Elektroobladnannya avtomobiliv i traktoriv

2 6 0 Електрообладнання автомобілів ітраісторії

в момент впорскування пального форсункою закритий, пальне накопичується в просторі перед клапаном і поступає в циліндр при наступному його відкриванні разом з повітрям.

Кількість поступаючого в циліндри двигуна повітря регулюється дросельною заслінкою, якою керує водій. В системі передбачений регулятор 8 витрати повітря на холостому ході, розташований біля дросельної заслінки. Він забезпечує додаткову подачу повітря при холодному пуску та при прогріванні двигуна. У міру прогрівання двигуна, починаючи з температури охолоджуючої рідини 50-70 °С, регулятор припиняє подачу додаткового повітря. Після цього при закритій дросельній заслінці повітря поступає лише через верхній байпасний канал, переріз якого можна змінювати регулюючим гвинтом 15, що забезпечує можливість регулювання частоти обертів в режимі холостого ходу.

Стабілізатор перепаду тиску 4 підтримує постійний надлишковий тиск пального відносно тиску повітря у впускному колекторі. В цьому випадку циклова подача палива форсункою 10 залежить тільки від часу на протязі якого відкритий її клапан. Таким чином, основний принцип електронного керування впорскування пального полягає в широкий модуляції електричного імпульсу, який керує форсункою при умові підтримки постійного тиску пального.

Тривалість часу впорскування пального форсункою корегується в залежності від температури охолоджуючої рідини по інформації від датчика 11.

На режимах повного відкриття дросельної заслінки та розгону автомобіля необхідно збагачення горючої суміші, що забезпечується електронним блоком керування по інформації від датчика 6 положення дросельної заслінки. При відкритті заслінки контактна система датчика дає імпульси, котрі призводять до збагачення суміші в режимі розгону автомобіля.

В датчику 6 положення дросельної заслінки передбачена контактна пара, від замкнутого або розімкну^ого стану якої залежить відключення або включення паливоподачі в ре ммі примусового холостого ходу. Подача палива припиняється п^и закритій дросельній заслінці коли частота обертання колінчатого валу двигуна більше 1000 хв"1, і поновлюється при зменшенні частоти обертання до 900 хв"1.

Введений в систему датчик кисню 14 забезпечує підтримку стехіометричного складу суміші.

При запуску автомобільного двигуна люба система впорскування пального повинна забезпечувати збагачення паливно-повітряної суміші. В системі «Ь-Іеігопіс» це забезпечується пусковою форсункою 9, котра включається в роботу при температурі меншій 20 °С. Тривалість впорскування бензину пусковою форсункою не пов'язана з роботою стартера, а залежить від ступеня достефтового нагрівання ДВЗ і може лежати в межах від 0,5

до Юс. Якщо температура двигуна >20 °С то пускова форсунка не включається (контакти термореле часу розімкнуті). Якщо температура двигуна <-30 °С, то максимальна тривалість впорскування (10 с) обмежується спрацьовуванням термореле часу від внутрішньої біметалевої пластини під дією електричного струму. Якщо двигун не запускається на протязі перших 8.. .10 с, то електробензонасос відключається від бортової мережі автомобіля за допомогою спеціального реле керування.

По конструкції пускові форсунки відрізняються від форсунок для центрального та розподіленого впорскування.

Як правило, вона складається з корпусу з фланцем кріплення 3 (рис. 4.12) в який завальцований пластмасовий каркас 1, обмотки 2 електромагніту.

Рис. 4.12. Пускова форсунка:

1 - пластмасовий каркас; 2 - обмотка електромагніту; 3 - фланець кріплення форсунки; 4 - розпилювач; 5 - пружина; б - запираючий елемент;

7 - паливоподаючий штуцер з фільтруючим елементом; 8 - електричні контакти

Запираючий елемент 6 є якорем електромагніту. В нижній частині корпусу розташований відцентровий розпилювач. При подачі пального пускова форсунка постійно знаходиться у відкритому стані.

Для подачі палива до форсунок в системах впорскування палива використовуються електричні паливні насоси.

В основному використовуються насоси роторного типу (рис. 4.13). Насоси можуть встановлюватись як поза, так і всередині паливного

бака. При зовнішній установці насос становить собою автономний агрегат, що об'єднує насос та електродвигун водному корпусі.

При розташуванні в баці насос становить собою єдиний агрегат, що включає сам насос, паливопроводи, демпфірувальний пристрій, фільтр, проводи електроживлення тощо.

Рис. 4.13 Електричний паливний насос а - подовжній розріз; б - схема дії; 1 - корпус насоса; 2 - запобіжний

клапан; 3 -роликовий насос; 4 - електродвигун; 5 -зворотний клапан

Бензоподаючим пристроєм електробензонасоса є шиберний гідронагнітач, схема дії якого показана на рис. 4.13 б. Він працює по принципу проштовхування окремих порцій бензину відцентровими роликами через ексцентричну насосну порожнину. Головна насосна порожнина ексцентрично зміщена відносно центра обертання ротора, в якій і обертається ротор з роликами.

Працює центробіжний гідронагнітач так. Ротор насосу приводиться в дію від електродвигуна 4. Під дією відцентрових сил всі ролики насосу щільно притискуються до стінки ексцентричної статорної порожнини і починають кататися по стінці. Ця порожнина є головною насосною порожниною нагнітача щільно підходить до стінки насосної порожнини ролики майже повністю утоплюються в направляючі пази. Там де зазор між ротором і статором нагнітача максимальний, відцентрові ролики виступають із пазів майже наполовину свого діаметра. Таким чином через впускну щілину насосної порожнини відбувається захоплення чергової порції бензину черговим набігаючим роликом. Ця порція інтенсивно проштовхується у випускний отвір кришки нагнітача, а звідти вправо через всі деталі електродвигуна до вихідного штуцера електробензонасосу. Прокачування бензину через внутрішню частину електродвигуна підвищує його надійність. Має місце постійне та ефективне промивання ко- лекторно-щіткового механізму та змащування проточним бензином осі обертання, на який обертається ротор нагнітача та якір електродвигуна. В конструкції електробензонасоса немає підшипників качення. А втулки ковзання із тугою посадкою на вісь краще працюють з рідким мащенням - бензином. Крім того, бензин інтенсивно охолоджує електродвигун, котрий ніколи не перегрівається.

Крім німецької фірми «ВозсЬ», фірма «8іетепз» (Нідерланди) також розробила та випускає систему розподіленого впорскування пального, що встановлюється на західноєвропейських та американських автомобілях. Вона успішно конкурує на міжнародному ринку з фірмою «ВозсЬ».

Система випускається в трьох варіантах: Репіх-1, Репіх-2 та Репіх-3. Ці варіанти мають незначні конструктивні відмінності.

Система Репіх (рис. 4.14) складається з набору датчиків, ЕБК та комплекту виконавчих механізмів. Датчиками системи є: датчик кута повороту колінчатого валу 17 - електромагнітний який знімає інформацію з додаткового зубчастого вінця, що має спеціальний профіль та жорстко з'єднаний з колінчатим валом; датчик абсолютного тиску 8 у впускному колекторі двигуна - напівпровідниковий; датчик положення дросельної заслінки 7 - контактний визначає положення холостого ходу та повного навантаження двигуна; температури охолоджуючої рідини - напівпровідниковий; температури повітря у впускному колекторі 6 - напівпровідниковий; датчик кисню 16 - чутливий елемент на основі двоокису цирконію; датчик детонації 5 - п'єзоелектричний.

Рис. 4.14. Система впорскування пального Репіх.

I - ЕБК; 2 - головне реле; 3 - акумуляторна батарея; 4 - клапан регулювання частоти обертання колінчатого валу двигуна на холостому ході; 5 - датчик детонації; 6 - датчик температури вхідного повітря;

7 - датчик кута повороту дросельної заслінки; 8 - датчик тиску вхідного повітря; 9 - форсунки; 10 - розподільник запалювання; II -регулятор тиску; 12паливний фільтр; 13 - блок системи

запалювання; 14 - паливний насос; 15 - паливний бак; 16датчик кисню (Х-зоид); 17 - датчик ВМТта частоти обертання колінчатого валу

Електронний блок керування 11 виготовлений повністю цифровим на базі мікропроцесора. Аналогова інформація, що поступає від датчиків перетворюється в цифрову форму за допомогою аналогово-цифрового перетворювача.

Паливний насос 14 має запобіжний клапан, а на виході - зворотний клапан, щоб підтримувати тиск в системі живлення при непрацюючому двигуні. Насос розміщено біля паливного бака. Регулятор тиску 11 регулює повернення бензину в паливний бак так, щоб тиск впорскування незалежно від розрідження у впускному трубопроводі, залишався постійним. Призначення демпфера тиску полягає в тому, щоб згладжувати зміни тиску та зменшувати завади.

Електромагнітні форсунки 9 змонтовані у впускному колекторі двигуна. вони синхронно впорскують бензин перед впускним клапаном один раз за оберт колінчатого валу.

4.4. Сшстемш безпосереднього впорскування бензину (група «О»)

Ідея безпосереднього впорскування палива в циліндри досить давно і достатньо вивчена та відпрацьована в дизельному двигуні. У бензинових ДВЗ безпосереднє впорскування стали застосовувати зовсім недавно. В цьому є певні причини, основною з яких є висока складність реалізації.

Безпосереднє впорскування бензину в циліндри (чи в камери згоряння) ДВЗ має багато переваг порівняно з впорскуванням у впускний колектор (в системах групи «Мопо») чи на впускні клапани (в системах групи «Ь»).

Ці переваги такі:

•впорскування бензину в циліндр реалізується під високим тиском, чим досягається значне здрібнювання його крапель і висока кінетична енергія струменя впорскування;

•є повна рівномірність розподілу палива в циліндрах;

•відбувається внутрішнє утворення суміші;

•забезпечується перемішування компонентів паливно-повітряної сумі-

ші на молекулярному рівні.

Системи безпосереднього впорскування бензину в циліндри (чи в камери згоряння) об'єднують в групу «Б», яка одержала свій індекс від німецького слова «сіігекі», що означає «безпосередній».

Двигуни з такою системою постачання палива винятково економічні. Але широкому впровадженню систем впорскування групи «Б» перешкоджає їх висока конструктивна складність, а також значна трудомісткість в ремонті і налагодженні. Через низькі змащувальні властивості бензину паливний насос високого тиску (основний компонент системи «Б»)

не є надійним. Гідромеханічні форсунки закритого типу, якими оснащуються системи групи «Б», працюючи під високим тиском, потребують встановлення їх безпосередньо в головку блока циліндрів за допомогою різьбового з'єднання, що виключає можливість ефективного охолодження їх струменем бензину. Камера згоряння з реалізацією внутрішнього утворення суміші повинна мати спеціальну конфігурацію, яку важко теоретично описати і розрахувати. Її форму підбирають експериментально в процесі розробки конструкції двигуна. Для систем впорскування групи «Б» потрібні спеціальні свічки запалювання. Бензинові трубопроводи і їхні з'єднання повинні мати винятково високу експлуатаційну надійність. Перебороти всі ці труднощі «під силу» не кожній моторобудівній фірмі.

Новий стимул до впровадження систем безпосереднього впорскування бензину на двигунах легкового автомобіля виник з розробкою насосфорсунок високого тиску. Ці пристрої забезпечують можливість впорскування бензину з роздрібненням циклової подачі на окремі порції. Кожна порція, момент і тривалість її впорскування в циліндр строго регламентуються електронною системою керування. При цьому всі три параметри змінюються згідно з закладеною у ЕБК програмою залежно від навантажувального, швидкісного і теплового режимів двигуна.

Прикладом системи безпосереднього впорскування з керованою цикловою подачею бензину може бути система, розроблена фірмою Тоуоіа для двигуна ТБ-4. Основним вузлом цієї системи є комбінований пристрій - насос-форсунка (рис. 4.15).

В цьому пристрої односекційний одноплунжерний насос високого тиску 100... 150 бар) розташований безпосередньо в корпусі 6 закритої гідромеханічної форсунки і приводиться в дію кулачком розподільчого вала 10. В насосній частині форсунки встановлені гільза з отвором наповнювального клапану 4, циліндричний поршень 12 і зливний канал 5. Робочий рух плунжера вниз забезпечується дією кулачка розподільчого вала 10, а зворотний пружиною 7. Наповнення бензином підплунжерної порожнини 9 гільзи відбувається в положенні плунжера вище наповнювального отвору і продовжується доти, поки він не перекриється плунжером, який опускається.

Тиск під плунжером почне зростати тільки в тому випадку, якщо будуть одночасно перекриті отвори наповнювального і зливного каналів. Бензин для заповнення робочої порожнини насос-форсунки подається звичайним для систем впорскування способом - електробензонасосом низького тиску.

Впорскування бензину в циліндр відбудеться тільки тоді, коли тиск під плунжером перевищить тиск для відкривання клапана закритої форсунки.

Впорскування декількома порціями за один хід плунжера вниз здійснюється за рахунок багаторазового (за кількістю порцій) скидання тиску в робочій порожнині насос-форсунки нижче ніж 100 бар (тиск, при якому запірний клапан форсунки закривається).

Зниження тиску відбувається тоді, коли відкривається запірний електромагнітний клапан у зливному каналі 2. Цим клапаном керує електронна автоматика впорскування і він спрацьовує досить швидко, тому що за один цикл подачі бензину потрібно встигнути сформувати 3-4 порції палива. Для підвищення надійності порційного впорскування, об'єм робочої порожнини під плунжером має бути більшим від об'єму максимальної циклової подачі. На зворотному ходу плунжера нагору запірний клапан зливного каналу є постійно відкритим і робоча порожнина насос форсунки наповнюється бензином зі зворотної бензомагістралі доти, поки плунжер не відкриє отвір прямого наповнювального каналу. З цього моменту бензин під напором електробензонасосу починає протікати через порожнину насос-форсунки від вхідного до зливного отвору. Таким чином, реалізується промивання й охолодження насос-форсунки в інтервалі часу від кінця попереднього до початку чергового впорскування.

Основна перевага порційного впорскування бензину полягає в тому, що в камері згоряккя до моменту спалаху створюється багатошарова структура паливо-повітряного заряду. Це дає повне спалювання палива дуже бідних паливо-повітряних сумішей (а=2,0). Економія палива досягає 30-35%. Підвищуються рівномірність крутного моменту і питома потужність двигуна.

Функціональні можливості насос-форсунки і електронного керування цикловою подачею в двигуні «ТБ-4» доповнені ретельним підбором об'єму і форми камер згоряння в головці циліндрів і в поршнях, місця і геометрії розташування форсунок і свічок запалювання, форми і далекобійності факела розпиленого бензину.

Зазначені схемно-конструктивні рішення дали змогу одержати багато принципово нових ефектів:

-склад паливо-повітряної суміші в циліндрі до моменту примусового запалення від свічки запалювання перебуває під контролем і формується ЕБК за допомогою впорскування, і завжди є неоднорідним. Поблизу електродів свічки розташована порівняно невелика область, в якій склад паливо-повітряної суміші близький до нормального. Це забезпечує надійне запалювання паливо-повітряної суміші в циліндрі. З віддаленням від електродів свічки до периферії камери згоряння склад паливо-пові- тряної суміші збіднюється. Згоряння такої бідної суміші забезпечується факелом «відкритого вогню», який утворюється внаслідок загоряння нормальної паливо-повітряної суміші біля електродів свічки запалювання;

-порційне впорскування палива сприяє утворенню неоднорідності паливо-повітряної суміші не тільки за складом, але і за температурою.

Так, температура суміші з віддаленням від свічки запалювання знижується і біля стінок камери згоряння виявляється найнижчою, тому що на периферію бензин попадає в останній момент впорскування.

Отриманий ефект істотно знижує критичний поріг появи детонацій. В результаті можна використовувати низькооктановий бензин (типу АИ-92 замість АИ-98) для двигуна з високим ступенем стискування (більшим за 10,5). Однак двигуни, що працюють на сильно збідненій ПП-суміші, породжують винятково складну технічну проблему - необхідність нейтралізації оксиду азоту >Юх, кількість якого у відпрацьованих газах таких двигунів значно збільшена.

4.5. Комплексні електронні системи керування двигуном

Як тільки в різні системи керування автомобільними двигунами стали впроваджувати електронну автоматику, стало ясно, що багато функцій цих систем є однакові, наприклад, для нормального функціонування системи запалювання потрібно постійно визначити частоту обертання і навантаження двигуна. Але те саме необхідно визначити для роботи системи впорскування. Функцію визначення частоти обертання двигуна виконує датчик Холла або будь-який інший безконтактний електроімпульсний датчик. Таким чином, датчик частоти обертання стає загальним для двох електронних систем автоматичного керування двигуном. Цілком очевидно, що створювати дві багато в чому однакові системи керування недоцільно, простіше і дешевше усі функції керування двигуном звести в єдину систему. Так, на автомобільних двигунах з'явилися ЕСАК - комплексні електронні системи автоматичного керування. Прикладом комплексної системи є система «Моїгопіс» фірми «ВозсЬ» яка показана на рис. 4.16. Вона має декілька різновидностей: Мопо-Моігопіс, Р-Моїгопіс, КЕ-Моїгопіс, Моїгопіс 1.1; М 1.7; 3.1 та ін.

Система є комплексом, що складається з апаратури впорскування палива Ь-Іеігопіс і електронної цифрової системи запалювання.

Об'єднаний електронний ЕБК формує вихідні сигнали як для керування роботою електромагнітних форсунок, так і системою запалювання.

У систему запалювання входять котушка запалювання, високовольтний розподілювач і свічки. Високовольтний розподілювач виконує тільки функції розподілу високої напруги свічок двигуна, що дозволяє значно зменшити його висоту порівняно зі звичайними переривачами-розподіль- никами. Кут випередження запалювання встановлюється за тривалістю імпульсу, який формується під час проходу феромагнітного додаткового зуба на маховику мимо індукційного датчика. У момент завершення імпульсу спрацьовує електронний ключ, що керує роботою котушки запалювання. Зміна кута випередження запалювання при зміні частоти обертання двигуна здійснюється зміною тривалості імпульсу, а при зміні навантаження за зміною імпульсів, що передаються на форсунки. Синхронізація подачі імпульсів на форсунки відбувається за допомогою рахівника ЕБК.