Система живлення сучасних двигунів

4.12.1 Система живлення сучасних двигунів

Ніщо не стоїть на місці — усе розвивається, зокрема й системи живлення автомобілів. Щоб поліпшити всі технічні показники двигуна, необхідно домогтися більш точного дозування пального залежно від режиму роботи. Також для більш повного згоряння необхідно значно ретельніше змішувати бензин із повітрям, а цього можна досягти тільки за умови розпилювання пального. Досягти цього вдалося шляхом установлення замість карбюратора спочатку моновпорскування, потім розподіленого і, зрештою, безпосереднього впорскування пального. Розглянемо всі етапи розвитку систем живлення більш детально.

4.12.2 Моновпорскування

Перша частина цього слова походить від грецького monos, що означає «один». У цій системі просто взяли і замість карбюратора встановили схожий механізм, який відрізнявся тим, що пальне не розпилювалося шляхом розрідження, а впорскувалося однією-єдиною форсункою (приклад системи живлення з моновпорскуванням наведено на малюнку 4.51). Керування процесом упорскування поклали на електроніку, досягнувши точного дозування пального в момент його впорскування.

Простота системи з моновпорскуванням — головний козир у грі проти карбюратора. Низький тиск упорскування (0,5-1,0 бар) дав змогу використовувати звичайний електричний паливний насос, а управління за допомогою електронного блока керування (ЕБК) дало можливість постійно контролювати кількість пального, що впорскується, для збереження стехіометричності паливної суміші.

4.12.2.a Стехіометричність

Примітка
Стехіометричність паливо-повітряної суміші — це певне співвідношення пального і повітря, за якого відбувається повне згоряння цього пального. Для бензину це співвідношення дорівнює 1 : 14,7, тобто для повного згоряння 1 кг бензину потрібно майже 15 кг повітря.

4.12.2.b Датчики системи

Для керування всією системою використовують кілька датчиків:

• датчик положення дросельної заслінки (кута її відкриття);
• датчик положення колінчастого вала і частоти його обертання;
• датчик розташування розподільного вала (інша назва — датчик фаз);
• датчик концентрації кисню (інша назва — лямбда-зонд);
• регулятор тиску (контролює тиск упорскування пального).

Отримавши дані від усіх цих датчиків, ЕБК посилає сигнал на паливну форсунку, яка впорскує рівно стільки пального, скільки необхідно в даний момент часу.

Малюнок 4.51 Приклад будови системи живлення бензинових двигунів із моновпорскуванням.

Надлишки пального зливаються через поворотну магістраль назад до паливного бака.

Впорскування пального синхронізовано з переривачем-розподільником системи запалювання (трамблером).

4.12.3 Розподілене і безпосереднє впорскування

Для реалізації цієї системи взяли і замість однієї загальної форсунки встановили по одній форсунці на кожен циліндр (оптимізувавши тим самим роботу двигуна). Для більш якісного розпилювання пального, щоб зробити перемішування з повітрям більш ретельним, підвищили тиск упорскування. Такі вимоги виникли через те, що форсунки встановлюються у впускний колектор після дросельної заслінки і спрямовані на впускні клапани. Схему розподіленого впорскування пального подано на малюнку 4.52.

Малюнок 4.52 Схема розподіленого впорскування пального.

4.12.3.a «Основний склад» датчиків

«Основний склад» датчиків залишився таким самим (як і за моновпорскування):

• датчик положення дросельної заслінки (кута її відкриття);
• датчик положення колінчастого вала і частоти його обертання;
• датчик розташування розподільного вала (датчик фаз);
• датчик концентрації кисню (в побуті — лямбда-зонд);
• регулятор тиску, який контролює тиск упорскування пального.

Примітка
Регулятор «перебрався» з корпусу форсунки на паливну рампу системи живлення.

Крім того, з’явилися і нові датчики, що збирають дані про роботу двигуна:

• датчик масової витрати повітря;
• датчик температури охолоджувальної рідини;;
• датчик детонації;
• датчик напруги в бортовій мережі;
• датчик швидкості автомобіля;
• датчик температури впускного повітря;
• датчик тиску у впускному колекторі.

Малюнок 4.53 Принципова схема системи керування двигуном із розподіленим упорскуванням пального

1.  діагностичний роз’єм; 
2.  щиток приладів; 
3.  датчик іммобілайзера; 
4.  електронн ий блок керування іммобілайзером; 
5.  реле увімкнення електровентилятора; 
6.  електровентилятор системи охолодження; 
7.  електронний блок керування двигуном; 
8.  корпус повітряного фільтра в зібраному вигляді; 
9.  датчик масової витрати повітря; 
10.  дросельна заслінка в зібраному вигляді; 
11.  датчик положення дросельної заслінки;
12.  регулятор холостого ходу; 
13.  паливні форсунки; 
14.  свічки запалювання; 
15.  модуль запалювання;
16.  датчик температури охолоджувальної рідини; 
17.  датчик детонації; 
18.  АКБ (акумуляторна батарея);
19.  замок запалювання; 
20.  головне реле; 
21.  датчик концентрації кисню (лямбда-зонд); 
22.  датчик швидкості; 
23.  датчик положення колінчастого вала; 
24.  паливний фільтр; 
25.  реле паливного насоса;
26.  паливний насос у зборі з датчиком рівня пального; 
27.  паливний бак; 
28.  сепаратор; 
29.  запобіжний клапан; 
30.  гравітаційний клапан; 
31.  зворотний клапан; 
32.  адсорбер; 
33.  клапан продувки адсорбера.

Водій, натискаючи на педаль акселератора, відкриває дросельну заслінку, і у впускну систему починає надходити більша кількість повітря. Електронний блок керування, збираючи дані від усіх датчиків, подає команду на паливні форсунки, визначаючи тим самим кількість пального, що впорскується, а в сучасних двигунах — ще й інтенсивність і кількість циклів за одне впорскування пального.

Завдяки цьому поліпшилися показники витрати пального, потужності й крутного моменту.

Примітка
Дросельна заслінка може приводитися або тросом безпосередньо від педалі акселератора, або за допомогою електроніки. У такому випадку на педалі акселератора встановлюється датчик її положення, а на дросельній заслінці — кроковий електродвигун, який повертається на кут, що відповідає переміщенню педалі газу на певну відстань.

4.12.3.b Впускний клапан

Проте на шляху до остаточної оптимізації роботи двигуна внутрішнього згоряння все ж стояв впускний клапан — додатковий опір на шляху паливо-повітряної суміші. Щоб отримати бажані характеристики ДВЗ, упорскувати паливо вирішили безпосередньо в циліндр. Перед конструкторами постало гостре питання: як це реалізувати, оскільки пальне, що впорскувалося на клапани за розподіленого впорскування, встигало ретельно перемішатися з повітрям, чого не відбувалося за безпосереднього впорскування.

Вихід зі становища знайшли у складній формі поршня, а точніше його днища. На перших порах нічого доброго не виходило. Проте в останні роки розробники двигунів досягли значних успіхів у конструюванні бензинових двигунів із безпосереднім упорскуванням пального. Їм удалося домогтися низьких витрат пального, високої потужності й стабільно великого крутного моменту, але водночас підвищилися і вимоги до якості пального. Останній момент став стримувальним чинником для розвитку цієї технології у країнах СНД.

У системі безпосереднього впорскування пального використовуються ті самі датчики, що й у системі розподіленого впорскування. Відмінність полягає в паливних форсунках, які мають витримувати більш високі робочі температури, тиск і ударні навантаження. Точність дозування пального у цих форсунках мало не на порядок вища, ніж в інжекторах розподіленого впорскування.

Примітка
Варто згадати, що спроби створення бензинового двигуна з безпосереднім упорскуванням пального робилися не раз. Найяскравішим володарем такого двигуна в історії є Mercedes 500 SL 1954 року випуску. Система безпосереднього впорскування забезпечувала чудові характеристики потужності й крутного моменту за прийнятних витрат пального. Проте упорскування було механічним, усі деталі доводилося прецизійно обробляти, внаслідок чого вони були дуже дорогими, зважаючи на рівень розвитку технологій 60 років тому.