Система распределенного впрыска топлива

Открыть большую картинку в новой вкладке »

---

Открыть большую картинку в новой вкладке »

---

Устройство

На автомобилях ВАЗ 21093 и ВАЗ-21099 могут устанавливаться двигатели с системой распределенного впрыска топлива, т.е. топливо впрыскивается четырьмя форсунками (по одной форсунке на цилиндр) во впускную трубу, на впускные клапаны. Здесь топливо испаряется, перемешивается с воздухом и в виде горючей смеси поступает в цилиндры двигателя. Система впрыска топлива позволяет снизить токсичность отработавших газов при улучшении ездовых качеств автомобиля. Существуют две системы распределенного впрыска: с обратной связью и без нее.


Система с обратной связью применяется, в основном, на экспортных автомобилях. У нее в системе впуска устанавливается нейтрализатор и датчик кислорода, который и обеспечивает обратную связь. Датчик отслеживает концентрацию кислорода в отработавших газах, а электронный блок управления по его сигналам поддерживает такое соотношение воздух/топливо, которое обеспечивает наиболее эффективную работу нейтрализатора. В качестве топлива необходимо применять только неэтилированный бензин. Применение этилированного бензина приведет к повреждению нейтрализатора, датчика кислорода и к отказу системы.

В системе впрыска без обратной связи не устанавливаются нейтрализатор и датчик кислорода, а для регулировки концентрации СО в отработавших газах служит СО-потенциометр. В этой системе не применяется также система улавливания паров бензина. На рис. 41 и 42 показано устройство именно этой системы, так как она и будет в основном применяться на автомобилях, продаваемых в России. А в тексте ниже описываются узлы обеих систем и даются особенности работы системы с обратной связью

Нейтрализатор устанавливается в системе выпуска отработавших газов перед дополнительным глушителем. Он содержит два окислительных катализатора (ускорителя химической реакции) и один восстановительный. Окислительные катализаторы (платина и палладий) способствуют преобразованию углеводородов в водяной пар, а окиси углерода в двуокись углерода. Восстановительный катализатор (радий) способствует преобразованию окислов азота в безвредный азот.


В связи с тем, что каталитическому нейтрализатору требуется кислород для нейтрализации углеводородов и окиси углерода, и одновременно он должен отнимать кислород для нейтрализации окислов азота, необходимо очень строго поддерживать баланс смеси воздух/топливо (примерно 14,7:1), поступающей в двигатель. Эту функцию выполняет электронный блок управления.

Электронный блок управления (ЭБУ), расположенный под панелью приборов на левой боковине кузова, является управляющим центром системы впрыска топлива. Это специализированный компьютер. Он непрерывно обрабатывает информацию от различных датчиков и управляет системами, влияющими на токсичность отработавших газов и на эксплуатационные показатели автомобиля.

ЭБУ выполняет также диагностическую функцию системы впрыска топлива. Он может распознавать неполадки в работе системы, предупреждая о них водителя через контрольную лампу "CHECK ENGINE". Кроме того, он хранит диагностические коды, указывающие области неисправности, чтобы помочь специалистам в проведении ремонта.

Воздушный фильтр установлен в передней части моторного отсека на резиновых фиксаторах. Фильтрующий элемент 9 бумажный, с большой площадью фильтрующей поверхности. При замене фильтрующего элемента его необходимо устанавливать так, чтобы гофры были расположены параллельно осевой линии автомобиля.

Дроссельный патрубок 19 закреплен на ресивере. Он дозирует количество воздуха, поступающего во впускную трубу. Поступлением воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка, соединенная с приводом педали акселератора.


В состав дроссельного патрубка входят датчик 23 положения дроссельной заслонки и регулятор 24 холостого хода. В проточной части дроссельного патрубка (перед дроссельной заслонкой и за ней) находятся отверстия отбора разрежения, необходимые для работы системы улавливания паров бензина. Если последняя система не применяется, то штуцер для продувки адсорбера глушится резиновой заглушкой.

Регулятор 24 холостого хода регулирует частоту вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, управляя количеством подаваемого воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки. Он состоит из двухполюсного шагового электродвигателя и соединенного с ним конусного клапана. Клапан выдвигается или убирается по сигналам ЭБУ.

Датчик 23 положения дроссельной заслонки установлен на корпусе 1 дроссельного патрубка и связан с осью дроссельной заслонки. Датчик представляет собой потенциометр, на один конец которого подается напряжение питания 5 В, а другой конец соединен с "массой". С третьего вывода потенциометра (от ползунка) идет выходной сигнал к ЭБУ.

Система подачи топлива включает в себя электробензонасос 11, топливный фильтр 20, топливопроводы и рампу 4 форсунок в сборе с форсунками 5 и регулятором 8 давления топлива.

Электробензонасос 11 двухступенчатый роторного типа, установлен в топливном баке. Топливо из насоса через топливный фильтр 20 тонкой очистки подается в топливную рампу под давлением более 284 кПа. Электробензонасос включается с помощью вспомогательного реле 13 (см. рис. 42). Топливный фильтр с бумажным фильтрующим элементом установлен под полом кузова за топливным баком.


Рампа 4 форсунок представляет собой полую планку с установленными на ней форсунками и регулятором давления топлива. Рамка форсунок закреплена двумя болтами на впускной трубе 32. С правой стороны на рампе форсунок находится штуцер для контроля давления топлива, закрытый резьбовой пробкой 27.

Форсунка 5 представляет собой электромагнитный клапан. Когда на нее от ЭБУ поступает импульс напряжения, то клапан открывается, и топливо через распылитель тонко распыленной струей под давлением впрыскивается во впускную трубу на впускной клапан.

После прекращения подачи электрического импульса подпружиненный клапан форсунки перекрывает подачу топлива. Форсунки закреплены на рампе с помощью пружинных фиксаторов. Верхний и нижний концы форсунок герметизируются резиновыми уплотнительными кольцами.

Регулятор 8 давления топлива состоит из клапана 29 с диафрагмой 30. поджатого пружиной к седлу в корпусе регулятора. Назначение регулятора — поддерживать постоянный перепад давления между давлением воздуха во впускной трубе и давлением топлива в рампе. На работающем двигателе регулятор поддерживает давление в рампе форсунок в пределах 284-325 кПа.

На диафрагму регулятора с одной стороны действует давление топлива, а с другой — давление (разрежение) во впускной трубе. При уменьшении давления во впускной трубе (дроссельная заслонка закрывается) клапан регулятора открывается при меньшем давлении топлива, перепуская избыточное топливо по сливной магистрали обратно в бак. Давление топлива в рампе понижается. При увеличении давления во впускной трубе (при открывании дроссельной заслонки) клапан регулятора открывается уже при большем давлении топлива в рампе повышается.

Датчик 18 температуры охлаждающей жидкости представляет собой термистр (резистор, сопротивление которого изменяется от температуры). Датчик завернут в выпускной патрубок охлаждающей жидкости на головке цилиндров. При низкой температуре датчик имеет высокое сопротивление (100 кОм при -40°С), а при высокой температуре — низкое (177 Ом при 100°С).

Датчик концетрации кислорода применяется в системе впрыска с обратной связью и устанавливается на приемной трубе глушителей. Кислород, содержащийся в отработавши газах, реагирует с датчиком кислорода, создавая разность потенциалов на выходе датчика. Она изменяется приблизительно от 0,1 В (высокое содержание кислорода — бедная смесь) до 0,9В (мало кислорода — богатая смесь). В датчик встроен нагревательный элемент для повышения эффективности его работы.

Датчик 10 массового расхода воздуха расположен между воздушным фильтром и шлангом 12 впускной трубы. Он термоанемометрического типа. В датчике используются три чувствительных элемента. Один из элементов определяет температуру окружающего воздуха, а две остальных нагреваются до заранее установленной температуры, превышающей температуру окружающего воздуха. Во время работы двигателя проходящий воздух охлаждает нагреваемые элементы. Массовый расход воздуха определяется путем измерения электрической мощности, необходимой для поддержания заданного превышения температуры нагреваемых элементов над температурой окружающего воздуха. Сигнал датчика частотный. Большой расход воздуха вызывает сигнал высокой частоты, а малый расход — сигнал низкой частоты.

Датчик скорости автомобиля 22 (рис. 42) устанавливается на коробке передач между приводом спидометра и наконечником гибкого вала привода спидометра. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Датчик выдает на ЭБУ прямоугольные импульсы напряжения с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес.

СО-потенциометр 7 (рис. 42) установлен в моторном отсеке на стенке коробки воздухопритока и представляет собой переменный резистор. Он выдает в ЭБУ сигнал, который используется для регулировки состава топливовоздушной смеси с целью получения нормированного уровня концентрации окиси углерода (СО) в отработавших газах на холостом ходу. СО-потенциометр подобен винту качества смеси в карбюраторах. Регулировка содержания СО с помощью СО-потенциометра выполняется только на станции технического обслуживания с применением газоанализатора.

Датчик 28 положения коленчатого вала индуктивного типа, установлен на крышке масляного насоса напротив задающего диска на шкиве привода генератора. Задающий диск представляет собой зубчатое колесо с 58 равноудаленными (6°) впадинами. Для создания импульса синхронизации два зуба отсутствуют. При вращении коленчатого вала зубья изменяют магнитное поле датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока.

Система зажигания

В системе зажигания не используются традиционные распределитель и катушка зажигания Здесь применяется модуль 8 (рис. 42) зажигания, состоящий из двух катушек зажигания и управляющей электроники высокой энергии. Система зажигания не имеет подвижных деталей и поэтому не требует обслуживания. Она также не имеет регулировок (в том числе и угла опережения зажигания), так как управление зажиганием осуществляет ЭБУ.

В системе зажигания применяется метод распределения искры, называемый методом "холостой искры". Цилиндры двигателя объединены в пары 1-4 и 2-3 и новообразование происходит одновременно в двух цилиндрах: в цилиндре, в котором заканчивается такт сжатия (рабочая искра), и в цилиндре, в котором происходит такт выпуска (холостая искра). В связи с постоянным направлением тока в обмотках катушек зажигания ток искрообразования у одной свечи всегда протекает с центрального электрода на боковой, а у второй — с бокового на центральный. Свечи применяются типа А17ДВРМ или AC.R43XLS с зазором между электродами 1,0-1,13 мм.

Управление зажиганием в системе осуществляется с помощью ЭБУ. Датчик положения коленчатого вала подает в ЭБУ опорный сигнал, на основе которого ЭБУ делает расчет последовательности срабатывания катушек в модуле зажигания. Для точного управления зажиганием ЭБУ использует следующую информацию:

• частота вращения коленчатого вала;
• нагрузка двигателя (массовый расход воздуха);
• температура охлаждающей жидкости;
• положение коленчатого вала.

Система улавливания паров бензина применяется в системе впрыска с обратной связью. В системе применен метод улавливания паров угольным адсорбером, установленным в моторном отсеке. На неработающем двигателе пары бензина из топливного бака подаются в адсорбер, где они поглощаются активированным углем. При работающем двигателе адсорбер продувается воздухом, и пары отсасываются к дроссельному патрубку, а затем во впускную трубу для сжигания в ходе рабочего процесса.

ЭБУ управляет продувкой адсорбера, включая электромагнитный клапан, расположенный на крышке адсорбера При подаче на клапан напряжения он открывается, выпуская пары во впускную трубу. Управление клапаном осуществляется методом широтноимпульсной модуляции. Клапан включается и выключается с частотой 16 раз в секунду (16 Гц). Чем выше расход воздуха, тем больше длительность импульсов включения клапана.

ЭБУ включает клапан продувки адсорбера при выполнении всех следующих условий:

• температура охлаждающей жидкости выше 75°С;
• система управления топливоподачей работает в режиме замкнутого цикла (с обратной связью);
• скорость автомобиля превышает 10 км/ч. После включения клапана критерий скорости меняется. Клапан отключится только при снижении скорости до 7 км/ч;
• открытие дроссельной заслонки превышает 4%. Этот фактор в дальнейшем не играет значения, если он не превышает 99%. При полном открытии дроссельной заслонки ЭБУ отключает клапан продувки адсорбера.

Электровентилятор 20 системы охлаждения включается и выключается ЭБУ в зависимости от температуры двигателя, частоты вращения коленчатого вала, работы кондиционера (если он есть на автомобиле) и других факторов. Электровентилятор включается с помощью вспомогательного реле К9. расположенного в монтажном блоке 21. При работе двигателя электровентилятор включается если температура охлаждающей жидкости превысит 104°С или будет дан запрос на включение кондиционера. Электровентилятор включается после падения температуры охлаждающей жидкости ниже 101°С, после выключения кондиционера или остановки двигателя.

Работа системы впрыска

Количество топлива, подаваемого форсунками, 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 форсунками (длительность импульса), для увеличения количества подаваемого топлива длительность импульса увеличивается, а для уменьшения подачи топлива — сокращается.

ЭБУ обладает способностью оценивать результаты своих расчетов и команд, а также запоминать опыт недавней работы и действовать в соответствии с ним. "Самообучение" ЭБУ является непрерывным процессом, продолжающимся в течение всего срока эксплуатации автомобиля.

Топливо подается по одному из двух разных методов: синхронному, т.е. при определенном положении коленчатого вала, или асинхронному, т.е. независимо или без синхронизации вращением коленчатого вала. Синхронный впрыск топлива — преимущественно применяемый метод. Асинхронный впрыск топлива применяется, в основном, на режиме пуска двигателя.

Форсунки включаются попарно и поочередно: сначала форсунки 1 и 4 цилиндров, а через 180° поворота коленчатого вала — форсунки 2 и 3 цилиндров и т.д. Таким образом, каждая форсунка включается один раз за оборот коленчатого вала, т.е. два раза за полный рабочий цикл двигателя.

Независимо от метода впрыска подача топлива определяется состоянием двигателя, т.е. режимом его работы. Эти режимы обеспечиваются ЭБУ и описаны ниже.

Первоначальный впрыск топлива. Когда коленчатый вал двигателя начинает прокручиваться стартером, первый импульс от датчика положения коленчатого вала вызывает импульс от ЭБУ на включение сразу всех форсунок. Это служит для ускорения пуска двигателя.

Первоначальный впрыск топлива происходит каждый раз при пуске. Длительность импульса впрыска зависит от температуры. На холодном двигателе импульс впрыска увеличивается для увеличения количества топлива, а на прогретом — длительность импульса уменьшается. После первоначального впрыска ЭБУ переключается на соответствующий режим управления форсунками.

Режим пуска двигателя. При включении зажигания ЭБУ включает реле электробензонасоса, и он создает давление в магистрали подачи топлива к топливной рампе. ЭБУ проверяет сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости и определяет правильное соотношение воздух/топливо для пуска.

После начала вращения коленчатого вала ЭБУ будет работать в пусковом режиме пока обороты не превысят 500 об/мин или не наступит режим продувки "залитого" двигателя.

Режим продувки двигателя. Если двигатель "залит топливом" (т.е. топливо намочило свечи зажигания), он может быть пущен путем полного открытия дроссельной заслонки при одновременном проворачивании коленчатого вала. При этом ЭБУ не подает импульсы впрыска на форсунки, и двигатель должен "очиститься". ЭБУ поддерживает этот режим до тех пор, пока обороты двигателя ниже 500 об/мин, и датчик положения дроссельной заслонки показывает, что она почти полностью открыта (более 75%).

Если дроссельная заслонка удерживается почти полностью открытой при попытке нормального пуска "не залитого" двигателя, то двигатель может не пуститься, т.к. при полностью открытой дроссельной заслонке импульсы впрыска на форсунку не подаются.

Рабочий режим управления топливоподачей. После пуска двигателя (когда обороты более 500 об/мин) ЭБУ управляет системой подачи топлива в рабочем режиме. На этом режиме ЭБУ рассчитывает длительность импульса на форсунки по сигналам от датчика положения коленчатого вала (информация о частоте вращения), датчика массового расхода воздуха, датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика положения дроссельной заслонки.

Рассчитанная длительность импульса впрыска может давать соотношение воздух/топливо, отличающееся от 14,7:1. Примером может служить непрогретое состояние двигателя, так как при этом для обеспечения хороших ездовых качеств требуется обогащенная смесь.

Рабочий режим для системы впрыска с обратной связью. В этой системе ЭБУ сначала расчитывает длительность импульса на форсунки на основе сигналов от тех же датчиков, что и в системе впрыска без обратной связи Отличие состоит в том, что в системе с обратной связью ЭБУ еще использует сигнал от датчика кислорода для корректировки и тонкой регулировки расчетного импульса, чтобы точно поддерживать соотношение воздух/топливо на уровне 14,6...14,7:1. Это позволяет каталитическому нейтрализатору работать с максимальной эффективностью.

Режим обогащения при ускорении. ЭБУ следит за резкими изменениями положения дроссельной заслонки (по датчику, положения дроссельной заслонки) и за сигналом датчика массового расхода воздуха и обеспечивает подачу добавочного количества топлива за счет увеличения длительности импульса впрыска. Режим обогащения при ускорении применяется только для управления топливоподачей в переходных условиях (при перемещении дроссельной заслонки).

Режим мощностного обогащения. ЭБУ следит за сигналом датчика положения дроссельной заслонки и частотой вращения коленчатого вала для определения моментов, в которые водителю необходима максимальная мощность двигателя. Для достижении максимальной мощности требуется обогащенная горючая смесь, и ЭБУ изменяет соотношение воздух/топливо приблизительно 12:1. В системе впрыска с обратной связью на этом режиме сигнал датчика концетрации кислорода игнорируется, т.к. он будет указывать на обогащенность смеси.

Режим обеднения при торможении. При торможении автомобиля с закрытой дроссельной заслонкой могут увеличиться выбросы в атмосферу токсичных компонентов. Чтобы не допустить этого, электронный блок управления следит за уменьшением угла открытия дроссельной заслонки и за сигналом датчика массового расхода воздуха и своевременно уменьшает количество подаваемого топлива путем сокращения импульса впрыска.

Режим отключения подачи топлива при торможении двигателем. При торможении двигателем с включенной передачей и сцеплением ЭБУ может на короткие периоды времени полностью отключить импульсы впрыска топлива. Отключение и включение подачи топлива на этом режиме происходит при выполнении определенных условий по температуре охлаждающей жидкости, частоте вращения коленчатого вала, скорости автомобиля и углу открытия дроссельной заслонки.

Компенсация напряжения питания. При падении напряжения питания система зажигания может давать слабую искру, а механическое движение "открытия" форсунки может занимать больше времени. ЭБУ компенсирует это путем увеличения времени накопления энергии в катушках зажигания и длительности импульса впрыска.

Соответственно при возрастании напряжения аккумуляторной батареи (или напряжения в бортовой сети автомобиля) ЭБУ уменьшает время накопления энергии в катушках зажигания и длительность впрыска.

Режим отключения подачи топлива. При выключенном зажигании топливо форсункой не подается, чем исключается самовоспламенение смеси при перегретом двигателе. Кроме того, импульсы впрыска топлива не подаются, если ЭБУ не получает опорных импульсов от датчика положения коленчатого вала, т.е. это означает, что двигатель не работает.

Отключение подачи топлива также происходит при превышении предельно допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя, равной 6510 об/мин, для защиты двигателя от перекрутки.