Современный автомобиль имеет достаточно сложное техническое устройство. Большое количество применяемых технологий и электроники позволили добиться куда более приемлемых технических характеристик, чем у автомобилей прошлого. Система питания инжекторного двигателя представляет наибольшую трудность для тех, кто так или иначе впервые столкнулся с необходимостью подробного изучения устройства машины. Сегодня мы проведем краткий ликбез и расскажем, чем хороша инжекторная система подачи топлива, и почему именно она поставляется на большинство современных автомобилей.
Инжекторные моторы существовали не всегда. Еще десяток лет назад рынок занимали так называемые карбюраторные двигатели, которые работали за счет физических законов давления и имели достаточно примитивный принцип работы.
Так, топливный насос подает топливо под давлением в корпус карбюратора через систему так называемых форсунок. Здесь же, за счет разницы давлений насоса и окружающей среды, засасывается воздух в количестве, которое определяет дроссельная заслонка, управляемая вручную. Смесь под давлением подается во впускной коллектор и, затем, непосредственно в цилиндры двигателя.
Подобный принцип работы, основанный на разности давлений, имеет единственное неоспоримое преимущество — простоту и дешевизну ремонта и настройки карбюраторной системы. Тем не менее, имеется также ряд недостатков, который потребовал изобретение более совершенного устройства.
Так, в холодное время года затруднителен пуск двигателя, как таковой. Карбюратору не удается подавать в систему топливо в достаточном количестве, поскольку насос работает недостаточно эффективно, а необходимое давление в таких условиях обеспечить невозможно.
Кроме того, насос карбюраторного двигателя, как и сам карбюратор, имеют крайне низкую степень надежности, а постоянная эксплуатация быстро приводит к появлению нагара и необходимости постоянной чистки и настройки системы.
Такое положение дел привело к тому, что на автомобили постепенно начали устанавливать инновационные системы высокого давления — инжекторы. Главное преимущество таких систем состоит в том, что пропорция воздуха и топлива в подаваемой смеси контролируется электроникой автоматически.
Здесь появилось электронное управление насосом. Таким образом, водителю уже не приходится управлять дроссельной заслонкой вручную, за него все делают приводы и датчики. Также решилась проблема и с затрудненным зимним впуском – инжектор требует меньше усилий от насоса и позволяет устанавливать механизмы меньшей мощности.
Основную составляющую любого инжекторного двигателя представляет система датчиков, которые анализируют всевозможные данные как о самом моторе и насосе, так и показателях окружающей среды.
Так, электронный блок управления двигателем осуществляет принятие львиной доли решений относительно режима работы насоса и положения дроссельной заслонки. В этом ему и помогают датчики, которые были упомянуты выше.
Датчик массового расхода и давления воздуха проверяет, какое количество воздуха на данный момент используется для приготовления рабочей смеси. Датчик температуры охлаждающей жидкости позволяет определить, не перегрелся ли мотор, и не стоит ли уменьшить количество подаваемой в цилиндры смеси.
Датчик положения дроссельной заслонки определяет, насколько эффективно расходуется смесь и в каком количестве подается топливо для достижения той или иной скорости. К слову, датчик скорости — это именно то устройство, которое позволяет это определить наиболее точно.
Принцип работы электрического насоса высокого давления заключается в постоянном контроле со стороны ЭБУ. При получении определенного сигнала устройство может подавать больше или меньше бензина в систему, что позволяет добиться более рационального расхода топлива в целом.
Кроме того, в функционировании инжектора также участвуют датчики положения коленчатого вала и фаз, чтобы топливо, поступающее в камеру сгорания, также расходовалось наиболее рациональным образом.
Функционирует система достаточно просто. Сначала все датчики начинают анализ текущего режима работы двигателя. При помощи датчиков анализируется температура охлаждающей жидкости, скорость, количество оборотов и прочие жизненно важные данные. Затем все сигналы поступают в ЭБУ, который осуществляет принятие решений относительно изменения положения дроссельной заслонки.
Затем топливо смешивается в заданной ЭБУ пропорции и поступает в форсунку, которая и осуществляет впрыск. Таким образом, система постоянно находится под автоматизированным контролем, и ее характеристики постоянно изменяются, достигая при этом наибольшей эффективности.
Инжекторная система является наиболее современной и проработанной на сегодняшний день. По сравнению с устаревшим карбюратором, ее не нужно постоянно регулировать и чистить. Кроме того, большое количество электроники позволяет достичь более рационального использования топлива, повысить мощность и динамические показатели машины, а также повысить ресурс мотора и сократить расходы на его обслуживание.
portalmashin.ru
Реферат на тему:
Двигатель АШ-82 в музее в Праге
Инжекторная система подачи топлива — система подачи топлива, устанавливаемая на современных бензиновых двигателях. Эта система подачи топлива повсеместно вытесняет карбюраторную систему подачи топлива. Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными двигателями.
Другими названиями являются:
В инжекторной системе впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками — инжекторами. Инжекторные системы классифицируются следующим образом.
В контроллер (ВАЗ-2111) поступает следующая информация.
На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:
Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и т. п.
Преимущества[3] двухтактного инжекторного двигателя по сравнению с карбюраторным двухтактным двигателем:
Одной из первых такие разработки внедрила в свои моторы корпорация OMC в 1997 году, выпустив двухтактный двигатель, построенный с использованием технологии FICHT. В этой технологии ключевым фактором было использование специальных форсунок, которые позволяли впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания. Это революционное решение наряду с использованием современного бортового компьютера позволило точно дозировать топливо в тот момент, когда поршень при обратном движении перекроет все окна. В полость коленвала распыляется чистое масло, которое не смывается топливом – теперь его там нет! Топливо не смывает масло, что позволяет уменьшить его расход. Благодаря этому решению разработчики получили двухтактный двигатель с его совершенной динамикой разгона, великолепной кривой мощности и малым весом, но при этом имеющий уровни выброса и экономичности, как у карбюраторного четырёхтактного двигателя.
Инжекторная система позволяет улучшить эксплуатационные и мощностные показатели двигателя (такие как динамика разгона, расход топлива, экологические характеристики и т. д.). Основным преимуществом по сравнению с карбюраторной системой является самонастройка по датчику кислорода. Это позволяет длительное время соблюдать высокие экологические стандарты без ручных регулировок.
Основные недостатки инжекторных двигателей по сравнению с карбюраторными:
Карбюраторные системы для работы под углом к горизонту необходимо дополнять множеством устройств, либо применять специально спроектированные карбюраторы. Инжекторная система питания авиационных двигателей — удобная альтернатива карбюраторной, так как инжекционной системе впрыска в силу конструкции безразлично рабочее положение (вверх ногами или как обычно).
Первый мотор с системой впрыска был изготовлен в России в 1916 году Микулиным и Стечкиным. Он же стал первым авиационным двигателем, перешагнувшим 300-сильный рубеж мощности.
К 1936 году на фирме Robert Bosch были готовы первые комплекты топливной аппаратуры для непосредственного впрыска бензина в цилиндры, которую через год стали серийно ставить на V-образный 12-цилиндровый двигатель Daimler-Benz 601. Именно этими моторами объёмом 33,9 л оснащались, в частности, основные истребители люфтваффе Messerschmitt Bf 109. И если карбюраторный двигатель DB 600 развивал на взлетном режиме 900 л.с., то «шестьсот первый» с впрыском позволял поднять мощность до 1100 сил и более. Чуть позже в серию пошла девятицилиндровая «звезда» BMW 132 с подобной системой питания — тот самый лицензионный авиадвигатель Pratt&Whitney Hornet, который на BMW делали с 1928 года и который устанавливался, к примеру, на транспортники Junkers Ju-52. Авиамоторы в Англии, США и СССР в те времена оставались ещё исключительно карбюраторными. Японская же система впрыска на истребителях «Зеро» требовала промывки после каждого полета, и поэтому не пользовалась популярностью в войсках.
Лишь к 1940 году, когда Советскому Союзу удалось закупить образцы новейших германских авиамоторов с впрыском, работы по созданию отечественных инжекторных систем питания получили новый импульс. Однако серийное производство советских насосов высокого давления и форсунок, созданных на основе немецких, началось лишь к середине 1942 года — первенцем стал звездообразный мотор АШ-82ФН, который ставили на истребители Ла-5, Ла-7 и бомбардировщики Ту-2. Мотор со впрыском — АШ-82ФН оказался настолько удачным, что выпускался ещё долгие десятилетия, использовался на вертолете Ми-4 и до сих пор используется на самолетах Ил-14.
К концу войны довели до серии свой вариант впрыска и американцы. Например, моторы «летающей крепости» Boeing B-29 тоже питались бензином через форсунки.
Впрыск топлива в автомобилестроении начал применяться с 1951 года, когда механической системой непосредственного впрыска бензина производства западногерманской фирмы Bosch был оснащён двухтактный двигатель микролитражного купе 700 Sport, выпущенного небольшой фирмой Goliath из Бремена. В 1954 году появилось легендарное купе Mercedes-Benz 300 SL («Крыло чайки»), двигатель которого оснащался аналогичной механической системой впрыска Bosch.[4] Тем не менее, до эпохи появления дешёвых микропроцессоров и введения в странах Запада жёстких требований к экологической безопасности автомобилей идея инжекторного впрыска популярностью не пользовалась и только с конца 1970-х их массовым внедрением занялись все ведущие мировые автопроизводители.
Первой серийной моделью с электронным управлением системы впрыска бензина стал седан Rambler Rebel («Бунтарь») 1957 модельного года, который выпускала фирма Nash, входившая в качестве отделения в состав концерна AMC. Нижневальная V-образная «восьмерка» Rebel объёмом 5,4 л в карбюраторном варианте развивала 255 л.с., а в заказной версии Electrojector уже 290 л.с. Разгон до 100 км/ч у такого седана занимал менее 8 с.
К концу первого десятилетия 21 века системы распределённого и прямого электронного впрыска практически вытеснили карбюраторы на легковых и легких коммерческих автомобилях.
wreferat.baza-referat.ru
· Моновпрыск или центральный впрыск - одна форсунка на все цилиндры, расположенная на месте карбюратора (во впускном коллекторе). В современных двигателях не встречается. Одноточечная (моновпрысковая) схема системы питания двигателя выглядит так: топливо подается на форсунку. Электронный блок подает на нее сигналы, и форсунка открывается в нужный момент. Топливо направляется в камеру смесеобразования. Далее все происходит как в карбюраторной системе: образуется смесь. Затем она проходит впускной клапан и попадает в цилиндры двигателя.
Электронасос подает топливо в рампу, где образуется избыточное давление. Блок управления направляет сигнал на форсунки, и, они открываются. Топливо впрыскивается во впускной коллектор. Воздух, проходя дроссельный узел, попадает туда же. Полученная смесь поступает в двигатель. Количество необходимой смеси регулируется с помощью открытия дроссельной заслонки. Как только такт впрыска заканчивается, форсунки снова закрываются, прекращается подача топлива.
Электронный блок является своеобразным «мозговым» элементом системы. Этот сложный механизм обрабатывает поступающие на него сигналы от различных датчиков. Так происходит управление всеми устройствами топливной системы. Такая схема системы питания двигателя дает возможность водителю во время узнать о сбоях в работе, так как блок управления сигнализирует о них с помощью специальной лампы и кодов ошибки. Данные коды позволяют специалистам быстро выявить неполадки. Для этого им достаточно подключить внешнее диагностическое устройство, которое сможет распознать возникшие проблемы и назвать их.
· Одновременный - все форсунки открываются одновременно.
· Попарно-параллельный - форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния.
· Фазированный впрыск - каждая форсунка управляется отдельно, и открывается непосредственно перед тактом впуска.
Инжектор или впрыск (от английского inject - "впрыск") топлива - система дозированной подачи топлива в цилиндры двигателя. Существует много разновидностей впрыска - механический, моновпрыск, распределенный, непосредственный. Мы будем рассматривать только относительно современные электронные системы распределенной подачи топлива, на основе ЭСУД (электронной системы управления двигателем) рассчитывающей подачу топлива на основе сигналов установленных на двигателе датчиков.
На рисунке схематично показан принцип многоточечного распределенного впрыска. Подача воздуха (2) регулируется дроссельной заслонкой (3) и перед разделением на 4 потока накапливается в ресивере (4). Ресивер необходим для правильного измерения массового расхода воздуха (т.к измеряется общий массовый расход (MAF) или давление в ресивере (MAP). Последний должен быть достаточного объема для исключения воздушного "голодания" цилиндров при большом потреблении воздуха и сглаживания пульсаций на пуске. Форсунки (5) устанавливаются в канал в непосредственной близости от впускных клапанов. Распределенный или точечный (то есть, когда на каждый цилиндр работает своя форсунка) впрыск топлива делится на три типа: - Одновременный , когда за один рабочий цикл двигателя все 4 форсунки отрабатывают два раза одновременно. Диаграмма работы:
- Попарно-параллельный или групповой, когда за один рабочий такт двигателя форсунки отрабатывают парами (1-4 и 2-3) параллельно два раза за рабочий такт. Диаграмма работы:
- Фазированный или последовательный, когда за один рабочий такт двигателя каждая форсунка отрабатывает по одному разу в соответствии с фазой впрыска. Естественно, что время впрыска во всех системах различно, при этом количество поданного в цилиндры за один рабочий такт топлива примерно одинаково. Диаграмма работы:
На диаграммах работы желтым обозначен впуск, черным - впрыск топлива, молнией - зажигание. В системах впрыска Bosch MP7.0H используется несколько другой алгоритм фазированного впрыска, вместо привычного 1-3-4-2 топливо подается последовательно 1-2-3-4. Суммарное время впрыска на одновременном и попарно-параллельном способе одинаково, на фазированном - в два раза выше, т.к за 1 цикл одновременного и попарно-параллельного впрыска форсунка включается 2 раза, а на фазированном - 1, поэтому время ее работы увеличено в 2 раза.
Итак, начнем с информации, необходимой ЭБУ (Электронному блоку управления) для управления впрыском и зажиганием, т.н "Определяющие параметры"
Положение коленвала | Датчик положения коленвала (ДПКВ) |
Частота вращения коленвала | Датчик положения коленвала (ДПКВ) |
Массовый расход воздуха | Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) |
Температура охлаждающей жидкости | Датчик температуры ОЖ (ДТОЖ) |
Положение дросселя | Датчик положения дроссельной зсалонки (ДПДЗ) |
Напряжение питания бортовой сети автомобиля | |
Скорость движения автомобиля | Датчик скорости (ДС) |
Наличие детонации | Датчик детонации (ДД) |
Включение кондиционера | |
Содержание О2 в отработанных газах | Датчик кислорода (ДК) |
Положение (фаза) распредвала | Датчик фазы (ДФ) |
Контроль вибрации двигателя | Датчик неровной дороги |
Для функционирования ЭСУД не обязательно наличие всех датчиков. Комплектации зависят от системы впрыска, от норм токсичности и пр. В программе управления есть флаги комплектации, которые информируют ПО о наличии или отсутствии каких-либо датчиков. В таблице серым выделены основные датчики, необходимые для работы (исключение составляют системы впрыска на "классику", где не используется датчик детонации). Датчик кислорода используется только в системах с катализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода (ДК) - до катализатора и после него). Датчик фазы нужен для более точного расчета времени впрыска в системах с фазированным впрыском. ДПКВ служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения КВ 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. ДМРВ 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. ДТОЖ служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Внимание! Сигнал ДТОЖ подается только на ЭБУ, для индикации на панели используется другой датчик. ДПДЗ служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия ДЗ, оборотов двигателя и циклового наполнения. Датчик детонации служит для контроля за детонацией. При обнаружении последней ЭБУ включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя УОЗ. В первых ЭСУД применялся резонансный ДД, пришедший с системы GM. Сейчас повсеместно используются широкополосные ДД. Напряжение бортовой сети автомобиля - по нему определяется степень коррекции работы электромагнитных клапанов форсунок и времени накопления в модуле зажигания (МЗ). Датчик скорости автомобиля используется при расчетах блокировки/возобновления топливоподачи при движении. Этот сигнал так же подается на приборную панель для расчета пробега. 6000 сигналов с ДС примерно соответствуют 1 км. пробега автомобиля. Датчик фазы служит для точной синхронизации по времени впрыска в системах с фазированным (последовательным) впрыском. При аварии или отсутствие датчика система переходит на попарно - параллельную (групповую) систему подачи топлива. Запрос на включение кондиционера служит для информации ЭБУ о том, что необходимо подготовить двигатель к включению кондиционера (появлению нагрузки на двигатель) - изменить обороты ХХ и принцип регулирования ХХ. Датчик неровной дороги (раньше применяется довольно редко, сейчас все чаще, в связи с вводом норм токсичности Евро-3) служит для оценки уровня вибраций автомобиля при детектировании пропусков воспламенения, с его помощью оценивается правильность работы зажигания (служит для оценки уровня вибраций автомобиля. Это необходимо для правильной работы системы детектирования пропусков воспламенения, чтобы определить причину неравномерности.)
Про результатам опроса определенных в программе датчиков, программа ЭБУ осуществляет управление исполнительными механизмами (ИМ).
Топливоподача | Форсунки |
Бензонасос | |
Система зажигания | Модуль зажигания |
Регулировка холостого хода | регулятор холостого хода (РХХ) |
Диагностика | Лампа Check Engine (CE) |
Вывод данных через колодку диагностики | |
Вентилятор системы охлаждения | |
Функции маршрутного компьютера | Сигнал на тахометр |
Сигнал расхода топлива | |
Муфта компрессора кондиционера | |
Система улавливания паров бензина (Евро-2;3) | Клапан СУПБ (или "адсорбер") |
Форсунка - прецензионный электромагнитный (встречаются пьезоэлектрические) клапан с нормированной производительностью. Служит для впрыска вычисленного для данного режима движения количества топлива. Бензонасос предназначен для нагнетания топлива в топливную рампу. Давление в топливной рампе поддерживается вакуумно-механическим регулятором давления. В некоторых системах регулятор давления топлива (РДТ) совмещен с бензонасосом. Исправный бензонасос без регулирования (с пережатой обраткой) должен создавать в магистрали давление не менее 5 атм. Рабочее давление на ХХ должно быть около 2,2-2,4 атм, на ХХ со снятым вакуумом - 3 атм. Бензонасос, совмещенный с РДТ, используемый в системах с безсливной рампой - 3,8 атм. Модуль зажигания - электронное устройство управления искрообразованием. Содержит в себе два независимых канала для поджига смеси в 1-4 и 2-3 цилиндрах. То есть реализуется принцип "холостой искры". В последних модификациях низковольтные элементы МЗ помещены в ЭБУ, а для получения высокого напряжения используются либо выносная двухканальная катушка зажигания, либо катушки зажигания непосредственно на свече. Регулятор холостого хода служит (совместно с УОЗ - регулированием) для поддержании заданных оборотов ХХ. Представляет собой прецизионный шаговый двигатель, регулирующий обводной канал воздуха в корпусе дроссельной заслонки, для обеспечения двигателя воздухом, необходимым для поддержания ХХ (7-12 кг./час) при закрытой дроссельной заслонке. Вентилятор системы охлаждения управляется ЭБУ по сигналам ДТОЖ. Разница между включением/выключением как правило 4-5 грд.С. Сигнал на тахометр выдается на приборную панель для индикации текущих оборотов двигателя. Сигнал расхода топлива выдается на маршрутный компьютер - 16000 импульсов на 1 расчетный литр израсходованного топлива. Данные эти приблизительные, т.к рассчитываются они на основе суммарного времени открытия форсунок с учетом некоторого эмпирического коэффициента, который необходим для компенсации погрешностей измерения, вызванных работой форсунок в нелином участке диапазона, асинхронной топливоподачей и другими факторами. Как показывает практика, сигнал расхода топлива более - менее соответствует истине на системах с ДК. Адсорбер, он же СУПБ является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 не предусмотрен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг. Управление муфтой кондиционера служит для включения кондиционера после обработки сигнала на запрос включения кондиционера, т.е когда система готова к этому.
ЭБУ (электронный блок управления) - по сути специализированный микрокомпьютер, обрабатывающий данные, поступающие с датчиков и по определенному алгоритму управляющий исполнительными механизмами. Сама программа хранится в микросхеме ПЗУ, английское название микросхемы - CHIP (чип), отсюда и пошло название ЧИП-ТЮНИНГ, то есть изменение программы управления двигателем. Содержимое "чипа" - обычно делится на две функциональные части - собственно программа, осуществляющая обработку данных и математические расчеты и блок калибровок. Калибровки - набор (массив) фиксированных данных (переменных) для работы программы управления. Сам чип-тюнинг делится, соответственно на два направления: рекалибровку переменных программ и на изменение алгоритмов обработки калибровок. Часто эти направления смешиваются, но цель у них одна - улучшение эксплуатационных характеристик управляемого двигателя. Следует иметь ввиду, что для правильной работы любой программы необходимо наличие полностью исправных датчиков и ИМ. Тюнинговые прошивки, как правило, более точно настроены но и более требовательны к состоянию датчиков и ИМ. При "затюнивании" неисправности можно получить прямо противоположный ожидаемому эффект. Поэтому любой чип-тюнинг должен производиться на полностью продиагностированном авто, к которому нет никаких замечаний. Самый "правильный", но самый сложный и дорогой чип-тюнинг - это настройка программы на конкретное авто и конкретного водителя. Последние разработки в области систем управления двигателем - это новые контроллеры Bosch MP7.0H и Bosch M7.9.7. В отличие от предыдущих систем, здесь используется так называемая 'моментная' математическая модель двигателя, такие системы намного сложнее калибруются и более 'капризны' в случае изменения физических параметров двигателя (рабочий объем, геометрия, впуск-выпуск). В последнем случае требуется калибровка самой матмодели (которая включает несколько сотен калибровок), что практически невозможно без специального оборудования и методик. Несмотря на это можно утверждать, что в настоящее время данные системы успешно поддаются чип-тюнингу.
Работа системы впрыска топлива автомобиля
Количество топлива, подаваемого форсункой, регулируется электрическим импульсным сигналом от электронного блока управления (ЭБУ). ЭБУ отслеживает данные о состоянии двигателя, рассчитывает потребность в топливе и определяет необходимую длительность подачи топлива форсункой (длительность импульса). Для увеличения количества подаваемого топлива длительность импульса увеличивается, а для уменьшения подачи топлива - сокращается.
yaneuch.ru
