Система впрыска Моно-Джетроник

Общая характеристика системы

Система впрыска Моно-Джетроник (рис.78) представляет собой систему центрального (одноточечного) впрыска пониженного давления с электронным управлением, предназначенную для четырехцилиндровых двигателей с центрально расположенной форсункой.

Система Моно-Джетроник выполняет следующие функции:

·        подача топлива;

·        определение параметров работы двигателя;

·        обработка параметров работы двигателя.

Основным элементом в системе Моно-Джетроник является блок центрального впрыска 14 с электромагнитной форсункой 8, которая импульсами впрыскивает топливо в пространство над дроссельной заслонкой.

Распределение горючей смеси по отдельным цилиндрам осуществляется через впускной трубопровод 18. Различные датчики определяют все важные параметры работы двигателя, необходимые для оптимальной корректировки состава горючей смеси в соответствии с этими параметрами, которыми являются следующие:

·        угол поворота дроссельной заслонки;

·        частота вращения коленчатого вала;

·        температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости;

·        положение дроссельной заслонки на режимах холостого хода и полной нагрузки;

·        содержание остаточного кислорода в отработавших газах;

·        выбранная передача в автоматической трансмиссии (в зависимости от комплектации автомобиля);

·        характеристики системы кондиционирования воздуха;

·        включенный или выключенный компрессор в климатической установке.

Входные контуры в блоке управления обеспечивают преобразование параметров, собранных датчиками, в форму, удобную для микропроцессора. Последний анализирует рабочие параметры, на их базе определяет текущий режим работы двигателя и в зависимости от этого рассчитывает управляющие сигналы, поступающие к исполнительным устройствам. Выходной каскад усиливает эти сигналы и они поступают к форсунке, приводу дроссельной заслонке и регенерирующему клапану системы улавливания и рециркуляции испарений топлива.

Рисунок 78 - Конструктивная схема системы впрыска топлива Моно-Джетроник:

1 – топливный бак; 2 – топливный насос с электрическим приводом; 3 – трубопровод, подающий топливо; 4 - топливозаборник; 5 – сливной трубопровод; 6 – воздушный фильтр; 7 – регулятор давления топлива; 8 – форсунка; 9 - датчик температуры всасываемого воздуха; 10 – резервуар с угольным абсорбентом для сбора паров топлива; 11 – электронный блок управления; 12 – разъем для подключения диагностического оборудования; 13 – продувочный клапан резервуара с угольным абсорбентом; 14 – блок центрального впрыска; 15 – датчик положения дроссельной заслонки; 16 – жидкостный подогреватель впускного трубопровода; 17 – регулятор положения дроссельной заслонки; 18 – впускной трубопровод; 19 – топливный фильтр; 20 – лямбда-зонд; 21 – каталитический нейтрализатор; 22 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 23 – распределитель зажигания; 24 – прерыватель зажигания; 25 - аккумуляторная батарея; 26 – выключатель зажигания; 27 – реле топливного насоса

Приведенное описание относится к стандартной модели системы Моно-Джетроник. Другие варианты системы применяются в соответствии с особыми индивидуальными требованиями, которые производители автомобилей предъявляют к системам впрыска двигателей с искровым зажиганием.

Основной функцией системы Моно-Джетроник является управление процессом впрыска топлива.

Другие управляющие и регулирующие функции (регулирование по замкнутому и разомкнутому циклу) расширяют основную функцию и позволяют обеспечивать контроль над работой элементов системы, влияющих на состав отработавших газов. К ним относится:

·        регулирование оборотов холостого хода;

·        управление (замкнутый контур) с учетом концентрации кислорода в отработавших газах (лямбда-регулирование);

·        управление системой улавливания и рециркуляции паров топлива (разомкнутый контур или регулирование без обратной связи).

Блок центрального впрыска

Этот блок (рис.79), располагаемый непосредственно на впускном трубопроводе, обеспечивает подачу в двигатель тонко распыленного топлива. Блок является основным элементом системы Моно-Джетроник. Его конструкция отличается тем, что в отличие от систем с распределенным впрыском, впрыскивание топлива осуществляется центрально и количество всасываемого двигателем воздуха косвенно определяется сочетанием двух параметров: угла поворота дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала.

Рисунок 79 – Блок центрального впрыска:

1 – форсунка; 2 – датчик температуры всасываемого воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 – регулятор давления топлива; 5 – возврат топлива в топливный бак; 6 – подача топлива; 7 – потенциометр дроссельной заслонки (на консоли оси дроссельной заслонки; на рис. не показан); 8 – привод дроссельной заслонки

Нижняя часть блока содержит дроссельную заслонку 3 (рис.79) с потенциометром 7 для измерения угла ее поворота. В нижней части блока также размещен кронштейн, на котором располагается привод 8 дроссельной заслонки, обеспечивающий регулирование оборотов холостого хода.

Верхняя часть вмещает всю топливную систему блока, состоящую из форсунки 1, регулятора давления топлива 4 и двух топливных каналов, ведущих к форсунке, которые располагаются в кронштейне блока.

Через нижний канал (рис.80) топливо подводится к форсунке 3. Верхний канал соединен с нижней камерой регулятора давления 1, откуда избыток поступившего топлива отводится в топливный бак, через пластинчатый клапан регулятора давления в топливопровод обратного слива топлива 6. Такое расположение топливных каналов обеспечивает накопление достаточного количества топлива в дозирующей области у форсунки, что гарантирует надежный пуск двигателя даже при повышенном образовании паровых пробок в топливе (это может происходить в результате сильного нагревания блока центрального впрыска после выключения горячего двигателя).

Буртик на топливном фильтре форсунки ограничивает площадь поперечного сечения между подающим и возвратным каналами до определенного предела таким образом, чтобы слишком большое количество поступившего, но не впрыснутого топлива разделялось на два потока. Один поток подается на впрыскивание через форсунку, в то время как другой ее обходит. За счет этого достигается интенсивное охлаждение форсунки.

Рисунок 80 – Разрез блока центрального впрыска:

1 – регулятор давления топлива; 2 – датчик температуры всасываемого воздуха; 3 – форсунка; 4 – верхняя часть блока; 5 – вход топлива; 6 – выход топлива в бак; 7 – уплотнительная прокладка; 8 – дроссельная заслонка; 9 – нижняя часть блока

Форсунка (рис.81) состоит из корпуса и клапанной группы. В корпусе находятся электромагнитная обмотка 4 и электрический разъем 1. Клапанная группа включает корпус клапана с иглой 6, соединенной с якорем соленоида 5. Когда обмотка обесточена, игла прижимается к седлу усилием винтовой пружины, поддерживаемым давлением топлива в системе. При возбуждении обмотки игла приподнимается над седлом примерно на 0,06 мм (в зависимости от конструкции форсунки) и топливо впрыскивается через кольцевой зазор. На переднем конце иглы располагается наконечник распылителя 7, выступающий из отверстия в корпусе форсунке. Форма этого наконечника обеспечивает очень хорошее распыление топлива.

Рисунок 81 – Форсунка:

1 – электрический разъем; 2 – возврат топлива в топливный бак; 3 – подача топлива; 4 – обмотка электромагнита; 5 – якорь соленоида; 6 – игла клапана; 7 – наконечник распылителя

Задачей регулятора давления топлива является поддержание постоянной разницы между давлением в топливной магистрали и давлением в форсунке на уровне 0,1 МПа.

В данной системе регулятор давление конструктивно встроен в гидравлическую схему блока центрального впрыска. Регулятор давления разделяется диафрагмой из прорезиненной ткани на впускную нижнюю камеру 6 (рис.82), где находится топливо, и верхнюю камеру 5, в которой располагается винтовая пружина 4, воздействующая на диафрагму. Подвижная пластина 7 клапана, соединенная с диафрагмой через опору клапана 3 посредством мембраны, усилием пружины прижимается к седлу (плоскому) клапана.

Если усилие, создаваемое за счет давления топлива на диафрагму, превышает давление пружины противоположного направления, то пластина клапана немного приподнимается от своего седла и избыточное топливо перетекает обратно в топливный бак. В состоянии равновесия разница давлений между верхней и нижней камерой регулятора составляет 0,1 МПа.

Вентиляционные отверстия 1 в верхней камере поддерживают то же давление, что и в форсунке. Величина хода пластины клапана меняется в зависимости от количества поданного и впрыснутого топлива.

Рисунок 82 – Регулятор давления топлива:

1 – вентиляционное отверстие; 2 – диафрагма; 3 – опора клапана; 4 – нажимная пружина; 5 – верхняя камера; 6 – нижняя камера; 7 – пластина клапана

При выключении двигателя подача топлива прекращается. Обратный клапан топливного насоса и клапан регулятора давления закрываются, за счет чего в течение определенного времени давление сохраняется в подающем топливопроводе и гидравлической схеме. Такой способ действия регулятора в значительной степени снижает вероятность образования паровых пробок в подающем топливопроводе за счет теплоотдачи двигателя при его кратковременном отключении, благодаря чему всегда обеспечивается надежный пуск.

На верхней крышке блока центрального впрыска (рис.79) располагается датчик для измерения температуры всасываемого воздуха 2.

Сбор и обработка параметров работы двигателя

Датчики контролируют все основные рабочие параметры двигателя и, тем самым, условия его работы. Блок управления обрабатывает данные о рабочем состоянии двигателя, поступающие от датчиков. На основе этих расчетов с использованием запрограммированных функций блок управления формирует сигналы, воздействующие на работу форсунок, привода дроссельной заслонки и продувочного клапана резервуара с угольным абсорбером.

Блок управления размещается в корпусе из армированного стекловолокном полиамидной пластмассы. Он располагается вне зоны теплового излучения двигателя в салоне автомобиля или в вентиляционном пространстве между моторным отсеком и салоном.

Для получения требуемого соотношения топлива и воздуха в горючей смеси должна определяться масса воздуха, которую всасывает двигатель при каждом рабочем цикле. Если эта масса воздуха известна, то можно корректировать впрыскиваемое количество топлива посредством регулирования продолжительности впрыскивания. Определение «заряда воздуха» в системе Моно-Джетроник осуществляется косвенным путем совместного учета двух таких параметров, как угол поворота дроссельной заслонки a и частота вращения коленчатого вала n.

За счет воздействия педали управления подачей топлива на дроссельную заслонку, водитель управляет подачей воздуха и таким образом задает желаемый режим работы двигателя. При этом потенциометр в блоке центрального впрыска определяет угол поворота дроссельной заслонки a. Наряду с положением дроссельной заслонки, дополнительными параметрами, влияющими на массу всасываемого двигателем воздуха, являются частота вращения коленчатого вала n и плотность воздуха. Необходимую информацию о частоте вращения коленчатого вала поставляет система зажигания.

Величина зазора между наконечником распылителя и корпусом форсунки (рис.81) определяет устойчивое количество впрыскиваемого топлива, т.е. максимальный пропуск топлива при постоянно открытом клапане. Динамическое количество впрыскиваемого топлива в режиме прерывистого впрыскивания также зависит от усилия пружины клапана, массы иглы, электромагнитной индукции обмотки и выходного каскада блока управления. За счет постоянного давления топлива в системе количество топлива, действительно впрыскиваемого через форсунку, зависит только от продолжительности ее открытия.

Из-за высокой частоты подачи импульсов на впрыскивание (каждый импульс зажигания соответствует одному импульсу на впрыскивание) на открытие форсунки отводится очень короткое время. Незначительная масса якоря и иглы клапана, а также оптимизированное действие электромагнитной цепи обмотки позволяют получить время втягивания и отпускания соленоида игольчатого клапана в пределах 1 мс. Благодаря этому гарантируется точное дозирование топлива даже при его минимальных количествах.

Для обеспечения требуемого состава горючей смеси, необходимо, чтобы продолжительность впрыскивания топлива выбиралась пропорционально контролируемому заряду воздуха. Это означает, что продолжительность впрыскивания топлива напрямую зависит от параметров a и n. В системе Моно-Джетроник эта связь осуществляется лямбда-программой с входными переменными параметрами a и n. Система запрограммирована на корректирующие воздействия при изменении плотности воздуха, которая зависит от температуры и давления. Температура всасываемого воздуха измеряется при поступлении его в блок центрального впрыска и этот параметр поступает в блок управления, что необходимо для определения соответствующего поправочного коэффициента.

Система Моно-Джетроник всегда оборудуется замкнутым контуром лямбда-управления, для того, чтобы поддерживать соотношение воздуха и топлива на уровне l=1 для оптимальной работы трехэлементного каталитического нейтрализатора. Кроме этого, лямбда-управление дополнительно используется для адаптивной корректировки горючей смеси, при которой система адаптируется к изменяющимся условиям в процессе самообучения. Корректировочные коэффициенты для различного атмосферного давления (особенно при изменениях давления воздуха при изменении высоты над уровнем моря) учитывают также отдельные производственные допуски и степень износа двигателя. При выключении двигателя рассчитанные корректировочные коэффициенты сохраняются в памяти блока управления и сразу задействуются при новом пуске двигателя.

Программируемое лямбда-управление в системе Моно-Джетроник охватывает 225 условий работы двигателя, которые соответствуют в каждом случае 15 опорным точкам входных параметров угла поворота дроссельной заслонки a и частоты вращения коленчатого вала n. Так как лямбда-диаграмма строится для нормальных диапазонов условий работы и температуры двигателя, то при отклонениях в температурном режиме двигателя или при особых режимах работы требуется дополнительная корректировка базовых значений продолжительности впрыскивания топлива.

С помощью такого адаптивного управления горючей смесью и используемым дополнительно способом лямбда-управления, косвенное определение всасываемой массы воздуха обеспечивает постоянство состава горючей смеси без необходимости проведения прямых измерений массы воздуха.

Корректировка состава горючей смеси в соответствии с рабочими режимами

Регулировка частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу

С помощью этой регулировки снижается и стабилизируется частота вращения коленчатого вала на холостом ходу. На протяжении всего срока службы автомобиля она обеспечивает постоянство этой величины. При этой регулировке привод дроссельной заслонки, который посредством рычага открывает дроссельную заслонку, настраивается так, чтобы обороты холостого хода сохраняли заданное значение при всех условиях работы на прогретом и холодном двигателе. Это также относится к движению на большой высоте над уровнем моря, где регулировка холостого хода необходима из-за понижения плотности воздуха.

Датчик частоты вращения коленчатого вала определяет соответствующий регулировочный параметр дроссельной заслонки на основе разницы между действительным и требуемым значениями частоты вращения коленчатого вала.

Управляющий сигнал к приводу дроссельной заслонки подается при замкнутых контактах включателя холостого хода через регулятор положения. Он создает управляющий сигнал для регулятора дроссельной заслонки за счет разницы между расчетным углом поворота дроссельной заслонки и ее действительным положением, полученным по данным потенциометра дроссельной заслонки.

Для того чтобы избежать резкого снижения оборотов коленчатого вала при переходе, например, из режима движения накатом к режиму холостого хода, дроссельная заслонка не должна закрываться слишком быстро. Это достигается за счет заданных управляющих характеристических кривых, которые ограничивают минимальный диапазон управления регулятором дроссельной заслонки.

Привод дроссельной заслонки (рис.83) воздействует через управляющий валик 4 на рычаг дроссельной заслонки и таким образом оказывает влияние на количество всасываемого двигателем воздуха. Привод имеет встроенный в корпус 1 электродвигатель постоянного тока, который через винтовой вал 2 и червячное колесо 3 приводит в действие управляющий валик 4.

В управляющий валик встроены коммутационные контакты 5 (рис.83), которые замыкаются при упирании валика в рычаг дроссельной заслонки, таким образом, подается сигнал блоку управления о режиме холостого хода.

Рисунок 83 – Привод дроссельной заслонки:

1 – корпус привода с электродвигателем; 2 – винтовой вал; 3 – червячное колесо; 4 – управляющий валик; 5 - контакты включения режима холостого хода; 6 – резиновая мембрана (сильфон)

Этот валик, в зависимости от направления вращения электродвигателя, либо выдвигается и при этом открывает дроссельную заслонку (рис.84, а), либо, при изменении полярности электродвигателя, уменьшает угол открытия дроссельной заслонки (рис.84, б).

Рисунок 84 – Схема работы привода дроссельной заслонки:

а – открытие заслонки; б – закрытие заслонки