Как работает система впрыска топлива?
Как работает система впрыска топлива?C годами, системы подачи топлива, которые используются в современных автомобилях, претерпели значительные изменения для того, чтобы соответствовать стандартам топливной и эмиссионной эффективности. Subaru Justy 1990 г. была последним автомобилем с карбюратором, проданным на территории США, все последующие модельные ряды Justy имели систему впрыска топлива. Однако системы впрыска топлива существовали с 1950-х, а системы электронного впрыска топлива широко использовались в европейских автомобилях с 1980-х. Сейчас все автомобили, продающиеся в США, имеют системы впрыска топлива.
В этой статье мы узнаем о том, как топливо попадает в цилиндр двигателя, а также, что означают такие термины, как «впрыск топлива во впускной тракт» и «впрыск топлива в корпусе дроссельных заслонок».
Отказ от карбюраторов
В течение долгого времени, карбюратор был устройством подачи топлива в двигатели внутреннего сгорания. Он до сих пор используется в таких устройствах, как газонокосилки и бензопилы. Однако с развитием автомобилей, конструкция карбюраторов становилась все сложнее в попытке соответствовать всем техническим требованиям. Например, для того, чтобы справиться с некоторыми задачами, карбюраторы имели пять различных узлов:
— Главная дозирующая система — Обеспечивает подачу топлива, достаточного при движении автомобиля со средними скоростями
— Система холостого хода — Обеспечивает подачу топлива, необходимого для работы двигателя на низких оборотах
— Ускорительный насос — Обеспечивает впрыск дополнительного топлива при нажатии на педаль газа для предотвращения остановки двигателя и перебоев в его работе при разгоне автомобиля
— Система обогащения смеси — Обеспечивает подачу дополнительного топлива при движении автомобиля в гору или использовании прицепа
— Воздушная заслонка — Обеспечивает подачу дополнительного топлива для запуска холодного двигателя
Для соответствия ужесточающимся требованиям к качеству выхлопных газов, стали применять каталитический конвертер. Для эффективной работы каталитического конвертера необходим тщательный контроль состава топливно-воздушной смеси. Кислородные датчики отслеживают количество кислорода в выхлопе, и блок управления двигателем (ECU) использует данную информацию для корректировки состава топливно-воздушной смеси в реальном времени. Это называется регулирование с обратной связью — данный метод невозможно было применять при использовании карбюраторов. Время карбюраторов с электронным управлением было недолгим, после чего стали использоваться системы впрыска топлива, однако устройство электронных карбюраторов было намного сложнее механических.
Вначале, карбюраторы заменили на
Постепенно, с разработкой новых двигателей, система впрыска топлива в корпусе дроссельных заслонок была заменена на систему впрыска топлива во впускной тракт (также известную как точечный, многоточечный или последовательный впрыск топлива). В этих системах для каждого цилиндра установлен свой инжектор, обычно расположенный таким образом, чтобы впрыск происходил непосредственно во впускной клапан. Такие системы обеспечивают более точный замер расхода топлива и являются более чувствительными.
Когда Вы нажимаете на педаль газа
Педаль газа Вашего автомобиля соединяется с дроссельной заслонкой — клапаном, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Таким образом, педаль газа — это педаль подачи воздуха.
Когда Вы нажимаете на педаль газа, дроссельная заслонка открывается больше, подавая больше воздуха. Блок управления двигателем (ECU, компьютер, контролирующий все электронные компоненты двигателя) «видит», что дроссельная заслонка открылась, и увеличивает подачу топлива в связи с увеличением подачи воздуха. Необходимо увеличивать подачу топлива при открытии дроссельной заслонки; в противном случае, при нажатии на педаль газа может произойти задержка, т.к. воздух поступает в цилиндры без топлива.
Датчики отслеживают массу воздуха, поступающую в двигатель, а также количество кислорода в выхлопе. Блок управления двигателем использует данную информацию для точной регулировки подачи топлива, чтобы обеспечить необходимый состав топливно-воздушной смеси.
Инжектор
При подаче питания на инжектор, электромагнит перемещает плунжер, который открывает клапан, который распыляет топливо под давлением через небольшую форсунку. Форсунка предназначена для распыления топлива — чем мельче распыление, тем легче сгорает топливо.
Срабатывание инжектора
Количество топлива, подаваемого на двигатель, определяется временем, в течение которого форсунка остается открытой. Это называется длительность импульса и контролируется блоком управления двигателем.
Инжекторы устанавливаются на впускном коллекторе для распыления топлива непосредственно во впускные клапаны. Труба, которая называется топливная рампа, осуществляет подачу топлива на все инжекторы.
Для обеспечения подачи необходимого количества топлива, блок управления двигателем оснащен множеством датчиков. Давайте рассмотрим некоторые из них.
Датчики двигателя
Для обеспечения подачи необходимого количества топлива для всех условий езды, блок управления двигателем (ECU) оснащен множеством датчиков. Ниже представлены некоторые из них:
· Датчик массового расхода воздуха — Передает на блок управления двигателем массу воздуха, поступающего в двигатель
· Датчик(и) кислорода — Отслеживает количество кислорода в выхлопе для того, чтобы блок управления определил, насколько богатой или бедной является топливная смесь, и произвел необходимые корректировки
· Датчик положения дроссельной заслонки — Отслеживает положение дроссельной заслонки (которое определяет количество воздуха, поступающего в двигатель) для того, чтобы блок управления произвел корректировку, понижая или повышая количество поступающего топлива
· Датчик напряжения — Отслеживает напряжение бортовой сети для того, чтобы блок управления мог увеличить скорость холостого хода при падении напряжения (что является показателем высокой электрической нагрузки)
· Коллекторный датчик абсолютного давления — Отслеживает давления воздуха во впускном коллекторе
· Количество поступающего в двигатель воздуха является хорошим показателем производимой мощности; чем больше воздуха поступает в двигатель, тем ниже давление в коллекторе, эти данные используются для определения производимой мощности.
· Датчик скорости вращения коленчатого вала — Отслеживает число оборотов двигателя, что является одним из показателей для расчета длительности импульса
Существует два основных типа контроля многоточечных систем: Все инжекторы могут срабатывать одновременно, либо каждый срабатывает отдельно перед открытием соответствующего впускного клапана цилиндра (такой тип называется последовательный многоточечный впрыск топлива).
Преимущество последовательного впрыска топлива заключается в том, что если при езде происходят резкие изменения, то система более быстро реагирует на них, т.к. для изменения необходимо дождаться лишь пока не откроется следующий впускной клапан, вместо того, чтобы дожидаться начала следующего оборота двигателя.
Управление двигателем и Модули увеличения мощности
Алгоритмы, контролирующие двигатель, являются довольно сложными. Программное обеспечение должно позволять автомобилю соответствовать требованиям по выхлопу на каждые 100.000 км, требованиям Управления по охране окружающей среды, а также препятствовать раннему износу двигателя. Помимо этого, существует множество требований, которым необходимо соответствовать.
Блок управления двигателем использует формулу и большое количество поисковых таблиц для определения длительности импульса для заданных условий работы. Формула представляет собой ряд показателей, умноженных друг на друга. Большая часть показателей берется из поисковых таблиц. Давайте рассмотрим упрощенную формулу вычисления длительности импульса инжектора. В данном примере уравнение будет содержать всего три показателя, в то время как система управления может использовать несколько сотен или даже больше.
Длительность импульса = (Начальная длительность импульса) х (Показатель А) х (Показатель В)
Для вычисления длительности импульса, блок управления двигателем в первую очередь определяет длительность опорного импульса в поисковой таблице. Начальная длительность импульса представляет собой функцию частоты вращения двигателя (об/мин) и нагрузки (которая вычисляется по абсолютному давлению во впускном коллекторе). Допустим, что частота вращения двигателя составляет 2.000 об/мин при нагрузке 4. Нужное значение мы найдем на пересечении 2.000 и 4, что составляет 8 мс.
об/минНагрузка
12345
1.00012345
2.000246810
3.0003691215
4.00048121620
В следующих примерах, A и B являются показателями, которые поступают с датчиков. Предположим, что A — это температура охлаждающей жидкости, а B — это уровень кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100, а уровень кислорода равен 3, то, исходя из данных таблицы, мы получаем, что Показатель А = 0,8, а Показатель В = 1,0.
BПоказатель B
01,2
01,0
251,1
11,0
501,0
21,0
750,9
31,0
1000,8
40,75
Итак, теперь мы знаем, что начальная длительность импульса является функцией нагрузки и частоты вращения, и что длительность импульса = (начальная длительность импульса) x (Показатель A) x (Показатель B), общая длительность импульса в нашем примере равна:
8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 мс
Исходя из этого примера, Вы теперь понимаете, как система управления совершает корректировки. Если показатель В — это уровень кислорода в выхлопе, в таблице указано, что значение показателя В соответствует (согласно данным конструкторов двигателя) повешенному содержанию кислорода в выхлопе; при этом блок управления двигателем сокращает подачу топлива.
Настоящие системы управления используют более 100 показателей, для каждого из которых имеется соответствующая таблица. Некоторые показатели меняются со временем с учетом поправки на изменения эффективности работы некоторых компонентов двигателя, например, каталитического конвертера. И, в зависимости от частоты вращения двигателя, блок управления двигателем выполняет данные вычисления более 100 раз в секунду.
Модули увеличения мощности
Далее логично будет перейти к модулям увеличения мощности. Теперь, когда мы немного разобрались в том, как работают алгоритмы управления, мы можем понять, что же делают производители модулей увеличения мощности для повышения мощности двигателя.
Модули увеличения мощности изготавливаются компаниями, работающими на послегарантийном рынке, и используются для повышения мощности двигателя. В блоке управления двигателем находится модуль, в котором хранятся все поисковые таблицы; модуль увеличения мощности заменяет его. Таблицы в модуле увеличения мощности содержат данные, которые позволяют увеличить подачу топлива в определенных условиях езды. Например, может подаваться больше топлива при полном дросселе на любых оборотах двигателя. Также может быть изменена установка момента зажигания (для этого также существуют таблицы). В связи с тем, что производители модулей увеличения мощности, в отличие от производителей автомобилей, не связаны такими обязательствами, как надежность, пробег и контроль выхлопа, они могут использовать более высокие значения в поисковых таблицах.
Для получения большей информации по системам впрыска топлива, рекомендуем ознакомиться с ссылками на следующей странице.
Источник: https://auto.howstuffworks.com/fuel-injection6.htm
Что такое система впрыска топлива и как она работает?
Впрыск топлива — это система дозированной подачи топлива в цилиндры двигателя. Расскажем про электронные системы подачи топлива, как они работает и из каких датчиков состоят.
Как работает?
На рисунке схематично показан принцип работы распределенного впрыска.Подача воздуха (2) регулируется дроссельной заслонкой (3) и перед разделением на 4 потока накапливается в ресивере (4). Ресивер необходим для правильного измерения массового расхода воздуха (т.к измеряется общий массовый расход или давление в ресивере.
Последний должен быть достаточного объема для исключения воздушного «голодания» цилиндров при большом потреблении воздуха и сглаживания пульсаций на пуске. Форсунки (5) устанавливаются в канал в непосредственной близости от впускных клапанов.
Датчики системы впрыска топлива
Для функционирования электронной системы управления двигателем не обязательно наличие всех датчиков. Комплектации зависят от системы впрыска, от норм токсичности. В программе управления есть флаги комплектации, которые информируют ПО о наличии или отсутствии каких-либо датчиков. Например, в системах Евро-2 отсутствуют датчик неровной дороги.
Датчик кислорода (ДК) — рассчитывает содержание О2 в отработанных газах. Используется только в системах с катализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода — до катализатора и после него). Датчик фазы нужен для более точного расчета времени впрыска в системах с фазированным впрыском.
Датчик положения коленвала (ДПКВ) — считывает частоту вращения коленвала и его положение. Служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — определяет массовый расход воздуха, поступающего в двигатель. Служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) — следит за температурой охлаждающей жидкости. Служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Сигнал ДТОЖ подается только на электронный блок управления, для индикации на панели используется другой датчик.
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — определяет положение дросселя (нажата педаль «газа» или нет). Служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.
Датчик детонации — служит для контролем детонации двигателя. При обнаружении последней, блок управления двигателем включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания. В первых системах впрыска применялся резонансный датчик детонации, пришедший с системы GM. Сейчас повсеместно используются широкополосные датчики. Датчик скорости (ДС) — определение скорость движения автомобиля. Используется при расчетах блокировки/возобновления топливоподачи при движении. Этот сигнал так же подается на приборную панель для расчета пробега. 6000 сигналов с ДС примерно соответствуют 1 км. пробега автомобиля.
Датчик фазы (ДФ) — определяет положение распредвала. Служит для точной синхронизации по времени впрыска в системах с фазированным (последовательным) впрыском. При аварии или отсутствие датчика система переходит на попарно — параллельную (групповую) систему подачи топлива.
Датчик неровной дороги — служит для оценки уровня вибраций двигателя. Это необходимо для правильной работы системы обнаружения пропусков воспламенения, чтобы определить причину неравномерности (применяется в связи с вводом норм токсичности Евро-3).
Исполнительные механизмы
По результатам опроса датчиков системы впрыска, программа электронного блока управления осуществляет управление исполнительными механизмами (ИМ). Форсунка — электромагнитный клапан с нормированной производительностью. Служит для впрыска вычисленного для данного режима движения количества топлива.Бензонасос — предназначен для нагнетания топлива в топливную рампу. Давление в топливной рампе поддерживается вакуумно-механическим регулятором давления. В некоторых системах регулятор давления топлива совмещен с бензонасосом.
Модуль зажигания — электронное устройство управления искрообразованием. Содержит в себе два независимых канала для поджига смеси в цилиндрах. В последних модификациях низковольтные элементы модуля зажигания помещены в электронный блок управления, а для получения высокого напряжения используются либо выносная двухканальная катушка зажигания, либо катушки зажигания непосредственно на свече.
Регулятор холостого хода — служит для поддержании заданных оборотов холостого хода. Представляет собой шаговый двигатель, регулирующий обводной канал воздуха в корпусе дроссельной заслонки, для обеспечения двигателя воздухом, необходимым для поддержания холостого хода при закрытой дроссельной заслонке.
Вентилятор системы охлаждения — управляется электронным блоком управления по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости. Разница между включением/выключением как правило 4-5°С.
Сигнал расхода топлива — выдается на маршрутный компьютер — 16000 импульсов на 1 расчетный литр израсходованного топлива. Данные эти приблизительные, т.к рассчитываются они на основе суммарного времени открытия форсунок с учетом некоторого эмпирического коэффициента, который необходим для компенсации погрешностей измерения, вызванных работой форсунок в нелинейном участке диапазона, асинхронной топливоподачей и другими факторами.
Адсорбер — является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 не предусмотрен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг.
Электронный блок управления
Электронный блок управления — микрокомпьютер, обрабатывающий данные, поступающие с датчиков и по определенному алгоритму управляющий исполнительными механизмами.Сама программа хранится в микросхеме ПЗУ, английское название микросхемы — CHIP. Содержимое «чипа» — обычно делится на две функциональные части — собственно программа, осуществляющая обработку данных и математические расчеты и блок калибровок. Калибровки — набор (массив) фиксированных данных (переменных) для работы программы управления.
Следует иметь ввиду, что для правильной работы системы впрыска необходимо наличие исправных датчиков и исполнительных механизмов.
Что такое впрыск топлива ⋆ CHIPTUNER.RU
Что такое «впрыск топлива»
Инжектор или впрыск (от английского inject – «впрыск») топлива – система дозированной подачи топлива в цилиндры двигателя. Существует много разновидностей впрыска – механический, моновпрыск, распределенный, непосредственный. Мы будем рассматривать только относительно современные электронные системы распределенной подачи топлива, на основе ЭСУД (электронной системы управления двигателем) рассчитывающей подачу топлива на основе сигналов установленных на двигателе датчиков.
На рисунке схематично показан принцип многоточечного распределенного впрыска. Подача воздуха (2) регулируется дроссельной заслонкой (3) и перед разделением на 4 потока накапливается в ресивере (4). Ресивер необходим для правильного измерения массового расхода воздуха (т.к измеряется общий массовый расход (MAF) или давление в ресивере (MAP). Последний должен быть достаточного объема для исключения воздушного «голодания» цилиндров при большом потреблении воздуха и сглаживания пульсаций на пуске. Форсунки (5) устанавливаются в канал в непосредственной близости от впускных клапанов.Распределенный или точечный (то есть, когда на каждый цилиндр работает своя форсунка) впрыск топлива делится на три типа:
• Одновременный, когда за один оборот коленвала (360°) все 4 форсунки отрабатывают одновременно.
• Попарно-параллельный (попеременный синхронный двойной впрыск), когда за один форсунки отрабатывают парами (1–4 и 2–3) каждые 180° оборота коленвала. Т.е за один оборот каждая пара срабатывает 1 раз. Частный случай такой системы – Bosch MP7.0H. Отличие: пары форсунок 1–3 и 2–4.
• Фазированный или последовательный, когда за один рабочий цикл двигателя каждая форсунка отрабатывает по одному разу в соответствии с фазой впрыска через каждые 180° оборота коленвала. Порядок работы – классический 1–4‑3–2.
Суммарное время впрыска на одновременном и попарно-параллельном способе одинаково, на фазированном – в два раза выше, т.к за 1 цикл одновременного и попарно-параллельного впрыска форсунка включается 2 раза, а на фазированном – 1, поэтому время ее работы увеличено примерно в 2 раза.
I. Датчики
Итак, начнем с информации, необходимой ЭБУ (Электронному блоку управления) для управления впрыском и зажиганием, т.н «Определяющие параметры»
| Положение коленвала | Датчик положения коленвала (ДПКВ) |
| Частота вращения коленвала | Датчик положения коленвала (ДПКВ) |
| Массовый расход воздуха | Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) |
| Температура охлаждающей жидкости | Датчик температуры ОЖ (ДТОЖ) |
| Положение дроссельной заслонки | Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) |
| Напряжение питания бортовой сети автомобиля | Электронный блок управления ДВС |
| Скорость движения автомобиля | Датчик скорости (ДС) |
| Наличие детонации | Датчик детонации (ДД) |
| Включение кондиционера | |
| Содержание О2 в отработанных газах | Датчик кислорода (ДК) |
| Положение (фаза) распредвала | Датчик фазы (ДФ) |
| Контроль вибрации двигателя | Датчик неровной дороги (ДНД) |
Для функционирования ЭСУД не обязательно наличие всех датчиков. Комплектации зависят от системы впрыска, от норм токсичности и пр. В программе управления есть флаги комплектации, которые информируют ПО о наличии или отсутствии каких-либо датчиков. В таблице серым выделены основные датчики, необходимые для работы (исключение составляют системы впрыска на «классику», где не используется датчик детонации).
Датчик кис
Как блок управления двигателем регулирует подачу топлива. » Хабстаб
Элементы электронной системы управления впрыском топлива (EFI).
Чтобы понять как строится топливная карта, необходимо знать какие параметры в ней описываются. Центр системы EFI – электронный блок управления двигателем (ECU). Этот компонент еще называют “мозгом автомобиля”. Датчики, расположенные в двигателе и в остальных частях автомобиля, посылают информацию в ECU, он анализирует эту информацию и использует ее для того, чтобы оптимизировать работу двигателя. Внешне ECU выглядит как черная пластиковая коробка, месторасположения которой зависит от производителя. Одни производители устанавливают его рядом с аккумуляторной батареей, другие около бардачка, третьи под одним из сидений.
Однако сам по себе ECU бесполезен, он лишь обработчик информации, приходящей с датчиков. Несмотря на то что в автомобиле существует множество датчиков, мы рассмотрим те из них, показания которых используются для построения топливной карты.
Датчик массового расхода воздуха.
Этот датчик измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель. Во время движения двигатель автомобиля потребляет больше воздуха, чем на холостом ходу. Количество воздуха определяет количество топлива, которое будет впрыснуто в цилиндр.
Датчик кислорода.
Этот датчик расположен в выхлопной системе и определяет количество не сгоревшего в двигателе кислорода и топлива. ECU может регулировать длительность открытия форсунок, тем самым регулируя количество топлива, поступающего в цилиндр.
Датчик положения дроссельной заслонки.
Этот датчик сообщает ECU с какой силой водитель давит на педаль газа. Чем сильнее и быстрее водитель давит на педаль, изменяя положение дроссельной заслонки, тем больше топлива необходимо впрыснуть в цилиндр.
Датчик абсолютного давления в коллекторе.
Датчик измеряет изменение давления наддува в двигатель. Этот датчик может применяться как вместе с датчиком массового расходомера воздуха, так и вместо него.
Датчик скорости.
Сообщает ECU скорость движения автомобиля. Данные с этого датчика также приходят на спидометр и блок круиз-контроля.
Топливную карту можно представить себе как бумажный листок в клеточку на котором отмечены оси Х и У. На оси У отмечают количество обороты в минуту, на оси Х отмечают нагрузку на двигатель, или энергию необходимую двигателю для выполнения поставленной задачи. Одинаковым оборотам двигателя могут соответствовать разные ситуации на дороге, при этом двигатель испытывает разные нагрузки. Вся эта информация отображается в топливной карте.
Для работы с топливной картой ECU получает информацию со следующих датчиков:
- датчик скорости;
- датчик температуры поступающего воздуха;
- датчик абсолютного давления;
На основе этих данных ECU находит ячейку на топливной карте, в которой указана длительность импульса, подаваемого на форсунку. Хотелось бы отметить, что ECU обращается к топливным картам в тех режимах, когда показания лямбда-зонда не учитываются. Например, запуск/прогрев двигателя или резкое ускорение.
Есть два основных типа людей, которые хотели бы внести изменения в топливную карту — “любители погонять” и “топливные скряги”. “Любители погонять” заинтересованы в увеличении скорости автомобиля несмотря на пустую трату денег, в виде не сгоревшего топлива в выхлопных газах. Противоположность им это водители, которые готовы жертвовать производительностью автомобиля ради экономии топлива. Существуют даже датчики абсолютного давления, которые позволяют водителю регулировать расход топлива вручную.
Необходимо помнить, что для правильной работы ECU надо получать достоверную информацию с датчиков. Если датчик отправит неверную информацию, ECU не сможет правильно скорректировать работу двигателя. Обычно ошибочная информация приходит по следующим причинам:
- обрыв проводов, соединяющих датчик и ECU;
- плохой контакт в месте соединения проводов с датчиком или ECU;
- загрязнение датчика;
- отказ датчика;
Давайте рассмотрим как поведет себя автомобиль, если при подъеме в гору массовый расходомер воздуха будет давать неверные данные. При подъеме в гору двигатель испытывает большую нагрузку и ему необходимо больше топлива чем в шоссейном режиме. ECU получая данные с массового расходомера воздуха, будет искать соответствующую точку на топливной карте. Если данные с расходомера будут немного меньше реальных, то точка на топливной карте будет соответствовать меньшему времени впрыска. В такой ситуации двигатель будет казаться вялым, плохо тянуть, дергаться, так как он не получает нужного количества энергии, для выполнения этой работы. Если же данные с расходомера будут немного завышены, двигатель будет плохо набирать обороты, а из глушителя будет идти черный дым, а причина все та же, двигатель не получает нужного количества энергии.
Cистема впрыска топлива — из чего она состоит?
Одной из важнейших рабочих систем практически любого автомобиля, является система впрыска топлива, ведь именно благодаря ей определяется объем топлива необходимый двигателю в конкретный момент времени. Сегодня мы рассмотрим принцип действия данной системы на примере некоторых ее видов, а также ознакомимся из существующими датчиками и исполнительными механизмами.
1. Особенности работы системы впрыска топлива
На выпускаемых сегодня двигателях, уже давно не применяется карбюраторная система, которая оказалась полностью вытесненной более новой и усовершенствованной системой впрыска топлива. Впрыском топлива принято называть систему дозированной подачи топливной жидкости в цилиндры мотора транспортного средства. Она может устанавливаться как на бензиновых, так и на дизельных двигателях, однако, понятно, что конструкция и принцип работы будут разные. При использовании на бензиновых двигателях, при впрыске, появляется однородная топливовоздушная смесь, которая принудительно воспламеняется под воздействием искры свечи зажигания.
Что касается дизельного типа двигателя, то здесь впрыск топлива осуществляется под очень высоким давлением, при чем, необходимая порция топлива смешивается с горячим воздухом и практически сразу воспламеняется. Величина порции впрыскиваемого топлива, а заодно и общая мощность двигателя, определяется давлением впрыска. Следовательно, чем больше давление, тем вышей становится мощность силового агрегата.
На сегодняшний день, существует довольно весомое количество видового разнообразия этой системы, а к основным видам относят: систему с непосредственным впрыском, с моно впрыском, механическую и распределенную система.
Принцип работы системы прямого (непосредственного) впрыска топлива заключается в том, что топливная жидкость, с помощью форсунок, подается прямо в цилиндры двигателя (например, как у дизельного мотора). Впервые такая схема использовалась в военной авиации времен Второй Мировой и на некоторых автомобилях послевоенного периода (первым был Goliath GP700). Однако, система прямого впрыска того времени, не смогла завоевать должной популярности, причиной чего стали требуемые для работы дорогие топливные насосы высокого давления и оригинальная головка блока цилиндров.
В итоге, инженерам так и не удалось добиться от системы рабочей точности и надежности. Лишь в начале 90-годов ХХ века, из-за ужесточения экологических норм, интерес к непосредственному впрыску опять начал возрастать. В числе первых компаний, запустивших производство таких двигателей, были Mitsubishi, Mercedes-Benz, Peugeot-Citroen, Volkswagen, BMW.
В целом, прямой впрыск можно было бы назвать пиком эволюции систем питания, если бы не одно но…Такие двигатели очень требовательны в плане качества топлива, а при использовании обедненных смесей, еще и сильно выделяют оксид азота, с чем приходится бороться путем усложнения конструкции мотора.
Одноточечный впрыск (еще называют «моновпрыском» или «центральным впрыском») — представляет из себя систему, которая в 80-х годах ХХ века начала применятся как альтернатива карбюратору, тем более что принципы их работы очень схожи: потоки воздуха смешиваются с топливной жидкостью во впускном коллекторе, вот только на смену сложному и чувствительному к настройкам карбюратору, пришла форсунка. Конечно, на начальной стадии развития системы, никакой электроники вообще не было, а подачей бензина управляли механические устройства. Однако, не смотря на некоторые недостатки, использование впрыска все равно обеспечивало двигателю куда более высокие показатели мощности и значительно большую топливную экономичность.
А все благодаря той же форсунке, которая позволила намного точнее дозировать топливную жидкость, распыляя ее на мелкие частицы. В результате смеси с воздухом, получалась однородная смесь, а при изменении условий движения автомобиля и режима работы мотора, практически мгновенно менялся и ее состав. Правда, без минусов тоже не обошлось. К примеру, так как, в большинстве случаев, форсунка устанавливалась в корпус бывшего карбюратора, а громоздкие датчики утрудняли «дыхание мотора», поступающий в цилиндр поток воздуха встречал серьезное сопротивление. С теоретической стороны, такой недостаток мог быть легко устранен, но вот с имеющимся плохим распределением топливной смеси, никто и ничего тогда сделать не смог. Наверное, поэтому, и в наше время, одноточечный впрыск так редко встречается.
Механическая система впрыска появилась еще в конце 30-х годов ХХ века, когда начала использоваться в системах топливного питания самолетов. Она была представлена в виде системы впрыска бензина дизельного происхождения, используя для этого топливные насосы высокого давления и закрытые форсунки каждого отдельного цилиндра. Когда же их попытались установить на автомобиль, то оказалось, что они не выдерживают конкуренцию карбюраторных механизмов, а виной тому существенная сложность и высокая стоимость конструкции.
Впервые, система впрыска низкого давления была установлена на автомобиле компании MERSEDES в 1949 году и по эксплуатационным характеристикам сразу же превзошла топливную систему карбюраторного типа. Данный факт дал толчок дальнейшим разработкам идеи впрыска бензина для автомобилей, оборудованных двигателем внутреннего сгорания. С точки зрения ценовой политики и надежности в эксплуатации, наиболее удачной в этом плане, получилась механическая система «K-Jetronic» компании BOSCH. Ее серийной производство было налажено еще в 1951 году и она, практически сразу, получила широкое распространение почти на всех марках европейских автомобильных производителей.
Многоточечный (распределенный) вариант системы впрыска топлива, отличается от предыдущих наличием индивидуальной форсунки, которая устанавливалась во впускном патрубке каждого отдельного цилиндра. Ее задача – подавать топливо непосредственно на впускной клапан, что означает приготовление топливной смеси прямо перед подачей в камеру сгорания. Естественно, что в таких условиях, она будет иметь однородный состав и примерно одинаковое качество в каждом из цилиндров. Как результат, значительно повышается мощность мотора, его топливная экономичность, а также снижается уровень токсичности выхлопных газов.
На пути развития системы распределенного впрыска топлива иногда встречались определенные сложности, однако, она все равно продолжала совершенствоваться. На начальном этапе, она также, как предыдущий вариант, управлялась механическим путем, однако, стремительное развитие электроники, не только сделало ее более эффективной, но и дало шанс скоординировать действия с остальными компонентами конструкции мотора. Вот и получилось, что современный двигатель способен просигнализировать водителю о неисправности, в случае необходимости самостоятельно переключится на аварийный рабочий режим или заручившись поддержкой систем безопасности, исправить отдельные ошибки в управлении. Но все это, система выполняет с помощью определенных датчиков, которые призваны фиксировать малейшие изменения в деятельности той или иной ее части. Рассмотрим основные из них.
2. Датчики системы впрыска топлива
Датчики системы впрыска топлива предназначены для фиксации и передачи информации от исполнительных устройств к блоку управления работой двигателя и обратно. К ним относят следующие устройства:
Датчик кислорода. Его чувствительный элемент размещен в потоке выхлопных (отработанных) газов, а когда рабочая температура достигает значения 360 градусов по Цельсию, датчик начинает вырабатывать собственную ЭДС, которая прямо пропорциональна количеству кислорода в отработанных газах. С практической точки зрения, когда петля обратной связи замкнута, сигнал датчика кислорода являет собой быстро меняющееся напряжение, находящееся между 50 и 900 милливольтами. Возможность смены напряжения вызвана постоянным изменением состава смеси рядом с точкой стехиометрии, а сам датчик не приспособлен для генерации переменного напряжения.
В зависимости от подачи питания выделяют два вида датчиков: с импульсным и постоянным питанием нагревательного элемента. При импульсном варианте, подогрев датчика кислорода осуществляет электронный блок управления. Если же его не прогреть, то он будет иметь высокое внутреннее сопротивление, что не позволит вырабатывать собственную ЭДС, а значит блок управления будет «видеть» только указанное стабильное опорное напряжение. В ходе прогрева датчика, происходит уменьшение его внутреннего сопротивления и начинается процесс генерации собственного напряжения, что сразу становится известным ЭБУ. Для блока управления это есть сигналом готовности к применению в целях регулировки состава смеси.
Датчик массового расхода воздуха используется для получения оценки количества воздуха, который поступает в двигатель машины. Он – часть электронной системы управления работой двигателя. Данное устройство может применятся вместе с некоторыми другими датчиками, такими как датчик температуры воздуха и датчик атмосферного давления, которые выполняют корректировку его показаний.
В состав датчика расхода воздухавходят две платиновые нити, нагреваемые электротоком. Одна нить пропускает через себя воздух (охлаждаясь таким способом), а вторая является контрольным элементом. С помощью первой платиновой нити, вычисляется количество воздуха попавшего в двигатель.
Основываясь на информации получаемой от датчика расхода воздуха, ЭБУ рассчитывает требуемый объем топлива, необходимый для поддержания стехиометрического соотношения воздуха и топлива в заданных рабочих режимах двигателя. Кроме того, электронный блок использует полученную информацию для определения режимной точки мотора.
На сегодняшний день существует несколько различных видов датчиков, отвечающих за массовый расход воздуха: например, ультразвуковые, флюгерные (механические), термоанемометрические и т.д.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ). Имеет вид термистора, тоесть резистора, в котором электрическое сопротивление может изменяться в зависимости от температурных показателей. Термистор располагается внутри датчика и выражает отрицательный коэффициент сопротивления температурных показателей (с нагреванием сила сопротивления уменьшается).
Соответственно, при высокой температуре охлаждающей жидкости – наблюдается низкое сопротивление датчика (примерно 70 Ом при 130 градусах за Цельсием), а при низкой – высокое (примерно 100800 Ом при -40 градусах за Цельсием). Как и большинство других датчиков, данное устройство не гарантирует точные результаты, а значит говорить о зависимости сопротивления температурного датчика охлаждающей жидкости от температурных показателей можно только примерно. В общем, хоть описанное устройство и практически не ломается, но иногда серьезно «заблуждается».
Датчик положения дроссельной заслонки. Монтируется на дроссельный патрубок и связывается с осью самой заслонки. Он представлен в виде потенциометра, имеющего три конца: на один подается плюсовое питание (5В), а другой соединяется с массой. Третий вывод (от ползунка) передает выходной сигнал к контролеру. Когда при нажатии педали дроссельная заслонка поворачивается, выходное напряжение датчика меняется. Если дроссельная заслонка пребывает в закрытом состоянии, то, соответственно, оно ниже 0,7 В, а когда заслонка начинает открываться – напряжение растет и в полностью открытом положении должно быть больше 4 В. Следя за выходным напряжением датчика, контролер, в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, совершает коррекцию подачи топлива.
Учитывая, что контролер сам определяет минимальное напряжение устройства и принимает его за нулевое значение, данный механизм не нуждается в регулировке. По мнению, некоторых автолюбителей, датчик положения дросселя (если он отечественного производства) – это самый ненадежный элемент системы, требующий периодической замены (часто уже через 20 километров пробега). Все бы ничего, но и замену произвести не так то просто, особенно не имея при себе качественного инструмента. Все дело в креплении: нижний винт вряд ли получится открутить обычной отверткой, а если и получится, то сделать это довольно трудно.
Кроме того, при закручивании на заводе, винты «сажают» на герметик, который так из «припечатывает», что при откручивании часто срывается шляпка. В таком случае, рекомендуется полностью снять весь дроссельный узел, а в худшем случае – придется его выковыривать насильно, но только если Вы полностью уверены в его нерабочем состоянии.
Датчик положения коленчатого вала (ДПВК). Служит для передачи контролеру сигнала о частоте вращения и положении коленвала. Такой сигнал является серией повторяемых электроимпульсов напряжения, которые генерируются датчиком в ходе вращения коленчатого вала. Основываясь на полученных данных контролер может осуществлять управление форсунками и системой зажигания. Датчик положения коленвала устанавливается на крышке масляного насоса, на расстоянии одного миллиметра (+0,4мм) от шкива коленчатого вала (имеет 58 зубцов расположенных по кругу).
Что бы обеспечить возможность генерации «импульса синхронизации», два зуба шкива отсутствуют, тоесть фактически их 56. Когда коленвал вращается, зубцы диска меняют магнитное поле датчика, создавая тем самым, импульсное напряжение. Исходя из характера импульсного сигнала, поступающего от датчика, контролер может определить положение и частоту вращения коленвала, что позволяет рассчитать момент срабатывания модуля зажигания и форсунок.
Датчик положения коленчатого вала является самым главным из всех приведенных здесь и в случае появления неисправности механизма, двигатель автомобиля работать не будет. Датчик скорости. Принцип деятельности этого устройства основывается на эффекте Холла. Суть его работы заключается в передаче контролеру импульсов напряжения, с частотой прямо пропорциональной скорости вращения ведущих колес транспортного средства. Исходя из присоединительных разъемов колодки жгута, все датчики скорости могут иметь некоторые отличия. Так, например, разъем квадратной формы используется в системах «Бош», а круглый – соответствует системам Январь4 и GM.
На основе исходящих сигналов датчика скорости, система управления может определить пороги отключения подачи топлива, а также установить электронные скоростные ограничения автомобиля (доступно в новых системах).
Датчик положения распределительного вала (или как его еще называю «датчик фаз») – это устройство, предназначенное для определения угла распределительного вала и передачи соответствующей информации в электронный блок управления транспортного средства. После этого, на основе полученных данных, контролер может осуществить управление системой зажигания и подачей топлива на каждый отдельный цилиндр, что собственно, он и делает.
Датчик детонации применяется с целью поиска детонационных ударов в двигателе внутреннего сгорания. С конструктивной точки зрения, он является заключенной в корпусе пьезокерамической пластиной, располагающейся на блоке цилиндров. В наше время, существует два вида датчика детонации – резонансный и более современный широкополосный. В резонансных моделях, первичная фильтрация сигнального спектра, проводиться внутри самого устройства и напрямую зависит от его конструкции. Поэтому, на разных типах двигателя используются разные модели датчиков детонации, отличающиеся друг от друга резонансной частотой. Широкополосный вид датчиков обладает ровной характеристикой в диапазоне шумов детонации, а фильтрацию сигнала выполняет электронный блок управления. На сегодняшний день, резонансные датчики детонации уже не устанавливаются на серийных моделях автомобилей.
Датчик абсолютного давления. Обеспечивает отслеживание перемен в атмосферном давлении, которые случаются в результате изменения барометрического давления и/или изменения показателей высоты над уровнем море. Барометрическое давление можно измерить в ходе включения зажигания, до того как двигатель начнет прокручиваться. С помощью электронного блока управления, есть возможность «обновления» данных о барометрическом давлении при работающем моторе, когда, на малой частоте вращения двигателя, дроссельная заслонка практически полностью открыта.
Также, использовав датчик абсолютного давления, есть возможность измерить изменение давления во впускной трубе. К переменам в давлении приводят изменения нагрузок двигателя и частоты вращения коленвала. Датчик абсолютного давления трансформирует их в выходной сигнал, имеющий определенное напряжение. Когда дроссель находится в закрытом положении, получается, что выходной сигнал абсолютного давления дает сравнительно низкое напряжение, в то время как полностью открытая дроссельная заслонка — соответствует сигналу высокого напряжения. Появление высокого выходного напряжения объясняется соответствием атмосферного давления и давления внутри впускной трубы при полном открытой дроссельной заслонки. Показатели внутреннего давления трубы рассчитываются электронным блоком управления, основываясь на сигнале датчика. Если оказалось, что оно высокое, значит требуется повышенная подача топливной жидкости, а если давление низкое, то наоборот – пониженная.
Электронный блок управления (ЭБУ). Хоть это и не датчик, но учитывая, что он имеет непосредственное отношение к работе описанных устройств, мы посчитали за нужное внести и его в данный список. ЭБУ – «мозговой центр» системы впрыска топлива, который постоянно обрабатывает информационные данные получаемые от разных датчиков и на основе этого совершает управление выходными цепями (системы электронного зажигания, форсунок, регулятором холостого хода, разными реле). Блок управления оборудован встроенной диагностической системой, способной распознавать сбои в работе системы и, с помощью контрольной лампы «CHECK ENGINE», предупреждать о них водителя. Более того, в его памяти хранятся диагностические коды, которые указывают конкретные области неисправности, что значительно облегчает проведение ремонтных работ.
В состав ЭБУ входит три вида памяти: постоянное запоминающее устройство с возможностью программирования (RAM и ППЗУ), оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ) и запоминающее устройство подлежащее электрическому программированию (ЭПЗУ или EEPROM). ОЗУ используется микропроцессором блока для временного хранения результатов измерений, расчетов и промежуточных данных. Данный вид памяти зависит от энергического обеспечения, а значит требует для сохранения информации, постоянной и стабильной подачи питания. В случае перерыва подачи электропитания, все имеющиеся в ОЗУ коды диагностики неполадок и расчетная информация сразу стираются.
ППЗУ хранит общую рабочую программу, которая содержит последовательность необходимых команд и разную калибровочную информацию. В отличие от предыдущего варианта, данный вид памяти не есть энергозависимым. ЭПЗУ применяется для временного сохранения кодов-паролей иммобилайзера (противоугонной автомобильной системы). После того, как контролер принял эти коды от блока управления иммобилайзера (если такой имеется), они сравниваются с уже сохраненными в ЭПЗУ, а затем, принимается решение о разрешении или запрещении запуска мотора.
3. Исполнительные механизмы системы впрыска
Исполнительные механизмы системы впрыска топлива представлены в виде форсунки, бензонасоса, модуля зажигания, регулятора холостого хода, вентилятора системы охлаждения, сигнала расхода топлива и адсорбера. Рассмотрим каждый из них более подробно.
Форсунка. Выполняет роль электромагнитного клапана с нормированной производительностью. Используется для впрыска определенного количества топлива, рассчитанного для конкретного рабочего режима.
Бензонасос. Применяется для перемещения топлива в топливную рампу, давление в которой поддерживается с помощью вакуумно-механического регулятора давления. В некоторых вариантах системы, он может быть совмещен с бензонасосом.
Модуль зажигания являет собой электронные устройство, предназначенное для управления процессом искрообразования. Состоит из двух независимых каналов для поджога смеси в цилиндрах мотора. В последних, модифицированных вариантах устройства, его низковольтные элементы определены в ЭБУ, а что бы получить высокое напряжение используется либо двухканальная выносная катушка зажигания, либо те катушки, которые находятся непосредственно на самой свече.
Регулятор холостого хода. Его задачей есть поддержание заданных оборотов в режиме холостого хода. Регулятор представлен в виде шагового двигателя, управляющего в корпусе дроссельной заслонки обводным каналом воздуха. Это обеспечивает мотор необходимым для работы воздушным потоком, особенно когда дроссельная заслонка закрыта. Вентилятор охладительной системы, как и следует из названия, не допускает перегрева деталей. Управляется ЭБУ, который реагирует на сигналы датчика температуры охлаждающей жидкости. Как правило, разница между положениями включения и выключения составляет 4-5°С.
Сигнал расхода топлива – поступает на маршрутный компьютер в соотношении 16000 импульсов на 1 расчетный литр использованного топлива. Конечно, это только приблизительные данные, ведь они рассчитываются на основе суммарного времени, потраченного на открытие форсунок. К тому же, учитывается некий эмпирический коэффициент, который нужен, что бы компенсировать допущение в измерении погрешности. Неточности в расчетах, вызваны работой форсунок в нелинейном участке диапазона, несинхронной топливоотдачей и некоторыми другими факторами.
Адсорбер. Существует в качестве элемента замкнутой цепи в ходе рециркуляции бензиновых паров. Стандарты Евро-2 исключают возможность контакта вентиляции бензобака с атмосферой, а бензиновые пары должны адсорбироваться и в ходе продувки отправляться на дожег.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Как работает инжектор? / Habr
В заметке пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла. Попытаюсь на пальцах и в общем объяснить что же и как происходит.Чем занимаются те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника — альтернатива другим системам, выполняющим те же функции. Дозированием топлива занимался карбюратор, зажиганием управлял механический или вакуумный корректор угла опережения зажигания. В общем не электроникой единой возможно реализовать все это и достаточно продолжительное время именно так и было. На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, которые призван заменить инжектор.
Зачем же понадобилось что-то менять? Зачем сносить существующие проверенные и весьма надежные системы? Все просто — гонка за экономичностью, экологичностью и мощностью. Точность работы описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами по себе электронные системы управления двигателем начали появляться достаточно давно.
Я опущу принцип работы поршневых ДВС, многие знакомы с тем как работает двигатель, а те кто не знакомы — не слишком пострадают. В разрезе работы системы питания и системы зажигания двигатель это просто преобразователь воздушно-топливной смеси в механическую энергию. Можно рассматривать его как черный ящик, с некоторыми особенностями.
Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из этого механическую энергию. Сложность состоит в том, что для получения интересующих нас характеристик надо смешивать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджигать их в достаточно точно определенный момент времени. Более того — при недостаточной точности мы получим ухудшение характеристик.
Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и поджигом смеси в цилиндрах двигателя. Это основные функции. Кроме них есть еще и дополнительные — управление турбиной, управление трансмиссией.
Подсистема, занимающаяся дозированием топлива называется инжектор, поджигом топлива занимается зажигание. Воздух в двигатель поступает «естественным» порядком. Двигатель сам всасывает воздух, его количество только может ограничиваться, для снижения мощности двигателя. Нам не нужна максимальная мощность все время, бОльшую часть времени мощность как раз ограничивается. В случае с турбиной воздух попадает в двигатель принудительно, но это не меняет сути. Воздуха столько сколько есть и мы управляем его количеством при помощи педали.
Сколько топлива нам надо подать в двигатель и как его дозировать? Есть так называемое стехиометрическое отношение, показывающее, что для полного сжигания килограмма топлива нам нужно вполне определенное количество воздуха. Для бензина это соотношение равно 14,7:1. также его называют AFR (Air Fuel Rate по английски) Это не аксиома, это некий оптимум. Смесь может быть «беднее», в ней может быть меньше топлива. Такая смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но сгорает все полностью. Это значения в большую сторону — AFR 15 и более. Может быть и «богаче», когда топлива больше — AFR 14 или меньше. При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна. И в ту и в другую сторону есть ограничения — если слишком увлечься, работать двигатель не будет. Нельзя просто налить 20 частей топлива и ожидать пропорционального прироста мощности.
Итак, чтобы определить сколько же топлива нам надо подать в двигатель нам надо знать сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто — из количества воздуха по соотношению определяем количество бензина и дело сделано!
Погодите ка, а как же нам определить сколько воздуха поступает в двигатель? Для этого есть несколько путей. Обычно используют один из следующих датчиков:
ДМРВ или MAF — датчик массового расхода воздуха. Датчик этот измеряет количество проходящего через него воздуха. Как подсказывает википедия — «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.». Датчики такого типа зачастую устанавливаются в гражданские автомобили. В общем то все достаточно просто. Похоже, это именно то, что нужно! Примерно так и есть.
Другой тип датчиков
ДАД или MAP — датчик абсолютного давления. Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет разрежение (или же избыточное давление, в случае с наддувом) в коллекторе. На основании показаний этого датчика и датчиков температуры, частоты вращения коленвала тоже можно вычислить объем поступающего воздуха, что нам и требуется. Для корректировки его показаний надо еще знать давление окружающего воздуха. Для измерения атмосферного давления либо ставят еще один такой же датчик, который непрерывно его измеряет, либо просто до запуска двигателя измеряют давление. Во втором случае может выйти неприятность, если вы с берега моря рванули прямиком на Эверест.
MAP часто ставят на спортивные автомобили.
Устанавливается один из этих датчиков, наличие одного из них — обязательно.
Ну что же, сколько воздуха поступает в двигатель мы примерно можем вычислить.
Другой обязательный датчик —
ДПКВ или датчик положения коленвала. Этот датчик позволяет мозгам точно знать, в каком положении находится коленвал. Зачем нам это нужно? Мало знать сколько топлива надо подать в двигатель, надо подавать его в определенный момент времени. Да и зажигать смесь в цилиндрах тоже надо строго вовремя. Так что без этого датчика — никак. Есть несколько типов таких датчиков, но большинство из них — либо индукционные, либо датчики Холла, либо подобные им. В общем — бесконтактные датчики, подобные тем, которые трудятся, например, в двигателе вашего винчестера. Или в кулерах.
Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что же происходит в двигателе в данный конкретный момент — ДПРВ — датчик положения распредвала. Также его называют датчиком фаз. При помощи этого датчика можно понять в каком из цилиндров в данный момент такт впуска, куда же нам надо подавать топливо, в каком цилиндре у нас такт сжатия и время поджигать смесь. По принципу работы он подобен ДПКВ, но зачастую несколько проще. В общем то тоже самое, но на распредвале.
Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя. Худо бедно, но этого достаточно, чтобы примерно понять сколько надо подавать топлива, когда это делать и когда поджигать полученный коктейль.
Так давайте же тогда подавать и поджигать! (не путать с разжигать и науськивать)
Исполнительные механизмы
Топливо дозируется форсунками или другими словами «инжекторами». Да да, именно по названию этого узла все это безобразие нами так и называется. Форсунка из себя ничего особо интересного не представляет. Просто электромеханический клапан. Два провода и трубопровод с топливом под давлением. Подали напряжение на выводы — форсунка открылась, прекратили пропускание тока — форсунка закрылась. Для простоты давайте сначала примем, что форсунка открывается и закрывается моментально. Тогда для оценки объема проходящего через нее топлива нам достаточно знать ее статическую производительность. Это просто объем топлива, который пройдет через форсунку за минуту. Открыли форсунку, измерили объем бензина, который через нее за минуту вытек — получили основной параметр. Теперь нам для точного дозирования надо просто открывать и закрывать форсунку на определенное время. Получается что дозирование производится «выдержкой», если говорить терминами фотографов. Чем длиннее время на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы нальем в двигатель.
А поджиг смеси осуществляет все та же бессменная свеча зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели. И катушка зажигания тоже на месте. Вот только управляется она уже «мозгами». Зажигание не изменилось, но для его работы важен ДПКВ и ДПРВ, так что без этих датчиков дела не будет.
В общем то это, можно считать, и есть в общих чертах как работает инжектор. Смотрим на показания датчиков, отмеряем нужное количество топлива и открываем форсунку на вычисленное время. И так каждый такт. Т.е. в зависимости от частоты — 100 раз в секунду на частоте в 6000об/мин коленвала. Часто? Да не так чтобы и очень.
Идем дальше?
В реальных двигателях все несколько сложнее. Точно вычислить сколько же воздуха попадает в двигатель не так просто. Для корректировки значений нужны датчики температуры охлаждающей жидкости — просто термодатчик, аналогичный тому, что показывает температуру на приборной панели. И датчик температуры поступающего воздуха. В целом незначительно отличающийся от первого, а функционально и вовсе его брат близнец — тоже просто измеряет температуру, но уже не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель. Зачем нам что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры — топливо испаряется не так хорошо, а горят именно пары. Соответственно нам нужно топлива подавать больше, чтобы двигатель работал. Значит берем наше значение для оптимального соотношения, измеряем двигателю температуру и корректируем это наше значение. Также нужно откорректировать момент зажигания смеси в цилиндрах — по тем же причинам. И тут тоже корректируем.
Другой не совсем приятный момент — форсунка, которую мы приняли идеальной — на самом деле таковой не является. Во первых нужно время, чтобы она открылась, а потом закрылась. Соответственно в этом время она тоже подает топливо, но в меньшем количестве. На это тоже делается поправка. Само время открытия и закрытия зависит от напряжения бортовой сети. Одно дело когда генератор шпарит на всю и в сети 14В, а другое дело, когда генератор умер, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В. Время открытия форсунки меняется и его надо корректировать. Мало умершего генератора, ехать то надо и двигатель не должен перестать работать в таких условиях.
Мало нам было исполнительных механизмов, для работы на холостом ходу, когда педаль мы совсем не трогаем — двигатель не должен глохнуть, его работу надо поддерживать. Для этого есть специальное исполнительное устройство — РХХ — регулятор холостого хода. Это такой шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал дает двигателю «вздохнуть» мимо перекрывающей воздух дроссельной заслонки. Умный мозг не дает двигателю зачахнуть и приоткрывает этот клапан, когда обороты снижаются. Но и разойтись не дает — прикрывает его, когда обороты возрастают уж слишком сильно.
Хорошо бы нам также знать на сколько сильно водитель давит на педаль акселератора. Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Датчик так и называется — ДПДЗ — датчик положения дроссельной заслонки. Технически это просто потенциометр, который измеряет на какой угол повернута ось дроссельной заслонки. Это зачем это нам надо знать, как сильно водитель давит в пол, спросите вы? Все просто, нам надо знать когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично давит на педаль — не время экономить, льем от души!
Экологические нормы достаточно строго контролируют что же «выдыхает» (пускай уж выдыхает) наш двигатель. Так что при всем желании лить «на глазок» — нельзя. нужно контролировать состав выхлопных газов. Как это сделать? Для этой цели есть так называемый лямбда зонд или датчик кислорода — датчик, показывающий сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо либо же свободный кислород. По показаниям этого датчика инжектор может корректировать свое поведение, либо увеличивая либо уменьшая количество подаваемого топлива. Нужно это достаточно часто — бензин везде разный и даже просто хранясь в канистре или баке — стареет. А уж о заправках наших можно легенды слагать. Соответственно и режимы его горения совсем не постоянны. Ко всему прочему и производительность форсунок может «плавать». Ведь как вы поняли — расчет ведется исходя из их постоянной производительности, а форсунка со временем может забиться, производительность ее может снизиться.
А нормы строгие, а бензин дорогой, да и ехать же надо. Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обеспечения обратной связи. Смотрим на состав выхлопных газов, если сгорело не все — льем меньше. Если сгорело дочиста — льем больше.
Лямбда зонды бывают двух видов — узкополосные и широкополосные. Отличаются они точностью. Первые только показывают богатая или бедная у нас смесь, вторые показывают на сколько она богатая или бедная. Даже точно указывают тот самый AFR упоминаемый в начале статьи. Ну и цена, конечно. Первые стоят 25$, вторые — 200$. С лямбдами тоже не все просто — они достаточно капризны, требуют определенной температуры для работы, а это не всегда возможно, в некоторых типах зондов рабочий элемент специально подогревают от бортовой сети. Да, лямбда может быть не одна, но это уже тонкости.
Еще один сенсор, применяемый для анализа происходящего в двигателе — датчик детонации. Детонация это процесс сгорания топлива, который протекает взрывообразно. В нормальном режиме топливо просто сгорает, при детонации топливо взрывается. Это вредно для двигателя — все равно что бить по поршню молотком. Никто не любит когда по нему бьют молотком — поршень не исключение. Явление это крайне нежелательное и для определения того, что смесь детонирует и применяют такой датчик. Он по принципу работы похож на микрофон, который «слушает» двигатель (датчик закреплен на блоке цилиндров) и по услышанному пытается отфильтровать шум работы двигателя и понять где же детонация, а где нормальная работа. Все не просто и здесь. Для облегчения работы этого датчика ставят еще датчик неровной дороги, который покажет, что это наши дороги так шумят, а не двигатель. Востребованность этого датчика возрастает на турбированых двигателях.
В итоге сами по себе мозги работают примерно следующим образом:
Есть так называемая топливная карта — таблица, в которой записано какого состава должна быть смесь. У таблицы три измерения — частота вращения коленвала двигателя, нагрузка на двигатель и собственно AFR. Просто берем из таблицы значение, положенное туда опытным товарищем.
Корректируем это значение в соответствии с показаниями датчиков температур, лямбда зонда, датчика детонации, изменением положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (часть из них тоже в табличках) вычисляем необходимое количество топлива. Пересчитываем объем топлива во время открытия форсунки в соответствии с ее производительностью, корректируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент впуска — открываем форсунку на вычисленное время.
Как видите — ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может быть местами ПИД регулятор, коэффициенты влияния тех или иных факторов и в итоге просто время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там карта углов, аналогичная топливной карте (тоже таблица) и тоже корректировки в соответствии с показаниями датчиков.
В штатном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как это понять? Если датчик температуры, например, показывает что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует несмотря на все корректировки? В этом и заключается продуманность мозгов. Вычислить, что датчик врет, не принимать во внимание его показания, зажечь «check engine» на панели и продолжить работу. Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.
Да, многие из вас заметят, что инжектор по сути достаточно простое устройство. И схематически там нет ничего военного — входящие значения считываются по АЦП, выходящие так и вовсе чисто бинарные. Ну выходные транзисторы, ну достаточно жесткие условия работы. Но это не космос далеко.
Касательно работы прошивки — тоже вроде как все не так и сложно. На мой взгляд проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всякое такое. В процессе настройки саму прошивку никто не трогает обычно. В том смысле, что открывать исходники, корректировать алгоритмы, оптимизировать что-то — такого нет. Просто софт который позволяет изменять те самые топливные карты и другие коэффициенты. А прошивками занимаются уже инженеры на заводах. Или простые смертные, которым это интересно.
Да да, не каждый готов платить за «мозги» космические деньги, а кому-то может быть просто хочется больше контроля над происходящим. Все это привело к тому, что есть несколько проектов вполне доступных «мозгов». Есть megasquirt — www.megamanual.com/index.html, для этой аппаратной базы в последствии была написана и поддерживается кастомная прошивка с расширенным функционалом — msextra.com/doc/index.html На последнем сайте есть даже схемы этих «мозгов», может быть кому-то из электронщиков будет интересно. А программистам может быть интересно глянуть на код. Если не ошибаюсь, то он есть здесь. msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip
Есть еще VEMS — www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь сам по себе. Видел еще вот таких ребят — forum.diyefi.org там у них какой-то свой проект FreeEMS. На мой взгляд все это показывает, что все не так уж сложно и местами даже очень даже доступно.
Надеюсь получилось достаточно интересно и в меру понятно. Об опечатках прошу писать в личку. Если где ошибся — поправьте.
РАБОТА СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА
РАБОТА СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА
Количество топлива, подаваемого форсунками, регулируется электрическим импульсным сигналом от ЭБУ. Он отслеживает данные о состоянии двигателя, рассчитывает потребность в топливе и определяет необходимую длительность подачи топлива форсунками (длительность импульса – скважность). Для
увеличения количества подаваемого топлива ЭБУ увеличивает длительность импульса, а для уменьшения подачи топлива – сокращает.
ЭБУ обладает способностью оценивать результаты своих расчетов и команд, запоминать режимы недавней работы и действовать в соответствии с ними. «Самообучение» или адаптация ЭБУ является непрерывным процессом, но соответствующие настройки сохраняются в оперативной памяти электронного блока и соответственно до первого отключения питания ЭБУ.
Топливо подается по одному из двух разных методов: синхронному, т.е. при определенном положении коленчатого вала, или асинхронному, т.е. независимо или без синхронизации с вращением коленчатого вала. Синхронный впрыск топлива – наиболее часто применяемый метод. Асинхронный впрыск топлива применяется в основном в режиме пуска двигателя. ЭБУ включает форсунки последовательно.
Каждая из форсунок включается через каждые 720° поворота коленчатого вала. Такой метод позволяет более точно дозировать топливо по цилиндрам и понизить уровень токсичности отработавших газов.
Количество подаваемого топлива определяется состоянием двигателя, т.е. режимом его работы. Эти режимы обеспечиваются ЭБУ и описаны ниже.
Когда коленчатый вал двигателя начинает прокручиваться стартером, первый импульс от датчика положения коленчатого вала вызывает импульс от ЭБУ на включение сразу всех форсунок, что позволяет ускорить пуск двигателя.
Первоначальный впрыск топлива происходит каждый раз при пуске двигателя. Длительность импульса впрыска зависит от температуры. На холодном двигателе импульс впрыска увеличивается для увеличения количества топлива, на прогретом – длительность импульса уменьшается. После первоначального впрыска ЭБУ переключается на соответствующий режим управления форсунками.
Режим пуска. При включении зажигания ЭБУ включает реле электробензонасоса, который создает давление в магистрали подачи топлива к топливной рампе.
ЭБУ проверяет сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости и определяет необходмое для пуска количество топлива и воздуха.
Когда коленчатый вал двигателя начинает проворачиваться, ЭБУ формирует фазированный импульс включения форсунок, длительность которого зависит от сигналов датчика температуры охлаждающей жидкости.
На холодном двигателе длительность импульса больше (для увеличения количества подаваемого топлива), а на прогретом – меньше.
Режим обогащения при ускорении. ЭБУ следит за резкими изменениями положения дроссельной заслонки (по сигналу датчика положения дроссельной заслонки), а также за сигналом датчика массового расхода воздуха и обеспечивает подачу дополнительного количества топлива засчет увеличения длительности импульса впрыска. Режим обогащения при ускорении применяется только для управления топливоподачей в переходных условиях (при перемещении дроссельной заслонки).
Режим отключения подачи топлива при торможении двигателем. При торможении двигателем с включенной передачей и сцеплением ЭБУ может на короткие периоды времени полностью отключить импульсы впрыска топлива. Отключение и включение подачи топлива в этом режиме происходит при создании определенных условий по температуре охлаждающей жидкости, частоте вращения коленчатого вала, скорости автомобиля и углу открытия дроссельной заслонки.
Компенсация напряжения питания. При падении напряжения питания система зажигания может давать слабую искру, а механическое движение «открытия» форсунки может занимать больше времени. ЭБУ компенсирует это путем увеличения времени накопления энергии в катушках зажигания и длительности импульса впрыска.
Соответственно при увеличении напряжения аккумуляторной батареи (или напряжения в бортовой сети автомобиля) ЭБУ уменьшает время накопления энергии в катушках зажигания и длительность впрыска.
Режим отключения подачи топлива. При остановке двигателя (выключенном зажигании) топливо форсункой не подается, вследствие чего исключается самопроизвольное воспламенение смеси в перегретом двигателе. Кроме того, импульсы на открытие форсунок не подаются в случае, если ЭБУ не получает опорные импульсы от датчика положения коленчатого вала, т.е. это означает, что двигатель не работает.
Отключение подачи топлива происходит и при превышении предельно допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя для защиты двигателя от работы на недопустимо высоких оборотах.
Вернуться в оглавление