Заняття 6 Система живлення двигунів центральним впорскуванням палива

1. Призначення, характеристика, загальна будова системи живлення двигуна з центральним впорскуванням палива.

2. Будова і робота деталей та вузлів системи живлення двигуна з центральним впорскуванням палива.

1. Класифікація систем впорскування

У системах з впорскуванням палива внаслідок відсутності карбюратора знижується опір впускної системи, підвищується рівномірність розподілу палива по циліндрах і зменшується неоднорідність паливоповітряної суміші. Це дозволяє підвищити ступінь стиску і, відповідно, літрову потужність і економічність двигуна, а також екологічність ДВЗ.

Системи класифікують за різними ознаками:

1. За місцем підведення палива:

- впорскування у впускний колектор:

а) центральне впорскування (одноточкове), у змішувальну камеру (рис.1а)

б) розподілене впорскування (багатоточкове) у зону впускних клапанів (рис1.б)

в) безпосереднє впорскування у циліндр (рис. 1, в).

2. За способом впорскування:

- безперервне;

- дискретне.

3. За типом вузлів дозування палива:

- плунжерні насоси;

- розподільники клапанного і золотникового типу;

- форсунки з електромагнітним і електронним керуванням;

- регулятори тиску палива.

4. За способом регулювання кількості суміші:

- пневматичне;

- механічне;

- електронне.

5. За параметрами регулювання:

- розрідження у системі впуску;

- кут повороту дросельної заслінки;

- витрата повітря.

6. За принципом керування системою:

- програмні;

- програмно-адаптивні (зі зворотнім зв’язком);

- адаптивні (зі зворотнім зв’язком від багатьох параметрів). Системи впорскування виконують наступні функції:

- подача палива (виконують паливні бак, насос, фільтр, регулятор тиску, форсунка);

- визначення параметрів роботи ДВЗ (виконують датчики);

- обробка параметрів роботи ДВЗ та керування процесом впорскування (виконує блок керування).

Крім того, комплексні системи керують також процесом запалювання суміші у циліндрах.

Основним розробником європейських систем впорскування є фірма Bosch. Розглянемо хронологію розвитку систем.

Mono-Jetronic

Система центрального (або одноточкового) впорскування з електронним керуванням містить тільки одну електромагнітну форсунку, що встановлена перед дросельною заслінкою. Паливоповітряна суміш надходить у циліндри двигуна так само, як і при застосуванні карбюратора. За точністю паливоподачі займає проміжне положення між карбюратором і розподіленим впорскуванням. Невисока вартість дозволила оснастити автомобілі малого й середнього класу системою бензинового упорскування без істотного збільшення їхньої ціни.

Системи центрального впорскування

Система є фактично проміжною між карбюраторними та системами розподіленого впорскування. Перевагами її (порівняно з іншими системами впорскування) є простота, надійність та невелика вартість. До недоліків слід віднести нерівномірність розподілення суміші по циліндрах, утворення плівки палива на стінках трубопроводів, великий гідравлічний опір системи.

Ця система (рис. 2) забезпечує подачу палива однією форсункою у впускний трубопровід. Паливо з бака за допомогою електричного насосу через фільтр під тиском 100÷150 кПа подається до форсунки. Форсунки керуються електронним блоком на основі інформації від датчиків витрати повітря, положення дросельної заслінки та температури охолодної рідини (та інших параметрів – частоти обертання колінчастого вала, вмісту кисню у відпрацьованих газах тощо). У деяких конструкціях (Mono-Jetronic, Opel-Multec) витратомір повітря відсутній.

Існують схеми (менш розповсюджені) з впорскуванням палива після дросельної заслінки або через отвори у осі заслінки.

2. Конструкція елементів систем

Паливні насоси. У системах впорскування робочий тиск у паливній магістралі форсунок треба забезпечити безпосередньо перед моментом запуску двигуна, тому бензонасос діафрагмового типу від карбюраторних двигунів, який має продуктивність і робочий тиск у кілька разів менше необхідних значень, має механічний привід від двигуна та починає подавати паливо тільки після включення стартера й запуску ДВЗ, застосовувати неможливо. Тому застосовують конструкції, де насос не залежить від двигуна. Він приводиться в дію електромотором постійного струму від акумуляторної батареї.

Електробензонасос (рис. 3) сконструйовано як єдине ціле в одному корпусі – до електродвигуна додано насосний вузол. Якір, колектор і щітки електричного бензонасоса постійно перебувають у бензині (у рідинах, які не проводять струм (до них відноситься і бензин), іскріння неможливо). Бензин проходить через електродвигун й одночасно охолоджує весь вузол. Таке конструктивне рішення дозволило відмовитися від підшипників кочення – їх замінили підшипники ковзання, змащенням для яких служить бензин.

За принципом дії електробензонасоси діляться (рис. 4) на об'ємні (рис. 4, а-в) і відцентрові (рис. 4, д-е). Відмінності в конструкціях стосуються, в основному, їхніх насосних вузлів.

Робота насосів об'ємного типу заснована на циклічній зміні об’ємів порожнин усмоктування і нагнітання. Наприклад, роликовий гідронагнітач (Bosch) має диск із п'ятьма прорізами, у кожній з яких перебуває циліндричний ролик. Диск розташований на одній осі з електромотором, але зміщений (ексцентричний) стосовно обойми нагнітача, усередині якої він обертається. Ролики відіграють роль рухливих ущільнень між секціями ротора та обоймою. При обертанні кожна секція ротора за рахунок ексцентриcитета збільшує свій об’єм у зоні забору палива. Створюється розрідження, що сприяє засмоктуванню бензину у насос. Подальше обертання викликає зменшення об’єму (зона нагнітання палива), і відбувається виштовхування бензину через випускний отвір під тиском. Зворотний клапан у вихідному штуцері насоса перешкоджає зливу палива із системи після вимикання запалювання.

Принцип роботи шестеренних насосів (Pierburg) аналогічний, але замість дискового ротора використовуються дві шестерні – зовнішня і внутрішня.

Роликові насоси здатні розвивати максимальний тиск до 0,6÷1,0 МПа, шестеренні – до 0,4МПа. ККД насосів становить близько 0,25. Насоси такого типу використовують у якості насосів низького тиску у системах безпосереднього впорскування (потрібний тиск – 0,7 МПа). У ДВЗ з впорскуванням у впускний трубопровід об’ємні насоси зараз менш популярні, ніж відцентрові.

Відцентрові насоси діляться на турбінні і вихрові, а елементом нагнітання служить крильчатка з лопатами різної конфігурації. У турбінних насосів лопати плоскі. Максимальний тиск, що розвиває цими насосами, не перевищує 0,4 МПа, а ККД – 0,10÷0,15, однак вони відрізняються стабільним потоком і працюють практично без пульсацій тиску.

Вихровий насос має крильчатку з виїмками сферичної форми – така конструкція лопаток при обертанні створює додаткові завихрення рідини. За один оберт крильчатки така саме кількість палива під дією відцентрової сили багаторазово відкидається від центра до периферії, у результаті чого послідовно нарощується його кінетична енергія. Вихрові насоси розвивають тиск в 4÷9 разів вище порівняно з турбінними, а їх ККД становить 0,30÷0,45. Такі насоси підходять для перекачування не тільки бензину, але й інших малов’язких рідин – спирту, ефіру тощо. Однак при перекачуванні сумішей з абразивними включеннями, наприклад, неякісного бензину, вони швидко виходять із ладу.

Для гарантованого прокачування бензину через фільтр тонкого очищення бензонасос повинен забезпечувати тиск у 1,3÷2 рази більше за необхідний робочий тиск у системі впорскування. Продуктивність насоса повинна істотно перевищувати потребу двигуна навіть на режимах максимальної потужності і, залежно від об’єму двигуна, становити 1÷3 л/хв. Незалежно від режиму роботи мотора, насос постійно включений. У результаті електродвигун насоса споживає від акумуляторної батареї однакову потужність (≈ 60 Вт) і при незмінному числі обертів перекачує бензин. Потрібна подача палива у форсунки забезпечується регулятором тиску, а зайвий бензин повертається в бензобак.

Електробензонасоси можуть установлюватися як поза бензобаком, так й усередині нього. Відповідно, існує два їхні типи – зовнішній і внутрішній (рис. 5). Зовнішні (підвісні) бензонасоси кріпляться під днищем автомобіля на гумових «амортизаторах» і мають захисний металевий картер.

Конструкція внутрішнього (заглибного) бензонасоса (рис. 6) містить у собі бачок з резервним паливом, що забезпечує сталість подачі палива (заповнюється струминним насосом або додатковим ступенем бензонасоса), датчик рівня палива та необхідні електричні і гідравлічні з'єднання. Блок насоса має убудований регулятор тиску і сітчастий фільтр грубого очищення, що установлюють на вході нагнітальної секції. Регулятор тиску скидає зайвий бензин у бак. При цьому відпадає необхідність у наявності довгого оборотного трубопроводу. Фільтр тонкого очищення також може бути інтегровано у цей блок. Паливні фільтри виконують у вигляді змінних з послідовним розташуванням після насоса або інтегрованими у паливний бак на весь термін служби. Через суворіші вимоги до якості палива порівняно з карбюраторними ДВЗ фільтроелементи виконують паперовими з пластин, які розташовані радіально або складені у гармошку. Регулятор тиску Призначений для підтримання необхідного сталого тиску палива. У більшості систем його встановлено у паливній рампі, а у системах без рециркуляції палива – у паливному баці. Конструктивно він являє собою (рис. 9) мембранний регулятор з клапаном зливу. Діафрагма поділяє внутрішню порожнину на дві – паливну (поєднана з паливопроводом від насоса) і вакуумну (поєднана з задросельним простором). У залежності від різниці тисків діафрагма або закриває клапан, або відкриває та зливає зайве паливо у бак. Форсунки.

При центральному впорскуванні форсунку об’єднано у єдиний агрегат з регулятором тиску та дросельною заслінкою (рис. 11). Форсунка (рис. 12) електромагнітна, у виключеному стані голка притиснена до сідла пружиною; при збудженні обмотки голка підіймається на висоту ≈0,06 мм, і паливо впорскується крізь зазор. Розпилювання палива забезпечується формою розпилювача. Кількість впорскнутого палива залежить лише від тривалості відкриття форсунки. Дросельна заслінка. У більшості систем впорскування керування дросельною заслінкою – електронне. На педалі акселератора встановлено датчик положення, а заслінка повертається шаговим електродвигуном з редуктором Регулятори холостого ходу. Існують декілька конструктивних рішень забезпечення роботи ДВЗ при прикритій дросельній заслінці.

Клапан додаткового повітря (рис. 15). Використовувався у системі K-, КЕ-, L-Jetronic та виконував роль системи холостого ходу. Являє собою байпасний канал навколо дросельної заслінки. Перетин каналу регулюється клапаном з біметалічною пластиною, яка при нагріванні вигинається та зменшує перетин каналу, зменшуючи частоту обертання по мірі прогріву.

Регулятор на основі моментного двигуна (рис. 18) керує регулювальним сегментом від імпульсного сигналу блока керування.

У інших конструкціях (рис. 19) використовують шаговий електродвигун (Opel-Multec),клапан-соленоїд (Hitachi).

У сучасних конструкціях з приводом дросельної заслінки від електромотора робота забезпечується подачею сигналу з блока керування та поворотом заслінки. Датчики. Сучасні ДВЗ з комплексними системами керування робочим процесом функціонують на основі великої кількості параметрів роботи ДВЗ. Основні з них:

- температура ДВЗ;

- витрата повітря;

- тиск у впускному трубопроводі;

- кут повороту дросельної заслінки;

- коефіцієнт надлишку повітря;

- частота обертання колінчастого вала;

- положення розподільного вала;

- склад відпрацьованих газів;

- температура відпрацьованих газів;

- температура повітря;

- тиск наддуву.

Розглянемо конструкції датчиків, що визначають деякі з цих параметрів.

Витратомір повітря. Витрата повітря є основним параметром, що визначає подачу палива.

У системах K-, КЕ-Jetronic використовувався витратомір з висхідним потоком (рис.21), що працював за принципом поплавка. Повітря, що поступає у циліндри, підіймає пластину затвора. Через важелі зусилля передається на розподільник палива. У випадку зворотних спалахів у впускному тракті пластина вигинається у іншу сторону та відкриває розвантажувальний отвір. Більш розповсюджений флюгерний датчик витрати повітря (рис. 22). Поворот лопати флюгера-датчика під впливом повітря викликає зміну сигналу потенціометра. Для згладжування коливань призначений демпфер.

У сучасних системах керування отримали поширення термоанемометричні датчики (рис. 23): з ниткою, що нагрівають, та плівковий. Нитка або плівковий резистор утворюють з датчиком температури повітря мостову схему, у якій вони виконують роль термісторів.

Датчик рівня палива у баці. Найчастіше датчик (рис. 24) включає потенціометр з підпружиненим движком, до якого приєднано поплавок. По мірі витрати палива поплавок переміщується, повертаючи движок, що змінює величину електричного опору та напруги живлення.

Аналогічну конструкцію має датчик положення дросельної заслінки. Датчик концентрації кисню у відпрацьованих газах (λ-зонд, λ-датчик). Принцип дії (рис. 25) базується на здатності пропускати крізь себе іони кисню. Одна з активних поверхонь контактує з атмосферним повітрям, друга – з відпрацьованими газами. При значній відмінності вмісту кисню на них різко змінюється напруга на виводах.

Датчик детонації (рис. 26). Встановлюється у такому місці блока, де забезпечується оптимальне визначення детонації від усіх циліндрів. Коливання блока при детонації передається кільцевому п’єзокерамічному диску, де вони індуцюють перемінну напругу. При виникненні детонації блок керування зміщує момент запалювання у бік запізнення, після чого плавно повертає до первісного стану.

Заняття 7 Система живлення двигунів з передкамерним впорскуванням палива.

1. Призначення, характеристика, загальна будова системи живлення двигуна з передкамерним впорскуванням палива.

2. Будова та робота деталей та вузлів системи живлення з передкамерним впорскуванням палива

1. Система розподіленого вприскування (багато точкове система уприскування) відноситься до систем уприскування палива бензинових двигунів. Робота системи заснована на упорскуванні палива в кожен циліндр окремої форсункою.

За принципом дії системи розподіленого уприскування палива поділяються на системи безперервної і імпульсного вприскування.

В залежності від виду управління розрізняють системи розподіленого упорскування з механічним і електронним управлінням.

Відомими конструкціями системи розподіленого уприскування палива є:

система упорскування K-Jetronic;

система вприску KE-Jetronic;

система уприскування L-Jetronic.

Системи розподіленого впорскування

Система (рис. 1) забезпечує подачу палива електромагнітними форсунками у зону впускних клапанів. До її переваг відносяться краща економічність та потужність через ліпші якість сумішоутворення, наповнення циліндрів та керування процесами робочого циклу; кращі динамічні якості; можливість використання наддуву. Система живлення K-Jetronic

- паливний насос

- акумулятор палива

- паливний фільтр

- регулятор керуючого тиску

- форсунка впорскування

- пускова форсунка

- дозатор-розподільник палива

- витратомір вохдуха

- термореле

- клапан додаткового повітря

Паливо подається до форсунок з бака електробензонасосом через фільтр у загальну паливну магістраль. Постійний тиск у магістралі підтримується регулятором. Залишкове паливо повертається у бак (існують конструкції без рециркуляції палива (рис. 2, б). При використанні двох впускних клапанів на циліндр форсунка впорскує паливо на перемичку між клапанами. При цьому з’являється можливість керування потоком повітря за рахунок встановлення додаткової заслінки (рис. 3).

Керування дозуванням палива здійснюється електронним блоком керування у залежності від різних факторів, кількість яких визначається технічним рівнем системи. Основними факторами є витрата повітря, частота обертання, кут повороту дросельної заслінки, кількість кисню у відпрацьованих газах.

При примусовому холостому ході за сигналом датчика положення дросельної заслінки подача палива припиняється. На холостому ході для підтримання сталої частоти передбачено автоматичне регулювання кількості повітря за допомогою регулятора додаткового повітря.

2.

Витратомір повітря. Витрата повітря є основним параметром, що визначає подачу палива.

У системах K-, КЕ-Jetronic використовувався витратомір з висхідним потоком (рис.5), що працював за принципом поплавка. Повітря, що поступає у циліндри, підіймає пластину затвора. Через важелі зусилля передається на розподільник палива. У випадку зворотних спалахів у впускному тракті пластина вигинається у іншу сторону та відкриває розвантажувальний отвір.

Більш розповсюджений флюгерний датчик витрати повітря (рис. 6). Поворот лопати флюгера-датчика під впливом повітря викликає зміну сигналу потенціометра. Для згладжування коливань призначений демпфер. У сучасних системах керування отримали поширення термоанемометричні датчики (рис. 11.63): з ниткою, що нагрівають, та плівковий. Нитка або плівковий резистор утворюють з датчиком температури повітря мостову схему, у якій вони виконують роль термісторів. Датчик рівня палива у баці. Найчастіше датчик (рис. 8) включає потенціометр з підпружиненим движком, до якого приєднано поплавок. По мірі витрати палива поплавок переміщується, повертаючи движок, що змінює величину електричного опору та напруги живлення.

Датчик концентрації кисню у відпрацьованих газах (λ-зонд, λ-датчик). Принцип дії (рис. 9) базується на здатності пропускати крізь себе іони кисню. Одна з активних поверхонь контактує з атмосферним повітрям, друга – з відпрацьованими газами. При значній відмінності вмісту кисню на них різко змінюється напруга на виводах. Датчик детонації (рис. 10). Встановлюється у такому місці блока, де забезпечується оптимальне визначення детонації від усіх циліндрів. Коливання блока при детонації передається кільцевому п’єзокерамічному диску, де вони індуцюють перемінну напругу. При виникненні детонації блок керування зміщує момент запалювання у бік запізнення, після чого плавно повертає до первісного стану. Паливна рампа (рис. 11). Виконує наступні функції:

- установка і фіксація форсунок;

- накопичення палива;

- забезпечення рівномірного розподілу палива по форсунках. Рисунок 11. Паливна рампа

Крім форсунок, на рампі (рис. 12) часто закріплено регулятор тиску і, іноді, демпфер тиску. Виготовляють рампу, у залежності від вимог, з високоякісної сталі або з пластмаси.

Заняття 8 Система живлення з впорскуванням палива в камеру згорання

1. Особливості будови системи живлення двигуна з впорскуванням палива в камеру згорання.

2. Робота вузлів іта деталей системи живлення з впорскування палива в камеру згорання.

1.

Система безпосереднього впорскування палива є найсучаснішою системою уприскування палива бензинових двигунів. Робота системи заснована на упорскуванні палива безпосередньо в камеру згорання двигуна.

Вперше система безпосереднього впорскування була застосована на двигуні GDI (Gasoline Direct Injection - безпосереднє уприскування бензину), встановлюваному на автомобілі компанії Mitsubishi. В даний час система безпосереднього впорскування використовується в двигунах багатьох автовиробників. Передовики Audi (двигуни TFSI) і Volkswagen (двигуни FSI, TSI), які практично повністю перейшли на бензинові двигуни з безпосереднім уприскуванням. Двигуни з безпосереднім уприскуванням мають у своєму активі:

BMW (двигуни N54, N63);

Infiniti (двигуни M56);

Ford (двигуни EcoBoost);

General Motors (двигуни Ecotec);

Hyundai (двигуни Theta).

Mazda (двигуни Skyactiv);

Mercedes-Benz (двигуни CGI); Рис 1 Система безпосереднього впорскування

Застосування системи безпосереднього уприскування дозволяє досягти до 15% економії палива, а також скорочення викиду шкідливих речовин з відпрацьованими газами.

Конструкція системи безпосереднього вприскування палива розглянута на прикладі системи, установлюваної на двигуни FSI (Fuel Stratified Injection - пошарове уприскування палива).

Система безпосереднього впорскування становить контур високого тиску паливної системи двигуна FSI і має наступне пристрій:

• паливний насос високого тиску;

• регулятор тиску палива;

• паливна рампа;

• запобіжний клапан;

• датчик високого тиску;

• форсунки упорскування;

• блок керування двигуном.

Рис 2 Будова системи живлення з безпосереднім впорскуванням палива

1. паливний бак

2. паливний насос

3. паливний фільтр

4. пропускний клапан

5. регулятор тиску палива

6. паливний насос високого тиску

7. трубопровід високого тиску

8. розподільний трубопровід

9. датчик високого тиску

10. запобіжний клапан

11. форсунки упорскування

12. адсорбер

13. електромагнітний запірний клапан продувки адсорбера

2. Паливна рейка

Функціями паливної рейки є накопичення палива, що поступає від насоса високого тиску і розподіл його по форсунках високого тиску. Об'єм цієї рейки достатньо великий для того, щоб згладжувати пульсацію тиску в паливоподаючому контурі.

Паливна рейка виготовляється, переважно, з алюмінію. Конструктивні форми (об'єми, розміри, вага і т. д.) залежать від типу двигуна і системи паливоподачі.

Паливна рейка має в своєму розпорядженні сполучні пристрої для зв'язку з іншими елементами системи вприскування (насосом, клапаном регулювання тиску, датчиком високого тиску, форсунками високого тиску). Конструкція паливної рейки забезпечує герметичність її самої, а також хорошу герметичність в перехідних пристроях з різними елементами системи.

Насоси високого тиску

Паливний насос високого тиску служить для подачі палива до паливної рампи і далі до форсунок упорскування під високим тискам (3-11 МПА) у відповідності з потребами двигуна. Основу конструкції насоса складає один або кілька плунжерів. Насос приводиться в дію від розподільного валу впускних клапанів.

Насос високого тиску повинен стискати паливо, що подається в достатній кількості паливним електронасосом з початковим тиском 0,3...0,5 МПа до рівня 5...12 МПа, необхідного для вприскування під високим тиском (безпосереднє вприскування палива). При запуску двигуна паливо спочатку вприскується при початковому тиску. Потім з підвищенням частоти обертання колінчастого валу відбувається зростання тиску. При експлуатації насос високого тиску змащується і охолоджується виключно паливом. На автомобілях застосовуються трьохциліндрові та одноциліндрові насоси.

Трьохциліндровий насос HDP1

По своїй конструкції це насос радіально-поршневого типу з трьома поршнями, розподіленими відносно один одного через 120° по колу. На рис 3 зображена будова такого радіально-поршневого насоса в поздовжньому і поперечному розрізах.

З приводом від розподільного валу двигуна вхідний вал обертається з ексцентриком, який при цьому забезпечує зворотно-поступальний рух поршнів в циліндрах насоса. При русі поршня вниз, паливо поступає при початковому тиску 0,3…0,5 МПа із всмоктувального паливопроводу через полий поршень насоса і впускний клапан в нагнітальну камеру. При русі поршня вгору цей об'єм палива стискається і паливо тече, подолавши тиск в паливній рейці, через випускний клапан в бік вузла високого тиску.

За рахунок вибраного розташування поршнів по черзі здійснюється перекриття подачі палива, наслідком чого є незначна пульсація подачі і, відповідно, низька пульсація тиску палива в паливній рейці. Кількість подачі палива пропорційна частоті обертання колінчастого вала.

Для гарантування можливості зміни початкового тиску у відповідності з потребою двигуна в паливі (навіть при максимальній кількості його вприскування) максимальна кількість подачі насоса розраховується на визначений об'єм.

На режимі роботи з постійним тиском в паливній рампі або при частковому навантаженні тиск палива, поданого в надмірній кількості, знижується клапаном регулювання тиску до рівня тиску на вході і паливо повертається на бік входу насоса.

Одноциліндровий насос HDP2

Одноциліндровий насос HDP2 виконаний у вигляді модуля з безпосереднім приводом від розподільного валу. Передачу зворотно-поступального руху на поршень насоса здійснює циліндровий штовхач, розташований в головці блоку циліндрів. На рис. 2.3 показана принципова конструкція насоса. У камері подачі тепер, на додаток до впускного і випускного клапана, ще розміщений клапан регулювання кількості палива з електричним перемиканням і рециркуляцією палива на вхід насоса. У нормальному відкритому положенні не відбувається подачі палива під високим тиском, оскільки весь потік палива прямує в зворотну магістраль. На робочому режимі роботи клапан закривається при наявності поршня в НМТ і відкривається до кінця подачі після досягнення заданого тиску в паливній рейці. Паливо, що подається насосом після проходження поршнем ВМТ, пропускається назад на вхід насоса. Цей вид регулювання гарантує, що завжди подається лише стільки палива, скільки необхідно двигуну, що, у свою чергу, знижує споживання потужності насосом і, отже, витрату палива. Для демпферування пульсацій тиску, які є наслідком присутньої цьому насосу характеристики подачі, в приймальному каналі прямо перед впускним клапаном встановлений демпфер тиску. При цьому використовується відомий по вприскуванню у впускний трубопровід принцип накопичувача з мембранною пружиною. Іншим важливим функціональним елементом є розташована в циліндрі насоса ущільнююча манжета поршня, що використовується як роздільник між паливом і моторним маслом, яке знаходиться в системі мащення двигуна.

Клапан регулювання тиску

Регулятор тиску палива забезпечує дозовану подачу палива насосом у відповідності з упорскуванням форсунки. Регулятор розташований в паливному насосі високого тиску. Паливна рампа служить для розподілу палива по форсунках уприскування і запобігання пульсації палива в контурі. Запобіжний клапан захищає елементи системи вприску від граничних тисків, що виникають при температурному розширенні палива. Клапан встановлюється на паливній рампі.

Клапан регулювання тиску розташований між паливною рейкою і стороною низького тиску насоса високого тиску HDP1 і створює необхідний тиск в паливній рейці за рахунок дроселювання подачі палива насосом HDP1. Надлишок поданого палива повертається в контур низького тиску.

Сигнал, змодульований по ширині імпульсу, забезпечує надходження струму в обмотку 3 (рис. 5). Відповідно зі скважністю імпульсів кулька клапана припіднімається над сідлом 8 більшою чи меншою мірою. Це дозволяє, залежно від потреби, змінювати поперечний переріз вихідного отвору цього клапана.

Для того, щоб забезпечити необхідний тиск в паливній рейці навіть за відсутності керуючого сигналу, клапан регулювання тиску нормально знаходиться в закритому положенні. Для захисту елементів від дуже високого тиску, що існує в паливній рейці, цей клапан має функцію механічного обмеження тиску.

Датчик високого тиску призначений для вимірювання тиску в паливній рампі. Відповідно до сигналами датчика блок керування двигуном може змінювати тиск в паливній рампі. Форсунка уприскування забезпечує розпилення палива в камері згоряння для утворення паливно-повітряної суміші.

Узгоджену роботу системи забезпечує електронна система управління двигуном, яка є подальшим розвитком об'єднаної системи упорскування й запалювання Motronic. Традиційно система управління двигуном об'єднує вхідні датчики, блок управління і виконавчі механізми.

Крім датчика високого тиску палива в інтересах системи безпосереднього уприскування працюють датчик частоти обертання колінчастого вала, датчик положення розподільного вала, датчик положення педалі газу, витратомір повітря, датчик температури охолоджуючої рідини, датчик температури повітря на впуску. У сукупності датчики забезпечують необхідною інформацією блок управління двигуном, на підставі якої блок впливає на виконавчі механізми:

• електромагнітні клапани форсунок;

• електромагнітний запобіжний клапан;

• електромагнітний перепускний клапан.

Форсунка високого тиску

Форсунка високого тиску є перехідним пристроєм між паливною рейкою і камерою згорання. Завдання цієї форсунки полягає в тому, щоб забезпечувати дозування палива і шляхом його розпилювання добиватися контрольованого змішування палива і повітря в певній зоні камери згорання. Залежно від режиму роботи двигуна, паливо концентрується у зоні навколо свічки запалення (пошаровий розподіл заряду) або рівномірно розпилюється по всій камері згорання (гомогенний розподіл заряду).

Форсунка високого тиску (рис. 6) складається з наступних елементів: корпуса 5; сідла 7; голки розпилювача 6 з якорем соленоїда; пружини 3; соленоїда 4. Коли електричний струм проходить через обмотку соленоїда, створюється магнітне поле. За рахунок цього голка, протидіючи тиску пружини, піднімається над сідлом і відкриває інжектуючий отвір 8 форсунки. За рахунок різниці в тиску між паливною рейкою і камерою згорання паливо вприскується в камеру згорання.

При відключенні електричного струму голка розпилювача під дією зусилля пружини опускається на сідло клапана і перериває потік палива. Форсунка швидко відкривається, забезпечуючи при відкритті постійну площу поперечного перерізу отвору і знову закривається, долаючи тиск в паливній рейці. Вприснута кількість палива (при даній площі поперечного перерізу отвору) залежить від тиску в паливній рейці, протитиску в камері згорання і тривалості відкриття форсунки. За рахунок відповідної геометрії розпилювача на кінці форсунки досягається досить хороше розпилювання пал

На відміну від вприскування у впускний трубопровід, паливо при безпосередньому вприскуванні поступає в камеру згорання швидше, точніше і з кращим формуванням струменя палива. Істотними відмінностями безпосереднього вприскування палива, в порівнянні з вприскуванням у впускний трубопровід, є вищий тиск палива і істотно менший час для надходження палива безпосередньо в камеру згорання.

При вприскуванні палива у впускний трубопровід вприскування забезпечується за два оберти колінчастого валу. При частоті обертання колінчастого валу 6000 об./хв. це відповідає тривалості вприскування 20 мс. При безносередньому вприскуванні палива ця тривалість значно менша. При гомогенному розподілюванні суміші паливо повинно вприскуватися при такті впуску. При цьому процес вприскування палива повинен відбуватися тільки за півоберта колінчастого валу. При частоті обертання колінчастого валу 6000 об/хв це відповідає тривалості вприскування 5 мс.

При безпосередньому вприскуванні палива потреба в паливі на режимі холостого ходу набагато менша у порівнянні з режимом повного навантаження при вприскуванні у впускний трубопровід (відношення 1:12). Звідси тривалість вприскування палива на холостому ході рівна приблизно 1,4 мс.

Для того, щоб забезпечити визначений і реалізований процес вприскування палива, форсунка високого тиску повинна включатися по складній точковій характеристиці. Контролер в блоці керування двигуном подає цифровий сигнал на включення форсунки. На основі цього сигналу спеціальний керуючий модуль створює дійсний сигнал на виході, за допомогою якого кінцевий сигнал приводу форсунки забезпечує вприскування палива.

Конденсатор створює керуючу напругу в 50-90 В, достатньо високу для отримання великого електричного струму на початку процесу включення і, завдяки цьому, забезпечує швидкий підйом голки. При відкритій форсунці (максимальний хід голки) достатньо меншого керуючого електричного струму, для того, щоб підтримувати постійним підйом голки. При цьому постійному підйомі голки досягається пропорційність кількості вприснутого палива тривалості вприскування. При розрахунку тривалості вприскування палива враховується час попереднього намагнічення, в період якого форсунка ще не відкривається.

Процес згорання визначається тим способом, яким здійснюється перетворення в камері згорання робочої суміші в енергію. Залежно від вибраного способу згорання в камері згорання створюються повітряні потоки. Для того, щоб добитися необхідного пошарового заряду суміші, форсунка вприскує паливо в потік повітря таким чином, що воно випаровується в просторово обмеженій зоні. Повітряний потік переміщає об’єм робочої суміші до свічки запалення і він підходить до цієї свічки у момент запалення.ива. Можливі два принципово різних способи запалення: з направленим струменем вприскуваного палива і з напрямом струменя розпилювання палива на стінку циліндра.

Спосіб запалення з направленим струменем вприскуваного палива

Спосіб запалення з направленим струменем відрізняється тим, що паливо вприскується в безпосередній близькості від свічки запалення і там випаровується (рис. 7, а). Це вимагає точного позиціонування свічки запалення і форсунки, а також точної спрямованості струменя для того, щоб мати можливість запалити суміш в необхідний момент. При цьому дуже високе теплове навантаження на свічку запалення, оскільки на гарячу свічку при визначених обставинах безпосередньо впливає відносно холодний струмінь вприскуваного палива. Спосіб запалення з напрямом струменя розпилювання палива на стінку циліндра

У цьому способі запалення розрізняють два можливих шляхи переміщення потоку повітря, які залежать від особливостей конструкції впускного вікна і поршня. Форсунка вприскує паливо в цей потік повітря. При цьому утворена робоча суміш переміщається з цим потоком до свічки запалення у формі закритого об’єму суміші.

Вихровий повітряний потік

Повітря за рахунок руху поршня потрапляє через відкритий впускний клапан в циліндр, створюючи турбулентний потік (обертальний рух повітря) вздовж стінки циліндра (рис. 7 б). Цей спосіб запалення також називається процесом вихрового згорання.

Циліндричний повітряний потік

При цьому способі утворюється повітряний потік циліндричної форми який, рухаючись зверху вниз, відбивається від виїмки в поршні і знову рухається вверх у напрямі свічки запалення (рис. 7 в).

Будова та принцип дії системи безпосереднього вприскування бензину

Принцип дії системи безпосереднього уприскування

Система безпосереднього впорскування в результаті роботи забезпечує кілька видів сумішоутворення:

• пошарове сумішоутворення;

• стехіометричне гомогенне сумішоутворення;

• гомогенне сумішоутворення.

Різноманіття у сумішоутворення визначає високу ефективність використання палива (економія, якість освіти суміші, її повне згоряння, збільшення потужності, зменшення шкідливих викидів) на всіх режимах роботи двигуна.

Пошарове сумішоутворення використовується при роботі двигуна на малих і середніх оборотах і навантаженнях. Стехіометричне (інше найменування - легкозаймисті) гомогенне (інше найменування - однорідне) смесеобразование застосовується при високих обертах двигуна і великих навантаженнях. На бідної гомогенної суміші двигун працює в проміжних режимах.

При пошаровим сумішоутворенням дросельна заслінка майже повністю відкрита, впускні заслінки закриті. Повітря поступає в камери згоряння з великою швидкістю, з утворенням повітряного вихору. Впорскування палива проводиться в зону свічки запалювання в кінці такту стиснення. За нетривалий час до займання в районі свічки запалювання утворюється паливно-повітряна суміш з коефіцієнтом надлишку повітря від 1,5 до 3. При запаленні суміші навколо неї залишається досить багато чистого повітря, виступаючого в ролі теплоізолятора.

Гомогенне стехіометричне сумішоутворення відбувається при відкритих впускних заслонках, дросельна заслінка при цьому відкривається у відповідності з положенням педалі газу. Впорскування палива проводиться на такті впускання, що сприяє утворенню однорідної суміші. Коефіцієнт надлишку повітря становить 1. Суміш запалюється і ефективно згоряє у всьому об'ємі камери згорання.

Бідна гомогенна суміш утворюється при максимально відкритій дросельної заслінки і закритими впускними заслінками. При цьому створюється інтенсивний рух повітря в циліндрах. Впорскування палива проводиться на такті впускання. Коефіцієнт надлишку повітря підтримується системою управління двигуном на рівні 1,5. При необхідності до складу суміші додаються відпрацьовані гази з випускної системи, зміст яких може доходити до 25%.

Системи з безпосереднім вприскуванням відрізняються вприскуванням палива під високим тиском безпосередньо в камеру згорання. Робоча суміш утворюється, як і в дизельному двигуні, всередині камери згорання (внутрішнє утворення робочої суміші).

Паливний насос з електроприводом подає паливо при початковому тиску 0,3...0,5 МПа (3...5 бар) до насоса високого тиску. Цей насос створює тиск в системі в залежності від робочого режиму двигуна (необхідного крутного моменту і частоти обертання колінчастого вала). Паливо під високим тиском потрапляє в паливну рейку 6 (рис. 2.1) і там накопичується. Тиск палива вимірюється датчиком високого тиску і встановлюється клапаном регулювання тиску в межах від 5 до 12 МПа. Біля паливної рейки розташовані форсунки високого тиску 5, робота яких регулюється блоком керування двигуном. Форсунки вприскують паливо в камеру згорання циліндра.

Вприснуте тонко розпилене за рахунок високого тиску паливо утворює з поступаючим в камеру згорання повітрям робочу суміш. В залежності від режиму роботи двигуна паливо вприскується так, що створюється суміш, рівномірно розподілену по всій камері згорання із співвідношенням α ≤ 1 (гомогенний режим) або утворюється суміш з пошаровим зарядом із співвідношенням α ≤ 1 в області свічки запалення (робота в умовах пошарового розподілення заряду або збідненої суміші).

Решта простору камери згорання при пошаровому розподіленні заряду наповнено або всмоктаним свіжим повітрям з інертним газом, що поступив з системи рециркуляції, або дуже збідненою робочою сумішшю. За рахунок цього в цілому виходить збіднена робоча суміш з αсумарн > 1. Такі різні можливості експлуатації двигуна називаються режимами його роботи. Вибір режиму роботи здійснюється, з одного боку, на підставі частоти обертання колінчастого валу і потрібного крутного моменту, а з іншого боку, за рахунок функціональних вимог, таких як, наприклад, відновлення каталітичного нейтралізатора накопичувального типу.

При пошаровому розподілі заряду вприснута маса палива є основним параметром, що визначає величину отриманого крутного моменту. Надлишок повітря навіть при частковому навантаженні робить можливим забезпечити недросельований режим роботи з широко відкритою дросельною заслінкою. Ця міра знижує насосну роботу (випуск і заповнення циліндрів зарядом).

На режимі збідненої робочої суміші при α > 1 і гомогенному її розподілі також досягається економія палива за рахунок відсутності дроселювання. Але вона не така велика, як при пошаровому розподілі заряду. При гомогенній суміші із співвідношенням α ≤ 1 двигун з безпосереднім вприскуванням поводиться в основному так само, як двигун з вприскуванням у впускний трубопровід.

Каталітичні нейтралізатори повинні забезпечувати видалення токсичних речовин з ВГ. Для того, щоб отримати максимальний ефект, для трикомпонентного каталітичного нейтралізатора потрібна стехіометрична паливоповітряна суміш.

Підвищена емісія оксидів азоту, яка виникає внаслідок надлишку повітря на режимі збідненої робочої суміші, скупчується для тимчасового зберігання в каталітичному нейтралізаторі з акумулюючою здатністю до NOx. Тут, при короткочасній роботі двигуна з надлишком повітря, оксиди азоту розщеплюються до азоту, двооксиду вуглецю і води.