Система питания современных двигателей

4.12.1 Система питания современных двигателей

Ничто не стоит на месте – все развивается, в том числе и системы питания автомобилей. Чтобы улучшить все технические показатели двигателя, необходимо добиться более точного дозирования топлива в зависимости от режима работы, также необходимо для более полного сгорания значительно тщательнее смешивать бензин с воздухом, а этого можно достичь только при распылении топлива. Добиться этого удалось путем установки вместо карбюратора сначала моновпрыска, затем распределенного и, как апогей, – непосредственного впрыска топлива. Рассмотрим все этапы развития систем питания более подробно.

4.12.2 Моновпрыск

Первая часть слова происходит от греческого «monos», что означает «один». В этой системе просто взяли и вместо карбюратора установили похожий механизм, отличающийся тем, что топливо распылялось не за счет разрежения, а впрыскивалось одной единственной форсункой (пример системы питания с моновпрыском приведен на рисунке 4.51). Управление процессом впрыска возложили на электронику, добившись точного дозирования топлива при его впрыске.

Простота системы с моновпрыском — основной козырь в игре против карбюратора. Низкое давление впрыска (0,5—1,0 бар) позволило использовать обычный электрический топливный насос, а управление с помощью электронного блока управления (ЭБУ) дало возможность постоянно контролировать количество впрыскиваемого топлива для сохранения стехиометричности топливной смеси.

4.12.2.a Стехиометричность

Примечание
Стехиометричность для топливовоздушной смеси — это определённое соотношение топлива и воздуха, при котором происходит полное сгорание данного топлива. Для бензина это соотношение равно 1 : 14,7, то есть для полного сгорания одного килограмма бензина требуется почти 15 килограмм воздуха.

4.12.2.b Датчики системы

Для управления всей системой используют несколько датчиков:

• датчик положения дроссельной заслонки (угла ее открытия);
• датчик положения коленчатого вала и его частоты вращения;
• датчик положения распределительного вала;
• датчик избытка кислорода (другое название — «лямбда-зонд»);
• также установлен регулятор давления, контролирующий давление впрыска топлива.

Получив данные от всех этих датчиков, ЭБУ посылает сигнал на топливную форсунку, которая впрыскивает ровно столько топлива, сколько необходимо в данный момент времени.

Рисунок 4.51 Пример устройства системы питания бензинового двигателя с моновпрыском.

Излишки топлива сливаются через возвратную магистраль обратно в топливный бак.

Впрыскивание топлива синхронизировано с распределителем зажигания (трамблером).

4.12.3 Распределенный и непосредственный впрыск

Для реализации этой системы взяли и вместо одной общей форсунки установили по одной форсунке на каждый цилиндр (оптимизировав тем самым работу двигателя). Для более качественного распыления топлива, чтобы перемешивание с воздухом было более тщательным – повысили давление впрыска. Такие требования возникли из-за того, что форсунки устанавливаются во впускной коллектор после дроссельной заслонки и направлены на впускные клапаны. Схема распределенного впрыска топлива представлена на рисунке 4.52.

Рисунок 4.52 Схема распределенного впрыска топлива.

4.12.3.a «Основной состав» датчиков

«Основной состав» датчиков остался прежним (относительно моновпрыска):

• датчик положения дроссельной заслонки (угла ее открытия);
• датчик положения коленчатого вала и его частоты вращения;
• датчик положения распределительного вала;
• датчик избытка кислорода (в быту «лямбда-зонд»);
• также установлен регулятор давления, контролирующий давление впрыска топлива.

Примечание
Регулятор «переехал» с корпуса форсунки на топливную рампу системы питания.

Кроме того, появились и новые датчики, собирающие данные о работе двигателя:

• датчик массового расхода воздуха;
• датчик температуры охлаждающей жидкости;
• датчик детонации;
• датчик напряжения в бортовой сети;
• датчик скорости автомобиля;
• датчик температуры впускного воздуха;
• датчик давления во впускном коллекторе.

Рисунок 4.53 Принципиальная схема системы управления двигателя с распределенным впрыском топлива.

1. диагностический разъем; 
2. щиток приборов; 
3. датчик иммобилайзера; 
4. электронный блок управления иммобилайзером; 
5. реле включения электровентилятора; 
6. электровентилятор системы охлаждения; 
7. электронный блок управления двигателем; 
8. корпус воздушного фильтра в сборе; 
9. датчик массового расхода воздуха; 
10. дроссельная заслонка в сборе; 
11. датчик положения дроссельной заслонки; 
12. регулятор холостого хода; 
13. топливная форсунка; 
14. свеча зажигания; 
15. модуль зажигания; 
16. датчик температуры охлаждающей жидкости; 
17. датчик детонации; 
18. АКБ (аккумуляторная батарея); 
19. замок зажигания; 
20. главное реле; 
21. датчик концентрации кислорода (лямбдазонд); 
22. датчик скорости; 
23. датчик положения коленчатого вала; 
24. топливный фильтр; 
25. реле топливного насоса; 
26. топливный насос в сборе с датчиком уровня топлива; 
27. топливный бак; 
28. сепаратор; 
29. предохранительный клапан; 
30. гравитационный клапан; 
31. обратный клапан; 
32. адсорбер; 
33. клапан продувки адсорбера.

Водитель, нажимая на педаль акселератора, открывает дроссельную заслонку, и в систему впуска начинает поступать большее количество воздуха. Электронный блок управления, собирая данные от всех датчиков, подает команду на топливные форсунки, определяя тем самым количество впрыскиваемого топлива, а в современных двигателях еще интенсивность и число циклов за один впрыск топлива. Благодаря этому улучшились показатели расхода топлива, мощности и крутящего момента.

Примечание
Дроссельная заслонка может приводиться либо тросом непосредственно от педали акселератора, либо посредством электроники. В таком случае на педали акселератора устанавливается датчик ее положения, а на дроссельной заслонке — шаговый электродвигатель, который поворачивается на угол, соответствующий перемещению педали «газа» на определенное расстояние.

4.12.3.b Впускной клапан

Однако на пути к идеальной оптимизации работы двигателя внутреннего сгорания все же стоял впускной клапан – дополнительное сопротивление на пути топливовоздушной смеси. Чтобы получить желаемые характеристики ДВС, впрыскивать топливо решили непосредственно в цилиндр. Перед конструкторами встал острый вопрос, как это реализовать, поскольку топливо, впрыскиваемое на клапаны при распределенном впрыске, успевало тщательно перемешаться с воздухом, чего не было при непосредственном впрыске. Выход из положения нашли в сложной форме поршня, а точнее его днища. На первых порах ничего хорошего не выходило. Однако в последние годы разработчики двигателей добились больших успехов в конструировании бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Им удалось получить низкий расход топлива, высокую мощность и стабильно большой крутящий момент, однако наряду с этим повысились и требования к качеству топлива. Последний момент стал сдерживающим фактором развития данной технологии в странах СНГ.

В системе непосредственного впрыска топлива используются те же датчики, что и в системе распределенного впрыска. Отличие состоит в топливных форсунках, которые должны выдерживать более высокие рабочие температуры, давление и ударные нагрузки. Точность дозирования топлива в данных форсунках чуть ли не на порядок выше, чем в инжекторах распределенного впрыска.

Примечание
Стоит вспомнить, что попытки создания бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива предпринимались не раз. Самым ярким обладателем такого двигателя в истории является Mercedes 500 SL 1954 года выпуска. Система непосредственного впрыска обеспечивала отличные характеристики мощности и крутящего момента при сносном расходе топлива. Однако впрыск был механическим, все детали приходилось прецизионно обрабатывать, вследствие этого они были очень дорогими ввиду технологического уровня, который был 60 лет назад.