Аналіз конструкції системи безпосереднього упорскування бензину на прикладі системи Bosch MED 7 Motronic

ЗМІСТ Вступ

1. Обґрунтування актуальності теми

2. Класифікація систем упорскування бензинових двигунів

3. Порівняльний аналіз систем упорскування палива (СУП)

4. Аналіз конструкції системи безпосереднього упорскування бензину на прикладі системи Bosch MED 7 Motronic

4.1 Загальні відомості

4.2 Електронний блок керування двигуном

4.3 Впускна система

4.4 Паливна система

4.5 Система запалювання

4.6 Система випуску

5. Аналіз робочих процесів

6. Аналіз несправностей системи живлення і способи їхнього усунення

7. Аналіз методів діагностування

8. Комп’ютерний стенд діагностики систем електронного упорскування бензинових двигунів на базі ПК

9. Засоби діагностування при використанні діагностичного стенду на базі ПК

10. Звіт о проведених практичних випробуваннях діагностичного стенду на базі ПК

11. Порівняльний аналіз стенда на базі ПК із фірмовими аналогами

12. Основні процедури перевірки форсунок

Висновки

Перелік посилань

ВСТУП

Сьогодні паливна економічність головних споживачів бензину — автомобільних двигунів — істотно покращилась. Характерно, що основним фактором її росту стало збільшення ступеня стиску, що вимагало серйозних заходів щодо запобігання детонації, що виникає при цьому. Подальше збільшення паливної економічності автомобільних двигунів вимагає подолання ще більших труднощів, обумовлених не ідеальністю самого робочого циклу з послідовним характером вигоряння горючої суміші в циліндрах двигуна.

За рахунок чого ж можна підвищити паливну економічність сучасного двигуна автомобіля?

Невичерпним резервом можна вважати оптимізацію програм дозування палива і її автоматичну адаптацію до випадкових і різких змін експлуатаційних режимів. Установлено, що краща паливна економічність при роботі бензинового двигуна залежить від складу горючої суміші. Максимальна потужність так само досягається при конкретному составі горючої суміші, що відрізняється від економічного состава.

Таким чином, якщо виходити з паливної економічності й ураховувати тягові показники двигуна, то всі раціональні состави горючої суміші, що подаються керуючою підсистемою дозування палива, повинні обов’язково розмішатися в зоні 3-регуляторної характеристики. 1]

Найбільш ефективно з даним завданням впорається комбінована система запалювання й упорскування палива з безпосереднім упорскуванням бензину, що дозволяє працювати з різним складом суміші на різних режимах експлуатації.

1. ОБҐРУНТУВАННЯ АКТУАЛЬНОСТІ ТЕМИ Першорядною метою розробки нових двигунів є зниження витрати палива й відповідне йому зменшення викиду шкідливих речовин. У трикомпонентних нейтралізаторах вдається перетворити в нешкідливі речовини до 99% вуглеводнів, оксидів азоту й оксиду вуглецю, що викидаються з відпрацьованими газами. Викиди утвореного при згорянні диоксида вуглецю (CO2), що сприяє утворенню парникового ефекту, можуть бути знижені тільки в результаті зменшення витрати палива. Однак, у двигунів із зовнішнім сумішоутворенням (з упорскуванням бензину у впускний трубопровід) резерви зниження витрати палива практично відсутні. Тому усе більше нових автомобілів оснащуються двигунами з безпосереднім упорскуванням бензину в циліндри. Ці двигуни дозволяють заощаджувати до 15% палива в порівнянні з схожими двигунами з упорскуванням бензину у впускний трубопровід.

При розробці нових двигунів повинні бути отримані наступні результати:

— зниження завдяки економії палива витрат на експлуатацію автомобіля й одержання заохочувальних податкових пільг для автомобілів з низькими викидами шкідливих речовин,

— зниження забруднення середовища шкідливими речовинами,

— економія сировинних ресурсів.

На діаграмі показана ефективність різних заходів, що дозволяють знизити витрату палива.

— Електронне регулювання системи охолодження, регульовані фази газорозподіли й рециркуляція газів, що відробили, уже знайшли застосування на багатьох двигунах.

— Через необхідність збереження достатньої рівномірності обертання колінчатого вала відключення циліндрів має сенс застосовувати тільки на багатоциліндрових двигунах.

— Змінний ступінь стиску й змінювані фази газорозподілу реалізуються тільки за допомогою досить потужних механічних приводів.

— Подальша розробка різних способів спалювання бідних сумішей припинена на користь створення двигунів з безпосереднім упорскуванням бензину.

— Безпосереднє упорскування бензину прийняте як найбільш ефективний засіб економії палива, що забезпечує його зниження до 20%. 3].

Можливе зниження витрати палива,%

Рисунок 1.1 — Діаграма ефективності різних заходів, що дозволяють знизити витрату палива

Усе більше виробників вибрали дану систему упорскування палива як пріоритетну у своїй діяльності. З ростом чисельності автомобілі оснащених безпосереднім упорскуванням росте й потреба в діагностиці її вузлів й агрегатів. Але засобу які застосовуються для діагностики на даний момент або дуже дорогі або не універсальні. На підставі вище наведеної інформації можемо сформулювати мету й завдання роботи.

Мета роботи: діагностика систем безпосереднього упорскування бензину на автомобілі, шляхом використання комп’ютерного стенду, зняття вихідних сигналів з датчиків і ЕБК, що дозволить знизити витрати на діагностичне встаткування і підвищити ефективність діагностики й ремонту автомобіля.

Об'єктом дослідження є процес упорскування палива й запалювання, вплив цих процесів на паливну економічність, токсичність і тягові показники автомобіля.

Варто вирішити наступні завдання:

1. аналіз конструкції системи безпосереднього упорскування;

2. аналіз несправностей;

3. аналіз існуючих методів діагностики і розробити діагностичні ознаки дефектів;

4. розробити діагностичні параметри;

5. проведення експерименту.

2. КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ УПОРСКУВАННЯ БЕНЗИНОВИХ ДВИГУНІВ Системи упорскування палива із зовнішнім сумішоутворенням У системах упорскування палива із зовнішнім сумішоутворенням готування паливно-повітряної суміші відбувається поза камерою згоряння двигуна (у впускному тракті).

Однокрапкове (центральний) упорскування палива.

Однокрапкове упорскування — це електронно-керована система упорскування палива, у якій електромагнітна форсунка періодично впорскує паливо у впускний трубопровід перед дросельною заслінкою. Системи однокрапкового упорскування Вosch звуться Monо-Jetronic й Mono-Motronic.

Багатокрапкове (розподілене) упорскування палива (MPI)

а б Рисунок 2.1 — Схема однокрапковогого і багатокрапкового упорскування палива а) одноткрапкове (центральне) упорскування палива; б) багатокрапкове (розподылене) упорскування палива; 1) подача палива; 2) подача повітря; 3) дросельна заслінка; 4) впускний трубопровід; 5) форсунка; 6) двигун.

Багатокрапкове упорскування створює умови для більш оптимальної, у порівнянні з однокрапковим упорскуванням, роботи системи сумішоутворення. Для кожного циліндра передбачена паливна форсунка, через яку паливо впорскується безпосередньо перед впускним клапаном. Як приклад можна привести системи КЕі L-Jetronic.

Механічна система упорскування палива У механічній системі упорскування маса палива, що впорскується, визначається паливорозподільчим пристроєм (дозатором), від якого паливо потрапляє до форсунки, що автоматично відкривається при певному тиску. Прикладом використання механічного упорскування є система K-Jetronic з безперервним упорскуванням палива.

Комбінована електронно-механічна система упорскування палива Комбінована система упорскування базується на механічній, котра для більше точного керування упорскуванням обладнана електронним блоком, що управляє режимом роботи насоса й форсунок з паливорозподільчим пристроєм. Прикладом комбінованого упорскування служить система KE-Jetronic.

Електронні системи упорскування палива

Електроннокеровані системи упорскування забезпечують переривчасте упорскування палива форсунками з електромагнітним керуванням. Маса палива, що впорскує, визначається часом відкриття форсунки.

Приклади таких систем: L-Jetrontc, LH-Jetronic і підсистема упорскування палива системи керування двигуном Motronic.

Необхідність дотримання жорстких норм змісту шкідливих речовин у газах, що відробили, диктує високі вимоги до регулювання состава паливоповітряної суміші. При цьому важливо забезпечити як точність моменту упорскування, так і точність дозування маси палива, що впорскується, залежно від кількості подаваного повітря.

Для виконання цих вимог у сучасних системах багатокрапкового (розподіленого) упорскування палива на кожен циліндр двигуна доводиться по електромагнітній форсунці, причому керування кожної форсунки здійснюється індивідуально. Кількість палива, що впорскується, і коректування моменту упорскування розраховуються для кожної форсунки в електронному блоці керування (ЕБК). Процес сумішоутворення поліпшується за рахунок упорскування точно виміряної кількості палива безпосередньо перед впускним клапаном (або клапанами) у точно встановлений момент часу. Це, у свою чергу, у значній мірі запобігає влучення палива на стінки впускного трубопроводу, що може привести до тимчасових відхилень коефіцієнта надлишку повітря від середнього значення в несталому режимі роботи двигуна. Тому що в багатокрапковій системі упорскування через впускний трубопровід проходить тільки повітря, трубопровід може бути виконаний таким чином, щоб в оптимальному ступені відповідати газодинамічним характеристикам наповнення циліндрів двигуна.

Системи із внутрішнім сумішоутворенням У таких системах, називаних системами з безпосереднім упорскуванням, паливні форсунки з електромагнітним приводом, розміщені в кожному циліндрі, впорскують паливо безпосередньо в камеру згоряння. Сумішоутворення відбувається усередині циліндра. Для забезпечення ефективного згоряння суміші істотну роль грає процес розпилення вихідного з форсунки палива. У впускний трубопровід двигуна з безпосереднім упорскуванням палива, на відміну від двигуна із зовнішнім сумішоутворенням, подається винятково повітря. Таким чином, виключається влучення палива на стінки впускного трубопроводу.

Якщо при зовнішнім сумішоутворенні в процесі згоряння звичайно присутнє однорідна паливоповітряна суміш, то при внутрішнім сумішоутворенні двигун може працювати як з однорідної, так і з неоднорідною сумішшю.

Робота двигуна при пошаровому розподілі суміші. Суміш при пошаровому розподілі заряду запалюється тільки в зоні навколо свічі запалювання. В інших частинах камери згоряння втримуються свіжа суміш і залишкові гази, що відробили, без слідів незгорілого палива. На режимах холостого ходу й при малому навантаженні в такий спосіб забезпечується робота на збідненій суміші, що приводить до зниження витрати палива.

Робота двигуна при наявності однорідної суміші. Однорідна суміш займає повністю обсяг камери згоряння (як і при зовнішнім сумішоутворенні), і весь заряд свіжого повітря, що надійшов в камеру, бере участь у процесі згоряння. Тому цей спосіб утворення суміші застосовується в умовах роботи двигуна при повнім і середнім навантаженнях.

Рисунок 2.2 — Безпосереднє упорскування палива

1) подача палива; 2) подача повітря; 3) дросельна заслінка; 4) впускний трубопровід; 5) форсунка; 6) двигун

Керування бензиновим двигуном з безпосереднім упорскуванням палива реалізовано в системі MED-Motronic та ін. [2]

Види систем безпосереднього упорскування залежно від параметрів камери згоряння Під параметрами камери згоряння варто розуміти положення клапанів, форсунки, свічі, форми днища поршня, факела палива, що розпорошує.

Донедавна основних було чотири види систем:

а) мали вертикально розташовану форсунку й плоске днище головки поршня, свіча перебуває безпосередньо в близькості з форсункою, такі системи мало застосовувалися через погану організацію сумішоутворення;

b) мають днище головки поршня спеціальної форми, що в сполученні з конструкцією впускного каналу й розташуванням клапана віддає завихрення паливоповітряної суміші

с) і d) відрізняються розташуванням конструктивних елементів які впливають на сумішоутворення Рисунок 2.3 — Чотири схеми сумішоутворення при безпосереднім упорскуванні.

Німецький професор Ульріх Шпіхер з університету в Карлсрузі знайшов свій, п’ятий. Тут свіча запалювання захована в маленькій «форкамері», бензин впорскується в поглиблення поршня й, коли останній піднімається до ВМТ, закидається до іскрового проміжку.

Рисунок 2.4 — П’ята форкамерна схема (схема Шпіхера) Впуск Стиснення Запалювання Початок горіння

3. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ СИСТЕМ УПОРСКУВАННЯ ПАЛИВА (СУП) У даному розділі я спробую показати перевагу системи безпосереднього упорскування палива в порівнянні з іншими системами. Порівняльні характеристики СУП і їхні рейтинги зведені в таблицю 2.1. Оцінки по кожній категорії виставлені по десятибальній шкалі.

Таблиця 3.1

Рейтинг систем упорскування палива [20]

Критерії оцінки Основними критеріями оцінки якості системи упорскування палива є:

— точність паливодозування (а для інтегрованих систем — і точність іскроутворення);

— високі характеристики двигуна на всіх режимах (потужність, крутниймомент, комфортність обертання);

— економічність по витраті палива;

— екологічність;

— вартість.

При всій умовності даної таблиці (вона, наприклад, не відбиває робочий обсяг двигунів, призначення автомобілів та ін.) вона все-таки більш-менш об'єктивно відбиває діалектику й тенденції розвитку систем керування двигунами.

Кращими на сьогоднішній день, за всіма критеріями, крім вартості, є системи безпосереднього упорскування — 51 бал. Далі йдуть синфазні СУП Bosch Motronic M3.1 й Mitsubishi MPI — відповідно 48 й 47 балів. Вони також досить дороги. Наступні «місця», які займають системи, майже точно відповідають діалектиці розвитку СУП. Виключення становлять системи однокрапкового упорскування, рейтинг яких порівняно високий внаслідок дешевини й невибагливості. Відійшли в минуле механічні, електронно-механічні й деякі дискретні синхронні СВТ. Наприклад, у міському режимі економічність Тоyота із двигуном 2JZ-FSE обсягом 3,0 л відповідно до тесту становить 11.4 км/л. Toyota Opa із двигуном другого покоління систем безпосереднього упорскування 1AZ-FSE обсягом 2,0 літри й потужністю 113 квт (152 л.с. при 6000 про/хв) проїжджає на одному літрі бензину приблизно 17.8 км.

Але як завжди за все доводиться платити. Системи безпосереднього упорскування трохи складніше в експлуатації й ремонті.

1. Необхідність подачі палива безпосередньо в циліндри зажадала застосування спеціального насоса високого тиску, що дозволяє створити тиск у системі, що може «пересилити» тиск у циліндрах у крапці майже максимальної компресії.

2. Необхідність ефективного розпилення бензину викликало необхідність використання спеціальних форсунок зі значно меншими розмірами сопів й, які працюють при значно більшому тиску.

3. Форсунки таких систем управляються напругою приблизно 100 вольтів, що позначилося на складності апаратної реалізації процесу керування й необхідності застосування окремих блоків (фото драйвера ММС).

4. Використання підвищеного рівня рециркуляції вихлопних газів провокує збільшення відкладень у впускному колекторі й, як наслідок, необхідність його регулярного очищення.

Перші дві особливості є причинами підвищеної чутливості цих систем до якості бензину. Причому це стосується не тільки ненормованого змісту антидетонаційних присадок, але й до нормованого, але не перевіреного на зміст сірки в паливі.

Таблиця 3.2

Порівняльні дані параметрів двигунів Тойота 3S-FSE (перше покоління системи безпосереднього упорскування) і звичайного 3S-FE [20]

4. АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЇ СИСТЕМИ БЕЗПОСЕРЕДНЬГО УПОРСКУВАННЯ БЕНЗИНУ НА ПРИКЛАДІ СИСТЕМИ BOSCH MED7 MOTRONIC

4.1 Загальні відомості

Основним відмінністю системи безпосереднього упорскування є спосіб сумішоутворення. Крім бідної пошарової та стехіометричної гомогенної сумішей у двигуні використається суміш третього виду, а саме, бідна гомогенна суміш. Цей вид суміші дозволяє одержати меншу витрату палива, ніж суміш стехіометричного складу з додаванням перепускних відпрацьованих газів. Вибір того або іншого способу сумішоутворення відбувається за рішенням блока керування двигуном в залежності від крутного моменту й потужності двигуна з урахуванням вимог до викиду шкідливих речовин і вимог безпеки.

Робота двигуна при пошаровому сумішоутворенні використовується при роботі двигуна при малих і середніх навантаженнях і частотах обертання.

Завдяки пошаровому розподілу палива в камері згоряння двигун працює при загальному коефіцієнті надлишку повітря від 1,6 до 3. У середній частині камери згоряння, поблизу свічі запалювання, перебуває легко займиста робоча суміш. Ця суміш оточена оболонкою, що складається в ідеальному випадку із чистого повітря та з відпрацьованих перепускних газів.

Робота двигуна на бідній гомогенній суміші використається на проміжних режимах, розташованих між режимами роботи двигуна на пошаровій суміші й гомогенної стехіометричній суміші.

Коефіцієнт надлишку повітря бідної гомогенної, тобто однорідної в повному обсязі камери згоряння, суміші приблизно дорівнює 1,55.

Робота двигуна на гомогенній суміші стехіометричного складу використається при виході на режими більших навантажень і високих частот обертання. Коефіцієнт надлишку повітря цієї суміші дорівнює (відповідно до визначення) одиниці.

Рисунок 4.1 — Залежність якості суміші від навантаження й обертів

Рисунок 4.2 — Система керування роботою двигуна MED-Motronic. 5]

1-адсорбер з активованим вугіллям; 2-продувний клапан вугільного адсорбера; 3-паливний насос високого тиску; 5-котушка запалювання зі свічею запалювання; 6-датчик масової витрати палива; 7-дросельный вузол з електронно-керованою дросельною заслінкою; 8-датчик абсолютного тиску у впускному колекторі; 9-датчик тиску; 10-паливна рампа; 11-датчик фаз; 12-лямбда-зонд (типу LSU); 13-клапан рециркуляції газів, що відробили; 14-форсунка; 15-датчик детонації; 16-датчик температури; 17-трикомпонентний нейтралізатор газів, що відробили; 18-датчик температури газів, що відробили; 19-датчик частоти обертання колінчатого вала й положення поршня; 20-електронний блок керування (ECU); 21-бортоаой контролер зв’язку; 22-діагностична лампа-сигналізатор; 23-діагностичний інтерфейс; 24-имобилайзер автомобіля; 25-педаль газу; 26-паливний бак; 27-паливний насос із електроприводом і датчиком тиску; 28-лямбда-зонд; 29-каталітичний нейтралізатор оксидів азоту (Nox) у газах, що відробили; 30-лямбда-зонд (типу LSF)

4.2 Електронний блок керування двигуном Блок керування двигуном установлений у повітреприймальному відсіку, його зовнішній роз'єм містить 121 контакт.

— На 1,4 літровому двигуні потужністю 77 квт застосовується система керування Bosch Motronic MED 7.5.10.

— На 1,6_літровому двигуні потужністю 81 квт застосовується система керування Bosch Motronic MED 7.5.11. Ці системи розрізняються головним чином блоком керування: у системі керування Bosch Motronic MED 7.5.11 передбачений більше швидкий процесор. Обидві ці системи відрізняються від системи керування Bosch Motronic ME 7.5.10 тим, що як додаткова функція вони забезпечують керування безпосереднім упорскуванням бензину.

Крім цього система бортової діагностики цих систем розширена й контролює наступні додаткові компоненти:

— датчик оксидів азоту ,

— датчик температури відпрацьованих газів,

— потенціометр керування перепуском відпрацьованих газів,

— потенціометр впускних заслінок,

— датчик тиску палива,

— клапан керування поворотом розподільного вала по фазі,

— елементи діагностики при роботі двигуна на бідних сумішах.

Керування двигуном по величині крутного моменту

Система Bosch Motronic MED 7.5.10/11 так само, як система Bosch Motronic ME 7.5.10, управляє двигуном по величині крутного моменту. Це означає, що крутний момент двигуна приводиться у відповідність із окремими потребами в ньому, які виявляються, обробляються й підсумуються.

Потреби в крутному моменті виникають відповідно до внутрішніх витрат двигуна:

— на подолання опорів при пуску,

— на нагрівання нейтралізатора,

— на підтримку холостого ходу,

— при обмеженні потужності,

— при обмеженні частоти обертання,

— при регулюванні суміші по сигналах датчика кисню; з затраченої потужності:

— на привод автомобіля за бажанням водія,

— на обертання первинного вала автоматичної коробки передач у процесі її перемикання,

— на гальмування автомобіля (при роботі протибуксовочної системи й при гальмуванні двигуном),

— на привод компресора кондиціонера,

— на привод автомобіля під контролем системи регулювання швидкості.

Після розрахункового визначення необхідного крутного моменту двигуна здійснюється його зміна одним із двох способів:

Перший спосіб полягає в зміні наповнення циліндрів. Він застосовується для відносно повільної зміни крутного моменту. При роботі на пошарових сумішах цей спосіб малоефективний, тому що при цьому дросельна заслінка повинна бути якнайбільше відкрита для зниження втрат на дроселювання.

Другий спосіб використається для швидкої зміни крутного моменту й діє незалежно від величини наповнення. При роботі на пошарових сумішах крутний момент змінюється в результаті регулювання подачі палива, а при роботі на гомогенних бідних і стехіометричних сумішах його зміна викликається зсувом моменту запалювання.

Рисунок 4.3 — Керування двигуном по величині крутного моменту Реалізація крутного моменту при безпосереднім упорскуванні палива

Блок керування двигуном розраховує величину необхідного крутного моменту, підсумовуючи внутрішні втрати із зовнішніми потребами в ньому, і забезпечує його реалізацію.

Реалізація крутного моменту при пошаровому сумішоутворенні

При роботі двигуна на пошарових сумішах необхідний крутний момент виходить за рахунок упорскування відповідного йому кількості палива. При цьому наповнення двигуна має другорядне значення, тому що дросельна заслінка відкривається якнайбільше, щоб знизити втрати на дроселювання. Через пізню подачу палива випередження запалювання також не робить великого впливу на величину крутного моменту.

Реалізація крутного моменту при роботі двигуна на бідній та стехіометричній гомогенних сумішах

При роботі двигуна на цих сумішах швидка зміна крутного моменту виробляється за рахунок зсуву моменту запалювання, а відносно повільне, але довгострокова його зміна здійснюється шляхом регулювання наповнення циліндрів повітрям. Коефіцієнт надлишку повітря бідної суміші дорівнює 1,55, а стехіометричній — 1,0, тому кількість палива, що впорскується, визначається потрапленною в циліндри масою повітря. При цьому регулювання крутного моменту тільки за рахунок зміни подачі палива не виробляється.

4.3 Впускна система

На противагу двигунам із системою Bosch Motronic ME 7.5.10 у двигунів з безпосереднім упорскуванням бензину система впуску було змінено відповідно до їх потреб. Її особливістю є цілеспрямований вплив на потоки повітря в циліндрах двигуна залежно від режимів його роботи.

Наступні нові або змінені компоненти ввійшли до складу системи впуску:

1. Плівковий вимірник масової витрати повітря з датчиком температури повітря на впуску для більше точного визначення навантаження двигуна

2. Датчик тиску у впускному трубопроводі для розрахунку кількості відпрацьованих перепускних газів

3. Система заслінок у впускних каналів для цілеспрямованого керування потоками повітря на вході в циліндри двигуна.

4. Електромагнітний клапан системи рециркуляції відпрацьованих газів, із збільшеними прохідними отворами для перепуску більшої кількості газів

5. Датчик тиску для регулювання розрідження в магістралі до вакуумного підсилювача гальмового привода

6. Блок керування дросельною заслінкою

7. Клапан продувки адсорбера

8. Блок керування системою Motronic

Рисунок 4.4 — Впускна система

Електропривод дросельної заслінки

Електропривод дросельної заслінки для двигунів з безпосереднім упорскуванням бензину застосовується в обов’язковому порядку. Цей привод дозволяє управляти дросельною заслінкою незалежно від положення педалі акселератора й відкривати її при переході на режими з використанням пошарового сумішоутворення й застосування бідної гомогенної суміші. Такий спосіб керування двигуном забезпечує його роботу практично без втрат на дроселювання. Тобто двигун не повинен витрачати енергію на подолання опорів потоку усмоктуваного повітря, що виражається в зниженні витрати палива.

Рисунок 4.5 — Керування електроприводом дросельної заслінки

Принцип дії привода дросельної заслінки

Установлюване водієм положення педалі акселератора реєструється за допомогою датчиків, сигнали яких передаються на вхід блоку керування двигуном. По цьому й іншому додатковому сигналах блок керування розраховує необхідний крутний момент і видає відповідні команди на виконавчі пристрої.

Рисунок 4.6 — Сигнали датчиків положення педалі акселератора При використанні пошарового сумішоутворення величина крутного моменту двигуна визначається кількістю палива, що впорскується. При цьому дросельна заслінка відкрита майже повністю. Вона прикривається тільки настільки, щоб забезпечити розрідження для продувки адсорбера, для перепуску відпрацьованих газів, і для створення необхідного розрідження у вакуумному підсилювачі гальмового привода.

При роботі двигуна на гомогенній бідній і стехіометричній сумішах крутний момент двигуна залежить від кута випередження запалювання й кількості вступника в циліндри двигуна повітря. При цьому дросельна заслінка відкривається відповідно з необхідним крутним моментом.

Система впускних заслінок

Впускні заслінки і їхній привод розташовані в нижній і верхній частинах впускної системи. Заслінки служать для керування потоками повітря, що надходить у циліндри двигуна, залежно від режимів роботи двигуна.

Рисунок 4.7 — Система впускних заслінок На малюнку показана область режимів роботи двигуна, на яких заслінка закрита.

— Зона режимів, на яких впускна заслінка закрита (у автомобіля Golf FSI)

— Зона режимів, на яких впускна заслінка закрита (у автомобіля Lupo FSI)

— Зона режимів роботи на гомогенній суміші стехіометричного складу

— Зона режимів роботи на бідній гомогенній суміші

— Зона режимів роботи при пошаровому сумішоутворенні

Рисунок 4.8 -.Області режимів роботи двигуна Робота двигуна із закритими впускними заслінками При роботі двигуна на пошаровій і бідній гомогенній сумішах, а також на деяких режимах з використанням гомогенних сумішей стехіометричного складу заслінки перекривають нижні частини впускних каналів, розташованих у головці циліндрів. При цьому повітря проходить у циліндри тільки через верхні частини впускних каналів. Форма верхньої частини впускного каналу підібрана таким чином, щоб повітря, що впускає в циліндр, закручувався на вході в нього. Крім цього підвищена швидкість минаючі через завужений канал повітря сприяє сумішоутворенню.

Реалізуються дві переваги:

— При пошаровому сумішоутворенні вихровий рух повітря забезпечує перенос палива до свічі запалювання. Утворення суміші здійснюється в процесі цього руху.

— Вихровий рух повітря створює умови для утворення гомогенних бідної й стехіометричної сумішей. Завдяки йому підвищується займистість і досягається стабільне горіння бідних сумішей.

Робота двигуна з відкритими впускними заслінками

При роботі двигуна на режимах з високим навантаженням і при високих частотах обертання повітряні заслінки відкрита й повітря проходить у циліндри через обидві частини впускних каналів. Великий отвір впускного каналу забезпечує наповнення циліндра, необхідне для одержання високої потужності й крутного моменту.

Потенціометр впускних заслінок

Потенціометр впускних заслінок установлений на нижній частині впускної системи. Він з'єднаний з валом привода впускних заслінок.

Призначення потенціометра

Потенціометр служить для визначення положення впускних заслінок. Його сигнали передаються на вхід блоку керування двигуном. Це необхідно, тому що положення впускних заслінок впливає на займистість суміші, зміст газів, що відробили, у ній і на коливання повітря у впускній системі. Тому що положення впускних заслінок впливає на викид шкідливих речовин, воно повинне контролюватися системою бортової діагностики.

Наслідку відсутності сигналів з потенціометра

При відсутності сигналів з потенціометра двигун може працювати тільки на гомогенній суміші стехіометричного складу.

Клапан керування впускними заслінками

Цей клапан установлений на верхній частині впускної системи.

Призначення

Цей клапан з'єднує вакуумний привод (впускних заслінок) з вакуумним ресивером по командах блоку керування двигуном Відкриття клапана приводить до закриття впускних заслінок за допомогою вакуумного привода

Наслідку несправності клапана

Якщо клапан несправний, двигун може працювати тільки на гомогенній суміші стехіометричного складу.

Вимірник масової витрати повітря з датчиком температури повітря на впуску

Вимірник витрати повітря й датчик температури розташовані в загальному корпусі, установленому у впускному тракті перед блоком дросельної заслінки. Для точного виміру витрати повітря по масі застосовується термоанемометричний датчик плівкового типу, що може розпізнавати зворотні потоки. У такий спосіб він вимірює не тільки кількість повітря, що проходить у напрямку до циліндрів, але і його масу, переміщувану у зворотному напрямку в результаті коливального процесу, порушуваного що відкриваються й закриваються клапанами. Температура повітря враховується для корекції обмірюваного значення його витрати.

Використання сигналів вимірника

Сигнали з вимірника витрати повітря використаються у всіх процесах, у яких навантаження двигуна є визначальним параметром. Це, наприклад, початок і тривалість упорскування, випередження запалювання й робота системи вловлювання пар палива.

Наслідку при відсутності сигналу

При виході з ладу вимірника витрати повітря навантаження двигуна визначається по сигналі датчика тиску у впускному трубопроводі .

Пристрій вимірника витрати повітря

У пластмасовому корпусі вимірника масової витрати повітря перебуває мірний канал з розташованими в ньому плівковим чутливим елементом й електронною схемою. Мірному каналу надана така форма, при якій повз чутливий елемент пропускається не тільки частина потоку усмоктуваного повітря, але й частина зворотного потоку. Сигнал чутливого елемента обробляється електронною схемою й пересилається на вхід блоку керування двигуном.

Рисунок 4.9 — Пристрій вимірника витрати повітря

Датчик тиску у впускному трубопроводі

Цей датчик установлений на верхній частині впускної системи. Він служить для виміру тиску у впускному трубопроводі. Відповідному тиску сигнал із цього датчика надходить на вхід блоку керування двигуном.

Використання сигналу датчика

Цей сигнал використовується в блоці керування двигуном разом із сигналами вимірника масової витрати повітря й датчика температури повітря на впуску у двигун для точного розрахунку кількості перепускних газів. Крім цього по цьому сигналі визначається навантаження двигуна при пуску, тому що вимірник витрати повітря працює на цьому режимі недостатньо точно через сильні пульсації у впускній системі.

Принцип дії датчика

Вимір тиску у впускному трубопроводі виробляється за допомогою мембрани, виготовленої із кристала кремнію. На цій мембрані перебувають тензорезистори, опір яких змінюється при деформації мембрани. Вимірюваний тиск при цьому рівняється з еталонним розрідженням під мембраною. Мембрана прогинається залежно від тиску у впускному трубопроводі, при цьому змінюється напруга на виході датчика, створюване в результаті зміни опору тензорезисторів. Ця напруга використовуетья в блоці керування для визначення величини тиску у впускному трубопроводі.

Чим менше розрідження, тим більше напруга на виході датчика

Рисунок 4.10 — а) Принцип дії датчика тиску у впускному трубопроводі; б) Принцип дії датчика тиску у впускному трубопроводі

Чим більше розрідження, тим менше напруга на виході датчика.

Визначення кількості відпрацьованих перепускних газів.

Блок керування двигуном визначає за допомогою вимірника витрати вступник у циліндри масу повітря й розраховує відповідній її величині тиск у впускному трубопроводі. При рециркуляції відпрацьованих газів їхня маса додається до маси свіжого повітря й відповідно підвищується тиск у впускному трубопроводі. Датчик тиску у впускному трубопроводі реагує на це зміною напруги на його виході, що передається на вхід блоку керування двигуном.

По величині цього сигналу визначається сумарна кількість повітря і відпрацьованих газів потрапивших у циліндри двигуна. Кількість відпрацьованих перепускних газів визначається вирахуванням кількості свіжого повітря із сумарної величини.

Перевагою такого методу визначення кількості відпрацьованих перепускних газів є можливість збільшення їхньої частки в робочій суміші й наближення до границі займистості суміші.

Наслідки при відсутності сигналу При виході датчика тиску у впускному трубопроводі з ладу блок керування визначає кількість газів, що перепускають, розрахунковим шляхом і знижує перепуск проти значень, що відповідають багатопараметреній характеристиці.

Вимірник масової витрати повітря Датчик температури повітря на впуску Рисунок 4.11 - Схема перепуску відпрацьованих газів

Датчик тиску в магістралі до вакуумного підсилювача гальмового привода

Цей датчик установлений на трубопроводі між впускним трубопроводом і вакуумним підсилювачем гальмового привода. Він вимірює тиск у цьому трубопроводі й відповідно в підсилювачі гальмового привода.

Використання сигналу

По напрузі на виході датчика блок керування двигуном визначає, чи досить розрідження для нормальної роботи підсилювача гальмового привода.

Рисунок 4.12 — Розміщення датчика тиску в магістралі до вакуумного підсилювача гальмового привода

Принцип роботи датчика

Для нормальної роботи підсилювача гальмового привода необхідно певне розрідження, що забезпечує можливо швидке досягнення встановлюваного гальмового зусилля. При роботі двигуна на пошаровій і бідній сумішах дросельна заслінка відкрита практично повністю, тому розрідження у впускному трубопроводі невелике. При багаторазовому гальмуванні створене у вакуумному підсилювачі розрідження виявляється явно недостатнім. Щоб підтримати розрідження на потрібному рівні, дросельна заслінка прикривається. Вона буде закриватися доти, поки розрідження не знизиться до необхідного рівня. При необхідності двигун буде переведений на роботу на гомогенній суміші стехіометричного складу.

Рисунок 4.13 — Взаємодіючі елементи з датчиком

Наслідку при відсутності сигналу

При відсутності сигналу датчика двигун може працювати тільки на гомогенній суміші стехіометричного складу.

4.4 Паливна система

Паливна система розділена на контури високого й низького тиску. Частина палива підводить в циліндри через систему вловлювання парів бензину.

Рисунок 4.14 — Паливна система

Контур низького тиску

Контур низького тиску охоплює частина паливної системи від розташованого в баці електронасоса до насоса високого тиску. Тиск палива в цьому контурі зазвичай дорівнює 3 бар і тільки при пуску гарячого двигуна може бути підвищене до 5,8 бар.

У контур низького тиску входять:

1. паливний бак,

2. паливний електронасос

3. паливний фільтр,

4. клапан перепуску палива ,

5. регулятор тиску палива.

Контур високого тиску

Контур високого тиску починається з паливного насоса високого тиску, що подає паливо в розподільний трубопровід. На розподільному трубопроводі встановлений датчик тиску палива, сигнали якого використаються для підтримки тиску в діапазоні від 50 до 100 бар за допомогою клапана регулятора. Упорскування палива в циліндри здійснюється через форсунки високого тиску.

У контур високого тиску входять:

6. паливний насос високого тиску,

7. трубопроводу високого тиску,

8. розподільний трубопровід,

9. датчик тиску палива ,

10. клапан регулятора тиску,

11. форсунки високого тиску.

Паливний насос високого тиску

Цей насос установлений на корпусі привода розподільних валів.

Цей насос із трьома радіальними плунжерами приводиться від впускного розподільного вала. Завдяки трьом розташованим через 120° насосним секціям коливання тиску в розподільному трубопроводі відносно малі. Насос повинен подавати паливо в розподільний трубопровід під тиском до 100 бар.

Рисунок 4.15 — Паливний насос високого тиску

Привод насоса

Вал насоса високого тиску приводиться від впускного розподільного вала. На валу насоса передбачений ексцентрик із шайбою, які перетворять обертання вала у зворотно-поступальний рух плунжерів.

— При русі плунжерів у напрямку до вала насоса паливо засмоктується в його секції з контуру низького тиску.

— При русі плунжерів у напрямку від вала насоса паливо подається в розподільний трубопровід.

Рисунок 4.16 — Привод насоса Принцип роботи насоса Паливо надходить до насоса високого тиску з контуру низького тиску. Далі воно перетікає через свердління в плунжері до впускного клапана.

Хід усмоктування

При русі плунжера до вала насоса обсяг простору над ним збільшується. У результаті в цьому просторі створюється розрідження. Під дією різниці тисків, що діють у свердлінні плунжера й у надплунжерному просторі, відкривається впускний клапан, через який паливо надходить усередину насосної секції.

Рисунок 4.17 — Привод насоса: а) хід усмоктування б) хід нагнітання

Хід нагнітання

З початком руху плунжера в напрямку від вала насоса тиск палива в насосній секції підвищується й впускний клапан закривається. При підвищенні тиску до його величини в розподільному трубопроводі відкривається нагнітальний клапан і паливо подається в розподільний трубопровід.

Датчик тиску палива

Цей датчик розташований на нижній частині впускної системи. Він загвинчується в розподільний трубопровід і призначений для виміру тиску в ньому.

Рисунок 4.18 — Конструкція датчика тиску палива

Використання сигналу датчика

Сигнал датчика використається в блоці керування двигуном для регулювання тиску палива в контурі високого тиску по багатопараметреній характеристиці.

Принцип дії

Рисунок 4.19 — Тиск палива

Паливо усередину датчика надходить із розподільного трубопроводу.

Під дією невисокого тиску сталева мембрана датчика прогинається несуттєво. Опір тензорезисторів при цьому найбільший, а напруга на виході датчика невелика.

При високому тиску палива мембрана датчика прогинається на значну величину. У результаті опір тензорезисторів знижується, а напруга на виході датчика збільшується. Знята з тензорезисторів напруга підсилюється електронною схемою й направляється на вхід блоку керування двигуном. Зміна тиску в розподільному трубопроводі виробляється за допомогою клапана регулятора.

Наслідку відсутності сигналу При відсутності сигналу з датчика тиску блок керування двигуном подає на клапан регулятора тиску постійний керуючий сигнал.

Клапан регулятора тиску палива Цей клапан установлений на нижній частині впускної системи. Завдяки ньому розподільний трубопровід з'єднується зі зливальною магістраллю, через яку паливо повертається в бак.

Призначення клапана

Клапан призначений для регулювання тиску в розподільному трубопроводі незалежно від витрати палива через форсунки й від його подачі насосом високого тиску

Принцип дії клапана

Блок керування двигуном подає на обмотку клапана широтно-імпульсний сигнал, змінюваний при відхиленні тиску в розподільному трубопроводі від заданого значення. Під дією магнітного поля якір клапана разом із запірною кулькою піднімається із сідла, відкриваючи шлях паливу в зливальну магістраль. Чим більше ширина імпульсів, тим ширше прохід у клапані й тем більше зливається палива з розподільного трубопроводу. У такий спосіб виробляється регулювання тиску в ньому.

Рисунок 4.20 — Клапан регулятора тиску палива Наслідки при несправності клапану Знеструмлений клапан закритий. У результаті в системі постійно підтримується високий тиск палива. Для захисту компонентів паливної системи від надмірного тиску передбачена пружина, що втримує клапан у закритому стані тільки до тиску 120 бар. При більших тисках клапан відкривається.

Форсунки високого тиску Форсунки встановлені в головці циліндрів. Через них паливо впорскується під високим тиском безпосередньо в циліндри двигуна.

Призначення Форсунки повинні дрібно розпилювати паливо за найменш короткий проміжок часу. Спосіб подачі палива залежить при цьому від режиму роботи двигуна.

При пошаровому сумішоутворенні паливо повинне направлятися в зону свічі запалювання, а при роботі двигуна на гомогенних сумішах його необхідно рівномірно розподіляти в обсязі камери згоряння.

Щоб одержати найкращий розподіл палива при пошаровому сумішоутворенні, кут конуса факела палива прийнятий рівним 70°, а вісь конуса нахилена на 20°.

Рисунок 4.21 — Конус факела розпилення палива Принцип роботи форсунки При подачі напруги на обмотку електромагніта форсунки навколо її створюється магнітне поле. Воно втягує в себе якір електромагніта з голкою форсунки, що піднімається із сідла.

Рисунок 4.22 — Форсунка високого тиску У результаті паливо впорскується в циліндр двигуна. При падінні подаваного на обмотку електромагніта напруги магнітне поле зникає, а голка розпилювача притискається пружиною до свого сідла. У результаті упорскування палива припиняється.

Керування форсунками високого тиску Керуюча напруга подається на форсунки через електронний комутатор у блоці керування двигуном. Щоб забезпечити швидке відкриття форсунки, після фази попереднього намагнічування малим струмом на її обмотку подається напруга порядку 90 вольтів. При цьому напрузі струм в обмотці досягає 10 амперів. Якщо форсунка відкрита, досить подати 30 вольт, щоб утримувати неї в цьому стані. При цьому струм у її обмотці дорівнює 3−4 ампера.

Рисунок 4.23 — Струм відкриття форсунки Наслідку при несправності форсунки Система керування двигуном здатна виявити несправну форсунку по пропусках запалення в циліндрі, після чого подача керуючого сигналу на неї припиняється.

Клапан перепуску палива Цей клапан установлений у магістралі подачі палива до насоса високого тиску й повідомляється з регулятором (низького) тиску. Він закріплений на опорі амортизаційної стійки підвіски.

Призначення клапана Звичайно цей клапан відкритий і через нього паливо надходить до регулятора тиску в контурі низького тиску. Якщо температура охолодної рідини перевищує 110⁰C, а температура повітря на впуску у двигун більше 50 ⁰C, пуск двигуна виконується в «гарячому» режимі. При цьому блок керування двигуном закриває клапан перепуску палива приблизно на 50 секунд, перекриваючи злив палива через регулятор тиску Рисунок 4.24 — Пов’язані елементи при роботі клапана перепуску палива У результаті тиск у контурі низького тиску підвищується до максимальної величини, на яку відрегульований убудований в електронасос редукційний клапан, а саме, до 5,8 бар. Підвищений тиск дозволяє запобігти паротворенню на вході в насос високого тиску й забезпечує в такий спосіб створення необхідного тиску в розподільному трубопроводі.

Наслідку при виході клапана з ладу При виході клапана з ладу пружина втримує його в закритому стані. У результаті тиск у паливній системі підвищується до 5,8 бар. Тому завжди забезпечується «гарячий» пуск двигуна.

Система вловлювання парів бензину активованим вугіллям Ця система повинна забезпечувати виконання законодавчих норм викиду вуглеводнів. Ця система запобігає потраплянню парів бензину з бака автомобіля в навколишнє середовище. Пари палива накопичуються в адсорбері з активованим вугіллям і періодично відсмоктуються у двигун, де вони згоряють При роботі двигуна на гомогенних сумішах При цьому робоча суміш рівномірно розподіляється по обсязі камери згоряння. Потраплені з адсорбера пари бензину згоряють разом з робочою сумішшю в повному обсязі камери згоряння.

При пошаровому сумішоутворенні здатна до запалення робоча суміш перебуває тільки в зоні свічі запалювання. Частина палива, що надійшов з адсорбера, виявляється при цьому в зоні незаймистої суміші. Це може привести до неповного згоряння палива й підвищеному викиду вуглеводнів з газами, що відробили. Тому перехід на пошарове сумішоутворення виробляється тільки при невеликому змісті палива в адсорбері. Блок керування двигуном розраховує кількість палива, що може бути відведене з адсорбера, і виробляє команди на відкриття клапана його продувки, зміна дози палива, що впорскує, і установку дросельної заслінки.

Рисунок 4.25 — Система вловлювання парів бензину активованим вугіллям Для цього блоком керування використаються наступні дані:

— навантаження двигуна, обумовлене сигналу вимірника витрати повітря із плівковим чутливим елементом,

— частота обертання колінчатого вала, обумовлена сигналом датчика,

— температура повітря на впуску, обумовлена сигналом датчика,

— заряд адсорбера, обумовлений сигналом датчика кисню.

4.5 Система запалювання Завданням системи запалювання є запалення робочої суміші в потрібний момент часу. Для цього блок керування двигуном повинен визначати для кожного режиму роботи двигуна кут випередження запалювання, енергію іскри і тривалість іскроутворення. Від кута випередження запалювання залежать крутний момент, викид шкідливих речовин і витрата палива двигуна.

При пошаровому сумішоутворенні момент запалювання може змінюватися у вузькому діапазоні значень кута повороту колінчатого вала, якому відповідає утворення здатної до запалення суміші.

При роботі на гомогенних бідній і стехіометричній сумішах вимоги до запалювання не відрізняються від двигунів з упорскуванням бензину у впускні канали. Через однаковий розподіл суміші у двигунів з обома системами упорскування оптимальні кути випередження запалювання практично не відрізняються. При розрахунку оптимальних кутів випередження запалювання використаються:

Основні вихідні дані:

1. про навантаження двигуна, обумовлені сигналами вимірника витрати повітря й датчика температури повітря на впуску ,

2. про частоту обертання колінчатого вала, вимірюваної по сигналам датчика;

Допоміжні дані, обумовлені сигналами:

3. датчики температури охолоджувальної рідини ,

4. із блоку керування дросельною заслінкою ,

5. датчика детонації,

6. датчиків положення педалі акселератора,

7. датчика кисню Рисунок 4.26 — Система запалювання

Індивідуальні котушки запалювання

1) вимірник витрати повітря й датчик температури повітря; 2) датчик частоти обертання колінчатого вала; 3) датчик температури охолодної рідини; 4) блок керування дросельною заслінкою; 5) датчик детонації; 6) датчик положення педалі акселератора; 7) датчик кисню.

4.6 Система випуску

Ця система була пристосована до двигуна з безпосереднім упорскуванням бензину. Дотепер система очищення відпрацьованих газів двигунів з безпосереднім упорскуванням була проблематичною. Це пов’язане з тим, що утворені при роботі на бідних гомогенних і пошарових сумішах оксиди азоту не можуть бути відновлені у звичайних трикомпонентних нейтралізаторах до рівня, що допускає законодавством. Тому для двигунів з безпосереднім упорскуванням бензину застосовують накопичувальні нейтралізатори, які здатні втримувати оксиди азоту при роботі на бідних сумішах. При заповненні нейтралізатора до межі виробляється перехід його на режим регенерації, у процесі якого накопичені в ньому оксиди азоту виводяться й відновлюються до азоту.

Рисунок 4.27 — Система випуску Охолодження відпрацьованих газів Охолодження відпрацьованих газів застосовується для того, щоб підтримувати температуру в накопичувальному нейтралізаторі в діапазоні від 250 до 500 °C. Тільки в цьому температурному діапазоні забезпечується втримання оксидів азоту в накопичувальному нейтралізаторі. Накопичувальний нейтралізатор необхідно прохолоджувати також через зниження його здатності до акумулювання, при перегріві до температур понад 850 °C.

Охолодження випускного колектора У підкапотному просторі передбачений воздуховід, що дозволяє навмисно прохолоджувати випускний колектор потоком свіжого повітря, що направляють на його, і в такий спосіб знижувати температуру відпрацьованих газів.

Рисунок 4.28 — Охолодження випускного колектора Роздвоєний випускний трубопровід Цей трубопровід розташований перед накопичувальним нейтралізатором. Його установка є другим заходом щодо зниження температури відпрацьованих газів і відповідно накопичувального нейтралізатора. Температура газів знижується за рахунок збільшення тепловіддачі через розвинену поверхню трубопроводу.

При одночасному використанні обох заходів вдається знижувати температуру відпрацьованих газів на 30−100°C залежно від швидкості автомобіля.