System bezpośredniego wtrysku paliwa do silników benzynowych: jak to działa. Systemy wtrysku benzyny Nieprawidłowy wtrysk paliwa

W przypadku układu wtrysku paliwa silnik nadal jest do niczego, ale zamiast polegać tylko na ilości zasysanego paliwa, układ wtrysku paliwa wystrzeliwuje dokładnie odpowiednią ilość paliwa do komory spalania. Układy wtrysku paliwa przeszły już kilka etapów ewolucji, dodano do nich elektronikę – to był chyba największy krok w rozwoju tego układu. Ale idea takich systemów pozostaje taka sama: elektrycznie uruchamiany zawór (wtryskiwacz) wtryskuje odmierzoną ilość paliwa do silnika. W rzeczywistości główna różnica między gaźnikiem a wtryskiwaczem polega właśnie na elektronicznym sterowaniu ECU - to komputer pokładowy dostarcza dokładnie odpowiednią ilość paliwa do komory spalania silnika.

Przyjrzyjmy się, jak działa układ wtrysku paliwa, a w szczególności wtryskiwacz.

Tak wygląda układ wtrysku paliwa

Jeśli sercem samochodu jest jego silnik, to jego mózgiem jest jednostka sterująca silnika (ECU). Optymalizuje wydajność silnika za pomocą czujników, aby zdecydować, jak sterować niektórymi napędami w silniku. Przede wszystkim komputer odpowiada za 4 główne zadania:

1. zarządza mieszanką paliwową,
2. kontroluje obroty biegu jałowego,
3. odpowiada za czas zapłonu,
4. steruje rozrządem zaworów.

Zanim porozmawiamy o tym, jak ECU wykonuje swoje zadania, porozmawiajmy o najważniejszej rzeczy – prześledźmy drogę benzyny ze zbiornika gazu do silnika – na tym polega praca układu wtrysku paliwa. Początkowo, gdy kropla benzyny opuści ścianki zbiornika gazu, jest ona zasysana do silnika przez elektryczną pompę paliwową. Elektryczna pompa paliwowa z reguły składa się z samej pompy, a także filtra i urządzenia przenoszącego.

Regulator ciśnienia paliwa na końcu podciśnieniowej szyny paliwowej zapewnia, że ​​ciśnienie paliwa jest stałe w stosunku do ciśnienia ssania. W przypadku silnika benzynowego ciśnienie paliwa jest zwykle rzędu 2-3,5 atmosfery (200-350 kPa, 35-50 PSI (psi)). Dysze wtryskiwaczy paliwa są połączone z silnikiem, ale ich zawory pozostają zamknięte, dopóki ECU nie pozwoli na przesłanie paliwa do cylindrów.

Ale co się dzieje, gdy silnik potrzebuje paliwa? W tym miejscu w grę wchodzi wtryskiwacz. Zazwyczaj wtryskiwacze mają dwa styki: jeden zacisk jest połączony z akumulatorem przez przekaźnik zapłonu, a drugi styk idzie do ECU. ECU wysyła pulsujące sygnały do ​​wtryskiwacza. Dzięki magnesowi, do którego dostarczane są takie pulsujące sygnały, zawór wtryskiwacza otwiera się, a do jego dyszy podawana jest pewna ilość paliwa. Ponieważ ciśnienie we wtryskiwaczu jest bardzo wysokie (jak pokazano powyżej), otwarty zawór kieruje paliwo z dużą prędkością do dyszy wtryskiwacza. Czas otwarcia zaworu wtryskiwacza wpływa na ilość paliwa dostarczanego do cylindra, a czas ten odpowiednio zależy od szerokości impulsu (tj. jak długo ECU wysyła sygnał do wtryskiwacza).

Gdy zawór się otwiera, wtryskiwacz paliwa przesyła paliwo przez końcówkę rozpylającą, która rozpyla płynne paliwo w mgłę bezpośrednio do cylindra. Taki system nazywa się system bezpośredniego wtrysku... Ale rozpylone paliwo nie może być dostarczane bezpośrednio do cylindrów, ale najpierw do kolektorów dolotowych.

Jak działa wtryskiwacz

Ale w jaki sposób ECU określa, ile paliwa należy dostarczyć do silnika w danym momencie? Kiedy kierowca naciska pedał przyspieszenia, faktycznie otwiera przepustnicę o wielkość nacisku na pedał, przez który powietrze jest dostarczane do silnika. Tym samym możemy śmiało nazwać pedał gazu „regulatorem powietrza” do silnika. Czyli komputer samochodu kieruje się między innymi otwarciem przepustnicy, ale nie ogranicza się do tej kontrolki - odczytuje informacje z wielu czujników, a dowiedzmy się o nich wszystkich!

Czujnik przepływu masy powietrza

Po pierwsze, czujnik masowego przepływu powietrza (MAF) wykrywa, ile powietrza dostaje się do korpusu przepustnicy i wysyła te informacje do ECU. ECU wykorzystuje te informacje, aby zdecydować, ile paliwa należy wtrysnąć do cylindrów, aby utrzymać mieszankę w idealnych proporcjach.

Czujnik położenia przepustnicy

Komputer stale wykorzystuje ten czujnik do sprawdzania położenia przepustnicy i dzięki temu wie, ile powietrza przechodzi przez wlot powietrza, aby regulować impuls wysyłany do wtryskiwaczy, zapewniając, że do układu dostaje się odpowiednia ilość paliwa.

Czujnik tlenu

Ponadto ECU wykorzystuje czujnik O2, aby dowiedzieć się, ile tlenu znajduje się w spalinach pojazdu. Zawartość tlenu w spalinach wskazuje, jak dobrze spala się paliwo. Wykorzystując powiązane dane z dwóch czujników: tlenu i masowego przepływu powietrza, ECU monitoruje również nasycenie mieszanki paliwowo-powietrznej dostarczanej do komory spalania cylindrów silnika.

Czujnik położenia wału korbowego

To chyba główny czujnik układu wtrysku paliwa - to od niego ECU uczy się o ilości obrotów silnika w danym momencie i dostosowuje ilość podawanego paliwa w zależności od ilości obrotów i oczywiście położenia pedału gazu.

Są to trzy główne czujniki, które bezpośrednio i dynamicznie wpływają na ilość paliwa dostarczanego do wtryskiwacza, a następnie do silnika. Ale jest też kilka czujników:

• Czujnik napięcia w sieci elektrycznej maszyny jest potrzebny, aby ECU rozumiało, jak rozładowany jest akumulator i czy konieczne jest zwiększenie prędkości jego ładowania.
• Czujnik temperatury płynu chłodzącego - ECU przyspiesza, jeśli silnik jest zimny i odwrotnie, jeśli silnik jest rozgrzany.

W nowoczesnych pojazdach stosowane są różne systemy wtrysku paliwa. Układ wtryskowy (inna nazwa – układ wtryskowy, od wtrysku – wtrysk), jak sama nazwa wskazuje, zapewnia wtrysk paliwa.

Układ wtryskowy stosowany jest zarówno w silnikach benzynowych, jak i wysokoprężnych. Jednak konstrukcja i działanie układów wtryskowych do silników benzynowych i wysokoprężnych znacznie się różnią.

W silnikach benzynowych wtrysk tworzy jednorodną mieszankę paliwowo-powietrzną, która jest wymuszona przez iskrę. W silnikach wysokoprężnych paliwo wtryskiwane jest pod wysokim ciśnieniem, część paliwa miesza się ze sprężonym (gorącym) powietrzem i zapala się niemal natychmiast. Ciśnienie wtrysku określa ilość wtryskiwanego paliwa i odpowiednio moc silnika. Dlatego im wyższe ciśnienie, tym wyższa moc silnika.

Układ wtrysku paliwa jest integralną częścią układu paliwowego pojazdu. Głównym elementem roboczym każdego układu wtryskowego jest wtryskiwacz ( wtryskiwacz).

Systemy wtrysku benzyny

W zależności od sposobu tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej rozróżnia się następujące układy wtrysku centralnego, wtrysk wielopunktowy i wtrysk bezpośredni. Układy wtrysku centralnego i wielopunktowego to układy wtrysku wstępnego, czyli tzw. wtrysk do nich odbywa się przed dotarciem do komory spalania - w kolektorze dolotowym.

Systemy wtrysku oleju napędowego

Wtrysk paliwa w silnikach wysokoprężnych może odbywać się na dwa sposoby: do komory wstępnej lub bezpośrednio do komory spalania.

Silniki z wtryskiem do komory wstępnej wyróżnia niski poziom hałasu i płynna praca. Ale obecnie preferowane są systemy bezpośredniego wtrysku. Pomimo zwiększonego poziomu hałasu, takie systemy są bardzo oszczędne.

Definiującym elementem konstrukcyjnym układu wtryskowego silnika wysokoprężnego jest wysokociśnieniowa pompa paliwowa (pompa wtryskowa).

W samochodach osobowych z silnikiem wysokoprężnym montowane są różne konstrukcje układów wtryskowych: z rzędową pompą wtryskową, z dystrybucyjną pompą wtryskową, dyszami pomp, Common Rail. Progresywne układy wtryskowe – pompowtryskiwacze i system Common Rail.

Pierwsze systemy wtrysku były mechaniczne (ryc. 2.61), a nie elektroniczne, a niektóre (jak bardzo wydajny system BOSCH) były niezwykle inteligentne i działały dobrze. Po raz pierwszy w firmie Daimler Benz opracowano mechaniczny układ wtrysku paliwa, a pierwszy samochód produkcyjny z wtryskiem benzyny został wyprodukowany już w 1954 roku. Główne zalety układu wtryskowego nad układami gaźnikowymi są następujące:

Brak dodatkowych oporów przepływu powietrza na wlocie, który ma miejsce w gaźniku, co zapewnia wzrost napełnienia cylindrów i litra mocy silnika;

Dokładniejsza dystrybucja paliwa do poszczególnych cylindrów;

Znacznie wyższy stopień optymalizacji składu mieszanki palnej we wszystkich trybach pracy silnika z uwzględnieniem jego stanu, co prowadzi do poprawy efektywności paliwowej i zmniejszenia toksyczności spalin.

Chociaż w końcu okazało się, że lepiej do tego celu wykorzystać elektronikę, co pozwala na uczynienie systemu bardziej zwartym, bardziej niezawodnym i lepiej dostosowanym do wymagań różnych silników. Niektóre z najwcześniejszych elektronicznych układów wtryskowych to gaźnik, z którego usunięto wszystkie „pasywne” układy paliwowe i zainstalowano jeden lub dwa wtryskiwacze. Takie systemy nazywane są „wtryskiem centralnym (jednopunktowym)” (ryc. 2.62 i 2.64).

Ryż. 2.62. Centralna (jednopunktowa) jednostka wtryskowa

Ryż. 2.64. Schemat centralnego układu wtrysku paliwa: 1 - zasilanie paliwem;

Ryż. 2.63. Elektroniczna jednostka sterująca 2 - wlot powietrza; 3 - przepustnica przez czterocylindrowy silnik; 4 - rurociąg wlotowy; Valvetronic BMW 5 - wtryskiwacz; 6 - silnik

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są rozproszone (wielopunktowe) elektroniczne układy wtryskowe. Konieczne jest bardziej szczegółowe zbadanie tych systemów elektroenergetycznych.

SYSTEM ZASILANIA Z ELEKTRONICZNYM ROZPROSZONYM WTRYSKIEM BENZYNY (TYP MOTRONIC)

W centralnym układzie wtryskowym mieszanina jest dostarczana i rozprowadzana po cylindrach wewnątrz kolektora dolotowego (rys. 2.64).

Najnowocześniejszy rozproszony układ wtrysku paliwa wyróżnia się tym, że w przewodzie dolotowym każdego cylindra jest zainstalowana osobna dysza, która w pewnym momencie wtryskuje odmierzoną porcję benzyny do zaworu wlotowego odpowiedniego cylindra. Otrzymano benzynę

do cylindra, odparowuje i miesza się z powietrzem, tworząc palną mieszankę. Silniki z takimi układami paliwowymi mają lepszą wydajność paliwową i niższy poziom zanieczyszczeń w spalinach w porównaniu z silnikami gaźnikowymi.

Pracą wtryskiwaczy steruje elektroniczna jednostka sterująca (ECU) (rys. 2.63), która jest specjalnym komputerem, który odbiera i przetwarza sygnały elektryczne z układu czujników, porównuje ich odczyty z wartościami,

przechowywane w pamięci komputera i dostarcza sterujące sygnały elektryczne do zaworów elektromagnetycznych wtryskiwaczy i innych elementów wykonawczych. Ponadto ECU stale przeprowadza diagnostykę

Ryż. 2.65. Schemat układu rozproszonego wtrysku paliwa Motronic: 1 - zasilanie paliwem; 2 - wlot powietrza; 3 - zawór dławiący; 4 - rurociąg wlotowy; 5 - dysze; 6 - silnik

Układ wtrysku paliwa, aw przypadku awarii, ostrzega kierowcę za pomocą lampki ostrzegawczej zamontowanej w tablicy rozdzielczej. Poważne usterki są zapisywane w pamięci jednostki sterującej i mogą być odczytane podczas diagnostyki.

Układ wtrysku paliwa składa się z następujących elementów:

System zasilania i oczyszczania paliwa;

System dostarczania i oczyszczania powietrza;

System odzyskiwania i spalania oparów benzyny;

Część elektroniczna z zestawem czujników;

Układ wydechowy i dopalania spalin.

Układ zasilania paliwem składa się ze zbiornika paliwa, elektrycznej pompy benzynowej, filtra paliwa, rurociągów oraz szyny paliwowej, na której zamontowane są wtryskiwacze oraz regulator ciśnienia paliwa.

Ryż. 2,66. Zatapialna elektryczna pompa paliwowa; a - wlot paliwa z pompą; b - widok zewnętrzny pompy i sekcji tłocznej rotacyjnej pompy paliwowej z napędem elektrycznym; в - bieg; g - wałek; d - płytkowy; e - schemat sekcji pompy typu obrotowego: 1 - korpus; 2 - strefa ssąca; 3 - wirnik; 4 - strefa wtrysku; 5 - kierunek obrotów

Ryż. 2.67. Szyna paliwowa do silnika pięciocylindrowego z zamontowanymi wtryskiwaczami, regulatorem ciśnienia i złączem kontroli ciśnienia

Elektryczna pompa paliwa(zwykle rolkowy) można zamontować zarówno wewnątrz zbiornika gazu (rys. 2.66), jak i na zewnątrz. Pompa paliwa jest włączana za pomocą przekaźnika elektromagnetycznego. Benzyna jest zasysana przez pompę ze zbiornika jednocześnie myjąc i schładzając silnik elektryczny pompy. Na wylocie pompy znajduje się zawór zwrotny, który zapobiega wypływaniu paliwa z przewodu ciśnieniowego, gdy pompa paliwa jest wyłączona. Zawór bezpieczeństwa służy do ograniczania ciśnienia.

Paliwo pochodzące z pompy paliwowej pod ciśnieniem co najmniej 280 kPa przechodzi przez dokładny filtr paliwa i dostaje się do szyny paliwowej. Filtr posiada metalowy korpus wypełniony wkładem papierowym.

Rampa(rys. 2.67) to pusta konstrukcja, do której przymocowane są dysze i regulator ciśnienia. Rampa jest przykręcona do kolektora dolotowego silnika. Na listwie montowana jest również złączka, która służy do kontroli ciśnienia paliwa. Połączenie jest zamknięte korkiem gwintowanym, aby chronić je przed zanieczyszczeniem.

Dysza(ryc. 2.68) ma metalowy korpus, wewnątrz którego znajduje się zawór elektromagnetyczny, który składa się z uzwojenia elektrycznego, stalowego rdzenia, sprężyny i igły odcinającej. W górnej części dyszy znajduje się mały filtr siatkowy, który chroni rozpylacz dyszy (który ma bardzo małe otwory) przed zanieczyszczeniem. Gumowe pierścienie zapewniają niezbędne uszczelnienie pomiędzy szyną, dyszą i gniazdem kolektora dolotowego. Mocowanie dyszy

na rampie za pomocą specjalnego zacisku. Na korpusie dyszy znajdują się styki elektryczne do podłączenia

Ryż. 2.68. Dysze elektromagnetyczne silnika benzynowego: lewe - GM, prawe - Bosch

Ryż. 2.69. Kontrola ciśnienia paliwa: 1 - przypadek; 2 - okładka; 3 - rura odgałęziona do węża próżniowego; 4 - membrana; 5 - zawór; A - komora paliwowa; B - wnęka próżniowa

Ryż. 2,70. Plastikowa rura wlotowa ze zbiornikiem powietrza i korpusem przepustnicy

podłączenie złącza elektrycznego. Regulacja ilości paliwa wtryskiwanego przez wtryskiwacz odbywa się poprzez zmianę długości impulsu elektrycznego podawanego na styki wtryskiwacza.

Regulator ciśnienia paliwo (rys. 2.69) służy do zmiany ciśnienia w listwie w zależności od podciśnienia w kolektorze dolotowym. W stalowym korpusie reduktora znajduje się sprężynowy zawór iglicowy połączony z membraną. Z jednej strony na membranę wpływa ciśnienie paliwa w szynie, az drugiej podciśnienie w kolektorze dolotowym. Gdy podciśnienie wzrasta, a przepustnica jest zamknięta, zawór otwiera się, nadmiar paliwa jest odprowadzany rurą spustową z powrotem do zbiornika, a ciśnienie w szynie spada.

Ostatnio pojawiły się układy wtryskowe, w których nie ma regulatora ciśnienia paliwa. Na przykład na rampie silnika V8 nowego Range Rovera nie ma regulatora ciśnienia, a mieszanka paliwowa jest dostarczana tylko przez działanie wtryskiwaczy, które odbierają sygnały z jednostki elektronicznej.

System zasilania i oczyszczania powietrza składa się z filtra powietrza z wymiennym wkładem filtrującym, rury dławiącej z przepustnicą i regulatorem obrotów biegu jałowego, odbiornika i rury wydechowej (rys. 2.70).

Odbiorca musi mieć wystarczająco dużą objętość, aby wygładzić pulsacje powietrza wchodzącego do cylindrów silnika.

Rura przepustnicy zamocowany na odbiorniku i służy do zmiany ilości powietrza wchodzącego do cylindrów silnika. Zmiana ilości powietrza odbywa się za pomocą przepustnicy, która obracana jest w korpusie za pomocą napędu linkowego z pedału gazu. Czujnik położenia przepustnicy i regulator prędkości biegu jałowego są zainstalowane na korpusie przepustnicy. Dysza przepustnicy ma otwory do pobierania podciśnienia, które jest wykorzystywane przez system odzyskiwania oparów benzyny.

Ostatnio projektanci układów wtryskowych zaczynają stosować elektryczny napęd sterujący, gdy nie ma mechanicznego połączenia między pedałem gazu a przepustnicą (rys. 2.71). W takich konstrukcjach czujniki jego położenia są instalowane na pedale gazu, a przepustnica jest obracana przez silnik krokowy z reduktorem. Silnik elektryczny obraca amortyzator zgodnie z sygnałami z komputera sterującego pracą silnika. W takich konstrukcjach zapewniona jest nie tylko precyzyjna realizacja poleceń kierowcy, ale również możliwe jest wpływanie na pracę silnika, korygowanie błędów kierowcy, poprzez działanie układów elektronicznej kontroli stabilności pojazdu oraz innych nowoczesnych zabezpieczeń elektronicznych systemy.

Ryż. 2.71. Przepustnica z elektrycznym Ryż. 2.72. Czujniki indukcyjne typu biegunowego zapewniają kontrolę wału korbowego i dystrybutora silnika podczas spadków

Fale

Czujnik położenia przepustnicy to potencjometr, którego suwak jest połączony z wałem przepustnicy. Po przekręceniu przepustnicy zmienia się rezystancja elektryczna czujnika i jego napięcie zasilania, które jest sygnałem wyjściowym dla ECU. Elektryczne systemy sterowania przepustnicą wykorzystują co najmniej dwa czujniki, aby komputer mógł określić kierunek ruchu przepustnicy.

Regulator prędkości biegu jałowego służy do regulacji prędkości biegu jałowego wału korbowego silnika poprzez zmianę ilości powietrza przepływającego wokół zamkniętej przepustnicy. Regulator składa się z silnika krokowego sterowanego przez ECU oraz zaworu stożkowego. W nowoczesnych systemach z mocniejszymi komputerami sterującymi silnika nie ma regulatorów obrotów biegu jałowego. Komputer analizując sygnały z licznych czujników kontroluje czas trwania impulsów prądu elektrycznego docierających do wtryskiwaczy oraz pracę silnika we wszystkich trybach, w tym na biegu jałowym.

Zainstalowany między filtrem powietrza a kolektorem dolotowym czujnik masowego zużycia paliwa. Czujnik zmienia częstotliwość sygnału elektrycznego dostarczanego do ECU w zależności od ilości powietrza przepływającego przez rurę. Z tego czujnika do ECU dostarczany jest sygnał elektryczny odpowiadający temperaturze powietrza wlotowego. Najwcześniejsze elektroniczne systemy wtrysku wykorzystywały czujniki do szacowania objętości napływającego powietrza. W rurze wlotowej zainstalowano przepustnicę, która odchylała się o różne wartości w zależności od ciśnienia napływającego powietrza. Do przepustnicy podłączony był potencjometr, który zmieniał rezystancję w zależności od wielkości obrotów przepustnicy. Nowoczesne czujniki masowego przepływu powietrza działają na zasadzie zmiany rezystancji elektrycznej nagrzanego drutu lub folii przewodzącej, gdy jest on chłodzony przez napływający strumień powietrza. Komputer sterujący, który również odbiera sygnały z czujnika temperatury powietrza dolotowego, może określić masę powietrza wchodzącego do silnika.

Aby poprawnie sterować pracą układu wtrysku rozproszonego, jednostka elektroniczna wymaga sygnałów z innych czujników. Do tych ostatnich należą: czujnik temperatury płynu chłodzącego, czujnik położenia i prędkości wału korbowego, czujnik prędkości pojazdu, czujnik spalania stukowego, czujnik stężenia tlenu (montowany w przedniej rurze układu wydechowego w wersji układu wtryskowego ze sprzężeniem zwrotnym).

Półprzewodniki, które zmieniają rezystancję elektryczną wraz ze zmianą temperatury, są używane głównie jako czujniki temperatury. Czujniki położenia i prędkości wału korbowego są zwykle typu indukcyjnego (rys. 2.72). Wydzielają impulsy prądu elektrycznego, gdy obraca się koło zamachowe ze znakami na nim.

Ryż. 2.73. Schemat adsorbera: 1 - powietrze wlotowe; 2 - przepustnica; 3 - kolektor dolotowy silnika; 4 - zawór do czyszczenia naczynia węglem aktywnym; 5 - sygnał z ECU; 6 - naczynie z węglem aktywnym; 7 - powietrze otoczenia; 8 - opary paliwa w zbiorniku paliwa

Rozproszony system zasilania wtryskowego może być sekwencyjny lub równoległy. W układzie wtrysku równoległego, w zależności od liczby cylindrów silnika, uruchamianych jest jednocześnie kilka wtryskiwaczy. W systemie wtrysku sekwencyjnego we właściwym czasie uruchamiany jest tylko jeden konkretny wtryskiwacz. W drugim przypadku ECU musi otrzymać informację o momencie, w którym każdy tłok znajduje się w pobliżu GMP w suwie ssania. Wymaga to nie tylko czujnika położenia wału korbowego, ale także Czujnik położenia wałka rozrządu. Nowoczesne samochody są zwykle wyposażone w silniki z wtryskiem sekwencyjnym.

Do wychwytywanie oparów benzyny, który odparowuje ze zbiornika paliwa, wszystkie układy wtryskowe wykorzystują specjalne adsorbery z węglem aktywnym (rys. 2.73). Węgiel aktywny, umieszczony w specjalnym pojemniku połączonym rurociągiem ze zbiornikiem paliwa, dobrze pochłania opary benzyny. Aby usunąć benzynę z adsorbera, ten ostatni jest przedmuchiwany powietrzem i podłączony do kolektora dolotowego silnika.

aby w tym przypadku praca silnika nie została zakłócona, czyszczenie odbywa się tylko w niektórych trybach pracy silnika za pomocą specjalnych zaworów, które otwierają się i zamykają na polecenie ECU.

Wykorzystanie systemów wtrysku sprzężenia zwrotnego czujniki stężenia tlenu tak w spalinach, które są zainstalowane w układzie wydechowym z katalizatorem.

Katalizator(ryc. 2.74;

Ryż. 2.74. Katalizator dwuwarstwowy trójdrożny do spalin: 1 - czujnik stężenia tlenu dla zamkniętej pętli sterującej; 2 - monolityczny nośnik blokowy; 3 - element montażowy w postaci siatki drucianej; 4 - dwupłaszczowa izolacja termiczna neutralizatora

2.75) jest instalowany w układzie wydechowym w celu zmniejszenia zawartości substancji szkodliwych w spalinach. Neutralizator zawiera jeden katalizator redukcyjny (rodowy) i dwa utleniające (platynowy i palladowy). Katalizatory utleniające sprzyjają utlenianiu niespalonych węglowodorów (CH) do pary wodnej,

Ryż. 2,75. Wygląd konwertera

i tlenek węgla (CO) do dwutlenku węgla. Katalizator redukujący redukuje szkodliwe tlenki azotu NOx do nieszkodliwego azotu. Ponieważ katalizatory te zmniejszają zawartość trzech szkodliwych substancji w spalinach, nazywane są katalizatorami trójskładnikowymi.

Praca silnika samochodowego na benzynie ołowiowej prowadzi do awarii drogiego katalizatora. Dlatego w większości krajów stosowanie benzyny ołowiowej jest zabronione.

Katalizator trójdrożny działa najefektywniej, gdy do silnika dostarczana jest mieszanina stechiometryczna, czyli przy stosunku powietrza do paliwa 14,7:1 lub nadmiarze powietrza równym jeden. Jeśli w mieszaninie jest za mało powietrza (tj. za mało tlenu), wówczas CH i CO nie utlenią się całkowicie (spalą) do bezpiecznego produktu ubocznego. W przypadku zbyt dużej ilości powietrza rozkład NOX na tlen i azot nie może być zapewniony. Dlatego pojawiła się nowa generacja silników, w których skład mieszanki był stale dostosowywany do uzyskania dokładnej korespondencji ze stosunkiem nadmiaru powietrza cc=1 za pomocą wbudowanego w układ wydechowy czujnika stężenia tlenu (sonda lambda) (rys. 2.77). .

Ryż. 2.76. Zależność wydajności neutralizatora od współczynnika nadmiaru powietrza

Ryż. 2.77. Urządzenie do czujnika stężenia tlenu: 1 - pierścień uszczelniający; 2 - metalowy korpus z gwintem i sześciokątem „pod klucz”; 3 - izolator ceramiczny; 4 - przewody; 5 - mankiet uszczelniający drutów; 6 - styki prądowe przewodu zasilającego grzałkę; 7 - zewnętrzny ekran ochronny z otworem na powietrze atmosferyczne; 8 - aktualny ściągacz sygnału elektrycznego; 9 - grzejnik elektryczny; 10 - końcówka ceramiczna; 11 - ekran ochronny z otworem na spaliny

Czujnik ten wykrywa ilość tlenu w spalinach, a jego sygnał elektryczny jest wykorzystywany przez ECU, który odpowiednio zmienia ilość wtryskiwanego paliwa. Zasada działania czujnika polega na zdolności przepuszczania przez siebie jonów tlenu. Jeżeli zawartość tlenu na aktywnych powierzchniach czujnika (z których jedna ma kontakt z atmosferą, a druga ze spalinami) jest znacząco różna, następuje gwałtowna zmiana napięcia na zaciskach czujnika. Czasami instalowane są dwa czujniki stężenia tlenu: jeden przed neutralizatorem, a drugi za.

Aby katalizator i czujnik stężenia tlenu działały skutecznie, należy je podgrzać do określonej temperatury. Minimalna temperatura, w której zatrzymuje się 90% szkodliwych substancji, to około 300°C. Należy również unikać przegrzania katalizatora, ponieważ może to uszkodzić wypełnienie i częściowo zablokować przepływ gazu. Jeśli silnik zacznie pracować z przerwami, niespalone paliwo wypala się w katalizatorze, gwałtownie zwiększając jego temperaturę. Czasami kilka minut przerywanej pracy silnika może wystarczyć do całkowitego uszkodzenia katalizatora. Dlatego systemy elektroniczne w nowoczesnych silnikach muszą wykrywać i zapobiegać wypadkom zapłonu oraz ostrzegać kierowcę o powadze problemu. Czasami do przyspieszenia nagrzewania katalizatora po uruchomieniu zimnego silnika stosuje się grzałki elektryczne. Obecnie stosowane prawie wszystkie czujniki stężenia tlenu mają elementy grzejne. W nowoczesnych silnikach w celu ograniczenia emisji szkodliwych substancji do atmosfery

py podczas rozgrzewania silnika katalizatory wstępne są instalowane jak najbliżej kolektora wydechowego (rys. 2.78), aby zapewnić szybkie nagrzewanie katalizatora do temperatury pracy. Czujniki tlenu są instalowane przed i za konwerterem.

Aby poprawić parametry środowiskowe silnika, konieczne jest nie tylko ulepszenie konwertorów spalin, ale także usprawnienie procesów zachodzących w silniku. Możliwe stało się zmniejszenie zawartości węglowodorów poprzez redukcję

„Objętości szczelinowe”, takie jak prześwit między tłokiem a ścianą cylindra nad górnym pierścieniem dociskowym i zagłębieniami wokół gniazd zaworów.

Dokładne badanie przepływu mieszanki palnej wewnątrz cylindra przy użyciu technologii komputerowej pozwoliło zapewnić pełniejsze spalanie i niższy poziom CO. Poziom NOx został obniżony przez układ EGR poprzez pobranie części gazu z układu wydechowego i wprowadzenie go do strumienia powietrza wlotowego. Te środki oraz szybka i dokładna kontrola chwilowej pracy silnika mogą ograniczyć emisje do minimum, nawet przed katalizatorem. W celu przyspieszenia nagrzewania się katalizatora i jego wejścia w tryb pracy stosuje się również metodę dopływu powietrza wtórnego do kolektora wydechowego za pomocą specjalnej pompy elektrycznej.

Inną skuteczną i szeroko rozpowszechnioną metodą neutralizacji szkodliwych produktów w spalinach jest dopalanie płomienia, które opiera się na zdolności do utleniania się palnych składników spalin (CO, CH, aldehydy) w wysokich temperaturach. Spaliny trafiają do komory dopalacza, która posiada wyrzutnik, przez który wchodzi ogrzane powietrze z wymiennika ciepła. Palenie odbywa się w komorze,

Ryż. 2.78. Kolektor wydechowy silnika a zapłon służy do zapłonu

ze wstępnym neutralizatoremświeca.

BEZPOŚREDNI WTRYS BENZYNY

Pierwsze systemy wtrysku benzyny bezpośrednio do cylindrów silnika pojawiły się w pierwszej połowie XX wieku. i były używane w silnikach lotniczych. Próby zastosowania wtrysku bezpośredniego w silnikach benzynowych samochodów zostały przerwane w latach 40-tych XIX wieku, ponieważ takie silniki były drogie, nieekonomiczne i mocno palone w trybach dużej mocy. Wtrysk benzyny bezpośrednio do cylindrów to wyzwanie. Wtryskiwacze benzynowe z bezpośrednim wtryskiem pracują w trudniejszych warunkach niż te montowane w kolektorze dolotowym. Głowica bloku, do której mają być wmontowane takie wtryskiwacze, okazuje się bardziej skomplikowana i kosztowna. Czas przeznaczony na proces tworzenia mieszanki z wtryskiem bezpośrednim ulega znacznemu skróceniu, co oznacza, że ​​dla dobrego uformowania mieszanki konieczne jest dostarczenie benzyny pod wysokim ciśnieniem.

Specjalistom Mitsubishi udało się poradzić sobie z tymi wszystkimi trudnościami, którzy po raz pierwszy zastosowali system bezpośredniego wtrysku benzyny w silnikach samochodowych. Pierwszy samochód produkcyjny Mitsubishi Galant z silnikiem 1.8 GDI (Gasoline Direct Injection) pojawił się w 1996 roku (rys. 2.81). Obecnie silniki z bezpośrednim wtryskiem benzyny są produkowane przez Peugeot-Citroen, Renault, Toyota, DaimlerChrysler i innych producentów (ryc. 2.79; 2.80; 2.84).

Zalety systemu bezpośredniego wtrysku to przede wszystkim poprawa oszczędności paliwa, a także pewien wzrost mocy. Pierwszy z nich wynika z możliwości działania silnika z wtryskiem bezpośrednim

Ryż. 2.79. Schemat ideowy silnika Volkswagen FSI z bezpośrednim wtryskiem benzyny

Ryż. 2,80. W 2000 roku PSA Peugeot-Citroen wprowadził swój 2-litrowy czterocylindrowy silnik HPI z bezpośrednim wtryskiem benzyny, który mógł pracować na ubogiej mieszance

na bardzo ubogich mieszankach. Wzrost mocy wynika głównie z faktu, że organizacja procesu dostarczania paliwa do cylindrów silnika pozwala na zwiększenie stopnia sprężania do 12,5 (w konwencjonalnych silnikach na benzynę rzadko można ustawić stopień sprężania powyżej 10 ze względu na początek detonacji).

W silniku GDI pompa paliwa zapewnia ciśnienie 5 MPa. Wtryskiwacz elektromagnetyczny zamontowany w głowicy cylindrów wtryskuje benzynę bezpośrednio do cylindra silnika i może pracować w dwóch trybach. W zależności od dostarczonego sygnału elektrycznego może wtryskiwać paliwo za pomocą potężnego palnika stożkowego lub kompaktowego strumienia (ryc. 2.82). Dno tłoka ma specjalny kształt w postaci kulistego wgłębienia (ryc. 2.83). Kształt ten umożliwia zawirowanie napływającego powietrza, skierowanie wtryskiwanego paliwa na świecę zapłonową zamontowaną w środku komory spalania. Przewód wlotowy nie znajduje się z boku, ale pionowo

Ryż. 2.81. Silnik Mitsubishi GDI - pierwszy seryjny silnik z bezpośrednim wtryskiem benzyny

ale z góry. Nie ma ostrych zakrętów, dzięki czemu powietrze jest dostarczane z dużą prędkością.

Ryż. 2.82. Dysza silnika GDI może pracować w dwóch trybach, zapewniając mocną (a) lub kompaktową (b) latarkę rozpylonej benzyny

W pracy silnika z systemem bezpośredniego wtrysku można wyróżnić trzy różne tryby:

1) tryb pracy na mieszankach super ubogich;

2) tryb pracy na mieszaninie stechiometrycznej;

3) tryb gwałtownych przyspieszeń od niskich obrotów;

Tryb pierwszy stosuje się, gdy samochód porusza się bez gwałtownych przyspieszeń z prędkością około 100-120 km/h. Ten tryb wykorzystuje bardzo ubogą mieszankę paliwową o współczynniku nadmiaru powietrza powyżej 2,7. W normalnych warunkach taka mieszanka nie może się zapalić od iskry, więc wtryskiwacz wtryskuje paliwo w kompaktowym palniku pod koniec suwu sprężania (jak w dieslu). Kuliste wgłębienie w tłoku kieruje strumień paliwa do elektrod świecy zapłonowej, gdzie wysokie stężenie oparów benzyny umożliwia zapłon mieszanki.

Drugi tryb stosuje się go podczas jazdy samochodem z dużą prędkością i przy gwałtownych przyspieszeniach, gdy konieczne jest uzyskanie dużej mocy. Ten tryb ruchu wymaga stechiometrycznego składu mieszaniny. Mieszanina o takim składzie jest wysoce łatwopalna, ale silnik GDI ma podwyższony stopień

kompresji, a w celu zapobieżenia detonacji wtryskiwacz wstrzykuje paliwo za pomocą mocnego palnika. Drobno rozpylone paliwo wypełnia cylinder i odparowuje, aby schłodzić powierzchnie cylindra, zmniejszając prawdopodobieństwo detonacji.

Trzeci tryb konieczne jest uzyskanie dużego momentu obrotowego, gdy pedał gazu jest mocno wciśnięty, gdy silnik jest wyłączony

działa przy niskich prędkościach. Ten tryb pracy silnika różni się tym, że wtryskiwacz uruchamiany jest dwukrotnie podczas jednego cyklu. Podczas suwu ssania w cylindrze przez

Ryż. 2.83. Tłok silnika z bezpośrednim wtryskiem benzyny ma specjalny kształt (proces spalania nad tłokiem)

4. Nr zamówienia 1031. 97

Ryż. 2.84. Cechy konstrukcyjne silnika z bezpośrednim wtryskiem benzyny Audi 2.0 FSI

jego chłodzenie za pomocą mocnego palnika jest wtryskiwane ultra-ubogą mieszanką (a = 4,1). Pod koniec suwu sprężania wtryskiwacz ponownie wstrzykuje paliwo, ale za pomocą kompaktowego palnika. W takim przypadku mieszanina w cylindrze zostaje wzbogacona i nie dochodzi do detonacji.

W porównaniu z konwencjonalnym silnikiem z wtryskiem wielopunktowym, silnik GDI jest o około 10% oszczędniejszy i emituje o 20% mniej dwutlenku węgla. Wzrost mocy silnika sięga 10%. Jednak, jak pokazuje eksploatacja samochodów z silnikami tego typu, są one bardzo wrażliwe na zawartość siarki w benzynie.

Orbital opracował oryginalny proces bezpośredniego wtrysku benzyny. W tym procesie do cylindrów silnika wtryskiwana jest benzyna, która jest wstępnie mieszana z powietrzem za pomocą specjalnej dyszy. Dysza orbitalna składa się z dwóch dysz, paliwa i powietrza.

Ryż. 2.85. Działanie dyszy orbitalnej

Powietrze dostarczane jest do dysz powietrznych w postaci sprężonej ze specjalnej sprężarki pod ciśnieniem 0,65 MPa. Ciśnienie paliwa wynosi 0,8 MPa. Najpierw wyzwalany jest strumień paliwa, a następnie, w odpowiednim momencie, strumień powietrza, dlatego do cylindra wtryskiwana jest mieszanka paliwowo-powietrzna z mocną pochodnią w postaci aerozolu (ryc. 2.85).

Wtryskiwacz umieszczony w głowicy cylindra obok świecy zapłonowej wtryskuje strumień paliwa i powietrza bezpośrednio na elektrody świecy zapłonowej, aby zapewnić dobry zapłon.

Obecnie jednym z głównych zadań biur projektowych producentów samochodów jest tworzenie elektrowni, które zużywają jak najmniej paliwa i emitują zmniejszoną ilość szkodliwych substancji do atmosfery. Co więcej, wszystko to musi być osiągnięte pod warunkiem, że wpływ na parametry pracy (moc, moment obrotowy) jest minimalny. Oznacza to, że konieczne jest uczynienie silnika ekonomicznym, a jednocześnie mocnym i wysokim momentem obrotowym.

Aby osiągnąć ten wynik, prawie wszystkie komponenty i układy jednostki napędowej przechodzą zmiany i modyfikacje. Dotyczy to zwłaszcza układu zasilania, ponieważ to ona jest odpowiedzialna za przepływ paliwa do cylindrów. Uważa się, że najnowszym osiągnięciem w tym kierunku jest bezpośredni wtrysk paliwa do komór spalania elektrowni zasilanej benzyną.

Istota tego systemu sprowadza się do oddzielnego dostarczania do cylindrów składników mieszanki palnej - benzyny i powietrza. Oznacza to, że zasada jego działania jest bardzo podobna do działania instalacji diesla, gdzie tworzenie mieszanki odbywa się w komorach spalania. Ale jednostka benzynowa, na której zainstalowano układ bezpośredniego wtrysku, ma szereg cech procesu wtrysku składników mieszanki paliwowej, jej mieszania i spalania.

Trochę historii

Wtrysk bezpośredni nie jest pomysłem nowym, w historii jest wiele przykładów zastosowania takiego systemu. Pierwsze masowe wykorzystanie tego typu silnika nastąpiło w lotnictwie w połowie ubiegłego wieku. Próbowali go również używać w pojazdach, ale nie otrzymały szerokiej dystrybucji. System z tamtych lat można uznać za swego rodzaju prototyp, ponieważ był całkowicie mechaniczny.

System bezpośredniego wtrysku otrzymał „drugie życie” w połowie lat 90. XX wieku. Jako pierwsi wyposażyli swoje samochody w instalacje z bezpośrednim wtryskiem byli Japończycy. Jednostka opracowana przez Mitsubishi otrzymała oznaczenie GDI, które jest skrótem od „Gasoline Direct Injection”, co oznacza bezpośredni wtrysk paliwa. Nieco później Toyota stworzyła własny silnik – D4.

Bezpośredni wtrysk paliwa

Z biegiem czasu pojawiły się silniki wykorzystujące wtrysk bezpośredni od innych producentów:

• Zainteresowanie VAG - TSI, FSI, TFSI;
• Mercedes-Benz - CGI;
• Ford - EcoBoost;
• GM - EcoTech;

Wtrysk bezpośredni nie jest osobnym, zupełnie nowym typem i należy do układów wtrysku paliwa. Ale w przeciwieństwie do swoich poprzedników, jego paliwo jest wtryskiwane pod ciśnieniem bezpośrednio do cylindrów, a nie, jak wcześniej, do kolektora dolotowego, gdzie benzyna była mieszana z powietrzem przed wprowadzeniem do komór spalania.

Cechy konstrukcyjne i zasada działania

Bezpośredni wtrysk benzyny jest w zasadzie bardzo podobny do oleju napędowego. W konstrukcji takiego układu zasilania przewidziano dodatkową pompę, po której benzyna już pod ciśnieniem jest podawana do dysz zainstalowanych w głowicy cylindrów z dyszami umieszczonymi w komorze spalania. W wymaganym momencie wtryskiwacz podaje paliwo do cylindra, gdzie powietrze zostało już przepompowane przez kolektor dolotowy.

Projekt tego systemu zasilania obejmuje:

• zbiornik z zainstalowaną pompą do zalewania paliwa;
• linie niskiego ciśnienia;
• elementy filtrujące paliwo;
• pompa wytwarzająca zwiększone ciśnienie z zainstalowanym regulatorem (pompa paliwowa wysokiego ciśnienia);
• linie wysokiego ciśnienia;
• rampa z dyszami;
• obejście i zawory bezpieczeństwa.

Schemat układu paliwowego z wtryskiem bezpośrednim

Przeznaczenie części elementów, takich jak zbiornik z pompą i filtrem, zostało opisane w innych artykułach. Dlatego rozważymy cel wielu jednostek stosowanych tylko w systemie bezpośredniego wtrysku.

Jednym z głównych elementów tego systemu jest pompa wysokociśnieniowa. Umożliwia przepływ paliwa pod znacznym ciśnieniem do szyny paliwowej. Jego konstrukcja różni się w zależności od producenta - jedno- lub wielonurnikowe. Napęd odbywa się z wałków rozrządu.

W układzie znajdują się również zawory, które zapobiegają przekroczeniu wartości krytycznych ciśnienia paliwa w układzie. Generalnie ciśnienie jest regulowane w kilku miejscach - na wylocie pompy wysokociśnieniowej za pomocą regulatora będącego częścią konstrukcji pompy wtryskowej. Na wlocie pompy znajduje się zawór obejściowy, który kontroluje ciśnienie. Zawór bezpieczeństwa monitoruje ciśnienie w szynie.

Wszystko działa tak: pompa paliwa ze zbiornika przez przewód niskiego ciśnienia podaje benzynę do pompy wysokiego ciśnienia, natomiast benzyna przechodzi przez drobny filtr paliwa, z którego usuwane są duże zanieczyszczenia.

Pary nurników pompy wytwarzają ciśnienie paliwa, które waha się od 3 do 11 MPa w różnych warunkach pracy silnika. Już pod ciśnieniem paliwo dostaje się do szyny przewodami wysokociśnieniowymi, które są rozprowadzane po wtryskiwaczach.

Pracą wtryskiwaczy steruje elektroniczna jednostka sterująca. Jednocześnie bazuje na odczytach wielu czujników silnika, po przeanalizowaniu danych steruje wtryskiwaczami - momentem wtrysku, ilością paliwa oraz metodą rozpylania.

W przypadku podania większej ilości paliwa do wysokociśnieniowej pompy paliwowej, uruchamiany jest zawór obejściowy, który zwraca część paliwa do zbiornika. Również część paliwa jest odprowadzana do zbiornika w przypadku nadciśnienia w szynie, ale odbywa się to za pomocą zaworu bezpieczeństwa.

Bezpośredni wtrysk

Rodzaje mieszania

Dzięki zastosowaniu bezpośredniego wtrysku paliwa inżynierom udało się zmniejszyć przebieg gazu. A wszystko osiąga się dzięki możliwości zastosowania kilku rodzajów formowania mieszanin. Oznacza to, że w określonych warunkach pracy elektrowni dostarczany jest własny rodzaj mieszanki. Co więcej, system monitoruje i kontroluje nie tylko dopływ paliwa, aby zapewnić ten lub inny rodzaj tworzenia mieszanki, ustala się również pewien tryb dopływu powietrza do cylindrów.

W sumie wtrysk bezpośredni jest w stanie zapewnić dwa główne rodzaje mieszanki w cylindrach:

• Warstwowe;
• Stechiometryczna jednorodna;

Pozwala to dobrać mieszankę, która przy określonej pracy silnika zapewni najwyższą wydajność.

Tworzenie mieszanki warstwa po warstwie pozwala silnikowi pracować na bardzo ubogiej mieszance, w której masowa część powietrza jest ponad 40 razy większa niż część paliwa. Oznacza to, że do cylindrów podaje się bardzo dużą ilość powietrza, a następnie dodaje się do niego trochę paliwa.

W normalnych warunkach taka mieszanka nie zapala się od iskry. Aby zapłon mógł nastąpić, projektanci nadali koronie tłoka specjalny kształt, który zapewnia zawirowanie.

Przy takim utworzeniu mieszanki powietrze kierowane przez klapę wchodzi z dużą prędkością do komory spalania. Pod koniec suwu sprężania wtryskiwacz wtryskuje paliwo, które docierając do dna tłoka, wiruje w górę w kierunku świecy zapłonowej z powodu zawirowania. Dzięki temu w obszarze elektrod mieszanina jest bogata i wysoce łatwopalna, a wokół niej znajduje się powietrze praktycznie pozbawione cząstek paliwa. Dlatego takie tworzenie mieszanki nazywa się warstwa po warstwie - wewnątrz znajduje się warstwa ze wzbogaconą mieszanką, na której znajduje się kolejna warstwa, praktycznie bez paliwa.

Takie tworzenie mieszanki zapewnia minimalne zużycie benzyny, ale system przygotowuje taką mieszankę tylko przy równomiernym ruchu, bez gwałtownych przyspieszeń.

Mieszanie stechiometryczne to wytworzenie mieszanki paliwowej w optymalnych proporcjach (14,7 części powietrza na 1 część benzyny), która zapewnia maksymalną moc wyjściową. Taka mieszanka już łatwo się zapala, więc nie jest wymagane tworzenie warstwy wzbogaconej w pobliżu świecy, wręcz przeciwnie, dla efektywnego spalania konieczne jest równomierne rozprowadzenie benzyny w powietrzu.

Paliwo jest więc wtryskiwane przez dysze sprężające, a przed zapłonem dobrze porusza się z powietrzem.

Ta mieszanina powstaje w cylindrach podczas przyspieszania, kiedy wymagana jest maksymalna moc wyjściowa, a nie oszczędność.

Projektanci musieli również zmierzyć się z kwestią przejścia silnika z mieszanki ubogiej na bogatą podczas gwałtownych przyspieszeń. Aby zapobiec spalaniu stukowemu, podczas przejścia stosuje się podwójny wtrysk.

Pierwszy wtrysk paliwa odbywa się na suwie ssania, przy czym paliwo działa jak chłodnica ścianek komory spalania, co eliminuje detonację. Druga porcja benzyny dostarczana jest pod koniec suwu sprężania.

System bezpośredniego wtrysku paliwa, dzięki zastosowaniu kilku rodzajów formowania mieszanki jednocześnie, pozwala na dobrą oszczędność paliwa bez większego wpływu na wskaźniki mocy.

Podczas przyspieszania silnik pracuje na normalnej mieszance, a po przyspieszaniu, gdy tryb jazdy jest mierzony i bez nagłych zmian, elektrownia przełącza się na bardzo ubogą mieszankę, oszczędzając w ten sposób paliwo.

To jest główna zaleta takiego systemu zasilania. Ale ma też ważną wadę. Wysokociśnieniowa pompa paliwowa oraz wtryskiwacze wykorzystują wysoko przetworzone pary precyzyjne. Są też słabym punktem, ponieważ te opary są bardzo wrażliwe na jakość benzyny. Obecność obcych zanieczyszczeń, siarki i wody może uszkodzić pompę wtryskową i wtryskiwacze. Dodatkowo benzyna ma bardzo niskie właściwości smarne. Dlatego zużycie par precyzyjnych jest większe niż w przypadku tego samego silnika wysokoprężnego.

Ponadto sam system bezpośredniego zasilania paliwem jest strukturalnie bardziej złożony i kosztowny niż ten sam oddzielny system wtrysku.

Nowe ulepszenia

Projektanci jednak na tym nie poprzestają. W koncernie VAG dokonano pewnego rodzaju udoskonalenia wtrysku bezpośredniego w jednostce napędowej TFSI. Jego system zasilania był połączony z turbosprężarką.

Ciekawe rozwiązanie zaproponowała firma Orbital. Opracowali specjalną dyszę, która oprócz paliwa wtłacza do cylindrów sprężone powietrze, dostarczane z dodatkowej sprężarki. Ta mieszanka paliwowo-powietrzna ma doskonałą palność i dobrze się pali. Ale to wciąż tylko rozwój i nie wiadomo, czy znajdzie zastosowanie w samochodach.

Ogólnie rzecz biorąc, wtrysk bezpośredni jest obecnie najlepszym systemem zasilania pod względem wydajności i przyjazności dla środowiska, choć ma swoje wady.

Wydajność każdego pojazdu zapewnia przede wszystkim prawidłowe działanie jego „serca” – silnika. Z kolei składową stabilnego działania tego „korpusu” jest dobrze skoordynowana praca układu wtryskowego, za pomocą którego dostarczane jest niezbędne do działania paliwo. Dziś dzięki swoim licznym zaletom całkowicie zastąpił układ gaźnikowy. Głównym pozytywnym aspektem jego użytkowania jest obecność „inteligentnej elektroniki”, która zapewnia dokładne dawkowanie mieszanki paliwowo-powietrznej, co zwiększa moc pojazdu i znacznie zwiększa zużycie paliwa. Ponadto elektroniczny układ wtrysku jest znacznie bardziej pomocny w przestrzeganiu surowych norm środowiskowych, których przestrzeganie w ostatnim czasie nabiera coraz większego znaczenia. Biorąc pod uwagę powyższe, wybór tematu tego artykułu jest więcej niż właściwy, dlatego przyjrzyjmy się bliżej zasadzie działania tego systemu.

1. Zasada działania elektronicznego wtrysku paliwa

Elektroniczny (lub lepiej znaną wersję nazwy „wtrysk”) układ zasilania paliwem może być instalowany w samochodach zarówno z silnikami benzynowymi, jak i benzynowymi, jednak konstrukcja mechanizmu w każdym z tych przypadków będzie miała znaczące różnice. Wszystkie układy paliwowe można podzielić według następujących kryteriów klasyfikacji:

- po sposobie podawania paliwa rozróżnia się dostawę przerywaną i ciągłą;

Rodzaj systemów dozujących rozróżnia rozdzielacze, dysze, regulatory ciśnienia, pompy nurnikowe;

Do metody kontroli ilości dostarczanej mieszanki palnej - mechanicznej, pneumatycznej i elektronicznej;

Głównymi parametrami regulacji składu mieszanki są podciśnienie w układzie dolotowym, kąt obrotu przepustnicy i przepływ powietrza.

Układ wtrysku paliwa w nowoczesnych silnikach benzynowych jest sterowany elektronicznie lub mechanicznie. Oczywiście układ elektroniczny jest opcją bardziej zaawansowaną, ponieważ może znacznie lepiej zapewnić oszczędność paliwa, zmniejszenie poziomu emisji szkodliwych substancji toksycznych, zwiększenie mocy silnika, poprawę ogólnej dynamiki samochodu i łatwiejsze "chłodny początek".

Pierwszym w pełni elektronicznym systemem był produkt amerykańskiej firmy Bendix w 1950 roku. 17 lat później podobne urządzenie stworzyła firma Bosch, po czym została zainstalowana w jednym z modeli Volkswagena. To właśnie to wydarzenie zapoczątkowało masową dystrybucję systemu elektronicznego wtrysku paliwa (EFI), nie tylko w samochodach sportowych, ale także w pojazdach luksusowych.

Do swojej pracy wykorzystuje w pełni elektroniczny układ (wtryskiwacze paliwa), z których wszystkie opierają się na działaniu elektromagnetycznym. W pewnych momentach cyklu pracy silnika otwierają się i pozostają w tej pozycji przez cały czas potrzebny do podania określonej ilości paliwa. Oznacza to, że czas otwarcia jest wprost proporcjonalny do wymaganej ilości benzyny.

Wśród w pełni elektronicznych układów wtrysku paliwa wyróżnia się dwa typy, różniące się głównie sposobem pomiaru przepływu powietrza: system pośredniego pomiaru ciśnienia powietrza i z bezpośredni pomiar przepływu powietrza. Takie układy do określenia poziomu podciśnienia w kolektorze wykorzystują odpowiedni czujnik (MAP - ciśnienie bezwzględne w kolektorze). Jego sygnały przesyłane są do elektronicznego modułu sterującego (bloku), gdzie przy uwzględnieniu podobnych sygnałów pochodzących z innych czujników są przetwarzane i kierowane do dyszy elektromagnetycznej (wtryskiwacza), która powoduje jej otwarcie w czasie wymaganym na dopływ powietrza .

Dobrym przedstawicielem systemu z czujnikiem ciśnienia jest system Bosch D-Jetronic(litera „D” - ciśnienie). Działanie elektronicznie sterowanego układu wtryskowego opiera się na kilku cechach. Teraz opiszemy niektóre z nich, typowe dla standardowego typu takiego systemu (EFI). Na początek można go podzielić na trzy podsystemy: pierwszy odpowiada za dopływ paliwa, drugi za wlot powietrza, a trzeci to elektroniczny system sterowania.

Elementami konstrukcyjnymi układu podawania paliwa są zbiornik paliwa, pompa paliwa, przewód zasilający (kierowany z dystrybutora paliwa), wtryskiwacz paliwa, regulator ciśnienia paliwa oraz przewód powrotny paliwa. Zasada działania systemu jest następująca: za pomocą elektrycznej pompy paliwa (umieszczonej wewnątrz lub obok zbiornika paliwa) benzyna wypływa ze zbiornika i jest dostarczana do dyszy, a wszystkie zanieczyszczenia są odfiltrowywane za pomocą wydajnego wbudowanego Filtr paliwa. Ta część paliwa, która nie została skierowana przez dyszę do przewodu ssącego, jest zawracana do zbiornika poprzez napęd powrotny paliwa. Utrzymanie stałego ciśnienia paliwa zapewnia specjalny regulator odpowiedzialny za stabilność tego procesu.

Układ dolotowy składa się z przepustnicy, kolektora dolotowego, oczyszczacza powietrza, zaworu dolotowego i komory dolotowej powietrza. Zasada jego działania jest następująca: gdy przepustnica jest otwarta, powietrze przepływa przez oczyszczacz, następnie przez przepływomierz powietrza (systemy typu L są w niego wyposażone), przepustnicę i dobrze zestrojoną rurę dolotową , po czym wchodzą do zaworu wlotowego. Funkcja kierowania powietrza do silnika wymaga napędu. W trakcie otwierania przepustnicy do cylindrów silnika dostaje się znacznie większa ilość powietrza.

Niektóre układy napędowe wykorzystują dwie różne metody pomiaru objętości napływającego powietrza. Tak więc np. przy zastosowaniu systemu EFI (typ D) przepływ powietrza mierzy się monitorując ciśnienie w kolektorze ssącym, czyli pośrednio, podczas gdy podobny system, ale już typu L, robi to bezpośrednio za pomocą specjalnego urządzenie - przepływomierz powietrza.

Elektroniczny system sterowania obejmuje następujące rodzaje czujników: silnik, elektroniczna jednostka sterująca (ECU), urządzenie wtrysku paliwa i powiązane okablowanie. Za pomocą tego zespołu, monitorując czujniki zespołu napędowego, określa się dokładną ilość paliwa dostarczanego do wtryskiwacza. W celu dostarczenia do silnika powietrza/paliwa w odpowiednich proporcjach centralka uruchamia pracę wtryskiwaczy na określony czas, który nazywamy „szerokości impulsu wtrysku” lub „czasu wtrysku”. Jeśli opiszemy główny tryb pracy elektronicznego układu wtrysku paliwa, biorąc pod uwagę już nazwane podsystemy, to będzie to wyglądać tak.

Przy wejściu do jednostki napędowej przez układ wlotu powietrza przepływy powietrza są mierzone za pomocą przepływomierza. Gdy powietrze dostaje się do cylindra, miesza się z paliwem, w czym istotną rolę odgrywa działanie wtryskiwaczy paliwa (umieszczonych za każdym zaworem dolotowym kolektora dolotowego). Części te są rodzajem zaworów elektromagnetycznych, które są sterowane przez jednostkę elektroniczną (ECU). Wysyła określone impulsy do wtryskiwacza, wykorzystując do tego włączanie i wyłączanie jego obwodu masowego. Gdy jest włączony, otwiera się i paliwo jest rozpylane na tylną część ścianki zaworu wlotowego. Gdy dostaje się do powietrza dostarczanego z zewnątrz, miesza się z nim i odparowuje dzięki niskiemu ciśnieniu kolektora ssącego.

Sygnały wysyłane przez elektroniczną jednostkę sterującą dostarczają wystarczającą ilość paliwa, aby osiągnąć idealny stosunek powietrza do paliwa (14,7:1), zwany również stechiometria. To ECU, na podstawie zmierzonej objętości powietrza i prędkości obrotowej silnika, określa główną objętość wtrysku. W zależności od warunków pracy silnika wskaźnik ten może się różnić. Jednostka sterująca monitoruje takie zmienne wielkości jak prędkość obrotowa silnika, temperatura płynu niezamarzającego (chłodziwa), zawartość tlenu w spalinach oraz kąt otwarcia przepustnicy, na podstawie których dokonuje korekty wtrysku, która określa końcową ilość wtryskiwanego paliwa.

Oczywiście system zasilania z elektronicznym pomiarem paliwa przewyższa zasilanie gaźnikowe silników benzynowych, więc nie ma nic dziwnego w jego powszechnej popularności. Systemy wtrysku benzyny, ze względu na obecność ogromnej liczby precyzyjnych elementów elektronicznych i ruchomych, są bardziej złożonymi mechanizmami, dlatego wymagają dużej odpowiedzialności w podejściu do kwestii konserwacji.

Istnienie układu wtryskowego umożliwia dokładniejsze rozprowadzanie paliwa między cylindrami silnika. Stało się to możliwe dzięki brakowi dodatkowych oporów przepływu powietrza, które powstawały na wlocie przez gaźnik i dyfuzory. W związku z tym wzrost stopnia napełnienia cylindra bezpośrednio wpływa na wzrost poziomu mocy silnika. Przyjrzyjmy się teraz bliżej wszystkim pozytywnym aspektom korzystania z elektronicznego układu wtrysku paliwa.

2. Plusy i minusy elektronicznego wtrysku paliwa

Do pozytywnych aspektów należą:

Możliwość bardziej równomiernego rozprowadzenia mieszanki paliwowo-powietrznej. Każdy cylinder ma własny wtryskiwacz, który dostarcza paliwo bezpośrednio do zaworu dolotowego, unikając konieczności podawania paliwa przez kolektor dolotowy. Pomaga to poprawić jego dystrybucję między cylindrami.

Precyzyjna kontrola proporcji powietrza i paliwa, niezależnie od warunków pracy silnika. Za pomocą standardowego układu elektronicznego silnik jest zasilany odpowiednią proporcją paliwa i powietrza, co znacznie poprawia właściwości jezdne pojazdu, oszczędność paliwa i kontrolę spalin. Poprawa wydajności przepustnicy. Dostarczając paliwo bezpośrednio na tylną ściankę zaworu dolotowego, można zoptymalizować działanie kolektora dolotowego, zwiększając w ten sposób natężenie przepływu powietrza przez zawór dolotowy. Poprawia to moment obrotowy i sprawność działania przepustnicy.

Większa oszczędność paliwa i lepsza kontrola emisji. W silnikach wyposażonych w system EFI bogactwo mieszanki paliwowej przy zimnym rozruchu i szeroko otwartej przepustnicy można zmniejszyć, ponieważ mieszanie paliwa nie jest czynnością problematyczną. Dzięki temu możliwe staje się oszczędzanie paliwa i poprawa kontroli spalin.

Poprawa osiągów zimnego silnika (w tym rozruch). Możliwość wtryskiwania paliwa bezpośrednio do zaworu wlotowego, w połączeniu z ulepszoną formułą rozpylania, odpowiednio zwiększa możliwości rozruchowe i operacyjne zimnego silnika. Uproszczenie mechaniki i zmniejszenie wrażliwości na regulację. Podczas zimnego rozruchu lub dozowania paliwa system EFI jest niezależny od kontroli wzbogacania. A ponieważ z mechanicznego punktu widzenia jest prosty, wymagania dotyczące jego konserwacji są zmniejszone.

Jednak żaden mechanizm nie może mieć wyłącznie pozytywnych właściwości, dlatego w porównaniu z tymi samymi silnikami gaźnikowymi silniki z elektronicznym układem wtrysku paliwa mają pewne wady. Główne z nich to: wysoki koszt; prawie całkowita niemożność działań naprawczych; wysokie wymagania dotyczące składu paliwa; silna zależność od zasilaczy i konieczność stałej obecności napięcia (bardziej nowoczesna wersja sterowana elektroniką). Również w przypadku awarii nie obejdzie się bez specjalistycznego sprzętu i wysoko wykwalifikowanego personelu, co przekłada się na zbyt kosztowną konserwację.

3. Diagnostyka przyczyn wadliwego działania elektronicznego układu wtrysku paliwa

Wystąpienie awarii w układzie wtryskowym nie należy do rzadkości. Ten problem jest szczególnie istotny dla właścicieli starych modeli samochodów, którzy niejednokrotnie mieli do czynienia zarówno ze zwykłym zapychaniem się wtryskiwaczy, jak i poważniejszymi problemami z elektroniką. Przyczyn usterek, które często pojawiają się w tym systemie, może być wiele, ale najczęstsze z nich to:

- wady („małżeństwo”) elementów konstrukcyjnych;

Żywotność części;

Systematyczne łamanie zasad eksploatacji samochodu (stosowanie paliwa niskiej jakości, zanieczyszczenie układu itp.);

Zewnętrzne negatywne wpływy na elementy konstrukcyjne (wnikanie wilgoci, uszkodzenia mechaniczne, utlenienie styków itp.)

Najbardziej niezawodnym sposobem ich określenia jest diagnostyka komputerowa. Ten rodzaj procedury diagnostycznej opiera się na automatycznym zapisie odchyleń parametrów systemu od zadanych wartości normy (tryb autodiagnostyki). Wykryte błędy (niezgodności) pozostają w pamięci elektronicznej jednostki sterującej w postaci tzw. „kodów usterek”. W celu przeprowadzenia tej metody badawczej do złącza diagnostycznego urządzenia podłącza się specjalne urządzenie (komputer osobisty z programem i kablem lub skaner), którego zadaniem jest odczytanie wszystkich dostępnych kodów usterek. Należy jednak pamiętać - oprócz specjalistycznego sprzętu dokładność wyników wykonanej diagnostyki komputerowej będzie zależeć od wiedzy i umiejętności osoby, która ją wykonała. Dlatego procedurę należy powierzać wyłącznie wykwalifikowanym pracownikom specjalnych centrów serwisowych.

Komputerowa kontrola elementów elektronicznych układu wtryskowego obejmuje T:

- diagnostyka ciśnienia paliwa;

Sprawdzenie wszystkich mechanizmów i zespołów układu zapłonowego (moduł, przewody wysokiego napięcia, świece zapłonowe);

Sprawdzenie szczelności kolektora dolotowego;

Skład mieszanki paliwowej; ocena toksyczności spalin w skali CH i CO);

Diagnostyka sygnałów każdego czujnika (stosowana jest metoda oscylogramów referencyjnych);

Test ściskania cylindrycznego; kontrola znaczników położenia paska rozrządu i wielu innych funkcji zależnych od modelu maszyny i możliwości samego urządzenia diagnostycznego.

Przeprowadzenie tej procedury jest konieczne, jeśli chcesz wiedzieć, czy występują jakieś usterki w elektronicznym układzie zasilania (wtrysku) paliwa, a jeśli tak, to jakie. Jednostka elektroniczna (komputer) EFI „pamięta” wszystkie usterki tylko wtedy, gdy system jest podłączony do akumulatora, jeśli terminal zostanie odłączony, wszystkie informacje znikną. Tak będzie, dokładnie do momentu, gdy kierowca ponownie włączy zapłon i komputer ponownie sprawdzi cały układ.

Niektóre pojazdy wyposażone w elektroniczne dostarczanie paliwa (EFI) mają pod maską skrzynkę, na której wieczku widać napis "DIAGNOZA"... Do niego podłączona jest również dość gruba wiązka różnych drutów. Jeśli otworzysz pudełko, po wewnętrznej stronie pokrywy zobaczysz oznaczenie zacisków. Weź dowolny przewód i użyj go do zwarcia przewodów „E1” oraz „TE1”, następnie usiądź za kierownicą, włącz zapłon i obserwuj reakcję kontrolki „CHECK” (pokazuje silnik). Notatka! Klimatyzator musi być wyłączony.

Gdy tylko przekręcisz kluczyk w stacyjce, wskazana kontrolka zacznie migać. Jeśli „mrugnie” 11 razy (lub więcej), po takim samym czasie, będzie to oznaczać brak informacji w pamięci komputera pokładowego i przejście do pełnej diagnostyki układu (w szczególności elektroniczny wtrysk paliwa) może być opóźniony. Jeśli epidemie są jakoś inne, warto skontaktować się ze specjalistami.

Ta metoda „domowej” minidiagnostyki nie jest dostępna dla wszystkich właścicieli pojazdów (w większości tylko zagranicznych), ale szczęście mają pod tym względem ci, którzy mają takie złącze.