Устройство автомобилей

Системы питания инжекторных двигателей

Распределенный впрыск топлива

В настоящее время система распределенного впрыска топлива ( Рис. 1 ) является наиболее распространенной на автомобильных двигателях.
Бензин из бака 22 подается электрическим насосом 1 через фильтр 3 тонкой очистки в рампу 4 форсунок.

Рампа форсунок ( Рис. 2 ) одновременно является топливной магистралью, в которой поддерживается избыточное давление топлива с помощью регулятора давления 5.
Таким образом, электромагнитные форсунки, постоянно находящиеся под давлением, впрыскивают топливо в зону впускных клапанов по сигналу электронного блокауправления (ЭБУ).

Избыток топлива регулятор 5 ( см. рис. 1 ) возвращает обратно в бак.
При использовании двух впускных клапанов на цилиндр форсунка впрыскивает топливо на перемычку между клапанами.

Воздух в цилиндры поступает через воздухоочиститель, измеритель 8 расхода воздуха и впускной трубопровод (ресивер) 12, а его количество регулируется дроссельной заслонкой, управляемой водителем.

От измерителя 8 расхода воздуха и датчика 13 частоты вращения коленчатого вала сигналы поступают в электронный блок управления (ЭБУ). После обработки этих сигналов и получения значения циклового расхода воздуха по заданному алгоритму в соответствии с режимом работы двигателя ЭБУ выдает управляющие импульсы необходимой длительности для открытия клапанов форсунок, обеспечивая тем самым необходимую подачу топлива.
Подача топлива корректируется блоком управления в зависимости от положения и скорости поворота дроссельной заслонки на основании сигналов от датчика 7, а также температуры охлаждающей жидкости на основании сигналов от датчика 14.

На режимах принудительного холостого хода при закрытой дроссельной заслонке (в датчике 7 срабатывает соответствующая контактная пара) и частоте вращения коленчатого вала более 1500 об/мин подача топлива отключается и возобновляется при частоте вращения коленчатого вала ниже 900 об/мин.

На холостом ходу для обеспечения устойчивой работы двигателя с заданной частотой вращения коленчатого вала предусмотрено, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, автоматическое регулирование количества воздуха, поступающего в двигатель.

У непрогретого двигателя на холостом ходу при незакрытой дроссельной заслонке воздух поступает через верхний и нижний каналы регулятора 11 дополнительной подачи воздуха. По мере прогрева двигателя, начиная с температуры охлаждающей жидкости 50…70 ˚С, регулятор прекращает подачу воздуха, и он поступает только через верхний канал, сечение которого изменяется винтом регулирования частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.

Рампа 4 форсунок ( см. рис. 2 ) представляет собой полую планку с установленными на ней форсунками 2 и регулятором 5 давления топлива, который связан с ресивером и топливным баком.
Рампа закрепляется на головке блока цилиндров или впускном трубопроводе. В конец рампы ввернут штуцер 3 для подвода топлива от насоса. Нижним концом форсунки закрепляются во впускном трубопроводе (коллекторе).

Регулятор давления топлива ( Рис. 3 ) поддерживает давление 0,38…0,33 МПа в рампе и форсунках работающего двигателя. Регулятор давления состоит из корпуса 1, крышки 3, между которыми закреплена мембрана 4 с клапаном 2.
Внутренняя полость регулятора делится мембраной на две части: вакуумную и топливную.

Вакуумная полость находится в крышке 3 регулятора и связана с ресивером, а топливная полость – в корпусе 1 регулятора и связана с топливным баком.

При закрытии дроссельной заслонки разрежение в ресивере 12 ( см. рис. 1 ) увеличивается, клапан регулятора открывается при меньшем давлении топлива и перепускает избыточное топливо по сливному топливопроводу в топливный бак 2. При этом давление топлива в рампе 4 понижается.
При открытии дроссельной заслонки разрежение в ресивере уменьшается, клапан регулятора открывается уже при большем давлении топлива.
В результате давление топлива в рампе повышается.

Электромагнитная форсунка ( Рис. 4 ) представляет собой электромагнитный клапан. Она предназначена для впрыска дозированного количества топлива во впускной трубопровод и устанавливается вблизи впускного клапана (или впускных клапанов) цилиндра двигателя. Дозирование топлива осуществляется изменением времени открывания клапана форсунки, и зависит от длительности электрического импульса, поступающего от ЭБУ в обмотку катушки электромагнита форсунки.

Форсунка состоит из корпуса 3, крышки 6, обмотки катушки 4 электромагнита, иглы 2 запорного клапана, корпуса 9 распылителя, насадки 1 распылителя и фильтра 5.
При работе двигателя топливо под давлением поступает в форсунку через фильтр 5 и проходит к запорному клапану, который находится в закрытом положении под действием пружины 7.

При поступлении электрического импульса в обмотку катушки 4 электромагнита возникает магнитное поле, которое притягивает сердечник 8 и вместе с ним иглу 2 запорного клапана. При этом отверстие в корпусе 9 открывается и топливо под давлением впрыскивается в распыленном виде во впускной коллектор.
После прекращения поступления электрического импульса в обмотку катушки электромагнита магнитное поле исчезает, и под действием пружины 7 сердечник 8 и игла 2 возвращаются в исходное положение. При этом отверстие в корпусе 9 закрывается, и впрыск топлива прекращается.

Топливный насос ( Рис. 5 ) приводится в действие от электродвигателя, который объединен с насосом в одном корпусе. Благодаря автономному приводу от электродвигателя производительность топливного насоса не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, и насос может работать даже при неработающем двигателе.

Центробежный роликовый топливный насос состоит из статора 3, внутренняя поверхность которого незначительно смещена относительно оси якоря 8 электродвигателя, цилиндрического сепаратора 16, соединенного с якорем электродвигателя, и роликов 17, расположенных в сепараторе. Сепаратор с роликами расположен между основанием 2 и крышкой 5 насоса.

При работе насоса топливо поступает через штуцер 1 и канал 18 к вращающемуся сепаратору 16, переносится роликами и через выходные каналы 6 подается в полость электродвигателя и далее через клапан 11 и штуцер 12 по топливопроводу к топливному фильтру.

Топливо, проходя в полости электродвигателя, охлаждает его.
Обратный клапан 11 предотвращает слив топлива из топливопровода и образование воздушных пробок после выключения насоса.
Предохранительный клапан 4 ограничивает давление топлива, создаваемое насосом (0,45…0,6 МПа).
Подача насоса – 130 л/час.

В настоящее время на отечественных автомобилях марок «ВАЗ», «ГАЗ», «Москвич» получила широкое распространение система распределенного впрыска «Мотроник», которая оснащена единым электронным блоком управления с системами питания и зажигания.
Для формирования управляющих сигналов система ЭБУ получает информацию от следующих датчиков:

• датчик массового расхода воздуха (ДМРВ);
• датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
• датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ);
• датчик детонации (ДД);
• датчик кислорода (ДК);
• датчик скорости автомобиля (ДСА);
• датчик положения коленчатого вала (ДПКВ);
• датчик фаз (ДФ).

Как работает система распределенного впрыска топлива MPI

Система распределенного (многоточечного) впрыска топлива MPI используется только на бензиновых двигателях и является наиболее популярной в мире. В данной системе каждый цилиндр оснащается индивидуальной форсункой, которая впрыскивает топливо непосредственно перед впускным клапаном. Многоточечный впрыск идеально соответствует высоким экологическим стандартам, а также требованиям, предъявляемым к смесеобразованию в современных двигателях.

Основной принцип работы системы MPI

Обозначение MPI расшифровывается как Multi-point injection, что означает “многоточечный впрыск”. Наиболее часто такая маркировка встречается на европейских автомобилях.

Конструкция системы многоточечного впрыска

Она состоит из следующих элементов:

• дроссельная заслонка;
• распределительная магистраль или топливная рампа;
• электромагнитные форсунки (инжекторы);
• датчик массового расхода воздуха или датчик давления и температуры воздуха;
• регулятор давления топлива.

Схема распределенного впрыска

В такой системе питания воздух из атмосферы проходит через воздушный фильтр, датчик массового расхода воздуха и затем через дроссельную заслонку попадает во впускной коллектор. Далее он распределяется по каналам цилиндров.

В свою очередь, топливо подается при помощи насоса через топливный фильтр и рампу к форсункам. Последние расположены вблизи впускных клапанов цилиндров, что снижает потери топлива и вероятность его оседания во впускном коллекторе. Работу форсунок контролирует ЭБУ двигателя. Количество топлива, которое должно поступить через форсунки, блок управления рассчитывает на основе информации о режимах, нагрузке и оборотах двигателя, а также на основе информации о количестве поступившего в систему воздуха, полученной от целого комплекса датчиков (температуры, давления). В соответствии с расчетами, ЭБУ подает импульсные сигналы на электромагнитные форсунки, приводя их в работу.

Помимо управления режимами работы инжекторов, блок управления проводит регулярную диагностику состояния системы впрыска и при обнаружении неисправностей выдает соответствующий сигнал об ошибке на приборной панели (“Check Engine”).

Режимы работы MPI

В зависимости от режима работы форсунок различают несколько видов системы:

• Одновременный впрыск. В такой системе все инжекторы открываются одновременно, подавая топливо в каждый цилиндр. Такая схема представляет собой усовершенствованный моновпрыск, поскольку ЭБУ управляет процессом открытия и закрытия всех форсунок как открытием одной. С другой стороны, объем подаваемого топлива для каждого отдельного цилиндра может быть разным.
• Попарный впрыск. Открытие электромагнитных форсунок происходит парами, но при этом одна работает на такте впуска, а вторая в момент выпуска отработавших газов. В настоящее время такая схема применяется только на этапе запуска мотора или в аварийной режиме.
• Индивидуальный впрыск. Это наиболее часто используемая схема, при которой каждая форсунка срабатывает по отдельности на такте впуска. Для обеспечения их работы в системе предусмотрен датчик фаз газораспределения. Он устанавливается на распределительном валу и определяет время срабатывания каждой форсунки в зависимости от положения вала. Впрыск топлива в каждый цилиндр происходит один раз за один рабочий цикл двигателя. Классическая последовательность работы форсунок: 1-3-4-2.

Отличия системы MPI

Многие путают MPI с распределенным впрыском в целом, куда также входит система непосредственного впрыска GDI (FSI, DISI, TSI), при которой подача топлива осуществляется напрямую в каждый цилиндр. Это важное различие, поскольку Multi-point injection предполагает образование топливовоздушной смеси в каналах впускного коллектора перед впускными клапанами.

Помимо этого, двигатели с многоточечным распределенным впрыском являются атмосферными, без использования наддува. А это означает, что такие двигатели имеют менее жесткие требования к качеству топлива.

Преимущества и недостатки многоточечного впрыска

Главными достоинствами системы распределенного (многоточечного) впрыска является более экономичный расход топлива и соответствие требованиям экологических стандартов в сравнении с моновпрыском или карбюратором. С другой стороны, двигатель MPI менее мощный, нежели моторы с непосредственной подачей топлива в цилиндры двигателя. При этом, в сравнении с системами с непосредственным впрыском, отличается менее затратным обслуживанием.

К недостаткам распределенного впрыска можно отнести сложность изготовления, и, как следствие, высокую стоимость. Это также относится к ремонту электронной системы и инжекторов. Для обслуживания и диагностики необходимо специализированное оборудование и высококвалифицированные специалисты.

Для отечественных условий системы многоточечного распределенного впрыска считаются наиболее оптимальными по соотношению стоимости и удобства обслуживания, а также по уровню получаемой мощности и комфорту эксплуатации.

Распределенный впрыск

В системе центрального впрыска подача смеси и ее распределение по цилиндрам осуществляются внутри впускного коллектора единственной форсункой (Позиция 5 на рисунке).

Более современная система — распределенного впрыска топлива — отличается тем, что во впускном тракте каждого цилиндра устанавливается отдельная форсунка, которая в определенный момент впрыскивает дозированную порцию бензина на впускной клапан соответствующего цилиндра. Бензин, поступивший в цилиндр, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь.

Схема системы распределенного впрыска топлива Motronic:
1 — подача топлива;
2 — поступление воздуха;
3 — дроссельная заслонка;
4 — впускной трубопровод;
5 — форсунки;
6 — двигатель

Двигатели с такими системами питания обладают лучшей топливной экономичностью и пониженным содержанием вредных веществ в отработавших газах по сравнению с карбюраторными двигателями. Работой форсунок управляет электронный блок управления (ЭБУ), представляющий собой специальный компьютер, который получает и обрабатывает электрические сигналы от системы датчиков, сравнивает их показания со значениями, хранящимися в памяти компьютера, и выдает управляющие электрические сигналы на электромагнитные клапаны форсунок и другие исполнительные устройства. Кроме того, ЭБУ постоянно проводит диагностику системы впрыска топлива и при возникновении неполадок в работе предупреждает водителя с помощью контрольной лампы (Check или Check engine), установленной в щитке приборов. Серьезные неполадки записываются в памяти блока управления и могут быть считаны при проведении диагностики.
Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:
— система подачи и очистки топлива;
— система подачи и очистки воздуха;
— система улавливания и сжигания паров бензина;
— электронная часть с набором датчиков;
— система выпуска и дожигания отработавших газов.