Состав и назначение компонентов

4.1 Электронный блок управления двигателем

(Engine Control Unit, ECU) является основным конструктивным элементом системы управления двигателем. Он принимает информацию от множества входных датчиков, обрабатывает ее в соответствии с определенным алгоритмом и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства различных систем двигателя. Применение электронного регулирования позволяет оптимизировать основные параметры работы двигателя для различных режимов работы: мощность, крутящий момент, расход топлива, состав отработавших газов и др.

Конструктивно электронный блок управления двигателем объединяет аппаратное и программное обеспечение. Аппаратное обеспечение включает ряд электронных компонентов, основным из которых является микропроцессор. Аналоговые сигналы (как правило, изменение напряжения) ряда датчиков преобразуются в цифровые сигналы, понятные микропроцессору, с помощью аналого-цифрового преобразователя. В ряде случаев электронный блок управления должен обеспечить аналоговые управляющие воздействия, которые реализуются с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Программное обеспечение ECU объединяет два вычислительных модуля – функциональный и контрольный. Функциональный модуль получает сигналы от датчиков, производит их обработку и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства. Контролирующий модуль проверяет выходные сигналы и при необходимости производит их корректировку, вплоть до остановки двигателя.

Современные блоки управления двигателем являются программируемыми электронными устройствами, т.е. при необходимости могут быть перепрограммированы пользователем. Потребность в перепрограммировании возникает при внесении изменений в конструкцию двигателя (тюнинг двигателя) – установка турбокомпрессора, интеркулера, оборудования для работы на альтернативных видах топлива, изменения в выпускной системе.

Электронный блок управления двигателем может выполнять следующие функции:

Ø управление впрыском топлива;

Ø регулирование положения дроссельной заслонки, в.т.ч. на холостом ходу;

Ø управление зажиганием;

Ø регулирование состава отработавших газов;

Ø управление системой улавливания паров бензина;

Ø регулирование системы рециркуляции отработавших газов;

Ø управление фазами газораспределения;

Ø регулирование температуры охлаждающей жидкости.

Блок управления двигателем обменивается данными с другими электронными системами автомобиля: антиблокировочной системой тормозов, автоматической коробкой передач, системой пассивной безопасности, климат-контроля, противоугонной системой и др.

Обмен данными производится посредством CAN-шины (Controller Area Network), объединяющей отдельные блоки управления в общую систему.

Управление двигателем по величине крутящего момента

Система управляет двигателем по величине крутящего момента. Это означает, что крутящий момент двигателя приводится в соответствие с отдельными потребностями в нем, которые выявляются, обрабатываются и суммируются.

Потребности в крутящем моменте возникают в соответствии с внутренними затратами двигателя:

Ø на преодоление сопротивлений при пуске,

Ø на нагрев нейтрализатора,

Ø на поддержание холостого хода,

Ø при ограничении мощности,

Ø при ограничении частоты вращения,

Ø при регулировании смеси по сигналам датчика кислорода;

С отдаваемой мощностью:

Ø на привод автомобиля по желанию водителя,

Ø на вращение первичного вала автоматической коробки передач в процессе ее переключения,

Ø на торможение автомобиля (при работе противобуксовочной системы и при торможении двигателем),

Ø на привод компрессора кондиционера,

Ø на привод автомобиля под контролем системы регулирования скорости.

После расчетного определения требуемого крутящего момента двигателя осуществляется его изменение одним из двух способов:

Первый способ заключается в изменении наполнения цилиндров. Он применяется для относительно медленного изменения крутящего момента. При работе на послойных смесях этот способ малоэффективен, так как при этом дроссельная заслонка должна быть возможно больше открыта для снижения потерь на дросселирование.

Второй способ используется для быстрого изменения крутящего момента и действует независимо от величины наполнения. При работе на послойных смесях крутящий момент изменяется в результате регулирования подачи топлива, а при работе на гомогенных бедных и стехиометрических смесях его изменение вызывается смещением момента зажигания.

Наглядное распределение крутящего момента представлено в соответствии с рисунком 5

Рисунок 5 - Распределение крутящего момента

Реализация крутящего момента при непосредственном впрыске топлива

Блок управления двигателем рассчитывает величину требуемого крутящего момента, суммируя внутренние потери с внешними потребностями в нем, и обеспечивает его реализацию. При работе двигателя на послойных смесях требуемый крутящий момент получается за счет впрыска соответствующего ему количества топлива. При этом наполнение двигателя имеет второстепенное значение, так как дроссельная заслонка открывается возможно больше, чтобы снизить потери на дросселирование. Из-за поздней подачи топлива опережение зажигания также не оказывает большого влияния на величину крутящего момента.

Реализация крутящего момента при послойном смесеобразовании представлена в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 - Реализация крутящего момента при послойном смесеобразовании

Реализация крутящего момента при работе двигателя на бедной и стехиометрической гомогенных смесях представлена в ссответствии с рисунком 7. При работе двигателя на этих смесях быстрое изменение крутящего момента производится за счет смещения момента зажигания, а относительно медленное, но долговременное его изменение осуществляется путем регулирования наполнения цилиндров воздухом. Коэффициент избытка воздуха бедной смеси равен 1,55, а стехиометрической _ 1,0, поэтому количество впрыскиваемого топлива определяется поступающей в цилиндры массой воздуха. При этом регулирование крутящего момента только за счет изменения подачи топлива не производится.

Рисунок 7 - Реализация крутящего момента при работе двигателя на бедной и стехиометрической гомогенных смесях

Впускная система.

4.2 Впускная система

Компоненты системы впуска:

1 Пленочный измеритель массового расхода воздуха с датчиком температуры воздуха на впуске для более точного определения нагрузки двигателя.

2 Датчик давления во впускном трубопроводе для расчета количества перепускаемых отработавших газов.

3 Система заслонок во впускных каналах для целенаправленного управления потоками воздуха на входе в цилиндры двигателя.

4 Электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов с увеличенными проходными сечениями для перепуска большего количества газов.

5 Датчик давления для регулирования разрежения в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода.

6 Блок управления дроссельной заслонкой.

7 Клапан продувки адсорбера.

8 Блок управления системой Motronic.

Схема системы впуска представлена в соответствии с рисунком 8.

Рисунок 8 - Схема системы впуска

Электропривод дроссельной заслонки для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяется в обязательном порядке. Этот привод позволяет управлять дроссельной заслонкой независимо от положения педали акселератора и открывать ее при переходе на режимы с использованием послойного смесеобразования и применения бедной гомогенной смеси. Такой способ управления двигателем обеспечивает его работу практически без потерь на дросселирование. То есть двигатель не должен расходовать энергию на преодоление сопротивлений потоку всасываемого воздуха, что выражается в снижении расхода топлива.

При использовани послойного смесеобразования величина крутящего момента двигателя определяется количеством впрыскиваемого топлива. При этом дроссельная заслонка открыта почти полностью. Она прикрывается только настолько, чтобы обеспечить разрежение для продувки адсорбера, для перепуска отработавших газов и для создания необходимого разрежения в вакуумном усилителе тормозного привода.

При работе двигателя на гомогенных бедной и стехиометрической смесях крутящий момент двигателя зависит от угла опережения зажигания и количества поступающего в цилиндры двигателя воздуха. При этом дроссельная заслонка открывается соответственно с требуемым крутящим моментом.

Принцип действия привода дроссельной заслонки представлен в соответствии с рисунком 9.

Рисунок 9 - Принцип действия привода дроссельной заслонки

Схема системы впускных заслонок представлена в соответствии с рисунком 10.

Заслонки служат для управления потоками воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, в зависимости от режимов работы двигателя.

Рисунок 10 - Схема системы впускных заслонок

Работа двигателя с закрытыми впускными заслонками представлена в соответствии с рисунком 11.

При работе двигателя на послойных и бедных гомогенных смесях, а также на некоторых режимах с использованием гомогенных смесей стехиометрического состава заслонки перекрывают нижние части впускных каналов, расположенных в головке цилиндров. При этом воздух проходит в цилиндры только через верхние части впускных каналов. Форма верхней части впускного канала подобрана таким образом, чтобы впускаемый в цилиндр воздух закручивался на входе в него. Помимо этого повышенная скорость проходящего через зауженный канал воздуха способствует смесеобразованию.

Рисунок 11 - Работа двигателя с закрытыми впускными заслонками

Реализуются два преимущества:

Ø При послойном смесеобразовании вихревое движение воздуха обеспечивает перенос топлива к свече зажигания. Образование смеси осуществляется в процессе этого движения.

Ø Вихревое движение воздуха создает условия для образования гомогенных бедной и стехиометрической смесей. Благодаря ему повышается воспламеняемость и достигается стабильное горение бедных смесей.

Работа двигателя с открытыми впускными заслонками представлена в соответствии с рисунком 12

При работе двигателя на режимах с высокой нагрузкой и при высоких частотах вращения воздушные заслонки открыта и воздух проходит в цилиндры через обе части впускных каналов. Большое сечение впускного канала обеспечивает наполнение цилиндра, необходимое для получения высокой мощности и крутящего момента.

Рисунок 12 - Работа двигателя с открытыми впускными заслонками

Потенциометр служит для определения положения впускных заслонок. Его сигналы передаются на вход блока управления двигателем. Это необходимо, так как положение впускных заслонок влияет на воспламеняемость смеси, содержание отработавших газов в ней и на колебания воздуха во впускной системе. Так как положение впускных заслонок влияет на выброс вредных веществ, оно должно контролироваться системой бортовой диагностики.

Клапан управления впускными заслонками соединяет вакуумный привод (впускных заслонок) с вакуумным ресивером по командам блока управления двигателем. Открытие клапана приводит к закрытию впускных заслонок посредством вакуумного привода.

Измеритель расхода воздуха и датчик температуры расположены в общем корпусе, установленном во впускном тракте перед блоком дроссельной заслонки. Для точного измерения расхода воздуха по массе применяется термоанемометрический датчик пленочного типа, который может распознавать обратные потоки. Таким образом он измеряет не только количество воздуха, проходящего в направлении к цилиндрам, но и его массу, перемещаемую в обратном направлении в результате колебательного процесса, возбуждаемого открывающимися и закрывающимися клапанами. Температура воздуха учитывается для коррекции измеренного значения его расхода.

Сигналы с измерителя расхода воздуха используются во всех процессах, в которых нагрузка двигателя является определяющим параметром. Это, например, начало и продолжительность впрыска, опережение зажигания и работа системы улавливания паров топлива.

Устройство измерителя расхода воздуха

В пластмассовом корпусе измерителя массового расхода воздуха находится мерный канал с расположенными в нем пленочным чувствительным элементом и электронная схема. Мерному каналу придана такая форма, при которой мимо чувствительного элемента пропускается не только часть потока всасываемого воздуха, но и часть обратного потока. Сигнал чувствительного элемента обрабатывается электронной схемой и пересылается на вход блока управления двигателем.

Устройство измерителя расхода воздуха представлен в соответствии с рисунком 13.

Рисунок 13 - Устройство измерителя расхода воздуха

Датчик давления во впускном трубопроводе служит для измерения давления во впускном трубопроводе. Соответствующий давлению сигнал с этого датчика поступает на вход блока управления двигателем. Этот сигнал используется в блоке управления двигателем совместно с сигналами измерителя массового расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске в двигатель для точного расчета количества перепускаемых газов. Помимо этого по этому сигналу определяется нагрузка двигателя при пуске, так как измеритель расхода воздуха работает на этом режиме недостаточно точно из-за сильных пульсаций во впускной системе.

Принцип действия датчика - измерение давления во впускном трубопроводе производится посредством мембраны, изготовленной из кристалла кремния. На этой мембране находятся тензорезисторы, сопротивление которых изменяется при деформации мембраны. Измеряемое давление при этом сравнивается с эталонным разрежением под мембраной. Мембрана прогибается в зависимости от давления во впускном трубопроводе, при этом изменяется напряжение на выходе датчика, создаваемое в результате изменения сопротивления тензорезисторов. Это напряжение используется в блоке управления для определения величины давления во впускном трубопроводе.

Принцип действия датчика давления во впускном трубопроводе представлен в соответствии с рисунком 14.

Рисунок 14 - Принцип действия датчика давления во впускном трубопроводе

Блок управления двигателем определяет с помощью измерителя расхода поступающую в цилиндры массу воздуха и рассчитывает соответствующее ее величине давление во впускном трубопроводе. При рециркуляции отработавших газов их масса добавляется к массе свежего воздуха и соответственно повышается давление во впускном трубопроводе. Датчик давления во впускном трубопроводе реагирует на это изменением напряжения на его выходе, которое передается на вход блока управления двигателем. По величине этого сигнала определяется суммарное количество воздуха и отработавших газов, поступающих в цилиндры двигателя. Количество перепускаемых отработавших газов определяется вычитанием количества свежего воздуха из суммарной величины. Преимуществом такого метода определения количества перепускаемых отработавших газов является возможность увеличения их доли в рабочей смеси и приближения к границе воспламеняемости смеси.

Работа системы рециркуляции отработавших газов представлена в соответствии с рисунком 15

Рисунок 15 - Работа системы рециркуляции отработавших газов

Датчик давления в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода установлен на трубопроводе между впускным трубопроводом и вакуумным усилителем тормозного привода. Он измеряет давление в этом трубопроводе и соответственно в усилителе тормозного привода. По напряжению на выходе датчика блок управления двигателем определяет, достаточно ли разрежение для нормальной работы усилителя тормозного привода. Для нормальной работы усилителя тормозного привода необходимо определенное разрежение, обеспечивающее возможно быстрое достижение устанавливаемого тормозного усилия. При работе двигателя на послойных и бедных смесях дроссельная заслонка открыта практически полностью, поэтому разрежение во впускном трубопроводе невелико. При многократном торможении созданное в вакуумном усилителе разрежение оказывается явно недостаточным. Чтобы поддержать разрежение на нужном уровне, дроссельная заслонка прикрывается. Она будет закрываться до тех пор, пока разрежение не снизится до требуемого уровня. При необходимости двигатель будет переведен на работу на гомогенной смеси стехиометрического состава.

Схема работы датчика давления в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода представлена в соответствии с рисунком 16.

Рисунок 16 - Схема работы датчика давления в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода

4.3 Топливная система.

Топливная система разделена на контуры высокого и низкого давления. Часть топлива подводится в цилиндры через систему улавливания паров бензина. Контур низкого давления охватывает часть топливной системы от расположенного в баке электронасоса до насоса высокого давления. Давление топлива в этом контуре обычно равно 3 бар и только при пуске горячего двигателя может быть повышено до 5,8 бар.

Контур высокого давления начинается с топливного насоса высокого давления, который подает топливо в распределительный трубопровод. На распределительном трубопроводе установлен датчик давления топлива, сигналы которого используются для поддержания давления в диапазоне от 50 до 100 бар посредством клапана регулятора. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через форсунки высокого давления.

В контур низкого давления входят:

1 топливный бак,

2 топливный электронасос,

3 топливный фильтр,

4 клапан перепуска топлива,

5 регулятор давления топлива.

В контур высокого давления входят:

6 топливный насос высокого давления,

7 трубопровода высокого давления,

8 распределительный трубопровод,

9 датчик давления топлива,

10клапан регулятора давления,

11форсунки высокого давления

Схема топливной системы представлена в соответствии с рисунком 17.

Рисунок 17 – Топливная система

Топливный насос высокого давления установлен на корпусе привода распределительных валов. Этот насос с тремя радиальными плунжерами приводится от впускного распределительного вала. Благодаря трем расположенным через 120° насосным секциям колебания давления в распределительном трубопроводе относительно малы. Насос должен подавать топливо в распределительный трубопровод под давлением до 100 бар.

Устройство ТНВД представлено в соответствии с рисунком 18

Рисунок 18 – ТНВД

Вал насоса высокого давления приводится от впускного распределительного вала. На валу насоса предусмотрен эксцентрик с шайбой, которые преобразуют вращение вала в возвратно*поступательное движение плунжеров. При движении плунжеров в направлении к валу насоса топливо засасывается в его секции из контура низкого давления. При движении плунжеров в направлении от вала насоса топливо подается в распределительный трубопровод.

Принцип работы насоса

Топливо поступает к насосу высокого давления из контура низкого давления. Далее оно перетекает через сверление в плунжере к впускному клапану.

Ход всасывания

При движении плунжера к валу насоса объем пространства над ним увеличивается. В результате в этом пространстве создается разрежение. Под действием разности давлений, действующих в сверлении плунжера и в надплунжерном пространстве, открывается впускной клапан, через который топливо поступает внутрь насосной секции.

Ход всасывания представлен в соответствии с рисунком 19.

Рисунок 19 – Ход всасывания ТНВД

Ход нагнетания

При движении плунжера к валу насоса объем пространства над ним увеличивается. В результате в этом пространстве создается разрежение. Под действием разности давлений, действующих в сверлении плунжера и в надплунжерном пространстве, открывается впускной клапан, через который топливо поступает внутрь насосной секции. С началом движения плунжера в направлении от вала насоса давление топлива в насосной секции повышается и впускной клапан закрывается. При повышении давления до его величины в распределительном трубопроводе открывается нагнетательный клапан и топливо подается в распределительный трубопровод.

Ход нагнетания представлен в соответствии с рисунком 20.

Рисунок 20 – Ход нагнетания ТНВД

Датчик давления топлива расположен на нижней части впускной системы. Он вворачивается в распределительный трубопровод и предназначен для измерения давления в нем

Принцип действия

Топливо внутрь датчика поступает из распределительного трубопровода. Под действием невысокого давления стальная мембрана датчика прогибается незначительно. Сопротивление тензорезисторов при этом наибольшее, а напряжение на выходе датчика небольшое. При высоком давлении топлива мембрана датчика прогибается на значительную величину. В результате сопротивление тензорезисторов снижается, а напряжение на выходе датчика увеличивается. Снимаемое с тензорезисторов напряжение усиливается электронной схемой и направляется на вход блока управления двигателем. Изменение давления в распределительном трубопроводе производится посредством клапана регулятора.

Устройство датчика давления топлива представлено в соответствии с рисунком 21.

Рисунок 21 - Датчик давления топлива

Клапан регулятора давления топлива установлен на нижней части впускной системы. Посредством него распределительный трубопровод сообщается со сливной магистралью, через которую топливо возвращается в бак. Клапан предназначен для регулирования давления в распределительном трубопроводе независимо от расхода топлива через форсунки и от его подачи насосом высокого давления.

Принцип действия клапана

Блок управления двигателем подает на обмотку клапана широтно-импульсный сигнал, изменяемый при отклонении давления в распределительном трубопроводе от заданного значения. Под действием магнитного поля якорь клапана вместе с запорным шариком поднимается с седла, открывая путь топливу в сливную магистраль. Чем больше ширина импульсов, тем шире проход в клапане и тем больше сливается топлива из распределительного трубопровода. Таким образом производится регулирование давления в нем.

Устройство клапана регулятора давления топлива представлен в соответствии с рисунком 22.

Рисунок 22 - Клапан регулятора давления топлива

Форсунки высокого давления установлены в головке цилиндров. Через них топливо впрыскивается под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя.

Назначение

Форсунки должны мелко распыливать топливо за возможно короткий промежуток времени. Способ подачи топлива зависит при этом от режима работы двигателя. При послойном смесеобразовании топливо должно направляться в зону свечи зажигания, а при работе двигателя на гомогенных смесях его необходимо равномерно распределять в объеме камеры сгорания.

Устройство форсунки представлено в соответствии с рисунком 23.

Рисунок 23 – Устройство форсунки

Принцип работы форсунки

При подаче напряжения на обмотку электромагнита форсунки вокруг нее создается магнитное поле. Оно втягивает в себя якорь электромагнита с иглой форсунки, которая поднимается с седла. В результате топливо впрыскивается в цилиндр двигателя. При падении подаваемого на обмотку электромагнита напряжения магнитное поле исчезает, а игла распылителя прижимается пружиной к своему седлу. В результате впрыск топлива прекращается.

Управление форсунками высокого давления

Управляющее напряжение подается на форсунки через электронный коммутатор в блоке управления двигателем. Чтобы обеспечить быстрое открытие форсунки, после фазы предварительного намагничивания малым током на ее обмотку подается напряжение порядка 90 вольт. При этом напряжении ток в обмотке достигает 10 ампер. Если форсунка открыта, достаточно подать 30 вольт, чтобы удерживать ее в этом состоянии. При этом ток в ее обмотке равен 3-4 ампера.

Клапан перепуска топлива

Этот клапан установлен в магистрали подачи топлива к насосу высокого давления и сообщается с регулятором (низкого) давления. Он закреплен на опоре амортизационной стойки подвески.

Назначение клапана

Обычно этот клапан открыт и через него топливо поступает к регулятору давления в контуре низкого давления. Если температура охлаждающей жидкости превышает 1100C, а температура воздуха на впуске в двигатель больше 500C, пуск двигателя производится в "горячем" режиме. При этом блок управления двигателем закрывает клапан перепуска топлива приблизительно на 50 секунд, перекрывая слив топлива через регулятор давления. В результате давление в контуре низкого давления повышается до максимальной величины, на которую отрегулирован встроенный в электронасос редукционный клапан, а именно, до 5,8 бар. Повышенное давление позволяет предотвратить парообразование на входе в насос высокого давления и обеспечивает таким образом создание необходимого давления в распределительном трубопроводе.

Клапан перепуска топлива в топливной схеме представлен в соответствии с рисунком 24.

Рисунок 24 – клапан перепуска топлива в схеме

Система улавливания паров бензина активированным углем

Эта система должна обеспечивать выполнение законодательных норм выброса углеводородов. Эта система предотвращает попадание паров бензина из бака автомобиля в окружающую среду. Пары топлива накапливаются в адсорбере с активированным углем и периодически отсасываются в двигатель, где они сгорают.

При работе двигателя на гомогенных смесях

При этом рабочая смесь равномерно распределяется по объему камеры сгорания. Поступающие из адсорбера пары бензина сгорают вместе с рабочей смесью во всем объеме камеры сгорания.

При послойном смесеобразовании

При послойном смесеобразовании способная к воспламенению рабочая смесь находится только в зоне свечи зажигания. Часть поступившего из адсорбера топлива оказывается при этом в зоне невоспламеняемой смеси. Это может привести к неполному сгоранию топлива и повышенному выбросу углеводородов с отработавшими газами. Поэтому переход на послойное смесеобразование производится только при небольшом содержании топлива в адсорбере.

Блок управления двигателем рассчитывает количество топлива, которое может быть отведено из адсорбера, и вырабатывает команды на открытие клапана его продувки, изменение дозы впрыскиваемого топлива и установку дроссельной заслонки.

Для этого блоком управления используется следующая данные:

Ø нагрузка двигателя, определяемая по сигналам измерителя расхода воздуха с пленочным чувствительным элементом,

Ø частота вращения коленчатого вала, определяемая по сигналам датчика,

Ø температура воздуха на впуске, определяемая по сигналам датчика,

Ø заряд адсорбера, определяемый по сигналам датчика кислорода.

Схема работы системы улавливания паров бензина представлена в соответствии с рисунком 25.

Рисунок 25 - Система улавливания паров бензина

4.4 Система зажигания

Задачей системы зажигания является воспламенение рабочей смеси в нужный момент времени. Для этого блок управления двигателем должен определять для каждого режима работы двигателя угол опережения зажигания, энергию искры и длительность искрообразования. От угла опережения зажигания зависят крутящий момент, выброс вредных веществ и расход топлива двигателя.

При послойном смесеобразовании момент зажигания может изменяться в узком диапазоне значений угла поворота коленчатого вала, которому соответствует образование способной к воспламенению смеси.

При работе на гомогенных бедной и стехиометрической смесях требования к зажиганию не отличаются от них у двигателей с впрыском бензина во впускные каналы. Ввиду одинакового распределения смеси у двигателей с обеими системами впрыска оптимальные углы опережение зажигания практически не отличаются.

При расчете оптимальных углов опережения зажигания используются:

Основные исходные данные:

1 о нагрузке двигателя, определяемые по сигналам измерителя расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске,

2 о частоте вращения коленчатого вала, измеряемой по сигналам датчика;

Вспомогательные данные, определяемые по сигналам:

3 датчика температуры охлаждающей жидкости,

4 с блока управления дроссельной заслонкой,

5 датчика детонации,

6 датчиков положения педали акселератора,

7 датчика кислорода.

Схема системы зажигания представлена в соответствии с рисунком 26.

Рисунок 26 – Система зажигания

4.5 Выпускная система

Система выпуска

Эта система была приспособлена к двигателю с непосредственным впрыском бензина. До настоящего времени система очистки отработавших газов двигателей с непосредственном впрыском была проблематичной. Это связано с тем, что образующиеся при работе на бедных гомогенных и послойных смесях оксиды азота не могут быть восстановлены в обычных трехкомпонентных нейтрализаторах до уровня, допускаемого законодательством. Поэтому для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяют накопительные нейтрализаторы, которые способны удерживать оксиды азота при работе на бедных смесях. При заполнении нейтрализатора до предела производится перевод его на режим регенерации, в процессе которого накопленные в нем оксиды азота выводятся и восстанавливаются до азота.

Схема работы выпускной системы представлена в соответствии с рисунком 27.

Рисунок 27 – Выпускная система

Охлаждение отработавших газов

Охлаждение отработавших газов применяется для того, чтобы поддерживать температуру в накопительном нейтрализаторе в диапазоне от 250 до 500 °C. Только в этом температурном диапазоне обеспечивается удерживание оксидов азота в накопительном нейтрализаторе. Накопительный нейтрализатор необходимо охлаждать также из*за снижения его аккумулирующей способности при перегреве до температур свыше 850 °C.

Широкополосный датчик кислорода ввернут в выпускной коллектор перед (трехкомпонентным) нейтрализатором. Этот датчик служит для определения концентрации остаточного кислорода в отработавших газах.

Широкополосный датчик кислорода позволяет достаточно точно определять коэффициент избытка воздуха в широком диапазоне его значений, а не только при малых отклонениях его от единицы. Этот датчик позволяет поддерживать постоянное значение коэффициента избытка воздуха, равное 1,55, при работе двигателя на бедной гомогенной смеси. При послойном смесеобразовании коэффициент избытка воздуха определяется расчетным путем, так как его определение по сигналам широкополосного датчика кислорода в соответствующем этому режиму диапазоне значений недостаточно точно. Блок управления двигателем рассчитывает по сигналам датчика текущее значение коэффициента избытка воздуха и производит регулирование смеси при его отклонении от заданного значения. Регулирование смеси производится за счет изменения подачи топлива.

Широкополосный датчик кислорода представлен в соответствии с рисунком 28.

Рисунок 28 - Широкополосный датчик кислорода

Предварительный трехкомпонентный нейтрализатор встроен в выпускной коллектор. Благодаря близости к двигателю он быстро прогревается до рабочей температуры, при которой начинается очистка отработавших газов. Благодаря этому могут быть выполнены жесткие нормы на выбросы вредных веществ. Нейтрализатор служит для каталитического преобразования образующихся при сгорании вредных веществ в безвредные вещества. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси Углеводороды (HC) и оксид углерода (CO) отнимают у оксидов азота (NOx) кислород (O), окисляясь до воды (H2O) и диоксида углерода (CO2). При этом оксиды азота восстанавливаются до азота (N2). При работе двигателя на бедных смесях Углеводороды и оксид углерода окисляются кислородом, содержащимся в избытке в отработавших газах. При этом кислород у оксидов азота не отнимается. Поэтому при работе на бедных смесях трехкомпонентный нейтрализатор не может восстанавливать оксиды азота. Последние проходят через трехкомпонентный нейтрализатор и направляются в нейтрализатор накопительного типа.

Трехкомпонентный нейтрализатор представлен в соответствии с рисунком 29.

Рисунок 29 - Трехкомпонентный нейтрализатор

Датчик температуры отработавших газов ввернут в выпускной трубопровод после предварительного нейтрализатора. Вырабатываемые им сигналы поступают на вход блока управления двигателем. По сигналам датчика температуры отработавших газов блок управления двигателем рассчитывает, в частности, температуру в накопительном нейтрализаторе. Это измерение необходимо, так как:

Ø накопительный нейтрализатор способен задерживать оксиды азота только при температурах от 250 до 500 °C, до которых он должен нагреваться при работе двигателя на бедных смесях;

Ø место оксидов азота в накопительном нейтрализаторе может занимать сера, для удаления которой необходимо поднять температуру в нейтрализаторе до 650 °C и выше.

В датчике находится измерительный резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Это значит, что при повышении температуры его сопротивление уменьшается, а напряжение на его выходе соответственно увеличивается. В блоке управления двигателем каждое значение этого напряжения сопоставляется с определенным значением температуры.

Датчик температуры отработавших газов представлен в соответствии с рисунком 30.

Рисунок 30 - Датчик температуры отработавших газов

Накопительный нейтрализатор устанавливается на то место, где обычно находится традиционный основной трехкомпонентный нейтрализатор. Помимо выполнения функций трехкомпонентного нейтрализатора он способен накапливать оксиды азота. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси накопительный нейтрализатор работает как обычный трехкомпонентный нейтрализатор. При работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях этот нейтрализатор не может преобразовывать оксиды азота обычным способом. Но он способен их удерживать. Как только количество удержанных оксидов азота достигает предельного для данного нейтрализатора значения, двигатель переводится на режим регенерации. Следует при этом учитывать, что содержащаяся в топливе сера также может удерживаться нейтрализатором, занимая место оксидов азота, с которыми она имеет химическое родство. В накопительном нейтрализаторе помимо трех прослоек из платины, родия и палладия предусмотрена четвертая прослойка из оксида бария. Эта прослойка способна связывать оксиды азота при работе двигателя на бедных смесях. Процесс связывания оксидов азота начинается с их преобразования в диоксид азота в присутствии платины и завершается реакцией, в результате которой оксид бария переводится в нитрат бария. Регенерация производится за счет молекул CO, которые в избытке образуются при работе двигателя на богатых смесях. Сначала нитрат бария вновь окисляется до оксида бария с помощью оксида углерода. В процессе этой реакции образуются также диоксид углерода и оксид азота. В присутствии родия и платины оксиды азота восстанавливаются до азота, а оксид углерода окисляется до диоксида углерода.

Накопительный нейтрализатор представлен в соответствии с рисунком 31.

Рисунок 31 - Накопительный нейтрализатор

Блок управления датчиком оксидов азота установлен на днище кузова вблизи от датчика оксидов азота. Такое расположение должно снизить до минимума внешние помехи при передаче сигналов датчика оксидов азота. В блоке управления датчиком оксидов азота происходит подготовка сигналов датчика оксидов азота, которые передаются на блок управления двигателя. Датчик оксидов азота связан с блоком его управления через разъем, контакты которого имеют следующую адресацию:

1-6компенсационные сопротивления, (посредством которых производится калибровка датчика и компенсируются отклонения, обусловленные производственными допусками);

7-8резерв

9 "масса" на датчике

10ток (мкА), вызываемый потоком оксидов азота, камера 2;

11ток (мА), вызываемый потоком кислорода, камера 1;

12подогрев (минус);

13опорное напряжение;

14подогрев ("плюс").

Блок управления датчиком оксидов азота связан с блоком управления системой Motronic через разъем контакты которого имеют следующую адресацию:

1 сигнал NOx, камера 2;

2 сигнал концентрации кислорода, камера 1;

3 температура датчика оксидов азота;

4 напряжение на выходе узкополосного датчика кислорода;

5 опорное напряжение;

6 резерв

7 напряжение питания;

8 подогрев (минус);

9 "масса";

10подогрев ("плюс").

Местоположение блока управления датчиком оксидов азота представлено в соответствии с рисунком 32.

Рисунок 32 - Блок управления датчиком оксидов азота

Датчик оксидов азота ввернут в выпускную трубу непосредственно за накопительным нейтрализатором. Он позволяет определить концентрации оксидов азота и кислорода в отработавших газов. Сигналы с него передаются на вход блока управления.

По сигналам датчика определяется:

Ø Действует нейтрализатор или нет.

Ø Соответствует настройка установленного перед нейтрализатором широкополосного датчика кислорода на стехиометрическую смесь или ее необходимо скорректировать.

Для этого в блоке управления датчиком оксидов азота предусмотрена микросхема, обеспечивающая получение на электродах датчика оксидов азота скачкообразного сигнала, подобного сигналу узкополосного датчика кислорода. Этот сигнал позволяет очень точно определять состав смеси, близкой к стехиометрическому составу. Насколько полно использована накопительная способность нейтрализатора и нужно ли его перевести на режим регенерации не только по оксидам азота, но и по сере. Сигналы датчика оксидов азота направляются на вход блока его управления.

Датчик оксидов азота представлен в соответствии с рисунком 33.

Рисунок 33 - Датчик оксидов азота

Датчик содержит две камеры, две ячейки накачки, несколько электродов и подогреватель. Чувствительный элемент состоит из диоксида циркония. Это вещество пропускает отрицательные ионы кислорода, перемещаемые от отрицательного электрода к положительному электроду под действием приложенного к ним напряжения.

Действие датчика оксидов азота основано на измерении потока кислорода аналогично действию широкополосного датчика кислорода. Определение коэффициента избытка воздуха в первой камере датчика Часть потока отработавших газов поступает в первую камеру датчика. Ввиду различной концентрации кислорода в отработавших газах и в базовой камере на электродах появляется разность напряжений. Блок управления датчиком регулирует это напряжение, устанавливая его равным 425 мВ. Эта величина соответствует коэффициенту избытка воздуха, равному единице. При отклонениях от этого значения кислород перекачивается в одну или другую сторону. Необходимый для этого ток накачки используется как мера для определения коэффициента избытка воздуха. Определение концентрации оксидов азота во второй камере датчика Освобожденные от кислорода отработавшие газы перетекают из первой во вторую камеру. Молекулы оксидов азота разлагаются с помощью специального электрода на азот (N2) и кислород (O2). Под действием постоянно прилагаемого к электродам напряжения, равного 450 мВ, ионы кислорода движутся от внутреннего электрода к наружному. Поддерживаемый таким образом ток накачки является мерой концентрации кислорода во второй камере датчика. Так как величина этого тока соотносится с концентрацией оксидов азота в отработавших газах, можноопределить их количество.

Рециркуляция отработавших газов делает применение накопительного нейтрализатора практически символическим, так как перепускаемые газы существенно снижают температуры в процессе сгорания, обеспечивая образование оксидов углерода. Благодаря этому значительно увеличиваются периоды накопления оксидов азота и двигатель может работать дольше на бедных смесях, позволяющих экономить топливо. Масса перепускаемых газов не превышает 35% от массы поступающей в двигатель смеси. Рециркуляция газов производится на всех режимах, на которых используются послойная и бедная гомогенная смеси и на режимах до 4000 об/мин и средних нагрузках, на которых используется гомогенная стехиометрическая смесь, но не на режиме холостого хода.

Клапан перепуска отработавших газов ввернут во впускной трубопровод.

Он был сконструирован заново, чтобы обеспечить перепуск увеличенного потока отработавших газов. Он состоит из корпуса с дроссельной заслонкой, электродвигателя и потенциометра. Отбор отработавших газов производится через соединительный трубопровод, подключенный к головке цилиндров у четвертого цилиндра. Блок управления двигателем управляет электромотором заслонки клапана в соответствии с многопараметровой характеристикой. Количество перепускаемых отработавших газов зависит от положения заслонки клапана. Пройдя через заслонку, газы перемешиваются с всасываемым в цилиндры двигателя свежим воздухом. Расположенный в крышке корпуса клапана потенциометр позволяет определять положение заслонки. Благодаря ему можно проводить диагностику клапана.

Клапан перепуска отработавших газов представлен в соответствии с рисунком 34.

Рисунок 34 - Клапан перепуска отработавших газов

4.6 Электросхема системы непосредственного впрыска топлива

В качестве примера использована электросхема Bosh Motronic MED 7.

Электросхема системы непосредственного впрыска топлива представлена в соответствии с рисунком 35

Рисунок 35 - Электросхема системы непосредственного впрыска топлива