Марченко А.П., Рязанцев М.К., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників у 6 томах. Том 3. Комп’ютерні системи керування ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

170

Як профілактику можна викори-

стовувати високосортний бензин з доб-

рими миючими характеристиками. Слід

додавати миючі присадки до бензину,

причому тільки ті, котрі спеціально

призначені для очищення інжекторів;

добавки для карбюраторних двигунів

не годяться.

Як бачимо з аналізу форсунок з

електромагнітним приводом, викорис-

тання в ньому феромагнітного магніто-

проводу забезпечує необхідне значення

переставних зусиль, що діють на запір-

ний вузол. Однак подальше форсування

електромагнітного привода за призна-

ченням створюваного зусилля обмежується насиченістю матеріалу магні-

топроводу. Тому набуває поширення електродинамічний привод, основа-

ний на використанні сил взаємодії між вихровими струмами, наведеними у

замкнутому контурі змінним магнітним потоком. Вперше такий привод

почав розроблятися стосовно дизельних форсунок, оскільки там більш жо-

рсткі вимоги по швидкодії (далі це буде обґрунтовано). Розробка бензино-

вих форсунок з електродинамічним приводом тільки розпочинається. Очі-

кується, що повний час відкриття запірного клапана зменшиться вдвічі,

тобто до 0,3–0,5 мс.

Пристрої подачі палива до форсунок. Як відзначалося, в КПСК по-

дача палива за цикл залежить від тривалості відкритого стану клапана фор-

сунки. При такій умові важливого значення набуває забезпечення постій-

ного тиску (перепаду тиску палива).

Досвід використання звичайних мембранних насосів з механічним

приводом показав, що вони не гарантують постійного тиску палива в ши-

роких діапазонах його витрати.

Тому в сучасних КПСК застосовують тільки шестеренчасті, роликові

та інші насоси з автономним електроприводом. На рис.3.52, 3.53, 3.54 по-

казано принцип дії та конструкцію роликового паливного (бензинового)

насоса.

Рисунок 3.51 – Схема інжектора:

1 – штифт; 2 – кільцева щілина

(вихід палива); 3 – контактна

поверхня; 4 – нагар

171

Електричний паливний насос являє собою шиберний насос з робо-

чими елементами у вигляді роликів, що приводяться в дію постійно пра-

цюючим електродвигуном. Вони на поверхні ротора, ексцентрично розта-

шованого у корпусі насоса, під дією відцентрової сили протискуються до

корпусу насосу, тобто діють як ущільнення. У створені між роликами по-

рожнини надходить паливо. Електродвигун працює безпосередньо у паливі

(занурений насос). Це дозволило повністю ліквідувати вибухонебезпеку,

оскільки в корпусі немає здатної до спалахування паливоповітряної сумі-

ші. В електродвигуні якір з колектором вбудовуються у єдиний з насосом

корпус, тобто вони обертаються безпосередньо в паливі; в результаті змен-

шується і спрацювання щіток.

Насос подає палива більше, ніж потрібно ДВЗ для того, аби міг на-

дійно працювати регулятор тиску й забезпечувалось постійний злив зайво-

го палива. Злив необхідний для охолодження елементів системи вприску-

Рисунок 3.53 – Загаль

ний

вигляд РПН:

1 – шиберний пристрій; 2 –

електродвигун; 3 – кришка

Рисунок 3.52 – Принцип дії роликового паливного насоса (РПН):

1 – всмоктуюча частина; 2 – ротор; 3 – ролик; 4 – корпус насоса; 5 –

нагнітальна частина; 6 – паливо без тиску; 7 – паливо, що подається;

8 – паливо під тиском

172

вання й вилучення забруднень.

На більшості сучасних автомобілів насос розміщується у паливному

баці та включається на визначений термін. У такому випадку при вклю-

ченні запалювання насос починає діяти. Якщо заданий час (звичайно 2 с)

скінчився, а ДВЗ не працює, то насос виключається.

Вал якоря електродвигуна з’єднується з ротором через пластмасову

муфту, щоб у випадку заклинювання ротора не нагрівався електродвигун

(недопустимо при подачі бензину), а справа обмежувалась би лише полом-

кою муфти.

На рис. 3.55 подано конструктивні варіанти паливних насосів для об-

слуговування сучасних КПСК паливоподачею.

Рисунок 3.54 –

Особливості

конструкції РПН фірми

Bosch:

1 – паливний фільтр; 2 –

паливний насос з електродви-

гуном; 3 –

усмоктувальний

насос; 4 – р

егулятор тиску

палива; 5 –

датчик рівня

палива; 6 –

фільтр на

всмоктуванні

Рисунок 3.55 –

Конс

трукції шиберних

при

строїв паливних

насосів з електропри-

водом для КПСУ

паливоподачею:

а – роликовий;

б – периферійний;

в – зубчастий;

г – канальний

173

Як сказано вище, паливні насоси підсистем керування паливопода-

чею розраховуються на підвищену продуктивність, що дозволяє викорис-

товувати спеціальні стабілізатори тиску (перепаду тиску), які діють за

принципом перепуску.

Стабілізатори тиску палива являють собою мембранні перепускні

клапани (рис. 3.56, а), відрегульовані на певний тиск. При збільшенні тис-

ку зайва частка бензину перепускається через клапан й повертається до па-

ливного бака.

В останні роки на їх основі розроблено стабілізатори перепаду тиску

(між входом до форсунки та впускним повітряним трубопроводом)

(рис.3.56, б). У КПСК з розосередженим (багатоточковим) вприскуванням

об’єм стабілізатора над мембраною поєднаний з задросельним об’ємом

впускного трубопроводу. Це суттєво спрощує розв’язання задачі дозування

палива: циклова доза вже не залежить від перепаду тиску (залежить від ат-

мосферного тиску), який завжди накладається у перших стабілізаторів тис-

ку. Особливо перепад суттєво впливав на режимах холостого ходу й част-

кових навантаженнях, при яких перепад тиску у впускному трубопроводі

порядку 40 кПа становить більше 30 % тиску в паливній магістралі. Для

компенсації зазначеного перепаду раніше доводилося вводити відповідну

поправку у тривалість командного імпульсу t

, що подається на форсунки.

Рисунок 3.56 – Стабілізатори тиску (а); перепаду тиску (б); і демпфер

коливань палива (в):

1 – регулювальний болт; 2 – пружина установки тиску (перепаду тиску; 3 – пе-

репускний клапан; 4 – мембрана;ò – повітря із дросельного каналу; ← – паливо

від насосу; ↓ – паливо на злив у бак

174

У системах центрального вприскування, де паливо подається перед

дроселем, необхідність компенсації перепаду тиску виявляється меншою

мірою.

Доти, доки дозування палива буде здійснюватися форсунками дис-

кретно, динамічні процеси, зумовлені різкою відсічкою паливоподачі, по-

винні особливо враховуватися при розробках КПСК. Справа в тому, що за-

безпечення нормального дозування палива вимагає ліквідації хвильових

явищ у паливопроводах.

В останні роки використовують спеціальні демпфери (рис.3.56, в),

що згладжують гідравлічні удари і ліквідують хвильові явища при прави-

льному виборі пружного елемента демпфера.

Деякі фірми (Bosch та ін.) для демпфування коливань застосовують

спеціально підібрані шланги із бензоморозостійкої гуми.

Інші виконавчі пристрої. До них належать пристрої, що обслугову-

ють додаткові функції КПСК паливоподачею та запалюванням. Розглянемо

основні з них.

Заслінка додаткового повітря. Холодний двигун має підвищений

опір тертя, яке треба додатково долати на холостому ході. Тому заслінка

додаткового повітря дозволяє двигуну отримувати більше повітря, обходя-

чи дросель. Оскільки це повітря вимірюється витратоміром й ураховується

при дозуванні палива, двигун у результаті отримує й більше суміші. Таким

чином досягається підвищена частота обертання колінчастого вала на хо-

лодному ДВЗ.

Заслінка додаткового повітря (рис.3.57) являє собою перфоровану за-

слінку, що перекриває прохідний переріз обхідного каналу, керований бі-

металевою пружиною.

Відкриття прохідного перерізу залежить від температури таким чи-

ном, що на холостому двигуні відкривається більший прохідний переріз, а

при підвищенні температури двигуна цей переріз зменшується доти, доки

канал повністю не закриється. Біметалева пружина електрично підігріва-

ється. Завдяки цьому можна обмежити час відкриття заслінки залежно від

типу двигуна. Місце розташування заслінки додаткового повітря вибира-

ється таким, аби вона сприймала температуру двигуна. Тому на прогрітому

ДВЗ заслінка додаткового повітря не працює.

175

Форсунка холодного пуску. Для того щоб компенсувати втрати пали-

ва на конденсацію при пуску та полегшити пуск холодного (непрогрітого)

двигуна, треба у момент пуску вприскувати додаткове паливо. Останнє по-

дається через форсунку холодного пус-

ку (рис. 3.58) у впускний трубопровід.

Тривалість включення такої фор-

сунки обмежується термореле залежно

від температури двигуна (охолоджува-

льної рідини).

Форсунка холодного пуску – елек-

тромагнітна. В її корпусі розташована

обмотка електромагніту. У знеструмле-

ному стані рухомий якір притиснутий

пружиною до ущільнення й закриває

розпилювач. Коли електромагніт вклю-

чається, якір підіймається і відкриває

доступ паливу в розпилювач. Потік па-

лива при вході в розпилювач закручу-

ється.

Завдяки формі відцентрового роз-

пилювача паливо розпилюється особли-

Рисунок 3.58 – Форсунка

холодного пуску:

1 – електричне рознімання; 2 – підвід

палива із сітчатим фільтром; 3 –

клапан (якір магніту); 4 – обмотка

електромагніту; 5 – відцентровий

розпилювач; 6 – корпус

Рисунок 3.57 – Заслінка додаткового повітря:

а – схема керування: 1 – отвір у діафрагмі; 2 – осьовий підшипник;

3 – електричне підігрівання; 4 – повітряний канал; 5 – перфорована мембрана;

б – конструкція приладу: 1, 2 – електропідігрівання біметалевої пружини;

3 – біметалева пружина; 4 – перфорована заслінка

176

во дрібно і змішується з повітрям у впуск-

ному трубопроводі за дросельною заслін-

кою.

Термореле. Цей пристрій (рис. 3.59)

обмежує час роботи форсунки холодного

пуску залежно від температури двигуна.

Термореле складається із біметалевої

стрічки, яка, залежно від своєї темпера-

тури, розмикає або замикає контакт. Вона

розташована у порожньому корпусі з різь-

бою. Корпус встановлюють у місці, де

можливо найбільш точно вимірювати те-

мпературу двигуна.

Час включення форсунки холодного

пуску залежить від нагрівання термореле

двигуном, зовнішнім повітрям та власного

електропідігріву. Треба обмежувати власне підігрівання форсунки (при 20

°С біля 8 с), інакше суміш перезбагатиться.

При прогріві контакт розмикається. Тому при пуску прогрітого дви-

гуна паливо через пускову форсунку не вприскується.

Контакт керує обмоткою електромагніта пускової форсунки.

Пневматичний датчик прискорення. Цей датчик виконує функції

економайзера. Він змонтований на осі дросельної заслінки. Крім функції

вимикача на режимах примусового холостого хода, датчик прискорення

виконує також функції датчика режиму прискорення подачі палива у впус-

кний тракт, посилаючи при різкому відкритті дроселя серію імпульсів, які

збільшують паливоподачу на режимах прискорення. Датчик (рис. 3.60)

працює наступним чином. Порожнини А та Б розділені мембраною і спо-

лучаються тільки через калібрований отвір. Тому час вирівнювання тиску

у А і Б залежить від їх об’ємів та пропускної здатності каліброваного отво-

ру. При різкому натисканні на педаль дроселя тиск порожнині А різко зро-

стає і мембрана, долаючи зусилля пружини, прогинається, роз’єднуючи

контакти. При подальшому поступовому вирівнюванні тисків мембрана

Рисунок 3.59 – Термореле:

1 – електронне рознімання;

2 – корпус з різьбою; 3 –

біметалева стрічка; 4 – обмо-

тка підігріву; 5 – контакт

177

повертається у початкове положення; контакти замикаються і збагачення

горючої суміші зупиняється.

Рисунок 3.60 – Пневма-

тичний датчик приско-

рення:

1 – резистор; 2 – контакти;

3 – мембрана; 4 – штуцер; 5 –

калібрований отвір; 6 –

пружина

Регулятор прогріву (регулятор керувального тиску). Зміни протити-

ску здійснюються регулятором прогріву, який (рис. 3.61) встановлено на

двигуні таким чином, щоб він краще сприймав температуру (охолоджува-

льної рідини). Додатково регулятор має електричний підогрів.

Регулятор складається з підпружиненого клапана з плоским сідлом і

біметалевою пружиною з електричним підігрівом.

У холодному стані біметалева пружина стискує клапанну пружину 7,

зменшує силу її дії на мембрану 4 клапана. У такому разі прохідний пере-

різ клапана є великим, у результаті більше палива йде на злив із магістралі

керувального тиску, що знижується.

З початком тиску біметалева пружина підігрівається електричним

струмом і теплотою двигуна; вона згинається й зменшує свою дію на пру-

жину 7 клапана. Тиск пружини на мембрану посилюється; клапан з плос-

ким сідлом зменшує свій прохідний переріз, у результаті протитиск збіль-

шується.

Збагачення при прогріванні припиняється, коли біметалева пружина

повністю сходить з клапанової пружини. У такому випадку керувальний

тиск набуває свого нормального значення, визначеного тільки пружиною

клапана. При холодному пуску керувальний тиск становить 0,05 МПа, на

прогрітому двигуні – 0,37 МПа.

178

Крім того, регулятор протитиску забезпечує збагачення суміші при

переході на режим повного навантаження. Для цього регулятор прогріву

має пружину меншого діаметра, яка спирається верхнім кінцем на тарілку

штока клапана, а нижнім – на опору мембрани 10 і яка встановлена всере-

дині пружини 7. Мембрана поділяє регулятор на верхню й нижню камери.

Верхня камера сполучена трубопроводом із впускним колектором за дро-

сельною заслінкою і в ній діє розрідження. Нижня камера залежно від ви-

конання з’єднана або з навколишнім середовищем, або іншим трубопрово-

дом з повітряним фільтром.

Завдяки високому розрідженню на холостому ході та на часткових

навантаженнях мембрана 10 підіймається до впирання у верхній упор 8. У

такому випадку внутрішня пружина тисне на верхню мембрану 4 з макси-

мальною силою. Таким чином зусилля двох пружин забезпечують задане

значення керувального тиску для даного навантажувального режиму. При

Рисунок 3.61 – Регулятор прогріву з мембраною повних навантажень на ре-

жимах холостого ходу й часткових навантажень:

1 – електричний підігрів; 2 – біметалева пружина; 3 – підведення

розріження

(від впускного колектора); 4 – мембрана клапана; 5 – злив у паливний бак; 6 –

керувальний тиск (від розподільника тиску); 7 – клапанна пружина; 8 –

верхній

упор; 9 – зв’язок з навколишнім середовищем; 10 – мембрана; 11 – нижній упор;

а – часткове навантаження; б – повне навантаження

1 6 5

179

подальшому відкритті дроселя розрідження у верхній камері зменшується,

нижня мембрана погинається униз до упирання в нижній упор 11. Верхня

пружина ослаблюється, керувальний тиск зменшується на задане значення,

в результаті суміш збагачується.

Накопичувач палива. Накопичувач палива (рис. 3.62) підтримує тиск

у паливній магістралі після зупинки двигуна, щоб полегшити його повтор-

ний пуск, особливо гарячого двигуна (якщо

паливо в магістралі знаходиться під тис-

ком, вірогідність створення парових про-

бок мала). Завдяки відповідній конфігура-

ції корпусу накопичувач згладжує пульса-

ції паливоподачі при роботі паливного

насоса.

Внутрішня порожнина накопичувача

розділена мембраною на дві частини: одна

камера служить для накопичування палива,

у другій знаходиться пружина.

Під час роботи насоса накопичуваль-

на камера заповнюється паливом. Мембра-

на прогинається, долаючи опір пружини,

до впирання в корпус.

У цьому положенні, що відповідає

максимальному об’єму накопиченого па-

лива, мембрана залишається доти, доки

працює двигун.

Паливний фільтр. Паливний фільтр

(рис. 3.63) затримує частинки, які забруд-

нюють паливо і які можуть негативно вплинути на роботу агрегатів пали-

воподачі.

Паливний фільтр включає паперовий фільтрувальний елемент, за

яким знаходиться допоміжна сітка. Завдяки такій комбінації досягається

високий ступінь очищення. Паливо фільтрується у бумажному фільтрува-

льному елементі, а сітка затримує частинки, що можуть відірватися у про-

цесі експлуатації. Тому показаного на корпусі фільтра стрілкою напряму

подавання палива слід суворо дотримуватися.

Рисунок 3.62 – Накопичувач

палива:

а – пустий; б – повний;

1 – порожнина пружини; 2 –

пружина; 3– упор; 4 – мембра-

на; 5 – об’єм для накопичування;

6 – вхід палива