Рис. 1. Схема системы впрыска топлива "КЕ-Jetronic"
Программа дозирования топлива на некоторых режимах работы двигателя (пуск, прогрев, разгон, полная нагрузка) может корректироваться по сигналам БУ, который получает информацию от соответствующих датчиков. Корректор электрогидравлического типа может увеличивать или уменьшать давление топлива, устанавливаемое основным дозатором.
В системе впрыска "KE-Jetronic" топливо из бака 1 (рис. 2) насосом 2 через гидроаккумулятор 3 и фильтр 4 подается к основному дозатору 10. Стабилизатор 5 перепускает избыток топлива обратно в топливный бак 7, поддерживая давления на входе в дозатор 10 постоянным. Гидроаккумулятор позволяет сохранить в системе топливоподачи остаточное давление при неработающем насосе.
Рис. 2. Система впрыска топлива "KE-Jetronic": - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - гидроаккумулятор; 4 -топливный фильтр; 5 - стабилизатор перепада давления топлива; 6 - электрогидравлический корректор; 7, 20 - верхние и нижние топливные камеры; 8 - кромка плунжера; 9 - плунжер; 10 - дозатор; 11, 12 - пусковая и рабочая форсунки; 13, 17 - датчики кислорода и положения дроссельной заслонки; 14, 15 - датчики температуры охлаждающей жидкости; 16 - регулятор холостого хода; 18 - диск измерителя расхода воздуха; 19 - рычаг измерителя расхода воздуха; 21 - аккумуляторная батарея; 22 - выключатель зажигания; 23 - БУ; 24 - блок реле
Подачу топлива дозирует цилиндрический плунжер 9, кинематически связанный с диском 18 измерителя расхода воздуха. При перемещении вверх или вниз плунжер 9 открывает своей кромкой 8 каналы для прохода топлива к дифференциальным клапанам и далее по трубкам к форсункам 12, установленным около впускных клапанов цилиндров двигателя. Топливо через форсунки подается непрерывной струей. Дозирующих функций эти форсунки не выполняют. Основным командным параметром для дозирования топлива в данной системе является массовый расход воздуха.
Для впрыскивания дополнительного топлива при пуске двигателя используется пусковая электромагнитная форсунка 17. Длительность подачи топлива зависит от теплового состояния двигателя, информация о котором поступает от датчика 15.
Управление дозированием топлива с учетом различных факторов осуществляется электрогидравлическим корректором 6 и БУ 23 по сигналам отдатчиков 15, 14, 17.
Электронное управление системой впрыска "KE-Jetronic" позволяет автоматически поддерживать заданную частоту вращения коленчатого вала в режиме холостого хода, ограничивать ее максимальное значение. БУ работает с датчиком кислорода 13.
На автомобилях кроме микропроцессорных систем управления зажиганием и экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ) применяются и комплексные системы управления зажиганием и впрыском топлива. Принцип работы этих систем следующий. Датчики, встроенные в двигатель, выдают информацию о режиме работы двигателя: частоте вращения коленчатого вала, положении коленчатого вала по углу поворота, абсолютном давлении во впуском трубопроводе, положении дроссельной заслонки, температурах охлаждающей жидкости и воздуха. Сигналы интерфейсом БУ преобразуются из аналоговой формы в цифровую. Затем данные сигналы в цифровой форме поступают в процессор, где они после соответствующей обработки сравниваются со значениями, заложенными в памяти БУ. Процессор выдает регулирующий сигнал на исполнительные устройства. Для системы зажигания - это транзисторный коммутатор, для системы впрыска топлива -форсунки (основные и пусковые) и электробензонасос (ЭБН).
БУ 90.3761 (рис. 3) двигателем ЗМЗ-4024.10 содержит: аналого-цифровые преобразователи давления во впускном трубопроводе (АЦП рк) и температуры охлаждающей жидкости (АЦП ТЖ), температуры воздуха на впуске (АЦП ТВ); преобразователь аналогового сигнала датчика положения дроссельной заслонки и изменения скорости открытия и закрытия дроссельной заслонки (Д Д); компаратор включения стартера; преобразователь сигналов датчиков начала отсчета (ДНО) и угловых импульсов (ДУИ); вторичный источник питания (ВИП); устройства управления впрыском, пусковой форсункой, реле бензонасоса и углом опережения зажигания (УУОЗ); интерфейс вывода; устройство разделения каналов впрыска; коммутатор пусковой форсунки; коммутатор реле ЭБН; выходной каскад угла опережения зажигания (УОЗ) и разделения каналов (РК) зажигания.
Рис. 3. Схема БУ 90.3761 двигателя ЗМЗ-4024.10
БУ 90.3761 обеспечивает:
- включение ЭПХХ при углах открытия дроссельной заслонки более (70±5)° за счет увеличения длительности впрыска топлива на 23%;
- управление пусковой форсункой при включении стартера и температуре охлаждающей жидкости менее +20°C;
- управление реле ЭБН (включение реле на 2 с) при включенном зажигании и неработающем двигателе;
- постоянное включение реле при частоте вращения коленчатого вала двигателя более 300 мин-1;
- отключение реле при частоте вращения коленчатого вала менее 300 мин-1.
Одновременное управление впрыском топлива и УОЗ обеспечивает система управления "Motronic" (рис. 4), в которую могут быть включены различные системы впрыска, например, "KE-Jetronic", "L-Jetronic" и др. Состав горючей смеси и УОЗ с учетом условий работы двигателя оптимизирует микропроцессорный БУ. Система управлений ""Motronic" также выполняет функции ЭПХХ.
Рис. 4. Схема системы управления двигателем "Motronic"
Для управления УОЗ в БУ 4 (рис. 5, а) подаются сигналы от датчиков 7 и 12 соответственно частоты вращения и положения коленчатого вала двигателя. Обработка информации от датчиков (рис. 5, б) осуществляется в течение одного оборота коленчатого вала. БУ выбирает промежуточное значение из двух ближайших точек каждой программы и подает сигналы, управляющие подачей топлива и УОЗ. В запоминающем устройстве БУ заложены оптимальные характеристики как для установившихся, так и неустановившихся режимов работы двигателя.
Рис. 5. Система зажигания в системе управления двигателем "Motronic" и датчики частоты вращения и положения коленчатого вала: 1 - выключатель зажигания; 2 - катушка зажигания; 3 - распределитель; 4 - блок управления комплексной системы; 5 - аккумуляторная батарея; 6 - постоянный магнит; 7 - датчик частоты вращения коленчатого вала; 8 - картер маховика; 9 - обмотка датчика; 10 - венец маховика; 11 - штырь указателя положения коленчатого вала; 12 - датчик положения коленчатого вала
Взаимосвязанное управление впрыском топлива и зажиганием средствами электроники позволяет в большей степени приблизить программу управления УОЗ к оптимальной. Диаграммы УОЗ, реализуемые различными системами управления, показаны на рис. 6.
Рис. 6. Диаграммы УОЗ, реализуемые различными системами управления: а - системой "Motronic"; б - центробежно-вакуумным автоматом
Количество впрыскиваемого топлива устанавливается БУ с учетом информации от датчиков, измеряющих объем и температуру воздуха на впуске, частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя и температуру охлаждающей жидкости. Основным из этих параметров, от которых зависит дозирование впрыскиваемого топлива, является расход воздуха.
Рис. 7. Комплексная система управления двигателем "Motronic 1.1-1.3": 1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - регулятор давления топлива; 5 - распределитель зажигания; 6 - форсунка; 7 - измеритель расхода воздуха; 8 - клапан вентиляции; 9 - накопитель топлива с активированным углем; 10 - реле включения топливного насоса; 11 - контроллер; 12 - выключатель (потенциометр); 13 - поворотный регулятор холостого хода; 14 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 15 - датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 16 - катушка зажигания
На рис. 7 приведена комплексная система управления двигателем "Motronic 1.1-1.3", а на рис. 8 - схема комплексной системы управления двигателем автомобиля "Toyota". Ее центральной частью является электронный БУ 24. На основании сигналов датчиков БУ рассчитывает количество впрыскиваемого топлива для получения оптимального соотношения топлива и воздуха в горючей смеси. Количество впрыскиваемого топлива определяется временем открытия электромагнитного клапана форсунки.
Рис. 8. Схема электронной системы управления двигателем автомобиля "Toyota": 1 - ключ зажигания; 2 - разъем для подключения внешних средств диагностики; 3 - реле включения; 4 - распределитель зажигания; 5 - катушка зажигания; 6 - датчик кислорода; 7 - датчик аварийного падения давления масла; 8 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 9 - датчик детонации; 10 - таймер прогрева; 11 - бак для топлива; 12 -топливный насос; 13 - топливный фильтр; 14 - форсунка; 15 - редукционный клапан; 16 - датчик угла открытия дроссельной заслонки; 17 - форсунка холодного пуска; 18 - шаговый двигатель системы управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу; 19 - клапан холостого хода; 20 - регулятор давления; 21 - датчик расхода воздуха; 22 - датчик температуры поступающего в двигатель воздуха; 23 - реле; 24 - электронный блок управления; а, б - сигналы включения соответственно нейтральной передачи и кондиционера; с - сигнал скорости автомобиля
Основное время впрыска топлива - время для получения смеси с теоретически необходимым коэффициентом избытка воздуха. Количество воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, рассчитывается БУ по данным датчиков расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя.
В системе предусмотрена коррекция времени срабатывания электромагнитной форсунки по напряжению питания (рис. 9, а), по температуре охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя (рис. 9, б), по температуре воздуха на впуске (рис. 9, в).
Рис. 9. Коррекция впрыска: а - по напряжению питания; б - по температуре охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя; в - по температуре воздуха на впуске
При работе двигателя достигнуть высокой степени очистки отработавших газов по компонентам СО, СН и NOx можно с помощью трехкомпонентного нейтрализатора. Согласно приведенным на рис. 10 зависимостям состав горючей смеси по коэффициенту избытка воздуха а должен быть близок к стехиометрическому. Стабилизация стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью датчика кислорода, устанавливаемого в выпускном трубопроводе.
Рис. 10. Зависимость содержания вредных веществ в отработавших газах от состава горючей смеси
Система выполняет также функции ЭПХХ. Изменения частоты вращения коленчатого вала, при которых прекращается и возобновляется подача топлива, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости показаны на рис. 11.
Рис. 11. Изменения частоты вращения коленчатого вала в зависимости от температуры охлаждающей жидкости: 1 - прекращение подачи топлива; 2 - начало подачи топлива
Количество топлива, впрыскиваемого при пуске двигателя, определяется температурой охлаждающей жидкости (рис. 12).
Рис. 12. Изменение времени впрыска топлива при пуске двигателя в зависимости от температуры охлаждающей жидкости