Система впрыска L-Джетроник

Общая характеристика системы

Система впрыска топлива L-Джетроник – это управляемая электроникой система многоточечного (распределенного) прерывистого впрыска топлива (L – нем. Lade – заряд, порция). Она объединяет в себе преимущества непосредственного измерения расхода воздуха с особыми возможностями, предоставляемыми электроникой.

Главные отличия данной системы от систем К-Джетроник и КЕ-Джетроник: нет дозатора топлива и регулятора управляющего давления, все форсунки (пусковая и клапанные) с электромагнитным управлением. Так как нет дозатора топлива, существенно изменился и расходомер воздуха. В данной системе примерно в два раза меньше давление топлива в системе и отсутствует накопитель топлива.

В системе L-Джетроник, как и в системе КЕ-Джетроник, учитываются все изменения условий работы и состояния двигателя (износ, нагарообразование в камере сгорания, изменения в фазах газораспределения).

Задачей этой системы впрыска топлива является индивидуальное дозирование каждого цилиндра таким количеством топлива, которое необходимо для эффективной работы двигателя на данном режиме. В связи с постоянным изменением условий и режима работы двигателя решающее значение имеет быстрая корректировка количества подаваемого топлива в данный момент времени. Таким требованиям отвечает электронно-управляемая система впрыска, способная собирать огромное количество параметров о состоянии автомобиля и преобразовывать их в электрические сигналы посредством датчиков. Далее эти сигналы получает и обрабатывает электронный блок управления, вычисляя на их основе точное количество поступающего в цилиндры топлива, которое дозируется по продолжительности впрыскивания.

Принципиальная схема системы впрыска L-Джетроник представлена на рис.49.

Рисунок 49 – Принципиальная схема системы впрыска L-Джетроник

Принцип действия системы

Топливный насос с электрическим приводом 2 (рис.50) забирает топливо из бака 1 и подает его под давлением 0,25 МПа через фильтр тонкой очистки 3 к распределительному трубопроводу 4, соединенной шлангами с клапанными форсунками цилиндров 22. Установленный с торца распределительного трубопровода 4, регулятор давления топлива в системе 5 поддерживает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишнего топлива в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Количество впрыскиваемого топлива определяется электронным блоком управления 20 в зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя, а также от температуры охлаждающей жидкости.

Основным параметром, определяющим дозировку топлива, является объем всасываемого воздуха, измеряемый расходомером воздуха 12. Поступающий воздушный поток отклоняет напорную измерительную заслонку расходомера воздуха, преодолевая усилие пружины, на определенный угол, который преобразуется в электрическое напряжение посредством потенциометра. Соответствующий электрический сигнал передается на электронный блок управления, который определяет необходимое количество топлива в данный момент работы двигателя и выдает на электромагнитные клапаны форсунок 22 импульсы времени подачи топлива. Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя (за цикл, за два такта).

Если впускной клапан в момент впрыска закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Клапан дополнительной подачи воздуха 15, установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, подводит к двигателю добавочный воздух при холодном пуске и прогреве двигателя, что приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала. Для ускорения прогрева используются повышенные обороты холостого хода (более 1000 об/мин).

Рисунок 50 - Конструктивная схема системы впрыска топлива L-Джетроник:

1 – топливный бак; 2 – топливный насос с электрическим приводом; 3 – топливный фильтр; 4 – распределительный трубопровод; 5 – регулятор давления; 6 – пусковая форсунка; 7 – регулировочный винт количества смеси; 8 – датчик положения дроссельной заслонки; 9 – дроссельная заслонка; 10 – датчик температуры воздуха; 11 – реле включения топливного насоса; 12 – расходомер воздуха; 13 – замок зажигания; 14 – аккумуляторная батарея; 15 – клапан подачи дополнительного воздуха; 16 – прерыватель-распределитель; 17 – термореле; 18 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 19 – лямбда-зонд; 20 – электронный блок управления; 21 – регулировочный винт качества смеси; 22 – клапанная форсунка

Для облегчения пуска холодного двигателя, также как и в других рассмотренных системах впрыска, здесь применяется электромагнитная пусковая форсунка 6, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости с помощью термореле 17.

Сбор переменных рабочих параметров

Датчики собирают данные о состоянии работы двигателя и передают их блоку управления в виде электрических импульсов. Датчики и блок управления образуют систему управления (рис.54).

Для того, чтобы двигатель постоянно получал необходимое для данного рабочего режима количество топлива, блок управления обрабатывает все замеренные параметры. Имеются три главные группы измеряемых переменных параметров:

·        основные;

·        для корректировки;

·        для точной корректировки.

Основные измеряемые переменные параметры

Основными параметрами являются частота вращения коленчатого вала и всасываемое двигателем количество воздуха. По этим параметрам определяется необходимое количество воздуха на ход поршня, который считается непосредственной мерой нагрузки двигателя.

Рисунок 54 – Схема системы управления:

Q_{L –} количество поступившего воздуха; u_L – температура воздуха; P – нагрузка двигателя; n – частота вращения коленчатого вала двигателя; u_M – температура двигателя; V_E – впрыскиваемое количество топлива; Q_LZ – количество дополнительного воздуха; V_ES – подача дополнительного топлива при пуске; U_B – напряжение бортовой сети автомобиля

Информация о частоте вращения коленчатого вала и начале впрыскивания топлива передается в блок управления: при контактно-регулируемой системе зажигания – через контакты цепи управления в прерывателе-распределителе зажигания, при бесконтактной системе зажигания – от клеммы 1 катушки зажигания.

Всасываемое двигателем количество воздуха является мерой нагрузки двигателя. Показателем количества воздуха учитываются различные, связанные с двигателем, изменения, которые могут проявляться в период его эксплуатации, например: износ, отложения в камере сгорания, отклонения в фазах газораспределения.

Расходомер воздуха располагается между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой (рис.56).

Рисунок 56 – Схема установки расходомера воздуха:

1 – дроссельная заслонка; 2 – расходомер воздуха; 3 – электронный блок управления; 4 – воздушный фильтр; Q_{L –} количество поступившего воздуха

Поворотная заслонка 1 (рис.57) расходомера воздуха изменяет площадь поперечного сечения проходного отверстия. Поток всасываемого воздуха Q_L  отклоняет заслонку на определенный угол в зависимости от массового расхода воздуха, чему противодействует постоянное усилие пружины 2 (рис.60). При этом с увеличением массового расхода воздуха площадь свободного поперечного сечения отверстия становится больше.

Изменение свободного поперечного сечения расходомера, в зависимости от положения заслонки, выбрано таким, чтобы иметь логарифмическую взаимосвязь между углом поворота заслонки и всасываемой массой воздуха. Это обеспечивает высокую чувствительность расходомера при небольших массовых расходах воздуха, которые требуют высокой точности измерения. Требуемая точность измерения равна 1…3% от замеряемого массового расхода воздуха в диапазоне Q_max : Q_min = 100:1.

Потенциометр 4 (рис.57) считывает угловое положение заслонки и преобразует его в величину выходного электрического напряжения U_A для дальнейшей передачи в блок управления. Для того чтобы старение потенциометра и температура не влияли на точность измерений, блок управления только оценивает соотношение сопротивлений. Потенциометр представляет собой, как правило, цепочку резисторов, включенных параллельно контактной дорожке.

Рисунок 57 – Расходомер воздуха:

1 – заслонка расходомера; 2 – датчик температуры воздуха; 3 – блок управления; 4 – потенциометр; 5 - демпфирующая камера; 6 – компенсационная пластина; Q_{L –} количество поступившего воздуха

Для гашения колебаний, вызванных пульсацией воздушного потока и динамическими воздействиями, характерными для автомобиля, особенно на плохих дорогах, в расходомере имеется демпфирующая камера 5 (рис.57) с компенсационной пластиной 6. Пластина 6 выполнена как одно целое с заслонкой 1. Резкие перемещения заслонки становятся невозможными из-за воздействия на пластину 6 усилия воздуха, сжимаемого в демпферной камере.

При измерении расхода воздуха по принципу скоростного напора вместо требуемой массы воздуха регистрируется только количество проходящего воздуха. Поэтому для точной дозировки топлива необходима поправка на плотность воздуха (температура воздуха).

Так как плотность воздуха зависит от его температуры, это учитывается блоком управления, где происходит расчет поправки на основе показаний датчика температуры 2 (рис.57). Этот датчик имеет терморезистор и встроен в расходомер воздуха.

В верхней части расходомера расположен обводной (байпасный) канал 3 (рис.59) с винтом качества (состава) смеси 5.

Измеряемые переменные параметры для корректировки

Для рабочих режимов, отличающихся от обычных условий работы двигателя (например, пуск холодного двигателя, прогрев двигателя), состав горючей смеси необходимо корректировать в соответствии с изменяющимися условиями работы двигателя. В этом случае данные о температуре двигателя от соответствующих датчиков поступают в блок управления.

Для корректировки состава смеси в соответствии с условиями работы двигателя информация о диапазоне нагрузки (холостой ход, режимы частичной и полной нагрузки) передается в блок управления через датчик положения дроссельной заслонки.

Измеряемые переменные параметры для точной регулировки

Для оптимизации динамических характеристик двигателя учитываются и другие эксплуатационные состояния и воздействия. Уже упомянутые датчики собирают данные для переходного режима при ускорении, движении накатом и ограничения максимальной частоты вращения коленчатого вала. Сигналы датчиков в этих эксплуатационных режимах находятся в определенной зависимости друг от друга. Блок управления распознает эти зависимости и, соответственно, корректирует управляющие сигналы, поступающие на форсунки.

Рисунок 59 – Расходомер воздуха (вид со стороны воздушной камеры):

1 – компенсационная пластина; 2 – демпфирующая камера; 3 – обводной (байпасный) канал; 4 – заслонка; 5 - регулировочный винт качества смеси; Q_L – поток воздуха

Рисунок 60 – Расходомер воздуха (вид со стороны соединительных и рабочих

устройств):

1 – зубчатый венец для предварительного натяжения пружины; 2 – возвратная пружина; 3 – контактная дорожка потенциометра; 4 – керамическая плата с резисторами и печатной схемой электропроводников; 5 – контакт на движке потенциометра; 6 – движок; 7 – контакты топливного насоса; Q_L – поток воздуха

Дозирование топлива

Микропроцессор блока управления обрабатывает данные об условиях работы двигателя, полученные от датчиков. По ним формируются управляющие импульсы для дозирования впрыскиваемого топлива, причем его количество определяется продолжительностью открытия форсунок.

Блок управления в системе L-Джетроник находится в герметичном корпусе, который устанавливается в автомобиле вне досягаемости теплового воздействия двигателя.

Электронные детали блока управления размещаются на печатных платах, мощностные функциональные детали оконечных каскадов – на металлической раме блока управления для гарантии хорошего теплоотвода. Применение интегральных микросхем и гибридных деталей позволяет сократить число используемых элементов.

Связь блока управления с форсунками, датчиками и бортовым электрооборудованием автомобиля осуществляется через многоконтактный разъем. Входной контур блока управления сконструирован так, что подсоединение блока управления к сети не может быть сделано при неправильной полярности и при этом исключается короткое замыкание.

Частота вращения коленчатого вала и всасываемое количество воздуха определяют базовую продолжительность впрыскивания топлива. Тактовая частота импульсов впрыскивания рассчитывается на основе данных о частоте вращения коленчатого вала.

Поступающие от системы зажигания импульсы обрабатываются блоком управления. Эти импульсы сначала проходят через формирователь импульсов, который генерирует импульсы в виде прямоугольных волн на основе сигналов со сглаженными пиками. Далее эти импульсы попадают в делитель импульсов, который делит их на частоту, задаваемую порядком зажигания, таким образом, что два импульса создаются за каждый рабочий цикл, независимо от количества цилиндров. Начало импульса – это одновременно и начало впрыскивания топлива через форсунки. То есть, каждая форсунка осуществляет впрыскивание топлива один раз за один оборот коленчатого вала независимо от положения впускного клапана.

Если впускные клапаны закрыты, топливо накапливается и в определенный момент впрыскивается в камеру сгорания вместе с потоком воздуха при следующем открытии впускного клапана. Продолжительность впрыскивания топлива зависит от количества воздуха, замеренного расходомером, и частоты вращения коленчатого вала.

Корректировка состава горючей смеси в соответствии с рабочими режимами

При некоторых условиях работы двигателя требуется корректировка смесеобразования, выходящего за рамки базовых функций, - для улучшения мощности, состава смеси, оптимизации динамических характеристик и работы двигателя при пуске. Блок управления системы L-Джетроник может выполнять эти корректировки при использовании дополнительных сигналов датчиков температуры двигателя и положения дроссельной заслонки (сигнал о нагрузке).

Обогащение смеси при пуске холодного двигателя

В зависимости от температуры двигателя во время пуска впрыскивается дополнительное количество топлива. По этой причине происходит обогащение смеси. Это делается для того, чтобы компенсировать потери на конденсацию части топлива в горючей смеси, возникающие при пуске холодного двигателя, и, тем самым, облегчить пуск.

Для обогащения смеси на режиме пуска холодного двигателя существуют два метода управления процессом:

·        с помощью блока управления и клапанных форсунок;

·        с помощью термореле и пусковой форсунки.

1.Управление пуском с помощью блока управления и клапанных форсунок (рис.61).

Во время пуска через форсунки 3 впрыскивается больше топлива за счет продления продолжительности впрыскивания. Управление пуском осуществляется блоком управления 2 путем обработки сигналов от выключателя зажигания 4 и датчика температуры двигателя 1.

Рисунок 61 – Схема управления пуском с помощью блока управления и клапанных форсунок:

1 – датчик температуры двигателя; 2 – электронный блок управления; 3 – клапанные форсунки; 4 – выключатель зажигания

2.Управление пуском с помощью термореле и пусковой форсунки (рис.62).

Впрыск дополнительного количества топлива во впускной трубопровод осуществляется пусковой форсункой 1. Продолжительность работы этой форсунки ограничивается термореле 2 в зависимости от температуры двигателя.

Рисунок 62 – Схема управления пуском с помощью термореле и пусковой форсунки:

1 – пусковая форсунка; 2 – термореле; 3 – реле включения топливного насоса; 4 – выключатель зажигания

Обогащение смеси в послепусковой период и при прогреве двигателя

За фазой пуска холодного двигателя следует фаза прогрева. На этом режиме также требуется значительное обогащение горючей смеси, поскольку часть поступающего топлива все еще конденсируется на стенках цилиндра. Кроме того, без дополнительного обогащения смеси после отключения пусковой форсунки и, соответственно, прекращения подачи во впускной трубопровод дополнительного количества топлива, становится заметным резкое падение частоты вращения коленчатого вала.

После пуска двигателю для его нормальной работы требуется лишь незначительное обогащение смеси, которое регулируется по температуре двигателя. Для инициации этого процесса блок управления должен постоянно получать информацию о температуре двигателя от соответствующего датчика.

Корректировка смеси при частичной нагрузке

Большую часть времени эксплуатации двигатель работает в условиях частичной нагрузки. Характеристическая кривая потребности двигателя в топливе на этом режиме запрограммирована в блоке управления и определяет количество подаваемого топлива. При этом кривая построена таким образом, чтобы двигатель при частичной нагрузке отличался пониженным расходом топлива.

Обогащение смеси при ускорении

Во время ускорения автомобиля в двигатель поступает дополнительное количество топлива. При резком открытии дроссельной заслонки горючая смесь на некоторое время обедняется. Поэтому ее необходимо в течение короткого времени обогатить, для того чтобы обеспечить оптимальный переход на новый режим работы. При таком резком открытии дроссельной заслонки через расходомер проходит как воздух, попадающий затем в камеру сгорания, так и воздух, необходимый для поднятия давления во впускном трубопроводе на новый уровень. Из-за этого заслонка расходомера воздуха на короткое время выходит за пределы своего обычного хода при полном открытии дроссельной заслонки. Этот размах заслонки расходомера воздуха приводит к повышенной подаче топлива (обогащение при ускорении), благодаря чему достигается оптимизация перехода на новый режим работы.

Поскольку при прогреве двигателя такого обогащения смеси недостаточно, на этом рабочем режиме блок управления обрабатывает еще один электрический сигнал, соответствующий скорости, при которой происходит перемещение заслонки расходомера воздуха.

Обогащение смеси на режиме полной нагрузки

На режиме полной нагрузки двигатель вырабатывает максимальный крутящий момент. Для этого следует обогащать горючую смесь по сравнению с работой на режиме частичной нагрузки. Степень этого обогащения смеси запрограммирована в блоке управления и зависит от типа двигателя. Данные о нагрузке поступают в блок управления 3 от датчика положения дроссельной заслонки 2 (рис.63).

Рисунок 63 – Схема корректировки состава смеси с помощью датчика положения дроссельной заслонки:

1 – дроссельная заслонка; 2 – датчик положения дроссельной заслонки; 3 – электронный блок управления

Датчик положения дроссельной заслонки (рис.64) информирует блок управления о положениях дроссельной заслонки «холостой ход» и «полная нагрузка». Он укреплен на корпусе дроссельного узла и приводится от оси 3 дроссельной заслонки. Кулиса 2, расположенная на валу, в конечных положениях «холостой ход» и «полная нагрузка» замыкает соответствующие контакты 4 и 1.

Управление частотой вращения коленчатого вала

на режиме холостого хода

Расходомер воздуха 2 (рис.65) имеет регулируемый перепускной канал, через который незначительное количество воздуха проходит в обход заслонки расходомера. Регулировочным винтом 4 производится основная установка коэффициента избытка воздуха смеси на режиме холостого хода путем изменения площади поперечного сечения перепускного канала.

Рисунок 64 – Датчик положения дроссельной заслонки:

1 – контакты «полной нагрузки»; 2 – кулиса; 3 – ось дроссельной заслонки; 4 – контакты «холостой ход»

Для получения равномерности оборотов коленчатого вала на режиме холостого хода, в том числе и при холодном двигателе, блок управления дополнительно увеличивает частоту вращения коленчатого вала. Это, кроме того, обеспечивает и более быстрый прогрев двигателя. Устройство подачи дополнительного воздуха с электроподогревом 3 (рис.65) в зависимости от температуры двигателя, выполненное в виде перепускного канала в обход дроссельной заслонки, обеспечивает поступление большего количества воздуха. Этот дополнительный воздух учитывается при измерении количества всасываемого воздуха, и электронный блок управления направляет в двигатель больше топлива.

Точная корректировка возможна при использовании электрически подогреваемого устройства подачи дополнительных порций воздуха. В этом случае температура двигателя определяет начальное количество этого воздуха, а электрическим подогревом определяется, в основном, постепенное сокращение этого количества.

Рисунок 65 – Схема управления работой двигателя на режиме холостого хода:

1 – дроссельная заслонка; 2 – расходомер воздуха; 3 – клапан дополнительной подачи воздуха; 4 – регулировочный винт состава смеси на режиме холостого хода

Корректировка состава смеси в соответствии с

температурой окружающего воздуха

В зависимости от температуры окружающего воздуха корректируется количество впрыскиваемого топлива.

От температуры воздуха на входе зависит количество поступающего в цилиндры воздуха, что имеет определяющее значение для процесса сгорания. Учитывая, что более холодный воздух является более плотным, при одинаковом положении дроссельной заслонки объемное наполнение цилиндров с повышением температуры воздуха снижается.

Для учета этого эффекта во впускном канале расходомера воздуха установлен температурный датчик, передающий данные о температуре всасываемого воздуха блоку управления, который, с учетом этой информации, управляет дозированием количества топлива.