Лекция 15 по МДК 1.1. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт транспортного электрооборудования и автоматики

^{Система впрыска бензина "L-Jetronik"}

Ранее были подробно описаны системы одноточечного импульсного впрыска бензина, в кото­рых электронному управлению подвергается одна центральная электроуправляемая форсунка, общая для всех цилиндров автомобильного двигателя. Такие системы принято относить к груп­пе "Моно". В данной главе рассматривается система впрыска бензина "L-Jetronic", которая является прототипом для всех систем впрыска из групп "L" и "М".

^{Предварительные замечания}

В настоящее время на подавляющем большинст­ве двигателей современных легковых автомобилей широкое распространение получили системы впрыс­ка топлива, в которых бензин подается во всасыва­ющий коллектор не через одну центральную форсун­ку впрыска, а через несколько форсунок, число кото­рых равно числу цилиндров двигателя. При этом впрыск осуществляется на горячие впускные клапа­ны прерывисто одной или двумя порциями за рабо-чий цикл двигателя и с точным соблюдением геомет­рии распыла (рис. 1), так, чтобы бензин попадал только на головки клапанов.

Рис.1. Установка форсунки в предклапанную зону внупускного коллектора:

1 — впускной коллектор; 2 — форсунка впрыска бензина; 3 — прокладка; 4 — впускной клапан; 5 — предклапанная зона в головке блока цилиндров ДВС; 6 — камера сгорания.

Такие системы обозначаются индексом "L" (от не­мецкого слова "Lade" — точная порция, заряд), что указывает на отмеренный по количеству топлива прерывистый и распределенный по цилиндрам впрыск бензина. Для реализации такого способа впрыска необходимо применение электрически уп­равляемых форсунок, продолжительность открытого состояния которых определяется длительностью эле­ктроимпульса управления. Это позволяет точно и бы­стро (безынерционно) корректировать качество топ­ливовоздушной смеси (ТВ-смеси), подаваемой в ци­линдры при различных режимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Системы впрыска бензина группы "L" широко вы­пускаются разными зарубежными фирмами: BOSCH и VAG — Германия; CITROEN — Франция; LUCAS — Англия; FIAT — Италия; SIEMENS — Голландия; SAAB — Швеция; GENERAL-MOTORS и FORD — США.

В Японии системы впрыска выпускаются большин­ством автомобилестроительных предприятий (TOYOTA, HONDA, SUBARU, MITSUBISHI, NISSAN, MAZDA).

В России изготовление компонентов для систем впрыска группы "L" освоено рядом отечественных заводов автомобильного приборостроения.

Общее число разработанных и освоенных произ­водством разновидностей и модификаций систем впрыска бензина, входящих в группу "L", более 60-ти наименований. Но их отличия друг от друга незначи­тельны, поэтому рассматривать каждую систему в отдельности нет необходимости. Наиболее типич­ным представителем систем этой группы является система "L-Jetronic" фирмы BOSCH (ФРГ).

Отличия "L-Jetronic" от "Mono-Jetronic"

В отличие от "Mono-Jetronic" система "L-Jetronic" работает на каждый цилиндр в отдельности, но допол­нительно оснащена общей пусковой форсункой 11 и совершенно иным по конструкции (потенциометрическим) расходомером воздуха 8, 7 с воздушной демферной камерой, с датчиком температуры всасываемого воздуха, с выключателем бензонасоса и с обводным воздушным (байпасным) каналом. Иногда в систему "L-Jetronic" устанавливается датчик атмосферного давления (ДАД), выполняющий функцию корректора состава ТВ-смеси по высоте над уровнем моря.

Рис.3. Схема системы "L-Jetronic" со всеми функциональными компонентами:

1 — ЭБУ (контроллер); 2 — фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ); 3 — электробензо­насос; 4 — бензобак; 5 — впускной клапан; 6 — регулятор давления с вакуумным кор­ректором; 7 — потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки (ДПД); 8 — потенциометрический расходомер (ПРВ) воздуха с датчиком температуры (ДТВ); 9 — датчик температуры воздуха (ДТВ); 10 — рабочая электроуправляемая форсунка; 11 — пусковая форсунка; 12 — расширительный ресивер впускного коллектора; 13 — дроссельная заслонка; 14 — датчик концентрации кислорода (ДКК); 15 — датчик температуры двигателя (ДТД); 16 — воздушный фильтр; 17 — термореле времени; 18 — датчик распределитель (МДР) с бесконтактным датчиком Холла (ДМС); 19 — клапан до­полнительной подачи воздуха; 20 — выпускной коллектор; 21 — блок цилиндров ДВС; 22 — вакуумный регулятор на датчике-распределителе 18; 23 — аккумуляторная бата-рея (АКБ); 24 — генераторная установка; 25 — замок зажигания; 26 — реле управле­ния бензонасосом 3, пусковой форсункой 11 и термореле времени 17.

_{Работа системы "L-Jetronic"}

При запуске автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) любая система впрыска топлива (СВТ) должна обеспечивать обогащение топливовоздушной смеси (ТВ-смеси). В системе "L-Jetronic" это реализуется пусковой форсункой (см. рис. 17.3), которая включается в работу при температуре T_g двигателя меньше 20°С (T_g T_g от +20 до -30°С). Если T_g 20°С, то пусковая форсунка в работу не включается (контакты термореле време­ни разомкнуты). Если T_{g ,} пока она не станет нормальной (сокращается продолжительность впрыска бензина рабочими (клапанными) форсунка­ми. На прогретом двигателе состав ТВ-смеси коррек­тируется по температуре воздуха на впуске по сигна­лу датчика ДТВ температуры, который установлен на пути воздушного потока в расходомере).

Значительную часть времени автомобильный дви­гатель работает в режиме неполных (частичных) на­грузок, когда могут быть достигнуты максимальная экономия топлива (за счет обеднения ТВ-смеси) или минимальный процент токсичных веществ в выхлоп­ных отработавших газах (за счет получения ТВ-смеси с коэффициентом а = 1). ЭБУ системы "L-Jetronic" обеспечивает необходимый компромисс на частич­ных нагрузках ДВС между двумя этими противоречи­выми параметрами. Важно отметить, что в системе "L-Jetronic" сигналы для ЭБУ о режимах "холостой ход", "частичные нагрузки", "форсаж", "полная на­грузка" — формируются так же, как и в системе "Mono-Jetronic", т.е. с помощью датчиков краевых положений и потенциометра дроссельной заслонки.

Программа, заложенная в память ЭБУ, обеспечи­вает обогащение ТВ-смеси при пуске и прогреве хо­лодного двигателя, а также при его полной нагрузке и разгоне. Предусмотрен режим принудительного хо­лостого хода (торможения двигателем) и режим огра­ничения максимальных оборотов (6500 м).

Рис. 4. Разновидности топливных коллекто­ров для систем впрыска бензина группы "L":

а — для четырехцилиндрового ДВС; б — для 8-ми цилиндрового ДВС; в — для 6-ти цилиндрового ДВС; 1 — сливной патрубок; 2 —патрубок для вакуумного шланга от задроссельной зоны; 3 — регулятор давления бензина в топ­ливном коллекторе; 4 — топливный коллектор (бензиновая рампа); 5 — впускной патрубок; 6 — форсунка с электрическим управлением

Модификации систем впрыска топлива групп "L" и "М".

_Системы впрыска группы"D".

Все известные системы впрыска бензина групп "L" и "М" имеют общий прототип — систе­му "L-Jetronic". Она является базовым вариантом для систем, в которых реализуется рас­пределенный по цилиндрам импульсный впрыск бензина на впускные клапаны всасываю­щего коллектора. Различные модификации систем впрыска в группах "L" и "М" сводятся к усовершенствованию составных компонентов прототипа, но принцип формирования впрыска остается без изменений (Lade — отмеренными порциями). Наряду с этим разра­ботаны системы впрыска бензина под высоким давлением непосредственно в цилиндры ДВС — системы группы "D". Рассмотрению различных модификаций систем впрыска групп "L", "М" и "D".

Усовершенствование электрических и электронных схем управления

Системы группы "L" с усовершенствованной электроникой получили наименование "LE-Jetroniк" (E-Elektronic).

Механические и гидравлические устройства остались без изменений. Между системами "L" и "LE" имеются следующие различия: j

1. Число контактов в разъеме ЭБУ уменьшено с 35 до 25.

2. Изменена схема управления пуском холодного двигателя (реле бензонасоса и реле пуска заменены электронной схемой управления).

3. Рабочие клапанные форсунки управляются маг­нитным соленоидом, обмотка которого выполнена не медным, а латунным проводом. Омическое сопротив­ление обмотки увеличилось с 2,4 до 12 Ом, что поз­волило исключить из схемы управления форсунками дополнительные резисторы.

4. Из потенциометрического датчика в расходо­мере воздуха исключена контактная пара выключе­ния электробензонасоса при неработающем ДВС. Число контактов в разъеме расходомера уменьши­лось с 7 до 5.

Система "LE2-Jetronic" отличается от системы "LЕ" отсутствием пусковой форсунки, за счет этого запуск ДВС стал более надежным и экономичным, так как обогащение ТВ-смеси стало управляться че­рез рабочие форсунки. Упростилась конструкция впу­скного коллектора.

Система "LE3-Jetronic" в отличие от системы "LE" имеет в своем составе микро-ЭВМ, которая работает в цифровых кодах и конструктивно помещена в элек­тронный блок управления (ЭБУ) впрыском. Сам ЭБУ ус­тановлен на расходомере воздуха. Функции ЭБУ значительно расширены. Применено программное управле­ние по трехмерной характеристике впрыска (ТХВ). Вве­дена коррекция продолжительности впрыска бензина с учетом колебаний напряжения в бортсети автомоби­ля, а также защита ЭБУ от ложных сигналов. На впуск­ном коллекторе системы "LE3" установлены пусковая форсунка и клапан дополнительной подачи воздуха.

Система "LE4-Jetronic" является дальнейшим усовершенствованием системы "LE3", которое сво­дится к исключению пусковой форсунки, термореле времени и клапана дополнительной подачи воздуха.

Системы впрыска бензина группы "М"

В последние годы электронную систему управления впрыском топлива на бензиновых двигателях объединяют с электронной автоматикой электроис­крового зажигания. Объединенные в единое целое две электронные системы управления принято называть комплексной электронной системой автомати­ческого управления двигателем (ЭСАУ-Д). Объедине­ние реализуется на уровне электронных схем и их входной периферии. К выходным (исполнительным) устройствам систем впрыска и зажигания интегра­ция прямого отношения не имеет. В лучшем случае в единый электронный блок (в контроллер) комплекс­ной ЭСАУ-Д вносятся электронные схемы выходных коммутаторов зажигания, но катушки (или трансформаторы) зажигания и свечи зажигания в конст­рукцию контроллера ЭСАУ-Д не включаются. То же самое относится и к выходной периферии для систе­мы впрыска бензина, которая по составу компонентов аналогична системе впрыска группы "L".

На базе объединения различных систем впрыска и зажигания в единую ЭСАУ-Д фирмой BOSCH разра­ботан ряд комплексных систем управления под общим названием "Motronic": "Mono-Motronic"; "Motronic 1.1-1.3"; "Motronic 1.7"; "Motronic 3.1-3.2"; "Motronic 5.4"; "ME-Motronic" и др. Эти системы составляют груп­пу "М". За исключением системы "Mono-Motronic", все остальные системы группы "М" созданы с использованием систем впрыс­ка бензина группы "L": в "М 1.1" и "М 1.2" интегриро­вана система "L-Jetronic"; в "М 1.3" и "М 1.7" — "LE-Jetronic"; в "М 3.1" и "М 3.2" — "LH-Jetronic"; в •М 5.4" — "LH4"; в "МЕ-М" — "LE2-Jetronic".

Системы зажигания (СЗ) в ЭСАУ "Motronic" самые разнообразные, начиная от СЗ с механическим дат­чиком-распределителем и кончая СЗ с индивидуаль­ными катушками зажигания для каждого цилиндра ДВС в отдельности.

На рис. 4 в качестве примера реализации ЭСАУ "Motronic" представлена функциональная схема комплексной системы управления "Motronic М3.2" со всеми компонентами (устанавливается на автомобилях AUDI.A4 с 4-х цилиндровым двигателем 1.8-5V.ADR после 1995 г.). Электрическая схема этой системы показана на рис.5.

Рис. 4. Функциональная схема системы "Motronic М3.2":

D2 (KK3) — кодовый ключ зажигания; G70 (ММВ) — массметр воздуха; G40 (ДХ) — датчик Холла; G28 (ДОД) — датчик частоты вращения (оборотов) ДВС; G62 (ДТД) — датчик температуры ох­лаждающей жидкости в ДВС; G69 (ДПД) — датчик положения дроссельной заслонки; F60 (ДХХ) — датчик холостого хода (кон­тактная пара); G88 (ДПР) — датчик положения регулятора дрос­сельной заслонки; G39 (ДКК) — датчик концентрации кислоро­да; F96 (ДАД) — датчик атмосферного давления; G61 и G66 (ДД1 и ДД2) — датчики детонации; ДР — диагностический разъ­ем; V60 (РПД) — регулятор положения дроссельной заслонки; N80 (ЗПК) — запорный пневмоклапан для подсистемы утилиза­ции паров бензина из бензобака; Z19 (ПДК) — подогрев внутри ДКК; J17 (РБН) — реле бензонасоса; G6 (ЭБН) — электробензо­насос; BC3 — выходные компоненты системы зажигания; N30—N33 (РФ1—РФ4) — рабочие клапанные форсунки впрыс­ка бензина; К117 (КЛ) — контрольная лампа самодиагностики.

Рис. 5. Электрическая схема системы "Motronic М3.2"

(обозначения в схеме соответствуют рис. 4)

Интересным новшеством, которое впервые при­менено в системе "Motronic М3.2", является узел уп­равления дроссельной заслонкой с реверсным элект­росервоприводом (на рис. 18.4 поз. ДПД, ДПР, ДХХ, РПД). В этом блоке отсутствуют обводной (байпасный) канал с клапаном дополнительной подачи возду­ха, которые широко применяются в ранних модифи­кациях систем впрыска бензина. Здесь дополнитель­ный воздух для управления частотой вращения дви­гателя на холостом ходу подается непосредственно через диффузор дроссельной заслонки (ДЗ), степень открытия которой автоматически контролируется и управляется от ЭБУ. Благодаря этому подсистема стабилизации оборотов холостого хода (XX) стала бо­лее устойчивой при любых изменениях условий рабо­ты двигателя, уменьшилась вероятность попадания недозированного воздуха во впускной коллектор, понизился расход топлива на XX, уменьшилось количе­ство вредных компонентов в выхлопных отработав­ших газах.

Системы непосредственного впрыска бензина (группа "D")

Идея непосредственного впрыска топлива в цилиндры достаточно давно и полно изучена и отрабо­тана в дизельном двигателе. В бензиновых ДВС не­посредственный впрыск стал применяться совсем недавно. Этому есть ряд причин, главная из кото­рых — высокая сложность реализации

1. Предварительные замечания

Непосредственный впрыск бензина в цилиндры (или в камеры сгорания) ДВС имеет ряд преиму­ществ по сравнению с впрыском во впускной коллек­тор (в системах группы "Mono") или на впускные кла­паны (в системах группы "К" и "L"). Эти преимущест­ва следующие:

• впрыск бензина в цилиндр реализуется под вы­соким давлением, чем достигается значительное из­мельчение его капель и высокая кинетическая энер­гия струи впрыска;

• имеет место полная равномерность распределения топлива по цилиндрам;

• происходит внутреннее смесеобразование;

• обеспечивается перемешивание компонентов топливовоздушной смеси на молекулярном уровне.

Системы непосредственного впрыска бензина в цилиндры (или в камеры сгорания) объединяют в группу "D", которая получила свой индекс от не­мецкого слова "direkt", что означает "непосредст­венный".

Двигатели с такой системой топливного питания исключительно экономичны. Но широкому вне­дрению систем впрыска группы "D" препятствует их высокая конструктивная сложность, а также значительная трудоемкость при ремонте и налад­ке. Из-за низких смазывающих свойств бензина топливный насос высокого давления (основной компонент системы "D") обладает недостаточной надежностью. Гидромеханические форсунки за­крытого типа, которыми оснащаются системы группы "D", при работе под высоким давлением требуют их установки непосредственно в головке блока цилиндров с помощью резьбового сочлене­ния, что исключает возможность их эффективного охлаждения потоком бензина. Камера сгорания при реализации внутреннего смесеобразования должна иметь специальную конфигурацию, кото­рая не поддается теоретическому расчету. Ее фор­му подбирают экспериментально в процессе кон­структивной разработки двигателя. Для систем впрыска группы "D" требуются специальные свечи зажигания. Бензиновые трубопроводы и их сочле­нения должны обладать исключительно высокой эксплуатационной надежностью.

Преодолеть все эти трудности "под силу" не каж­дой моторостроительной фирме.

Современные системы непосредственного впрыска бензина

Новый стимул к внедрению систем непосредст­венного впрыска бензина на двигателе легкового ав­томобиля возник с разработкой насос-форсунок вы­сокого давления (НФВД). Эти устройства обеспечива­ют возможность впрыска бензина с разделением цикловой подачи на отдельные порции. Объем каж­дой порции, момент и продолжительность ее впрыс­ка в цилиндр строго регламентируются электронной системой управления. При этом все три параметра изменяются по заложенной в ЭБУ программе в зави­симости от нагрузочного, скоростного и теплового режимов двигателя.

Примером системы непосредственного впрыска с управляемой цикловой подачей бензина может слу­жить система, разработанная фирмой TOYOTA для двигателя TD-4. Основным узлом этой системы явля­ется комбинированное устройство — насос-форсун­ка (рис. 8).

Рис. 8. Насос-форсунка фирмы TOYOTA:

1 — головка плунжера; 2 — пружина плунжера; 3 — глад­кий цилиндрический плунжер; 4 — гильза плунжера; 5 — рабочая полость плунжерного насоса; 6 — корпус закрытой форсунки; 7 — возвратная пружина запорного клапана форсунки; 8 — корпус запорного клапана форсунки с рас­пылителем; 9 — управляющий клапан (электроклапан, регу­лирующий давление в полости 5, под управлением от ЭБУ-впрыска); 10 — сливной канал; 11 — подводящий топлив­ный канал; 12 — электромагнитная система управляющего клапана.