ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ИНЖЕКТОРНЫХ СИСТЕМ ПИТАНИЯ
С середины 80-х годов прошлого века карбюраторы стали вытесняться более эффективными инжекторными системами. Главными преимуществами этих систем по сравнению с карбюраторами являются лучшие пусковые свойства (они меньше зависят от окружающей температуры), надежность, экономичность, лучшие мощностные характеристики, а также меньшая токсичность выхлопа. Однако инжекторные системы более привередливо относятся к качеству бензина. Не допускается работа двигателей с системой впрыска топлива на этилированном бензине. Это приводит к выходу из строя нейтрализатора и датчика концентрации кислорода. Инжектор в переводе с английского - форсунка. Первые системы питания, использовавшие принцип впрыска, появились в конце XIX века, однако из-за сложной конструкции и отсутствия должных систем управления не нашли широкого применения. Вновь вспомнили о системе впрыска в 60-х годах XX века. Тогда эти системы были исключительно механическими, затем им на смену пришли современные системы впрыска с электронным управлением. Эти системы в зависимости от числа форсунок и места впрыска топлива подразделяют на одноточечные (моновпрысковые - рис. 2.31) и многоточечные (в них каждый цилиндр имеет персональную форсунку, впрыскивающую топливо во впускной коллектор в непосредственной близости от впускного клапана конкретного цилиндра, - рис. 2.32). Моновпрыск направляет подготовленную смесь во впускной коллектор. В этом он схож с карбюратором. На современных транспортных средствах работой инжекторов и моновпрысков управляют электронные процессоры. Они контролируют работу каждого цилиндра. Рассмотрим устройство простейшей инжекторной системы (см. рис. 2.24, 2.31 и 2.32). Она включает в себя следующие элементы: - электрический бензонасос; - регулятор давления; - электронный блок управления; - датчики угла поворота дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и числа оборотов коленчатого вала; - инжектор. Во впрысковой системе питания используют двухступенчатый неразборный электрический бензонасос роторно-роликового типа. Его устанавливают в топливном баке. Такой насос подает топливо под давлением свыше 280 кПа. Регулятор давления поддерживает необходимую разницу давлений между топливом в форсунках и воздухом во впускном коллекторе. Он выполнен в виде мембранного клапана, установленного на топливной рампе. При повышении нагрузки двигателя этот регулятор увеличивает давление топлива, подаваемого к форсункам, при снижении - уменьшает, возвращая избыток топлива по сливной магистрали в бак. Электронны й блок управления (компьютер) - мозг системы впрыска топлива. Он обрабатывает информацию от датчиков и управляет всеми элементами системы питания. В него непрерывно поступают сведения о напряжении в бортовой сети автомобиля, его скорости, положении и количестве оборотов коленчатого вала, положении дроссельной заслонки, массовом расходе топлива, температуре охлаждающей жидкости, наличии детонации, содержании кислорода в выхлопе. Используя данную информацию, блок управляет подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, вентилятором системы охлаждения, адсорбером системы улавливания паров бензина (в качестве адсорбера применяется активированный уголь), системой диагностики и т.д. При возникновении неполадок в системе электронный блок управления предупреждает о них водителя через контрольную лампу «СНЕСК ENGINE» (этот индикатор может быть выполнен как в виде указанной надписи, так и в виде пиктограммы с изображением двигателя). В его оперативной памяти сохраняются диагностические коды, указывающие места возникновения неисправностей. Специалисты-ремонтники с помощью определенных манипуляций или специального считывающего устройства могут получить информацию об этих кодах и быстро обнаружить и устранить неполадки. Датчик положени я дроссельной заслонки размещен на дроссельном патрубке и связан с осью дроссельной заслонки. Он представляет собой потенциометр. При нажатии на педаль «газа» поворачивается дроссельная заслонка и увеличивается напряжение на выходе датчика. Обрабатывая данную информацию, электронный блок управления корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (т.е. в зависимости от того, насколько сильно вы нажмете на педаль «газа»). Датчик температур ы охлаждающе й жидкост и - термистор, т.е. резистор, сопротивление которого зависит от температуры: при низкой температуре он имеет высокое сопротивление, при высокой температуре - низкое. Датчик расположен в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Электронный блок управления измеряет падение напряжения на датчике и таким образом определяет температуру охлаждающей жидкости. Эту температуру он постоянно учитывает, управляя работой большинства систем. Датчик положения коленчатого вала (индуктивный) координирует работу форсунок. С его помощью блок управления, получив информацию о положении коленчатого вала и соответственно о тактах двигателя, дает сигнал на срабатывание конкретной форсунки, которая в нужный момент подает распыленное топливо к соответствующему цилиндру. Системы впрыска современных автомобилей в отличие от простейшего инжектора оборудуют целым рядом дополнительных устройств и датчиков, улучшающих работу двигателя. Это лямбда-зонд, каталитический нейтрализатор, датчики детонации и температуры впускного воздуха и т.д. Система выпуска отработавших газов Система выпуска служи т дл я отвода отработавших газов от цилиндро в двигателя , их охлаждени я и уменьшени я шума при выбросе в атмосферу . Двигатель выбрасывает через выпускной канал цилиндра отработавшие газы в выпускной коллектор. С этого момента начинается их движение по системе выпуска. Система выпуска отработавших газов отечественного легкового автомобиля представлена на рис. 2.33. Продукты сгорания из выпускного коллектора направляются в приемную трубу резонатора (дополнительного глушителя), а потом и основного глушителя . Внутри обоих устройств установлены перегородки с большим количеством отверстий. Газы, с шумом попадающие в глушитель, вынуждены пройти длинный путь по его закоулкам. При этом звуковая волна существенно ослабевает, а газы охлаждаются . На работу системы выпуска расходуется до 4% мощности двигателя. Поэтому на спортивных автомобилях и мотоциклах такая система выпуска не применяется - на соревнованиях стоит оглушительный шум и хорошо заметен смог от отработавших газов. А вот на всех остальных механических транспортных средствах (т.е. транспортных средствах, оборудованных двигателем) наличие и исправность системы выпуска обязательны. Все соединения в системе выпуска отработавших газов должны быть герметичны. Выпускные элементы двигателя соединяются через специальные жаростойкие прокладки, трубы глушителя вдеваются друг в друга и стягиваются хомутами. В отличие от большинства отечественных автомобилей системы выпуска многих иномарок снабжены еще одним элементом - катализатором (каталитическим дожигателем) отработавших газов, где происходит нейтрализация вредных веществ. Поэтому такой катализатор еще называют нейтрализатором. В нем дожигаются несгоревшие остатки топлива и фильтруются газы перед выбросом в атмосферу. В нейтрализаторе основные токсичные компоненты отработавших газов - окись уг лерода СО, углеводороды СН и окись азота N0 — в результате химических реакций превращаются в нетоксичные газы. К сожалению, катализаторы могут работать только с двигателями, потребляющими высококачественный неэтилированный бензин. В противном случае они ту т же засоряются и выходят из строя. Основные неисправности системы выпуска отработавших газов легко определить на слух. Повышенный шум в ее работе возникает из-за прогара или механического повреждения основного или дополнительного глушителей, труб либо разгерметизации соединений. Не следует ставить автомобиль на высокой сухой траве или в других местах, где возможен контакт выпускных труб и глушителей с легковоспламеняющимися материалами.
Система зажигания Система зажигания используется только в бензиновых и газовых двигателях. С ее помощью топливовоздушная смесь, попавшая в цилиндры двигателя, поджигается в строго определенный момент времени. Воспламенение смеси внутри цилиндра происходит при образовании искры между электродами свечи зажигания при подаче к ней тока напряжением 18 000-20 000 В. Известны три разновидности систем зажигания: контактная, бесконтактная и микропроцессорная. Контактная система на современных автомобилях не применяется. Однако ранее она была широко распространена. Отдадим ей должное, так как она верой и правдой слу- жила на протяжении многих лет , и рассмотрим ее принципиальное устройство. Контактная система зажигания (рис. 2.34) состоит из следующих основных элементов: - катушки зажигания; - прерывателя-распределителя; - вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания; - свечей зажигания; - включателя (замка) зажигания. Начнем с включателя зажигания. Он объединен с замком зажигания и служит сразу для нескольких целей: д ля включения стартера, системы зажигания, питания контрольно-измерительных приборов, подачи питания на переключатели света, на стеклоочистители и другие приборы. В данный момент нас интересует то, что с его помощью включается система зажигания и ток низкого напряжения (12 В), вырабатываемый бортовой сетью автомобиля, поступает от аккумуляторной батареи и генератора на катушку зажигания, которая преобразует его в ток высокого напряжения. Этот ток передается в трамблер (механический распределитель зажигания), подающий ток на свечи зажигания. В автомобиле имеется два источника электрического тока: аккумуляторная батарея и генератор. Эти два источника вырабатывают ток низкого напряжения (12-14 В). Но для того, чтобы между электродами свечи проскочила искра и смогла поджечь рабочую смесь, необходим ток высокого напряжения - около 20 ООО В, а в некоторых двигателях и до 70 ООО В. Для этого в системе зажигания предусмотрены две электрические цепи — низкого и высокого напряжения. Катушка зажигания (иногда ее называют бобиной) преобразует ток низкого напряжения в ток высокого напряжения. Если по обмотке провода пропустить низкое напряжение, то вокруг нее создастся магнитное поле. В момент прерывания подачи тока в этой обмотке исчезающее магнитное поле индуцирует ток уже в обмотке высокого напряжения. Необходимые 20 ООО В получаются за счет специального подбора количества витков в обмотках высокого и низкого напряжения. Прерыватель тока низкого напряжения служит для размыкания контактов в цепи низкого напряжения. В этот момент во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ток высокого напряжения, который затем поступает на центральный контакт распределителя. Как уже говорилось, к настоящему времени контактная система зажигания безнадежно устарела и в передовом автомобилестроении не используется. Поэтому в рамках данной книги мы не будем подробно рассматривать ее устройство и работу. Если же вы захотите ознакомиться с ней более подробно, то это не проблема. Существует много изданий, где вы найдете полное описание ее работы. Ненамного ее опередила бесконтактная система зажигания (рис. 2.35). Она отличается от контактной системы отсутствием прерывателя (того самого, при размыкании контактов которого во вторичной обмотке катушки зажигания образовывался ток высокого напряжения). В бесконтактной системе прерыватель заменен специальным устройством (бесконтактным электронным датчиком), посылающим импульсы тока низкого напряжения и распределяющим ток высокого напряжения в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. В современном автомотостроении широко применяется микропроцессорная система зажигания, входящая в систему управления инжекторными двигателями (рис. 2.37). Здесь полностью исключены механические приспособления. Такая система зажигания состоит из модуля зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. Устройство управления системой впрыска представляет собой автономный микропроцессорный бло к управлени я зажиганием или бло к управления двигателе м с подсистемой управления зажиганием. Это устройство, пользуясь обратной связью, автоматически рассчитывает момент зажигания. При этом учитываются частота вращения коленчатого вала двигателя и его положение, положение распределительного вала, нагрузка двигателя, определяемая по положению дроссельной заслонки, а также температура охлаждающей жидкости и данные датчика детонации. Регулировка опережения зажигания реализована программно в блоке управления. Коммутаторы в микропроцессорных системах зажигания также называются воспламенителями. Электронны й блок управления выполняет в микропроцессорной системе зажигания функции головного мозга. Его работа состоит в сборе информации от датчиков. Для определения необходимого момента зажигания считывается информация с датчика положения коленчатого вала, датчика положения распределительного вала, датчика детонации, датчика угла открытия дроссельной заслонки. На основании полученной информации рассчитывается оптимальный момент зажигания, время зарядки катушки и через коммутатор выдаются команды управления первичной цепью катушки. Как уже говорилось, блок управления системой зажигания часто объединяют с блоком управления впрыском топлива, устройство которого рассмотрено ранее. Итак, несколько слов о датчиках. Датчики положения коленчатого и распределитель карданного вала дают информацию о текущих оборотах двигателя, а также текущем положении распределительного вала. Датчик детонации во время работы двигателя генерирует сигнал с частотой и амплитудой, зависящей от частоты и амплитуды вибрации двигателя. Этот датчик устанавливают на блоке двигателя. При возникновении детонации электронный блок управления корректирует угол опережения зажигания. Датчик положения дроссельной заслонки определяет нагрузку на двигатель. Его работа рассмотрена в подразделе, посвященном устройству и работе системы питания инжекторного двигателя. Коммутатор (воспламенитель ) - это транзисторные ключи, которые в зависимости от сигнала с электронного блока управления включают или отключают питание первичной обмотки катушки зажигания. Если в системе зажигания используется несколько катушек, то и коммутаторов может быть несколько. Таким образом, ток высокого напряжения в нужный момент доставляется к конкретной свече зажигания. Устройство свечи зажигания показано на рис. 2.36. С помощью свечи зажигания образуется искровой разряд, необходимый для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Главными рабочими элементами свечи являются контактный стержень с центральным электродом, отделенный от «массы» изолятором, и боковой электрод, контактирующий с «массой» через металлический корпус свечи. Свечи устанавливают (вворачивают) специальным свечным ключом в головку блока цилиндров. Как вы уже знаете, при работе двигателя в его цилиндрах создается высокое давление. Д л я надежного уплотнения свечи с головкой блока цилиндров используется уплотнительное кольцо. Изоляторы свечей выполняют из материалов, выдерживающих напряжение не менее 30 кВ (уралит, кристаллокорунд, борокорунд и т.п.). Свечи изготавливаются с различной тепловой характеристикой и характеризуются калильным числом. Калильное число определяется как величина, пропорциональная среднему давлению, при котором начинает появляться калильное зажигание, т.е. неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси не только искровым разрядом, но и раскаленными элементами свечи или только ими (после выключения зажигания). Калильное зажигание возникает при достижении температуры свечей примерно 900°С. Чем выше калильное число, тем надежнее работает свеча в двигателе с высокой степенью сжатия. Калильные числа свечей зажигания имеют следующие значения: 8,11,14,17, 20, 23,26. В рамках данной книги не будем останавливаться на маркировке свечей. Скажем лишь, что водитель должен знать, какие свечи должны использоваться на его автомобиле, а для этого достаточно заглянуть в инструкцию по эксплуатации вашего железного коня. Ресурс современных свечей зажигания составляет около 20 миллионов искр, что соответствует примерно 15 тысячам километров пробега автомобиля. Поэтому заводы-изготовители предписывают замену свечей через 15-20 тысяч километров пробега. Здесь же заметим, что некачественный бензин значительно сокращает жизнь свечи. Удобно и целесообразно заменять свечи при переходе на зимний режим эксплуатации (и наоборот). Бывалые водители рекомендуют возить с собой запасной комплект свечей. Много места в машине он не займет, зато в случае необходимости (при выходе из строя какой-либо свечи или значительном ухудшении ее работы) вы сможете быстро восстановить работоспособность двигателя.
