Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

коллектор

Рис. 10.1. Структурные схемы систем питания Джетроник типов К (а) и JI (б)

(штриховые линии для систем типа КЕ и JIE)

ный блок МПСУ. В него введены сложные программы, учитываю-

щие все возможные режимы работы двигателя. Обращаясь к зало-

женной в его памяти программе, микропроцессор обеспечивает

точные сигналы управления форсунками и другими блоками.

10.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДАТЧИКОВ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ

Датчики расхода воздуха. Поскольку состав смеси регулируют

изменением подачи топлива форсунками, а это зависит от расхода

воздуха, то в двигателе необходимо постоянно измерять расход

воздуха. Для этого применяют следующие расходомеры: механи-

ческий с напорным диском (типа «парус» в системах К-Джетро-

ник, JT-Джетроник); термоанемометрический (системы JIX-Джет-

роник, Мотроник, ВАЗ, ГАЗ); пневмодинамический (системы

Мотроник, М-2141).

140

Расходомер с напорным диском (типа «парус») расположен во

впускном коллекторе. Его напорный диск

(«парус») (рис. 10.2, а)

закреплен на рычаге 3. Рычаг имеет ось и балансир 5 (груз). Тол-

щина диска приблизительно

мм, диаметр 100 мм. Вся эта систе-

ма хорошо сбалансирована, рычаг на оси установлен на шарико-

вом подшипнике, поэтому система реагирует на малейшее изме-

нение скорости воздуха. При увеличении скорости воздуха напор-

ный диск поднимается и поворачивает рычаг 3. Он перемещает

золотник дозатора-распределителя 2, который изменяет подачу

топлива. Форма камеры, где помещен диск, обеспечивает линей-

ную зависимость перемещения рычага от скорости и, следователь-

но, от расхода воздуха.

С помощью винта 4 на рычаге 3 регулируют цикловую подачу.

В некоторых автомобилях (BMW) этим винтом можно также ре-

гулировать двигатель на токсичность.

Бензин

К дозатору-

распределит елю

Рис. 10.2. Датчики расхода воздуха:

—

с напорным диском: /

—

диск; 2— золотниковый распределитель; 3

—

рычаг; регули-

ровочный винт; 5—груз; б—золотник; 7—дроссельная заслонка; б— термоанемометричес-

кий: 1— корпус; 2

—

электронный модуль; 3

—

диффузор; 4

—

предохранительные и формиру-

ющие сетки; 5

—

платиновая нить; 6

—

электрический разъем (штекер)

141

Термоанемометринеский датчик основан на измерении измене-

ния сопротивления нагретой проволоки при охлаждении ее про-

ходящим воздухом. В корпусе датчика 1 (рис. 10.2, б) размещены

формирователь потока воздуха с сетками 4, платиновая нить 5 и

электронный модуль 2. Платиновая нить нагревается электричес-

ким током. При прохождении по датчику воздуха температура

нити уменьшается: чем больше скорость воздуха, тем меньше тем-

пература нити. Для температурной компенсации имеется еще

одна такая же нить вне датчика в неподвижном воздухе. Элект-

ронный модуль определяет силу тока через нить, сравнивает с со-

противлением внешней нити и дает сигнал в процессор о расходе

воздуха. Связь датчика с процессором осуществляется через ште-

кер 6.

Пневмодинамический датчик основан на измерении перепада

давления до и после дроссельной заслонки. Количество воздуха,

проходящее через впускной коллектор, определяют по формуле

Qb =/CV

A>PB>

где f

—

проходное сечение впускного коллектора; v

—

скорость движения возду-

ха, по уравнению Бернулли: v

=cp^2(p

-p

)/p

(здесь

<р —

коэффициент сопро-

тивления движению воздуха; р

—

давление во впускном коллекторе соответ-

ственно до и после дросселя; р

—

плотность воздуха);

А/

—длительность импульса

подачи.

Проходное сечение зависит от угла поворота дроссельной зас-

лонки. Компьютер системы питания, получая сигналы датчиков

давления и угла поворота дроссельной заслонки, по приведенной

выше формуле вычисляет расход воздуха, а по нему

—

коэффици-

ент избытка воздуха. Угол поворота дроссельной заслонки измеря-

ется специальным реохордным (с переменным сопротивлением)

датчиком.

Для учета влияния температуры на плотность воздуха применя-

ют датчик внешней температуры.

Датчик измерения кислорода в отработавших газах (Х-датчик)

предназначен для точного определения коэффициента избытка

воздуха в цилиндре. Датчик дает эффект только при установке на

двигатель нейтрализатора. Применяют в основном датчики, у ко-

торых чувствительным элементом является двуокись циркония,

покрытая с двух сторон пленкой платины. Двуокись циркония

представляет собой твердый электролит. К одной стороне этого

чувствительного элемента подводится чистый воздух, а к другой

—

отработавшие газы. Элемент реагирует на разность парциальных

давлений кислорода в воздухе и отработавших газов. В зависимос-

ти от этой разности он вырабатывает ЭДС разной величины, по-

сылая сигнал в микропроцессор.

Датчик устанавливают на выпускном коллекторе. С этой целью

на корпусе датчика 1 (рис. 10.3) выполнена резьба. Внутри защит-

142

Рис. 10.3. Х-Датчик:

—

корпус; 2— керамический патрон; 3

—

электрический разъем; 4—

кожух; 5— контакт; б—активный керамический колпак; 7— защитный

колпак

ного колпака 7 с прорезями помещен активный колпак 6 с плати-

новыми контактами 5 из спеченного с керамикой диоксида цир-

кония. Внутри керамического патрона 2 есть канал для подвода к

элементу чистого воздуха. Отработавшие газы подводятся к эле-

менту через прорези колпака 7. Через контакт 5 и разъем 3 сигнал

от датчика поступает в микропроцессор.

10.4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, ПРИБОРЫ, РЕГУЛЯТОРЫ

Форсунка предназначена для подачи точно отмеренной дозы

топлива (цикловой подачи) и дробления топлива на частицы раз-

мером 20...50 мкм.

По назначению различают форсунки пусковые и основные;

принципу действия

—

механические и электромагнитные; способу

подачи топлива

—

открытые и закрытые; месту установки

—

цен-

тральные (одна форсунка на все цилиндры

—

одноточечный

впрыск) и по одной форсунке на каждый цилиндр (распределенный,

или многоточечный, впрыск).

В системах типа К-Джетроник применяют постоянно откры-

тые механические форсунки, в остальных

—

закрытые. В совре-

менных системах форсунки установлены на каждый цилиндр

(многоточечный впрыск), либо во впускном коллекторе (впрыс-

кивают топливо перед впускным клапаном), либо непосредствен-

но в цилиндре (впрыск в процессе впуска). Это позволяет резко

снизить давление впрыскивания (0,27...0,52 МПа) по сравнению с

форсунками, подающими топливо в цилиндр в конце процесса

сжатия (в дизелях).

Механические форсунки однодырчатые, давление начала от-

крытия (регулировки) 0,27...0,52 МПа, угол конуса распыливания

35°. Устройство и принцип действия их такие же, как у форсунок

дизелей (см. главу 8).

143

Форсунки с электромагнитным приводом широко применяют в

системах с электронным управлением.

Количество топлива, проходящее через сопло форсунки, рас-

считывают по формуле

Qt =/

А/р

где

Ус —

проходное сечение сопла; v

—

скорость движения топлива через сопло,

определяемая по уравнению Бернулли: v

=ф

/2(/>

В11

)/р

(здесь

<р —

коэффици-

ент сопротивления движению жидкости;

— давление топлива, МПа; р

ъп

— дав-

ление во впускном коллекторе, МПа; р

—плотность топлива, кг/м

);

А/

—дли-

тельность подачи (импульса).

Поскольку величины

<p,f

БП

, р

постоянные, то скорость дви-

жения топлива v

тоже будет постоянная. Следовательно, количе-

ство впрыскиваемого топлива зависит только от

А/ —

длительнос-

ти открытия иглы форсунки.

Форсунка состоит из корпуса 2 (рис. 10.4), электромагнита с

обмотками 9 и сердечником 5, распылителя 1 с иглой, поджатой

пружиной 4. Топливо от регулятора давления подается по топлив-

ному шлангу 7 через фильтр 8. В

разъем 6 вставляют колодку электри-

ческого разъема управления от элект-

ронного блока. Электронный блок

(микропроцессор), анализируя сиг-

налы датчика углового положения

коленчатого вала, в строго опреде-

ленные моменты дает сигнал на пода-

чу электрического тока в катушку

электромагнита. В зависимости от

расхода воздуха, о котором сигнали-

зирует датчик расхода воздуха, мик-

ропроцессор определяет длитель-

ность этого сигнала в соответствии с

программой, которая заложена в па-

мяти электронного блока. После вы-

полнения программы происходит от-

ключение цепи обмоток электромаг-

нита, и пружина 4 возвращает иглу на

место, закрывая форсунку.

Рис. 10.4. Электромагнитная форсунка фирмы

Bosch:

—

распылитель; 2

—

корпус; 3

—

якорь электромаг-

нита; 4— пружина; 5—сердечник электромагнита;

б—электроразъем; 7—топливный шланг; 8—

фильтр; 9— обмотки соленоида; 10— упорная шайба

(ограничитель); 11— игла распылителя

144

Высоту подъема иглы определяет ограничитель

10,.

Конический

штифт иглы обеспечивает требуемый конус распыления топлива.

Каждой модели двигателя (не марки, а модели) соответствует

своя форсунка. Например, для автомобилей Mercedes-Benz серии

190 давление начала впрыскивания равно 0,35...0,41 МПа, а серий

200 и 230

—

0,37...0,43 МПа. Фирма Bosh, которая выпускает эти

форсунки, указывает значения давления после приработки

—

со-

ответственно 0,3 и 0,32 МПа.

Форсунки вворачивают во впускной коллектор или, что чаще,

закрепляют в пластмассовом гнезде рампы. Для снятия их требует-

ся специальное приспособление.

Пусковое устройство состоит из обводного канала воздуха с кла-

паном и пусковых форсунок.

Пусковые форсунки устроены аналогично основным, но мень-

ше по размеру. Конус распыления у них достигает 80°. Техничес-

кие данные пусковой форсунки (система К-Джетроник): пропуск-

ная способность 85 ± 17 см7мин при давлении 0,45 МПа; рабочее

напряжение 7...15 В; потребляемая мощность 37 Вт; продолжи-

тельность впрыскивания не превышает 7,5 с при -20 °С, 5 с при

0 °С; 2 с при 20 °С и 0 с при 35 °С. Время срабатывания форсунки

определяет термореле.

Клапан добавочного воздуха служит для подачи воздуха при

пуске двигателя в обход дросселя, который в это время закрыт.

Обводной канал, в котором находится этот клапан, имеет сечение

для пропускания такого количества воздуха, которое обеспечивает

богатую смесь. При прогреве двигателя клапан, управляемый би-

металлической пластиной с нагревом от спирали, перекрывает

этот канал.

Накопитель топлива в некоторых системах устанавливают после

бака. Накопитель представляет собой гидравлический аккумуля-

тор, который поддерживает давление в системе после выключения

насоса. Например, при рабочем давлении 0,54...0,62 МПа через 10

мин после выключения насоса давление в системе должно быть не

менее 0,34 МПа. Рабочая полость гидроаккумулятора имеет объем

20...40 см

Фильтр тонкой очистки топлива аналогичен применяемым в

двигателях фильтрам. Он установлен за насосом. При 5...10-крат-

ной подаче все топливо бака за

ч работы многократно проходит

через фильтр, что обеспечивает хорошую его очистку.

Дозатор-распределитель дозирует и распределяет топливо по

форсункам.

Регулятор давления поддерживает заданное давление в системе.

Он представляет собой клапан постоянного потока. При работе

насоса в регулятор подается топлива больше, чем нужно для рабо-

ты двигателя. Это приводит к повышению давления в дозаторе.

145

10.5. СИСТЕМЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА

Система питания Л-Джетроник представляет собой развитие си-

стемы К-Джетроник. В системе применен многоточечный (рас-

пределенный) впрыск с электромагнитными форсунками, а в сис-

теме ЛЕ-Джетроник

—

многоцелевое электронное управление.

Из бака 1 (рис. 10.5) топливным насосом 2 бензин под давлени-

ем 0,25 МПа через фильтр J подается к регулятору давления 5 и по

распределительной магистрали 4 подводится к форсункам 7.

Подача топлива форсунками определяется электронным бло-

ком управления 12 (ЭБУ). Он получает сигналы от датчиков тем-

пературы, давления и объема поступающего воздуха, частоты вра-

щения коленчатого вала, нагрузки двигателя и температуры в сис-

теме охлаждения.

Пусковая система состоит из пусковой форсунки 7 и обводного

канала воздуха, в котором установлено термореле 10 с клапаном

Рис. 10.5. Схема системы питания Л-Джетроник с впрыскиванием бензина:

7— топливный бак; 2—насос; 3

—

ФТО; 4

—

распределительная магистраль; 5—регулятор

давления топлива; 6— канал связи регулятора давления с впускным коллектором; 7— форсун-

ка; 8— цилиндр; 9— датчик температуры охлаждающей жидкости; 10— термореле; 77 —дат-

чик-распределитель зажигания; 12— ЭБУ; 13

—

датчик выключения дроссельной заслонки;

14— корректор внешнего давления; 75—расходомер воздуха; 76—воздухозаборник; 77—

винт качества; 18— клапан добавочного воздуха; 19— винт количества; 20— пусковая фор-

сунка; 27 —реле; 22— ключ зажигания; 15, 30, 50 —номера клемм коммутации

146

/<?добавочного воздуха. Термореле реагирует на температуру жид-

кости в водяной рубашке. Регулировки выполняют винтом каче-

ства 77, расположенным в канале у расходомера 75, и винтом ко-

личества 19 в канале у дроссельной заслонки.

В системе питания установлены датчик-распределитель зажи-

гания 77, датчик положения (выключения) дроссельной заслонки

13, корректор 14, расходомер воздуха 15 типа двойной «парус»,

термореле

и датчик температуры охлаждающей жидкости.

В состав системы управления входят ключ зажигания 22, блок

реле 21 и электронный блок 12.

На основных режимах средних нагрузок программа, заложен-

ная в электронном блоке, обеспечивает работу двигателя с мини-

мальным расходом топлива при допустимой концентрации токси-

ческих веществ в отработавших газах. Система предполагает уста-

новку Л-датчиков и нейтрализаторов.

При максимальной мощности смесь обогащается за счет увели-

чения времени открытия форсунок.

При работе на холостом ходу дроссельная заслонка закрыта и

воздух подается через обводной канал мимо расходомера. Содер-

жание СО регулируют винтом качества 77.

При принудительном холостом ходе дроссельная заслонка зак-

рыта и замыкает микроконтакты

—

в электронный блок поступает

один сигнал. Если частота вращения двигателя больше заданной

(восстановительной)

—

это второй сигнал, то электронный блок

управления, сопоставив два сигнала, выключает подачу топлива

форсунками. Это режим работы экономайзера принудительного

холостого хода. Восстановительная частота соответствует диапазо-

ну 1200...1700 мин-

При пуске работают обводной канал воздуха и пусковая фор-

сунка, которая управляется электронным блоком через замок за-

жигания, термореле и реле пуска холодного двигателя (при низких

температурах окружающего воздуха). Последнее продлевает рабо-

ту пусковой форсунки до полного пуска двигателя.

Система питания Мотроник оснащена одним электронным бло-

ком для управления системами питания и зажигания. Она может

включать в себя различные элементы систем питания JI-Джетро-

ник, Моно-Джетроник. Последнюю применяют в двигателях не-

большого литража на легковых автомобилях массового производ-

ства.

По типу этой системы построены все современные системы

питания и зажигания, в том числе и на автомобилях ВАЗ, АЗЛК,

ГАЗ.

Контрольные

вопросы и задания

1. Какие недостатки имеет система питания с карбюратором? 2. Какими пре-

имуществами обладает система питания с впрыскиванием бензина? 3. Чем разли-

чаются системы впрыскивания бензина с моновпрыском и распределенным

147

впрыском? 4. Перечислите датчики, необходимые для работы системы питания с

МПСУ. 5. На чем основан способ дозирования подачи топлива электромагнитны-

ми форсунками? 6. Что учитывает микропроцессор при регулировании состава

смеси? 7. Для чего нужен Л-датчик? 8. Проследите пути подачи топлива от бака к

форсункам и сигналов от датчиков к микропроцессору и от него к исполнитель-

ным механизмам по схеме системы Мотроник.

Глава 11

СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

11.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИСКРЫ

Искровая свеча зажигания (далее —везде свеча) представляет

собой разрядник с двумя электродами, разделенными воздушным

промежутком. При создании разности потенциалов между электро-

дами свечи возникает сначала тлеющий разряд

—

слабый ток в

ионизированном воздухе. При увеличении напряжения ток в этом

разряде увеличивается, ионы и электроны вытесняют из зоны тока

нейтральные молекулы (толчок), и при дальнейшем увеличении

тока зазор пробивается. Газ в столбе тока нагревается до состояния

плазмы

—

видна искра. Таким образом, пробой воздушного проме-

жутка происходит за счет пробивного напряжения, а основная

энергия заряда переносится в плазменном столбе при относительно

небольшом напряжении, но достаточно большой силе тока.

Пробивное напряжение U

—

напряжение, при котором проис-

ходит пробой искрового промежутка свечи. При атмосферном

давлении для пробоя воздушного промежутка

мм требуется при-

мерно 10 кВ.

Процесс образования искры состоит из двух фаз.

Емкостная фаза (рис. 11.1, период д — б). После достижения

пробивного напряжения в момент а резко падает напряжение и

возникают резкие колебания силы тока (до десятков ампер). Не-

смотря на малую энергию искры (0,5С

£^

, где С

—

емкость заря-

да), мощность (за очень малое время) может достигать десятков

киловатт. Искра голубого цвета. Высокочастотные колебания

Рис. 11.1. Осциллограмма искрового

разряда:

—

вторичное напряжение; г—время; а—

—

емкостная фаза; б—в

—

индуктивная фаза

(дуговой разряд);

1 —

максимальное вторич-

ное напряжение катушки зажигания; 2

—

пробивное напряжение (напряжение зажига-

ния); 3— напряжение электрической дуги

(увеличено)

148

,KB

, кВ

1000 2000 3000 n, мин ~

2000 4000 6000 п, мин

Рис. 11.2. Зависимость пробивного U

(а) и вторичного U

(б) напряжений

от частоты вращения п и нагрузки:

— при

полной нагрузке; 2—

при

1/2 нагрузки; 3—

при

малой нагрузке; 4—

при

пуске и хо-

лостом ходе; 5—максимальное вторичное напряжение (напряжение холостого хода катушки

зажигания);

do —для

четырехцилиндрового

двигателя; 66—для

шестицилиндрового двигателя

(10

...10

Гц) вызывают сильные радиопомехи и эрозию электро-

дов свечи.

Индуктивная фаза (период б—в). Соответствует тлеющему раз-

ряду. Сила тока составляет 20...40 мА. Напряжение

= {220...330 В + 100[В/мм]6} (здесь 6

—

зазор между электрода-

ми). Это напряжение составляет 300...400 В (сравните: пробивное

напряжение равно 10...12 кВ). Время периода 1...1,5мс, что на

два-три порядка больше времени емкостной фазы. Искра бледно-

фиолетово-желтого цвета («хвост искры»).

Энергия искры обычно составляет Ж

= 15...20мДж. Для про-

гретого двигателя на номинальном нагрузочном режиме требуется

энергия искры около 5 мДж. Но на режиме пуска холодного дви-

гателя и холостого хода энергия должна достигать

30... 100

мДж.

Таким образом, для большей надежности зажигания рабочей

смеси на электродах свечи необходимо создать требуемое пробив-

ное напряжение 16...25 кВ (с запасом) и возможно большие энер-

гию искры и продолжительность индуктивного периода разряда.

Пробивное напряжение воздушного промежутка согласно экс-

периментально установленному закону зависит от давления среды

и зазора между электродами (прямо пропорционально) и темпера-

туры (обратно пропорционально) (рис. 11.2, а). С увеличением ча-

стоты вращения U

уменьшается, так как ухудшается наполнение

и возрастает температура центрального электрода свечи.

После первых 2 тыс. км пробега округляются кромки электро-

дов свечи и увеличивается зазор из-за эрозии металла. Это требует

большего (на 20...25 %) пробивного напряжения. Поэтому через

10... 15

тыс. км пробега нужно регулировать зазор между электро-

дами свечи.

149