2.Система впрыска КЕ-Джетроник

Общая характеристика системы

Система впрыска топлива КЕ-Джетроник – это механическая система постоянного впрыска топлива, подобная системе К-Джетроник, но с электронным блоком управления (E – Elektronik). В системе КЕ-Джетроник регулятор управляющего давления заменен электрогидравлическим регулятором.

Кроме этого, система имеет: установленный на рычаге расходомера воздуха потенциометр и датчик положения дроссельной заслонки. Потенциометр сообщает электрическими сигналами в электронный блок управления информацию о положении напорного диска расходомера воздуха. Положение напорного диска расходомера воздуха определяется расходом воздуха (разряжением во впускном трубопроводе, положением дроссельной заслонки, нагрузкой двигателя).

Система КЕ-Джетроник является дальнейшим развитием системы К-Джетроник. Она более сложная, но позволяет лучше оптимизировать дозирование топлива.

Принцип действия системы

Топливо под давлением поступает к форсункам 10 (рис.32), установленным перед впускными клапанами. Форсунки распыливают топливо, количество которого определяется его давлением в зависимости от нагрузки (от разрежения во впускном коллекторе) и от температуры охлаждающей жидкости.

Регулирование количества топлива обеспечивается дозатором 27, управляемым расходомером воздуха 17 и электрогидравлическим регулятором управляющего давления 14, управляемым электронным блоком управления 24 по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя 22, датчиком положения дроссельной заслонки 18 и датчика частоты вращения (числа оборотов) коленчатого вала двигателя. На схеме показано, что сигналы (импульсы) частоты вращения берутся от прерывателя-распределителя зажигания 20.

Система впрыска работает следующим образом. Топливный насос с электрическим приводом 2 забирает топливо из бака 1 и подает его под давлением к дозатору топлива 27 через топливный фильтр 4 и накопитель топлива 3.

Топливо поступает в нижние камеры 15 дифференциальных клапанов дозатора топлива под давлением, которое изменяется регулятором давления топлива 5.

Количество топлива, поступающего к клапанным форсункам 10, регулируется диафрагмой дифференциальных клапанов, прижимаемой управляющим давлением (противодавлением) к выходным отверстиям трубопроводов, подающих топливо к форсункам.

Регулятор управляющего давления 14 представляет собой электромагнитный клапан, управляемый электронным блоком 24. В отличие от системы К-Джетроник, управляющее давление к верхнему торцу распределителя 12 в системе КЕ-Джетроник не подводится.

Потенциометр напорного диска 16 и датчик положения дроссельной заслонки 18 передают в электронный блок управления 24 информацию о текущей нагрузке двигателя и о «поведении» дроссельной заслонки. В свою очередь, электронный блок управления через электрогидравлический регулятор управляющего давления корректирует воздействие перемещений напорного диска на распределитель. Например, при резком нажатии на педаль подачи топлива, электронный блок управления различает, ускорение ли это движения автомобиля или просто увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.

При полной нагрузке сигнал от датчика положения дроссельной заслонки 18 поступает в электронный блок управления, последний через регулятор управляющего давления дозатора топлива 27 обогащает горючую смесь.

Рисунок 32 – Конструктивная схема системы впрыска топлива КЕ-Джетроник:

1 – топливный бак; 2 – топливный насос с электрическим приводом; 3 – накопитель топлива; 4 - топливный фильтр; 5 – регулятор давления топлива в системе; 6 – впускной трубопровод; 7 – пусковая форсунка; 8 – дроссельная заслонка; 9 – напорный диск расходомера воздуха; 10 – клапанная форсунка; 11 – верхняя камера дифференциального клапана; 12 – распределитель; 13 – отсечная кромка распределителя; 14 – электрогидравлический регулятор управляющего давления; 15 – нижняя камера дифференциального клапана; 16 – датчик положения напорного диска расходомера воздуха; 17 – расходомер воздуха; 18 – датчик положения дроссельной заслонки; 19 – клапан подачи дополнительного воздуха; 20 – прерыватель-распределитель; 21 – термореле; 22 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 23 – реле включения топливного насоса; 24 – электронный блок управления; 25 – замок зажигания; 26 – аккумуляторная батарея; 27 – дозатор топлива; 28 – датчик кислорода в отработавших газах

Система холостого хода, представленная на рис. 1, почти не отличается от системы холостого хода системы К-Джетроник. Параллельно каналу дроссельной заслонки 8 идут еще два воздушных канала. В одном установлен конический винт регулировки холостого хода (винт количества), которым поддерживается минимальное разрежение в расходомере воздуха 17 под напорным диском 9, и обеспечивается работа двигателя на холостом ходу. Клапан дополнительной подачи воздуха 19 работает при холодном пуске и прогреве двигателя аналогично системе К-Джетроник.

Дозирование топлива

Приготовление горючей смеси – это дозирование топлива в соответствии с количеством поступившего воздуха. Дозирование топлива осуществляется в устройстве регулирования состава смеси, включающем расходомер воздуха и дозатора топлива.

На некоторых режимах работы двигателя потребность в топливе сильно отличается от нормальной – в таких случаях при подготовке смеси необходимы корректировки.

Расходомер воздуха системы впрыска КЕ-Джетроник по устройству и работе полностью аналогичен расходомеру воздуха системы К-Джетроник, за исключением установленного на рычаге расходомера воздуха потенциометра.

Потенциометр позволяет более точно информировать электронный блок управления о положении напорного диска расходомера воздуха для более точного дозирования топлива.

Принципиальное отличие дозатора топлива системы КЕ-Джетроник от К-Джетроник заключается в следующем: регулятор управляющего давления встроен непосредственно в дозатор; управляющее давление подводится не к распределителю сверху, а в нижнюю камеру дифференциального клапана; над распределителем устанавливается пружина, которая предотвращает втягивание распределителя вверх под действием разряжения при охлаждении дозатора после остановки двигателя; распределитель в крайнем нижнем положении опирается на внутренний кольцевой выступ в нижней части гильзы распределителя.

Дозатор топлива (рис.35) состоит из дифференциальных клапанов, трубопроводов 3 к клапанным форсункам, распределителя 4 с отсечной кромкой 5, пружин 6 в нижних камерах дифференциальных клапанов 8, диафрагм 7, уплотнительного кольца 9 распределителя, пружины 10, дросселя 12. Дозатор имеет дифференциальные клапана в соответствии с количеством цилиндров двигателя. Каждый клапан разделен диафрагмой 7 на верхнюю 2 и нижнюю 8 камеры.

Рисунок 35 – Дозатор топлива с дифференциальными клапанами:

1 – подвод топлива под системным давлением; 2 – верхняя камера дифференциального клапана; 3 – трубопровод к клапанной форсунке; 4 – распределитель; 5 – отсечная кромка распределителя; 6 – пружина дифференциального клапана; 7 – диафрагма; 8 – нижняя камера дифференциального клапана; 9 – осевое уплотнительное кольцо; 10 – пружина; 11 – топливный канал от электрогидравлического регулятора управляющего давления; 12 – дроссель; 13 – сливной канал

Нижние камеры 8 всех дифференциальных клапанов содержат винтовую пружину 6, усилие которой может изменяться при помощи регулировочного винта (на схеме не обозначен). Все нижние камеры соединены друг с другом кольцевым трубопроводом и с электрогидравлическим регулятором управляющего давления через канал 11.

Каждая верхняя камера 2 дифференциальных клапанов соединена с помощью трубопроводов 3 с клапанной форсункой. Они не сообщаются друг с другом в отличие от нижних камер.

Положение напорного диска расходомера воздуха является мерой поступившего в двигатель количества воздуха. При небольшом ходе напорного диска распределитель 2 поднимается на небольшое расстояние (рис. 36, б), а поэтому открывает дозирующие щели 3 не полностью. При большом ходе напорного диска распределитель освободит большее сечение дозирующих щелей (рис. 36, в). Таким образом, существует линейная зависимость между перемещением напорного диска и освобождением проходного сечения дозирующих щелей, через которые проходит топливо.

Сверху на распределитель 2 (рис.36) действует гидравлическая сила, обусловленная давлением в системе, которая заставляет распределитель всегда следовать за движением напорного диска. Кроме того, гидравлическое давление на распределитель усиливает дополнительная пружина 10 (рис.35), предотвращая повышенную подачу топлива при пониженном общем давлении в системе в момент, когда двигатель не прогрет. Демпфирующий дроссель 7 (рис.36) сглаживает колебания, которые может генерировать напорный диск. При остановке двигателя распределитель опускается на осевое уплотнительное кольцо 6. Оно удерживается регулировочным винтом и для точного перекрытия дозирующих щелей может перемещаться по высоте. Эта мера предотвращает потери давления в результате утечки топлива по оси распределителя.

Рисунок 36 – Распределитель и гильза с дозирующими щелями:

а – исходное положение; б – частичная нагрузка; в – полная нагрузка

1 – подача топлива под системным давлением; 2 – распределитель; 3 – дозирующая щель; 4 – отсечная кромка распределителя; 5 – гильза распределителя; 6 – осевое уплотнительное кольцо; 7 - дроссель

Расходомер воздуха имеет линейную характеристику. Это означает, что при подаче двойного количества воздуха перемещение напорного диска увеличивается вдвое. Для того, чтобы количество подаваемого к форсункам топлива также изменялось в прямой пропорции с изменением количества расходуемого воздуха, поддерживается постоянный перепад давления на переходных сечениях дозирующих щелей независимо от количества протекающего топлива.

Постоянный перепад давлений создают дифференциальные клапаны, которые поддерживают постоянную разницу давлений между верхней и нижней камерами независимо от количества пропускаемого воздуха. Эта разница давлений составляет 0,02 МПа. Благодаря дифференциальным клапанам возможно повышение точности дозирования топлива.

Падение давления на дозирующих щелях гильзы распределителя определяется усилием винтовой пружины в нижней камере, эффективным диаметром диафрагмы, а также электрогидравлическим регулятором управляющего давления, и может изменяться от 0 до 0,15 МПа.

Если в верхнюю камеру поступает большое количество топлива (рис.37, б), то диафрагма изгибается вниз и увеличивает выходное поперечное сечение клапана до тех пор, пока вновь не установится заданное разностное давление. Если расход топлива уменьшается (рис.37, а), то уменьшается и поперечное сечение клапана до тех пор, пока не установится разностное давление 0,02 МПа.

Рисунок 37 – Схема работы дифференциальных клапанов:

а – положение при небольшом количестве впрыскиваемого топлива;

б - положение при большом количестве впрыскиваемого топлива

Таким образом, на диафрагму дифференциального клапана действует равновесие сил, которое для любого количества топлива поддерживается путем регулирования поперечного сечения клапана.

В трубопроводе подачи топлива к электрогидравлическому регулятору управляющего давления устанавливается дополнительный фильтр тонкой очистки с магнитной ловушкой для ферромагнитных загрязнений.

Электрогидравлический регулятор управляющего давления 10 (рис.38) расположен на дозаторе топлива и представляет собой дифференциальный регулятор давления, работающий по принципу «форсунка/ отражающая пластина». Падение давления регулируется электрическим током, поступающим от электронного блока управления.

Рисунок 38 – Дозатор топлива, соединенный с электрогидравлическим регулятором управляющего давления:

1 – напорный диск; 2 – дозатор топлива; 3 – подача топлива под системным давлением; 4 – топливо, поступающее к клапанным форсункам; 5 – сливная топливная магистраль к регулятору давления; 6 – постоянный жиклер; 7 - верхняя камера дифференциального клапана; 8 – нижняя камера дифференциального клапана; 9 – диафрагма; 10 - электрогидравлический регулятор управляющего давления; 11 – пластина мембранного типа; 12 – жиклер; 13 – полюс магнита; 14 – воздушный зазор

Между двумя сдвоенными магнитными полюсами 5 (рис.39) в корпусе из немагнитного материала подвешен якорь 11 на лишенной трения упругой опоре. К якорю крепится гибкая мембранная пластина.

В магнитных полюсах и их воздушных зазорах накладываются друг на друга магнитные потоки 7 от постоянного магнита 8 (пунктирные линии) и электромагнита 6 (сплошные линии). Постоянный магнит 8 расположен фактически под углом 90° к плоскости рисунка. Пути магнитных потоков через две пары магнитных полюсов 5 симметричны и равны по длине и идут от полюсов через воздушные зазоры к якорю 11. В двух воздушных зазорах L2 и L3, расположенных диагонально по отношению друг к другу, магнитный поток от постоянного магнита и электромагнитный поток от входного управляющего сигнала складываются, в то время как в двух других зазорах L1 и L4 – вычитаются друг из друга. На якорь 11 действует сила притяжения, пропорциональная квадрату величины магнитного потока. Поскольку магнитный поток от постоянного магнита является постоянным и пропорциональным управляющему электрическому току, идущему от электронного блока управления к электромагнитной катушке 6, то вырабатываемый крутящий момент также пропорционален управляющему электрическому току.

Рисунок 39 – Поперечный разрез электрогидравлического регулятора управляющего давления:

1 – подача топлива под системным давлением; 2 – жиклер; 3 – пластина мембранного типа; 4 – отвод топлива к нижним камерам дифференциальных клапанов; 5 – полюс магнита; 6 – электромагнитная катушка; 7 – магнитный поток от постоянного магнита; 8 – постоянный магнит (повернут на 90° по отношению к плоскости рисунка); 9 - регулировочный винт предварительной нагрузки пластины; 10 – электромагнитный поток; 11 – якорь; L1…L4 – воздушные зазоры

Основной момент силы на якоре выбран таким, чтобы в отсутствии подачи электрического тока от электронного блока управления создавалось дифференциальное давление топлива в системе, соответствующее коэффициенту избытка воздуха a=1. Таким образом, при перебоях с поступлением управляющего тока обеспечивается аварийная эксплуатация двигателя без любых корректирующих мер.

Струя топлива, поступающего через жиклер 2 (рис.39), стремится отжать отражающую поверхность пластины 3, преодолевая силы постоянного магнита и электромагнита. Принимая во внимание топливо, количество которого определяется постоянным жиклером, расположенным последовательно с регулятором давления, можно утверждать, что разница в давлении между входом и выходом пропорциональна силе тока от блока управления. Это означает, что падение давления топлива в жиклере также пропорционально управляющему току блока управления, что обеспечивает возможность регулирования давления в нижней камере дифференциального клапана. На эту же величину изменяется в то же время и давление в верхней камере, что, в свою очередь, приводит к разнице в давлениях в системе и верхней камере, которая замеряется в дозирующих щелях и, тем самым, служит способом для изменения количества топлива, поступающего к форсункам.

Вследствие небольшой электромагнитной постоянной времени и незначительных подвижных масс, электромагнитный корректор давления очень быстро реагирует на изменение управляющего электрического тока от блока управления. Если изменить направление этого тока, якорь оттянет пластину мембранного типа от жиклера и давление топлива в корректоре упадет на несколько сотых от атмосферного давления, благодаря чему можно задействовать такие дополнительные функции, как прекращение подачи топлива при движении накатом и ограничение частоты вращения коленчатого вала.

Корректировка состава горючей смеси в соответствии с рабочими режимами

Основные соотношения между подачей воздуха и топлива на эксплуатационных режимах осуществляются с помощью диффузора расходомера воздуха и электрогидравлического регулятора управляющего давления.

Определенные рабочие режимы двигателя требуют корректировок состава горючей смеси, выходящих за рамки описанных выше основных функций, - для оптимизации величины мощности, улучшения состава отработавших газов или обеспечения пусковых и динамических характеристик двигателя.

Электронный блок управления обрабатывает выходные сигналы датчиков и на их основе рассчитывает управляющий ток для электрогидравлического регулятора управляющего давления по занесенной в память программе.

Обогащение смеси в период прогрева двигателя

К послепусковой фазе примыкает фаза прогрева двигателя. Двигатель нуждается в дополнительном обогащении смеси в период прогрева из-за частичной конденсации паров топлива на холодных стенках.

Рисунок 40 – Датчик температуры охлаждающей жидкости:

1 – электрический разъем; 2 – корпус; 3 – термочувствительное сопротивление

Обогащение смеси у холодного двигателя осуществляется электрогидравлическим регулятором управляющего давления, который уменьшает противодавление в нижних камерах дифференциальных клапанов. Обогащение смеси прекращается по сигналу датчика температуры охлаждающей жидкости 22 (рис.32).

Датчик температуры охлаждающей жидкости (рис.40) по внешнему виду похож на термореле, управляющее работой пусковой форсунки.

Однако, принцип его действия совершенно иной. Если термореле, это простой термоэлектрический выключатель, то датчик температуры двигателя - это термочувствительное сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом. Отрицательный температурный коэффициент - это обратная зависимость между температурой нагрева и сопротивлением датчика. Это означает, что у холодного датчика сопротивление - максимальное, а по мере нагрева его сопротивление уменьшается.

Электронный блок управления получает сигнал о текущей температуре двигателя в виде величины сопротивления датчика. На основании этого блок выдает соответствующую команду на электрогидравлический регулятор управляющего давления, который изменяет это управляющее давление и тем самым - состав смеси.

Обогащение смеси при разгоне автомобиля

Если дроссельная заслонка открывается внезапно, то горючая смесь кратковременно обедняется. Это требует кратковременного обогащения смеси, чтобы добиться хорошей переходной характеристики. Сигнал о резком открытии дроссельной заслонки от датчика положения дроссельной заслонки 18 (рис.32) поступает в электронный блок управления, который подает соответствующий управляющий сигнал на электрогидравлический регулятор, обеспечивая обогащение смеси.

При режиме повышенной нагрузки и холодном двигателе электронный блок управления, получающий соответствующие сигналы от датчиков, посылает управляющий сигнал на регулятор управляющего давления. Топливная смесь обогащается, тем самым предотвращая провал при разгоне на непрогретом двигателе. Максимальная величина обогащения горючей смеси при ускорении зависит от температуры. Степень обогащения тем выше, чем холоднее двигатель.

Обогащение смеси на режиме полной нагрузки

При полной нагрузке горючая смесь обогащается. В памяти электронного блока управления хранятся данные о составе горючей смеси во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Система КЕ-Джетроник осуществляет обогащение горючей смеси в диапазонах от 1500 до 3000 об/мин и свыше 4000 об/мин. Датчик положения дроссельной заслонки подает сигнал полной нагрузки. Подвижный контакт датчика закреплен на оси вращения заслонки и замыкает соответствующие контакты. Информация о частоте вращения поступает от прерывателя-распределителя. Электронный блок управления рассчитывает необходимое для обогащения дополнительное количество топлива, и посылает управляющий сигнал на электрогидравлический регулятор управляющего давления.

Управление частотой вращения коленчатого вала на режиме холостого хода

Для преодоления повышенного трения трущихся пар, находящихся в холодном состоянии, и обеспечения устойчивости работы двигателя на холостом ходу, во время прогрева в двигатель необходимо подавать больше горючей смеси.

При холодном двигателе наблюдается повышенное сопротивление трения, которое должно дополнительно преодолеваться на режиме холостого хода. Посредством устройства подачи дополнительных порций воздуха двигатель всасывает больше воздуха в обход дроссельной заслонки. Поскольку расходомер воздуха измеряет этот дополнительный воздух, учитывая его при дозировании топлива, в целом двигатель получает больше горючей смеси. Благодаря этому обеспечивается устойчивая работа холодного двигателя на холостом ходу.

Для дополнительной подачи воздуха служит клапан (рис.27), подсоединенный параллельно дроссельной заслонке в байпасном канале.

Вместо клапана дополнительной подачи воздуха или параллельно с ним могут быть установлены более сложные устройства, например, электромагнитный регулятор с электронным управлением.

Если клапаны дополнительной подачи воздуха работают «сами по себе» или по усредненной программе без обратной связи, то электромагнитные регуляторы управляются электронным блоком. Схема регулирования оборотов холостого хода показана на рисунке 43.

Электронный блок 3, получая текущую информацию о частоте вращения n коленчатого вала двигателя от прерывателя-распределителя 2, температуре двигателя t_M от датчика температуры охлаждающей жидкости 6, угле поворота a=0 дроссельной заслонки 7, корректирует частоту вращения коленчатого вала, воздействуя на электромагнитный регулятор холостого хода 4, который в свою очередь изменяет проходное сечение байпасного канала 5, изменяя, таким образом, количество воздуха V_G, проходящего в обход дроссельной заслонки.

Рисунок 43 – Схема регулирования оборотов холостого хода:

1 – двигатель; 2 – прерыватель-распределитель; 3 – электронный блок управления; 4 – регулятор холостого хода; 5 – байпасный канал; 6 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 7 – дроссельная заслонка

Регулятор холостого хода (рис.44) состоит из корпуса 2, в котором находится электромагнитная обмотка 4, вращающийся якорь 5 с поворотной заслонкой 8.

Подача на обмотку 4 регулятора пульсирующего постоянного тока вызывает появление на якоре 5 крутящего момента. Под воздействием крутящего момента якорь поворачивается, преодолевая усилие возвратной пружины 3. В зависимости от силы тока поворотная заслонка 8 поворачивается вместе с якорем на определенный угол (не более 60°), открывая переходное сечение байпасного канала 6 на величину, необходимую для поддержания числа оборотов коленчатого вала в заданном диапазоне.

У прогретого двигателя на режиме холостого хода байпасный канал открыт на минимальную величину.

Режим принудительного холостого хода

Принудительным холостым ходом называется режим, при котором дроссельная заслонка закрыта, частота вращения коленчатого вала выше числа оборотов холостого хода и топливо в цилиндры не подается, например, при движении под уклон. Использование принудительного холостого хода позволяет снизить расход топлива, а главное – резко снизить токсичность.

Если водитель во время движения убирает ногу с педали подачи топлива, дроссельная заслонка закрывается. Датчик положения дроссельной заслонки посылает сигнал электронному блоку управления о том, что дроссельная заслонка закрыта. Одновременно блок управления получает сигнал от прерывателя-распределителя о частоте вращения коленчатого вала. Если фактическая частота вращения выше, чем при холостом ходе, электронный блок управления изменяет направление тока в электрогидравлическом регуляторе управляющего давления. Давление в нижних камерах дифференциальных клапанов становится равным системному. Диафрагма закрывает клапаны в верхних камерах и тем самым перекрывает подачу топлива к клапанным форсункам (рис.45).

Рисунок 44 – Регулятор холостого хода:

1 – электрический разъем; 2 – корпус; 3 – возвратная пружина; 4 – электромагнитная обмотка; 5 – якорь; 6 - байпасный канал; 7 – регулируемый упор; 8 – поворотная заслонка

Рисунок 45 – Работа дозатора топлива на режиме принудительного холостого хода:

1 – дозатор топлива; 2 – подвод топлива под системным давлением; 3, 5 – каналы подачи топлива к клапанным форсункам; 4 – подача топлива к пусковой форсунке; 6 – слив топлива в бак; 7 – верхняя камера дифференциального клапана; 8 – диафрагма; 9 – нижняя камера дифференциального клапана; 10 – жиклер; 11 – полюс магнита; 12 - пластина мембранного типа

Подача топлива возобновляется при снижении частоты вращения коленчатого вала до оборотов, близких к оборотам холостого хода. Уровень частоты вращения, при котором включается подача топлива, зависит от прогрева двигателя. Для прогретого двигателя порог включения более низкий. При низкой температуре охлаждающей жидкости пороговые значения возрастают, чтобы холодный двигатель не остановился после включения холостого хода.

Ограничение частоты вращения коленчатого вала

Ограничение частоты вращения коленчатого вала обеспечивается отключением подачи топлива к клапанным форсункам. Для этого электронный блок управления сравнивает фактическую частоту вращения коленчатого вала с запрограммированной n_o (рис.46). При превышении максимально допустимой частоты вращения электронный блок изменяет полярность тока в электрогидравлическом регуляторе управляющего давления, что приводит к повышению давления в нижних камерах дифференциальных клапанов. Диафрагмы дифференциальных клапанов выгибаются вверх и перекрывают подачу топлива к клапанным форсункам.

Рисунок 46 – Ограничение максимальной частоты вращения

Максимальная частота вращения коленчатого вала поддерживается в пределах ±80 об/мин относительно запрограммированной максимальной частоты вращения в электронном блоке управления.