Лекция 14 по МДК 1.1. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт транспортного электрооборудования и автоматики

Системы одноточечного впрыска топлива для бензиновых двигателей

Система центрального одноточечного импульсного впрыска топлива "Mono-Jetronic"

Впервые система центрального одноточечного импульсного впрыска топлива для бензиновых двига­телей легковых автомобилей была разработана фир­мой BOSCH в 1975 году. Эта система получила на­звание "Mono-Jetronic" (Monojet — одиночная струя) и была установлена на автомобиле "Volkswagen".

Рис. 14.7. Функциональная схема системы "Mono-Jetronic":

1 — бензобак; 2 — подкачивающий бензонасос; 3 — основной бензонасос; 4 — бензофильтр; 5 — обратный бензопровод; 6 — прямая бензомагистраль; 7 — ре­гулятор давления; 8 — центральная форсунка впрыска (ЦФВ); 9 — отвод картер-ных газов; 10 — штуцер вакуумного шланга для запорного клапана; 11 — дрос­сельная заслонка; 12 — подогреватель ТВ-смеси; 13 — электросервопривод дроссельной заслонки; 14 — дроссельный потенциометр (ДПА); 15 — вакуумный шланг; 16 — запорный пневмоклапан; 17 — вакуумный регулятор опережения зажигания; 18 — датчик-распределитель; 19 — электронный коммутатор зажига­ния; 20 — свеча зажигания; 21 — впускной клапан ДВС; 22 — выпускной кол­лектор; 23 — кислородный датчик; 24 — датчик температуры ДВС; 25 — элек­тронный блок управления впрыском (ЗБУ-В); 26 — аккумуляторная батарея (АКБ); 27 — замок зажигания.

В ЭБУ системы "Mono-Jetronic' процессор МКП (см. рис. 14.2) с постоянной и оперативной памя­тью (блок ЗУ). В постоянную па­мять "зашита" эталонная трехмер­ная характеристика впрыска (ТХВ). Эта характеристика в какой-то ме­ре подобна трехмерной характери­стике зажигания, но отличается тем, что ее выходным параметром является не угол опережения за­жигания, а время (продолжитель­ность) открытого состояния цент­ральной форсунки впрыска. Вход­ными координатами характеристи­ки ТХВ являются частота вращения двигателя (сигнал поступает от кон­троллера системы зажигания) и объем всасываемого воздуха (рас­считывается микропроцессором в ЭБУ впрыска). Эталонная характе­ристика ТХВ несет в себе опорную (базовую) информацию о стехио-метрическом соотношении бензи­на и воздуха в ТВ-смеси при всех возможных режимах и условиях работы двигателя. Эта информа­ция выбирается из памяти ЗУ в ми­кропроцессор ЭБУ по входным ко­ординатам характеристики ТХВ (по сигналам датчиков ДОД, ДПД, ДТВ) и корректируется по сигналам от датчика температуры охлаждаю­щей жидкости (ДТД) и кислородно­го датчика (КД).

^{Функциональная схема системы}

На рис. 14.7 приведена функциональная схема системы впрыска "Mono-Jetronic" со всеми составны­ми ее компонентами.

Любая система впрыска в своей топливоподающей подсистеме обязательно содержит замкнутое топлив­ное кольцо, которое начинается от бензобака и закан­чивается там же. Сюда входят: бензобак ББ, электро­бензонасос ЭБН, фильтр тонкой очистки топлива ФТОТ, распределитель топлива РТ (в системе "Mono-Jetronic" — это центральная форсунка впрыска) и регу-лятор давления РД, работающий по принципу стравли­вающего клапана при превышении заданного рабоче­го давления в замкнутом кольце (для системы "Mono-Jetronic" 1...1Д бар).

Замкнутое топливное кольцо выполняет три функции:

• с помощью регулятора давления поддержива­ет требуемое постоянное рабочее давление для рас­пределителя топлива;

• с помощью подпружиненной диафрагмы в ре­гуляторе давления сохраняет некоторое остаточное давление (0,5 бар) после выключения двигателя, бла­годаря чему не допускается образование паровых и воздушных пробок в топливных магистралях при ос­тывании двигателя;

• обеспечивает охлаждение системы впрыска за счет постоянной циркуляции бензина по замкнуто­му контуру.

В заключение следует отметить, что система "Mono-Jetronic" использовалась только на легковых автомобилях среднего потребительского класса, на­пример таких, как западно-германские автомобили: "Volkswagen-Passat", "Volkswagen-Polo", "Audi-80".

Система "Mono-Motronic"

Система "Mono-Motronic" представляет собой комплексную систему управления бензиновым двигателем для легковых автомобилей среднего потребительского класса. В ее состав входят _{компоненты электроискрового зажигания и центрального одноточечного впрыска топлива}

_{Основные функции системы}

Рис. 15.1. Функциональная схема системы "Mono-Motronic":

1 — бензобак; 2 — подкачивающий электробензонасос; 3 — основной электробен­зонасос; 4 — фильтр тонкой очистки топлива; 5 — прямая бензомагистраль; 6 — обратная бензомагистраль; 7 — регулятор давления; 8 — центральный впрыскива­ющий узел (ЦВУ); 9 — центральная форсунка впрыска (ЦФВ); 10 — шланг для кана­лизации паров бензина; 11 — дроссельная заслонка; 12 — подогреватель впускно­го коллектора; 13 — электросервопривод дроссельной заслонки; 14 — потенциоме-трический датчик положения дроссельной заслонки; 15 — запорно-тактовый кла­пан; 16, 17 — соединительные шланги для угольного фильтра; 18 — угольный фильтр; 19 — входной воздушный штуцер угольного фильтра; 20 — двухвыводные катушки зажигания; 21 — впускной коллектор; 22 — выпускной коллектор; 23 — датчик концентрации кислорода (ДКК); 24 — датчик температуры двигателя (ДТД); 25 — датчик коленвала (ДКВ); 26 — многоканальный модуль зажигания; 27 — кон­троллер (электронный блок управления — ЭБУ); 28 — аккумуляторная батарея (АКБ); 29 — замок включения зажигания; 30 — диагностический разъем.

Как только в различные систе­мы управления автомобильным двигателем стали внедрять электронную автоматику, сразу стало ясно, что многие функции этих си­стем одинаковые. Например, для нормального функционирования системы зажигания требуется по­стоянно определять частоту вра­щения и нагрузку двигателя. Но то же самое необходимо определять и при работе системы впрыска. Функциюопределения частоты вращения двигателя выполняет датчик Холла или любой другой бес­контактный электроимпульсный датчик. Таким образом, датчик ча­стоты вращения становится об­щим для двух электронных систем автоматического управления на двигателе. Совершенно очевидно, что создавать две во многом оди­наковые системы управления не-целесообразно. Проще и дешевле все функции управления двигате­лем свести в единую систему. Так на автомобильных двигателях по­явились ЭСАУ — комплексные эле­ктронные системы автоматическо­го управления*.

Система "Mono-Motronic", функциональная схема которой показана на рис. 15.1, является типичным представителем ЭСАУ для двигателей легковых автомо­билей не выше среднего потреби-тельского класса.

Как видно из рисунка, в эту сис­тему интегрированы функции двух систем управления — системы за­жигания и системы моновпрыска топлива. Поэтому второе слово в названии системы — "Motronic" (от MOnoelekTRONIC — единое электронное управление) — символизирует тот

факт, что электронный блок 27 выполнен в виде моно­блока для двух систем управления. Система разработана фирмой BOSCH на основе системы впрыска "Mono-Jetronic" и системы зажигания (TSZ). Начиная с 1978 го­да система "Mono-Motronic" устанавливалась на тех же легковых автомобилях, что и система "Mono-Jetronic".

• По принципу действия система "Mono-Motronic" мало чем отличается от своих прототипов. Главный функциональный блок — центральный впрыскивающий узел 8, который подробно описан в главе 14, в обеих системах один и тот же. Но в компонентном составе си­стем есть принципиальные отличия. Если система обо­рудована механическим датчиком-распределителем, то теперь он не содержит вакуумного регулятора, функции которого выполняет датчик 14 положения дроссельной заслонки.

Но чаще в системе "Mono-Motronic" датчик-распре­делитель отсутствует, а его функции выполняют два но­вых устройства: индуктивный датчик коленвала 25 и многоканальный модуль зажигания 26. Контроллер 27 системы "Mono-Motronic" поме­щен в такой же защитный ко-жух, как и системы "Mono-Jetronic". Внешнее отличие кон­троллеров сводится к различию соединительных разъемов по числу выводов: в "Mono-Motronic" 35 выводов, а в "Mono-Jetronic" — 32.

Наиболее существенным является отличие в подсистемах топливоподачи. Так, система зпрыска в "Mono-Motronic" (для автомобилей с ДВС объемом до 1,6 л) оборудована подсистемой дополнительной подкачки бен­зина. В бензобаке 1 установлен вспомогательный подкачиваю­щий электробензонасос 2 (см. рис. 15.1). Этот насос обеспечи­вает давление 0,25 бара и про­качивает около 65 л в час (при напряжении 12 В и токе 2 А). Второй (основной) электробен­зонасос 3 расположен под дни-_дем автомобиля рядом с бензо­баком. Этот насос потребляет ток 5 А при напряжении 12 В и создает рабочее давление в прямой топливоподающей маги­страли 1,2...1,5 бар (производи­тельность 80 л/ч).

Несколько измененная подсистема топливного питания рис. 15.2) оборудована двумя электробензонасосами 4 и 12, а

также двумя топливными фильтрами 10 и 13, один из которых (10) используется как резервная емкость (200 мл). Назначение резервной емкости — обеспечи­вать топливом систему впрыска при значительном боко­вом крене автомобиля (более 40°) и при прохождении поворотов на большой скорости. Интересно отметить, что обратный слив топлива производится не прямо в бензобак, а через резервную емкость 10. Этим обеспе­чивается снижение нагрузки на подкачивающий бензо­насос 4 и уменьшение потребляемого им тока.

На автомобилях с вертикальным бензобаком (напри­мер, на "Audi-80") подкачивающий насос и второй фильтр с резервной емкостью не применяются

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ "ЭСАУ-ВАЗ"

С 1993 гола, Тольяттинский завод "АвтоВАЗ" начал устанавливать на автомобилях ВА3-21044 (универсал) и ВАЗ-21214 (джип) систему топливного питания с центральным впрыском бензи­на. Эта система создана на основе системы "Mono-Motronic" и представляет собой комплекс­ную электронную систему автоматического управления (ЭСАУ) двигателем, в которую помимо управления впрыском бензина входит и управление электроискровым зажиганием. Отечествен­ная система не имеет специального названия, поэтому здесь она обозначена как система "ЭСАУ-ВАЗ".

16.1. Устройство и работа системы

• Функциональная схема системы "ЭСАУ-ВАЗ" по­казана на рис. 16.1¹.

В этой системе некоторая часть комплектующих изделий на начальном этапе выпуска была импортно­го производства. Основные из них — это централь­ный впрыскивающий узел (ЦВУ) 9, устройство кото­рого подробно описано в главе 14; иногда устанавли­вался электронный блок управления ЭБУ — контрол­лер системы "Mono-Motronic". Все остальные изде­лия отечественного производства.

• В функциональном отношении "ЭСАУ-ВАЗ" в сравнении с системой "Mono-Motronic" имеет некото­рую специфику. С учетом эксплуатации автомобилей в России на различных сортах бензина система осна­щена потенциометрическим октан-корректором 22 (датчик ДОК). Первоначальная установка угла опере­жения зажигания (УОЗ) реализуется с применением отечественного диагностического тестера "ТЕСН1". Установка УОЗ без прибора невозможна.

• Датчик-распределитель с механическим приво­дом от коленчатого вала (KB) в системе "ЭСАУ-ВАЗ" не применяется. Его функции выполняют два устрой­ства: выходной многоканальный модуль 1 зажигания (ВМЗ) со статическим распределением высокого на­пряжения по свечам 10 и магнитоэлектрический (ин­дуктивный) датчик 36 (ДКВ) частоты вращения и по­ложения KB, который срабатывает от ферромагнит­ного роторного диска 35, установленного на перед­нем торце 37 вала двигателя. Роторный диск имеет шесть прорезей через 60° и одну — за 50° до проре­зи, положение которой соответствует верхней мерт­вой точке (ВМТ) в первом цилиндре. Зазор L между датчиком и роторным диском не более 1,3 мм.

Главное преимущество индуктивного датчика ДКВ — простота исполнения и конструктивная на­дежность. Основной недостаток — зависимость амплитуды и формы сигнала от частоты вращения коленвала ДВС, что на низких частотах приводит к погрешности определения угла поворота коленвала. Особенно заметно это проявляется, когда на маг­нитный щуп датчика оседают мелкие частицы фер­ромагнитной пыли, и тогда возникают проблемы с запуском холодного двигателя зимой.

• Для определения постоянно изменяющейся на­грузки двигателя в системе предусмотрен тензомет-рический датчик 21 (ДНД), который реагирует на из­менение абсолютного давления (на разрежение) в задроссельной зоне впускного коллектора 18. Дат­чик установлен в подкапотном пространстве на пе­редней панели и соединен вакуумным шлангом со штуцером на дроссельном модуле, а электропровода­ми — с контроллером (с ЭБУ).

• В системе "ЭСАУ-ВАЗ" прекращение подачи топ­лива для режимов принудительного холостого хода (ПХХ) и ограничения максимальной частоты вращения двигателя (ОЧВ) реализуются не так, как в системе "Mono-Motronic". В "Mono-Motronic" используются сиг­налы от датчика положения дроссельной заслонки и от датчика частоты вращения двигателя. Если частота вра­щения выше 2100 мин"¹, а дроссельная заслонка за­крыта, то подача топлива прекращается (на централь­ную форсунку от ЭБУ не подается электрический им­пульс управления). То же самое происходит, если часто­та вращения двигателя становится выше 6500 мин^-1 (независимо от положения дроссельной заслонки).

В отечественной системе в этих режимах дополни­тельно используется датчик 33 (ДСА) скорости движе­ния автомобиля. Этот датчик установлен на коробке (КПП) переключения передач (ВА321044) или на разда­точной коробке (ВАЗ-21214). В датчике скорости ис­пользован эффект Холла, магнитная шторка которого (датчика) установлена на выходном валу 38. Использование датчика скорости в режиме 04В позволяет огра­ничивать частоту вращения двигателя не всегда, а толь­ко на прямой или повышенной передачах в КПП. На по­ниженных передачах система ограничения оборотов не срабатывает. В режиме ПХХ сигнал от датчика скорости не позволяет выключать подачу топлива при высоких оборотах двигателя, но при низкой скорости движения автомобиля (на пониженных передачах). Это обеспечивает более высокую устойчивость движения автомобиля при торможении и управлении двигателем.

• В подсистеме стабилизации холостого хода ис­пользуется клапан дополнительной подачи воздуха (байпасный клапан) с сервоприводом от шагового электродвигателя вместо реверсного двигателя по­стоянного тока в системе "Mono-Motronic", где он уп­равляет дроссельной заслонкой.

Шаговый двигатель (ШД) байпасного канала по­казан на рис. 16.2. Он не имеет люфта и значитель­но меньше по размерам. Концевого выключателя в ШД нет и режим холостого хода фиксируется по сиг­ налу датчика положения дроссельной заслонки (поз. 20 на рис. 16.1).

_{Рис. 16.1.} Функциональная схема "ЭСАУ-ВАЗ":

1 — выходной модуль зажигания (ВМЗ); 2— диагностический разъем; 3 — чек-лампа; 4 — реле (РЭВ) электровентилятора гхлаждения ДВС; 5 — впускное сопло воздушного фильтра (ВФ); 6 — фильтрующий элемент ВФ; 7 — контроллер (электрон­ный блок управления — ЭБУ); 8 — высоковольтные провода; 9 — центральный впрыскивающий узел (ЦВУ) с центральной гэрсункой впрыска (ЦФВ) и датчиком (ДТВ) температуры воздуха; 10 — свеча зажигания; 11 — впускной клапан; 12 — ша-"овый электродвигатель байпасного канала (БК); 13 — регулятор рабочего давления; 14 — сигнал к ЦФВ; 15 — сигнал от ЛТВ; 16 — датчик (ДКК) концентрации кислорода; 17 — выпускной коллектор; 18 — впускной коллектор; 19 — электроподо-^_:еватель ТВ-смеси; 20 — потенциометрический датчик (ДПД) положения дроссельной заслонки; 21 — тензометрический _атчик (ДНД) нагрузки двигателя; 22 — потенциометрический датчик (ДОК) октан-корректора; 23 — реле подогревателя; ~- — каталитический газонейтрализатор (КГН); 25 — поршень ДВС; 26 — датчик (ДТД) температуры двигателя; 27 — реле бензонасоса; 28 — ФТОТ; 29 — электробензонасос; 30 — прямая бензомагистраль ; 31 — обратная бензомагистраль; 32 — :ензобак (ББ); 33 — датчик (ДСА) скорости автомобиля (на эффекте Холла); 34 — отработавшие газы (к глушителю); 35 — эоторный диск датчика (ДКВ) положения и частоты вращения коленвала ДВС; 36 — датчик ДКВ; 37 — торец коленвала ДВС; 38 — выходной вал КПП.

Рис. 16.2. Шаговый электродвигатель клапана дополнительной подачи воздуха (байпасного канала):

1 — колпачок толкателя (запирающий конус клапана); 2 — толкатель; 3 — резьбовая муфта толкателя; 4 — винтовой вал шагового двигателя (ШД); 5 — подшипники ШД; 6 — корпус ШД; 7 — магнитопроводы на статоре ШД; 8 — обмотки стато­ра; 9 — южный полюс постоянного магнита ротора; 10 — воздушные полости; 11 — крышка корпуса ШД; 12 — роторный магнитопровод; 13 — электровывод; 14 — изоляционная втулка; 15 — северный полюс ротора; 16 — направляющий ци­линдр толкателя; 17 — водило толкателя с пружиной; 18 — дополнительный воздух; 19 — выход байпасного канала (БК); 20 — пропускное сечение БК; 21 — вход БК; 22 — фрагмент корпуса центрального впрыскивающего узла.

Стабилизация холостого хода реализуется путем изменения пропускного сечения 20 байпасного (об­водного) канала для подачи дополнительного воздуха 18, минуя диффузор дроссельной заслонки. Сечение байпасного канала увеличивается или уменьшается за счет возвратно-поступательного перемещения в нем запирающего конуса 1 клапана байпасного ка­нала. Запирающий конус перемещается туда или об­ратно шаговым электродвигателем 6 по импульсным сигналам управления от ЭБУ (от контроллера).

Схема электрических соединений "ЭСАУ-ВАЗ" приведена на рис. 16.3 в виде фрагмента общей схемы электрооборудования автомобиля.

Рис. 16.3 Схема электрических соединений «ЭСАУ-ВАЗ»

92 — "Х-реле"; 93 — реле электробензонасоса; 94 — чек-лампа; 95 — электродвигатель бензонасоса; 96 — центральная форсунка впрыска (ЦФВ); 97 — электропневмоклапан вентиляции бензобака; 98 — датчик (ДКК) концентрации кислорода; 99 — датчик (ДТД) температуры ДВС; 100 — диагностический разъем; 101 — датчик (ДПД) положения дросселя; 102 — шаговый электродвигатель байпасного канала; 103 — датчик (ДТВ) температуры воздуха; 104 — электроподогреватель ТВ-смеси; 105 — датчик (АНД) нагрузки ДВС (по разрежению во впускном коллекторе); 106 — датчик (ДОК) октан-корректора; 107 — реле подогревателя ТВ-смеси; 108 — датчик (ДСА) скорости автомобиля; 109 — контроллер (ЭБУ); 110 — электроконтактный термодатчик

включения электродвигателя вентилятора охлаждения ДВС; 111 — реле электродвигателя вентилятора охлаждения ДВС; 112 — электродвигатель вентилятора; 113 — выходной модуль зажигания (ВМЗ); 114 — индуктивный датчик (ДКВ) частоты вращения и положения коленвала.

В системе "ЭСАУ-ВАЗ" предусмотрено двойное уп­равление электровентилятором системы охлаждения двигателя. Вентилятор может включаться как от обычного эле ктро контактно го термодатчика 110, так и по сигналу СВВ включения вентилятора от ЭБУ, что значительно повышает надежность защиты системы охлаждения от перегрева.

Так как в системе применяется низкоомная (Rф = 1,5 Ом) центральная форсунка впрыска 96 (ЦФВ), то амплитуда тока управляющего импульса ог­раничена дополнительным сопротивлением в 1 Ом (сопротивление установлено в ЭБУ).

В самодиагностике системы "ЭСАУ-ВАЗ" применя­ется чек-кодирование лампой 94. Остальные функ­ции и компоненты "ЭСАУ-ВАЗ" такие же, как и в сис­теме "Mono-Motronic". В частности, на автомобилях, поставляемых на экспорт, устанавливается экологи­ческая система с датчиком 98 концентрации кисло­рода (ДКК) и с трехкомпонентным каталитическим га­зонейтрализатором (КГН на рис. 16.1).

1