а ток подогрева возрастает. Сила тока, пропорциональная расходу воздуха, непрерывно измеряется мостовой схемой и определяет величину расхода воздуха.

После остановки двигателя нить термоанемометра по команде блока управления кратковременно разогревается до повышенной температуры с целью очищения (выжигания) нити от загрязнений, которые могут искажать сигнал о расходе воздуха.

Точность дозирования и равномерность топливоподачи по цилиндрам во многом зависят от качества форсунок. Принципиаль­ная схема электромагнитной форсунки показана на рис.41. Топливо подводится к корпусу форсунки по шлангу через фильтр 6. В корпусе форсунки размещены клапан 2 с распыливающим наконечником 1 и быстродействующий электромагнит 5, концы обмотки которого выведены наружу через изолированные от кор­пуса контакты 7. Когда электромагнит обесточен, то пружиной 4 клапан прижимается к седлу. Клапан открывается примерно на 0,1 мм, когда на контакты форсунки подается управляющий электрический импульс. Разброс цикловых подач у одного комп­лекта форсунки может достигать ±4,0% на малых подачах и ±1,5% на больших, что обеспечивает значительно лучшую равномерность составов смеси по цилиндрам, чем при карбюрации или централь­ном впрыскивании.

Бензонасос имеет электрический привод (рис.42), что позво­ляет при запуске включать его (поворотом ключа в замке зажигания) до начала проворачивания коленчатого вала стартером. Это обес­печивает создание требуемого для впрыскивания давления в нагне­тательной магистрали, когда двигатель еще не работает.

Часто для лучшего охлаждения электромотора электрический бензонасос делают в герметичном исполнении и погружают его в топливо, находящееся в баке.

Ротор насоса 2 (рис.43) расположен эксцентрично относитель­но корпуса 4 и вращается вместе с якорем электромотора (см. рис.42). Ролики 3 (рис.43) перемещаются в канавках ротора, постоянно прижимаясь к опорной поверхности статора.

Принцип работы насоса поясняют схемы на рис.43. При вращении ротора увеличивается объем серповидной полости, ограниченной поверхностью статора 4, ротором 2 и двумя роликами, расположенными выше и ниже впускного отверстия 1 (рис.43, а).

При этом указанная полость заполняется бензином. Когда ротор, а вместе с ним и рассматриваемые ролики займут положение, пока­занное на рис.43, б, объем серповидной полости между роликами будет уменьшаться, что и обеспечит подачу бензина в нагнетатель­ную магистраль.

Редукционный клапан 2 (см. рис.42) предохраняет систему от чрезмерного повышения давления, а обратный клапан 5 препятст­вует стеканию топлива в бак после остановки насоса.