Электрическая часть системы впрыска «К-Джетроник»

Большинство элементов системы впрыска «К-Джетроник» имеют питание от управляющего реле и только пусковая электромагнитная форсунка с термореле подключены к клемме "50" выключателя зажигания (рис.). При пуске холодного двигателя напряжение с клеммы "50" подает­ся на пусковую форсунку и термореле. Если пуск продолжается более чем 10…15 с, то термореле выключает пусковую форсунку, чтобы смесь не переобогатилась. Если при запуске двигатель прогрет (температура около 36°С), термореле разомкнуто пусковая форсунка при этом не функционирует. Форсунка работает некоторое время и после выключения стартера.

Электронасос, регулятор управляющего давления и клапан доба­вочного воздуха включаются управляющим реле. Электронасос начинает работать при включенном зажигании только в том случае, если вращается коленчатый вал двигателя. Управляющее реле вы­ключает все названные элементы схемы при включенном зажигании, но при невращающемся коленчатом валу двигателя, что важно по со­ображениям безопасности в случае аварии.

Управляющее реле включается после того, как стартер провернет коленчатый вал двигателя. Сигнал на управляющее реле по­ступает от датчика-распределителя, клеммы 1 катушки за­жигания или от соответствующей клеммы коммутатора, при этом управляющее реле распознает сигнал "коленчатый вал двигателя вращается". Если же двигатель не запустился, импульсы к управляющему реле не подаются. Управляющее реле это распознает и отключает топливный насос через 1 секунду после прохождения последнего импульса.

Рис.2. Электрическая схема системы «К-Джетроник»:

1 — аккумуляторная батарея; 2 — генератор; 3 — стартер; 4 — выключатель зажигания; 5 — управляю­щее реле; 6 — термореле; 7 — пусковая электромагнитная форсунка; 8 — датчик-распределитель; 9 — регулятор управляющего давления; 10 — клапан добавочного воздуха; 11 — топливный насос

Порядок выполнения работы

1 Получить задание от преподавателя.

2 Изучить назначение, общую схему и принцип действия сис­темы механического впрыска во впускной трубопровод бензинового двигателя выбранного автомобиля.

3 Определить достоинства и недостатки системы механического впрыска во впускной трубопровод бензинового двигателя.

4 Описание работы системы механического впрыска во впускной трубопровод бензинового двигателя.

5 Ознакомиться с материалами деталей.

Содержание отчета.

1. Название работы.

2. Выписать основные сведения по механической системе впрыска во впускной трубопровод бензинового двигателя заданной мо­дели автомобиля.

3. Описание работы системы впрыска K- Jetronic.

4. Описание работы клапанной форсунки механической системы впрыска.

5 Назначение и принцип работы топливного насоса.

6. Назначение и принцип работы накопителя топлива.

7. Назначение и принцип работы регулятора топлива.

8. Назначение устройства для обогащения топливной смеси при увеличении частоты вращения коленчатого вала холодного двигателя.

Контрольные вопросы

1 Преимущества систем впрыска топлива по сравнению с карбюраторными системами.

2 Виды систем впрыска топлива

3 Основные элементы и блоки механической системы впрыска

K- Jetronic.

4 Принцип работы системы впрыска K- Jetronic.

5 Принцип работы клапанной форсунки механической системы впрыска.

5. Регулятор давления топлива. Назначение. Принцип работы. 6.Топливный насос. Назначение. Принцип работы.

8. Топливный фильтр.

9. Пусковая форсунка. Назначение. Принцип работы.

10. Достоинства и недостатки механической системы впрыска топлива во впускной трубопровод бензиновых двигателей.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7.

СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА

Цель работы:

1. Изучить назначение, общую схему и принцип действия сис­темы питания двигателя с распределенным впрыском бензина.

2. Изучить конструкцию и работу элементов системы питания двигателя с распределенным впрыском бензина.

Оборудование:

автомобили детали системы питания; съемники и приспособления для выполнения разборочно-сборочных работ; стенд; динамометрический ключ; наборы рожковых, торцевых и накидных ключей, плакаты, учебная литература.

Содержание работы: с помощью учебных пособий, плакатов изучить общее уст­ройство системы питания бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива.

Теоретическая часть

Наиболее современная система распределенного впрыска топлива (рис.1) отличается тем. что во впускном тракте каждого цилиндра устанавливается отдельная форсунка, которая в опре­деленный момент впрыскивает дозированную порцию бензина на впускной клапан соответ­ствующего цилиндра. Бензин, поступивший в цилиндр, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Двига­тели с такими системами питания обладают лучшей топливной экономичностью и пони­женным содержанием вредных веществ в отработавших газах по сравнению с кар­бюраторными двигателями. Работой форсунок управляет электрон­ный блок управления (ЭБУ) пред­ставляющий собой специальный компью­тер. который получает и обрабатывает элект­рические сигналы от системы датчиков, сравнивает их показания со значениями, хранящимися в памяти компьютера, и выда­ет управляющие электрические сигналы на электромагнитные клапаны форсунок и другие исполнительные устройства. Кроме того, ЭБУ постоянно проводит диагностику

Рис. 1 Схема системы распределенного впрыска топлива Motronic: 1 — подача топ­лива; 2 — поступление воздуха; 3 — дрос­сельная заслонка: 4 — впускной трубопро­вод: 5- форсунка;

6- двигатель

системы впрыска топлива и при возникно­вении неполадок в работе предупреждает водителя с помощью контрольной лампы, установленной в щитке приборов. Серьезные неполадки записываются в памяти бло­ка управления и могут быть считаны при проведении диагностики.

Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:

— система подачи и очистки топлива;

— система подачи и очистки воздуха;

— система улавливания и сжигания паров бензина.

— электронная часть с набором датчиков;

— системе выпуска и дожигания отработав­ших газов.

Система подачи топлива состоит из топ­ливного бака, электрического бензонасоса, топливного фильтра, трубопроводов и топ­ливной рампы, на которой установлены форсунки и регулятор давления топлива.

Электробензонасос (обычно роликовый) может устанавливаться как внутри бензобака, так и снаружи. Бензонасос включается с помощью электромагнитного реле. Бен­зин засасывается насосом из бака и одновременно омывает и охлаждает электродвигатель насоса. На выходе из насоса имеется обратный клапан, который не позволяет топливу выте­кать из напорной магистрали при выключенном бензонасосе. Для ограничения давления служит предохранительный клапан.

Поступающее от бензонасоса топливо, под давлением не менее 280 кПа проходит через топливный фильтр тонкой очистки и поступает к топливной рампе. Фильтр имеет металлический корпус, заполненный бумажным фильтрующим элементом.

Рампа (рис.2) представляет собой полую конструкцию, к которой крепятся форсунки и регулятор давления. Рампа крепится болтами к впускному трубопроводу двигателя. На рампе также устанавливается штуцер, который служит для контроля давления топлива. Штуцер закрыт резьбовой пробкой для предохранения от загрязнения.

Рис. 2 Топливная рампа пятицилиндрового двигателя с установленными на ней форсунками, регулятором давления и штуцером для контроля давления

Форсунка (рис. 3) Форсунка пред­ставляет собой электромагнитный клапан. Форсунка предназначена для впрыска дозированного количества топлива, необходимого для приготовления горючей смеси при различных режимах работы двигателя. Дозирование количества топлива зависит от длительности электрического импульса, поступающего в обмотку катушки электромагнита форсунки. Впрыск топлива форсункой синхронизирован с положением поршня в цилиндре двигателя.

Форсунка состоит из корпуса 3, крышки 6, обмотки катушки 4,электромагнита, сердечника 8электромагнита, иглы 2запорного клапана, корпуса 9распылителя, насадки 1распылителя и фильтра 5. При работе двигателя топливо под давлением поступает в форсунку через фильтр 5 и проходит к запорному клапану, который находится в закрытом положении под действием пружины 7.

Рис. 3. Форсунка электронной системы впрыска:

1 – насадка; 2 – игла; 3,9 – корпуса; 4 – обмотка катушки; 5 – фильтр; 6 – крышка; 7 – пружина; 8 – сердечник

При поступлении электрического импульса в обмотку катушки 4электромагнита возникает магнитное поле, которое притягивает сердечник 8и вместе с ним иглу 2запорного клапана. При этом отверстие в корпусе 9 распылителя открывается, и топливо под давлением впрыскивается в распыленном виде во впускной трубопровод.

После прекращения поступления электрического импульса в обмотку катушки электромагнита магнитное после исчезает, и под действием пружины 7 сердечник 8электромагнита и игла 2запорного клапана возвращаются в исходное положение. Отверстие в корпусе 9распылителя закрывается, и впрыск топлива из форсунки прекращается.

В верхней части форсунки расположен не­большой сетчатый фильтр, предохраняю­щий распылитель форсунки (имеющий очень маленькие отверстия) от загрязне­ния. Резиновые кольца обеспечивают не­обходимое уплотнение между рампой, форсункой и посадочным местом во впуск­ном трубопроводе. Фиксация форсунки на рампе осуществляется с помощью специального зажима. На корпусе форсунки имеются электрические контакты для подключения электрического разъема.

Рис. 4. Регулятор давления топлива:

1 — корпус: 2 — крышка; 3 — патрубок для вакуумного шланга; 4 — мембрана; 5 — кла­пан; А — топливная полость; Б — вакуумная полость

Регулятор давления топлива (рис. 4.) служит для изменения давления в рампе, в за­висимости от разрежения во впускном трубопроводе. В стальном корпусе регулятора распо­ложен подпружиненный игольчатый клапан, соединенный с диафрагмой. На диафрагму, с од­ной стороны воздействует давление топлива в рампе, а с другой разрежение во впускном трубопроводе. При увеличении разрежения, во время прикрытия дроссельной заслонки, клапан открывается, излишки топлива сливаются по сливному трубопроводу обратно в бак. а давление в рампе уменьшается.

В последнее время появились системы впрыска, в которых отсутствует регулятор давле­ния топлива. Например, на рампе двигателя V8 автомобиля New Range Rover нет регулятора давления, и состав горючей смеси обеспечивается только работой форсунок, получающих сигналы от электронного блока.

Система подачи и очистки воздуха состоит из воздушного фильтра со сменным фильт­рующим элементом, дроссельного патрубка с заслонкой и регулятором холостого хода, реси­вера и выпускного трубопровода.

Ресивер должен иметь достаточно большой объем, для того чтобы сглаживались пульса­ции поступающего в цилиндры двигателя воздуха.

Дроссельный патрубок закреплен на ресивере и служит для изменения количества воз­духа. поступающего в цилиндры двигателя. Изменение количества воздуха осуществляется с помощью дроссельной заслонки, поворачиваемой в корпусе с помощью тросового приво­да от педали «газа». На дроссельном патрубке установлены датчик положения дроссельной заслонки и регулятор холостого хода. В дроссельном патрубке имеются отверстия для забо­ра разрежения, которое используется системой улавливания паров бензина.

В последнее время конструкторы систем впрыска начинают применять электропривод управления, когда между педалью "газа" и дроссельной заслонкой нет механической связи. В таких конструкциях на педали «газа" устанавливаются датчики ее положения, а дроссельная заслонка поворачивается шаговым электродвигателем с редуктором. Электродвигатель поворачивает заслонку по сигналам компьютера, управляющего работой дви­гателя. В таких конструкциях не только обеспечивается четкое выполнение команд водителя, но и имеется возможность влиять на работу двигателя, исправляя ошибки водителя, действием электронных систем поддержания устойчивости автомобиля и других современных электронных систем обеспечения безопасности.

Датчик положения дроссельной заслонки представляет собой потенциометр, ползунок которого соединен с осью дроссельной заслонки. При повороте дросселя, изменяется электри­ческое сопротивление датчика и напряжение его питания, которое является выходным сигналом для ЭБУ. В системах электропривода управления дроссельной заслонкой используется не меньше двух датчиков. чтобы компьютер мог определять направления перемещения заслонки

Регулятор холостого хода служит для регулировки оборотов коленчатого вала двигателя на холостом ходу путем изменения количества воздуха, проходящего в обход закрытой дроссель­ной заслонки. Регулятор состоит из шагового электродвигателя, управляемого ЭБУ. и конусного клапана. В современных системах, имеющих более мощные компьютеры управления работой двигателя, обходятся без регуляторов холостого хода. Компьютер, анализируя сигналы от много­численных датчиков, управляет длительностью поступающих к форсункам импульсов электри­ческого тока и работой двигателя на всех режимах, в том числе и на холостом ходу.

Между воздушным фильтром и патрубком впускного трубопровода устанавливается дат­ чик массового расхода топлива. Датчик изменяет частоту электрического сигнала, посту­пающего к ЭБУ, в зависимости от количества воздуха, проходящего через патрубок. От этого датчика поступает к ЭБУ и электрический сигнал, соответствующий температуре поступающего воздуха. В первых системах электронного впрыска использовались датчики, оценива­ющие объем поступающего воздуха. Во впускном патрубке устанавливалась заслонка, которая отклонялась на разную величину в зависимости от напора поступающего воздуха. С заслон кой был связан потенциометр, который изменял сопротивление в зависимости от величины поворота заслонки. Современные датчики массового расхода воздуха работают, используя принцип изменения электрического сопротивления нагретой проволоки или токопроводя­щей пленки при охлаждении ее поступающим потоком воздуха. Управляющий компьютер, получающий также сигналы от датчика температуры поступающего воздуха, может определить массу поступившего в двигатель воздуха.

Для корректного управления работой системы распределенного впрыска электронному блоку требуются сигналы и от других датчиков. К последним относятся: датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик положения и частоты вращения коленчатого вала, датчик скорости автомобиля. датчик детонации, датчик концентрации кислорода (устанавливается в приемной трубе системы выпуска отработавших газов в варианте системы впрыска с обратной связью)

В качестве температурных датчиков в настоящее время в основном используются полупровод­ники. изменяющие электрическое сопротивление при изменении температуры. Датчики положения и скорости вращения коленчатого вала обычно выполняются индуктивного типа. Они выдают импульсы электрического тока при вращении маховика с метками на нем,

Система питания с распределенным впрыском может быть последовательной или парал­лельной. В параллельной системе впрыска, в зависимости от числа цилиндров двигателя, одновременно срабатывают несколько форсунок. В системе с последовательным впрыском в нужный момент времени срабатывает только одна, конкретная форсунка. Во втором слу­чае ЭВУ должен получать информацию о моменте нахождения каждого поршня вблизи ВМТ в такте впуска. Для этого требуется не только датчик положения коленчатого вала, но и дат­чик положения распределительного вала. На современных автомобилях, как правило, уста­навливаются двигатели с последовательным впрыском.

Для улавливания паров бензина, который испаряется из топливного бака, во всех сис­темах впрыска используются специальные адсорберы с активированным углем. Активированный уголь, находящийся в специальной емкости, соединенной трубопроводом с топливным баком, хорошо поглощает пары бензина. Для удаления бензина из адсорбера последний продувается воздухом и соединяется с впускным трубопроводом двигателя. Для того чтобы работа двигателя при этом не нарушалась, продувка производится только на опреде­ленных режимах работы двигателя, с помо­щью специальных клапанов, которые откры­ваются и закрываются по команде ЗБУ.

Рис. 5. Схема работы адсорбера: 1- всасывающий воздух; 2 - дроссельная заслонка; 3 - впускной коллектор двигателя; 4 - клапан продувки сосуда с активированным углем; 5 - сигнал от ЕСU; 6 - сосуд с активированным углем; 7 - окружающий воздух; 8 - топливные пары в топливном баке.

В системах впрыска с обратной связью ис­пользуются датчики концентрации кислоро­да в отработавших газах, которые устанавли­ваются в выпускной системе с каталитиче­ским нейтрализатором отработавших газов.

Каталитический нейтрализатор устанавливается в выпускной системе для уменьшения содержания вредных веществ в отработавших газах, нейтрали­затор содержит один восстановительный (родий) и два окислительных (платина и палладий) катализатора. Окислительные ката­лизаторы способствуют окислению несго­ревших углеводородов (СН) в водяной пар, а окиси углерода (СО) в углекислый газ. Вос­становительный катализатор восстанавли­вает вредные оксиды азота N0_X в безвредный азот. Так как эти нейтрализаторы снижают в отработавших газах содержание трех вред­ных веществ, они называются трехкомпонентными.

Работа автомобильного двигателя на этилированном бензине приводит к выходу из строя дорогостоящего каталитического нейтрализатора. Поэтому в большинстве стран использование этилированного бен­зина запрещено.

Трехкомпонентный каталитический нейт­рализатор работает наиболее эффективно, если в двигатель подается смесь стехиометримеского состава, т. е. при соотношении воздуха и топлива как 14.7:1 или коэффици­енте избытка воздуха, равном единице. Ес­ли воздуха в смеси слишком мало (т. е. мало кислорода), тогда СН и СО не полностью окислятся (сгорят) до безопасного побочного продукта. Если же воздуха слишком много, то не может быть обеспечено разложение N0, на кислород и азот. Поэтому появилось новое поколение двигателей, в которых со­став смеси регулировался постоянно для получения точного соответствия коэффици­енте избытка воздуха а=1 с помощью дат­чика концентрации кислорода (лямбда-зонда) (рис. 6), встраиваемого в выпускную систему.

Этот датчик определяет количество кислорода в отработавших газах, а его электрический сигнал использует ЭБУ. который соответственно изменяет количество впрыскиваемого топлива Принцип действия датчика заключается в способности пропускать через себя ионы ки­слорода Если содержание кислорода на активных поверхностях датчика (одна из которой контактирует с атмосферой, а другая г. отработавшими газами) значительно отличается, про­исходит резкое изменение напряжения на выводах датчика. Иногда устанавливают два дат­чика концентрации кислорода; один — до нейтрализатора, а другой — после.

Рис. 6 Устройство датчика концентрации кислорода:

1 - уплотнительное кольцо; 2 — металлический корпус с резьбой и шестигранником «под ключ»; 3 — керамичес­кий изолятор; 4 — провода; 5 — уплотнитель ная манжета проводов: б — токоподводя­щий контакт провода пигания нагревателя; 7 — наружный защитный экран с отверсти ем для атмосферного воздуха; 8 — токо съемник электрического сигнала: 9 — злек трический нагреватель: 10 — керамический наконечник; 11 — защитный экран с отвер­стием для отработавших газов

Датчик кислорода (рис.7) 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.

Рис.7 Схема кислородного датчика:

1 – твердый электролит двуокиси циркония; 2 – платиновый наружный электрод; 3 – платиновый внутренний электрод; 4 – контакты; 5 – корпусной контакт; 6 – выпуск отработавших газов

Принцип работы датчика кислорода показан на рис.8. На поверхности электродов 2 и 3 (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 э.д.с.

Рис.8 Принцип работы лямбда-зонда

Внутреннее сопротивление циркониевого датчика тем выше, чем ниже его температура. Поэтому генерирование э.д.с. 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.

Для того чтобы катализатор и датчик концентрации кислорода могли эффективно работать, они должны быть прогреты до определенной температуры. Минимальная температура, при ко­торой задерживается 90 % вредных веществ, составляет порядка 300 °С. Необходимо также избегать перегрева нейтрализатора, поскольку это может привести к повреждению наполни­теля и частично блокировать проход для газов. Если двигатель начинает работать с перебоя­ми. то несгоревшее топливо догорает в катализаторе, резко увеличивая его температуру. Ино­гда может быть достаточно нескольких минут работы двигателя с перебоями, чтобы полностью повредить нейтрализатор. Вот почему электронные системы современных двигателей должны выявлять пропуски в работе и предотвращать их, а также предупреждать водителя о серьезно­сти этой проблемы. Иногда для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора после пу­ска холодного двигателя применяют электрические нагреватели. Датчики концентрации кисло­рода. применяющиеся в настоящее время, практически все имеют нагревательные элементы.

В современных двигателях, с целью ограничения выбросов вредных веществ в атмосфе­ру во время прогрева двигателя, предварительные каталитические нейтрализаторы устана­вливают максимально близко к выпускному коллектору чтобы обеспечить быст­рый прогрев нейтрализатора до рабочей температуры. Кислородные датчики установлены до и после нейтрализатора.

Для улучшения экологических показателей работы двигателя необходимо не только со­вершенствовать нейтрализаторы отработавших газов, но и улучшать процессы, протекаю­щие в двигателе. Содержание углеводородов стало возможным снизить за счет уменьшения "щелевых объемов", таких как зазор между поршнем и стенкой цилиндра над верхним ком­прессионным кольцом и полостей вокруг седел клапанов.

Тщательное исследование потоков горючей смеси внутри цилиндра с помощью компью­терной техники дало возможность обеспечить более полное сгорание и низкий уровень СО. Уровень N0» был уменьшен с помощью системы рециркуляции отработавших газов путем за­бора части газа из выпускной системы и подачи его в поток воздуха на впуске. Эти меры и быстрый, точный контроль за работой двигателя на переходных режимах могут свести вредные выбросы к минимуму еще до катализатора. Для ускорения прогрева каталитическо­го нейтрализатора и выхода его на рабочий режим используется также способ вторичной по­дачи воздуха в выпускной коллектор с помощью специального злектроприводного насоса.

Другим эффективным и распространенным способом нейтрализации вредных продуктов в отработавших газах является пламенное дожигание, которое основано на способности горючих составляющих отработавших газов (СО, СИ. альдегиды) окисляться при высоких температурах. Отработавшие газы поступают в камеру дожигателя, имеющую эжектор, через ко­торый поступает нагретый воздух из теп­лообменника. Горение происходит в камере а для воспламенения служит запальная свеча.