В начале 70х годов прошлого столетия появилась проблема загрязнения окружающей среды различными видами промышленных отходов, значительную часть среди которых составляли выхлопные газы автомашин. До этого самого времени состав продуктов сгорания моторов никого не интересовал.
Для того чтобы максимально использовать воздух в процессе сгорания и достижения придельной мощности мотора, состав смеси был регулирован с таким расчетом, чтобы в ней наблюдался избыток бензина. В итоге в продуктах сгорания почти полностью отсутствовал кислород, но несгоревшее топливо оставалось, а вредные для здоровья вещества вырабатываются главным образом при неполном сгорании топлива. Стремясь повысить мощность, конструкторы на карбюраторы устанавливали ускорительные насосы, которые впрыскивали топливо во впускной коллектор при любом резком нажатии на педаль газа, другими словами, когда требовался резкий разгон машины. При этом в цилиндры попадает огромное количество топлива, которое не соответствовало количеству воздуха. При городском движении ускорительный насос срабатывал на любых перекрестках со светофорами, на которых машины должны то останавливаться, то резко трогаться с места. Неполное сгорание наблюдается также при работе мотора на холостых оборотах, особенно когда вы тормозите двигателем. На холостом ходе воздух проходит через каналы карбюратора (дроссель при этом закрыт) в результате чего с большой скоростью всасывается слишком много топлива. Введу значительного разрежения в трубопроводе на такте впуска, в цилиндры засасывается малое количество воздуха, к концу такта сжатия давление в камере сгорания остается сравнительно низким, сгорание чрезмерно богатой смеси будет сильно медленным, в результате в выхлопе остается много несгоревшего бензина. Эти работы вызывают повышенное количество вредных веществ в выхлопе, а это очень плохо для атмосферы.
Стало понятно, что для снижения вредных, для жизнедеятельности людей, выбросов в атмосферу надо значительно изменять подход инженерной мысли к топливной аппаратуре. Все вышесказанное привело к тому, что появились новые устройства - инжекторные двигатели внутреннего сгорания.
Системы впрыска.
Для снижения злополучных выбросов систему было предложено оснастить каталитическим нейтрализатором отработавших газов. Однако катализатор эффективно работал только при сжигании в моторе так называемой качественной топливо-воздушной смеси (в ней должно быть соотношение бензин/воздух 1:14,7). Любое изменение состава смеси приводило к ускоренному выходу из строя и снижению эффективности его работы. Для того чтобы стабильно поддерживать такое соотношение рабочей смеси распространенные тогда карбюраторные системы не подходили. Альтернативой стало только изменение системы впрыска. Вначале системы были только механическими с небольшим использованием электронных компонентов. Однако практика использования данных систем показала, что свойства смеси, на неизменность работы которых рассчитывали разработчики, по мере эксплуатации машины сильно меняются. Такой результат вполне закономерен, если брать в расчет загрязнение и износ элементов системы и самого мотора внутреннего сгорания в ходе его работы. Стал актуальным вопрос о системе, способной бы самой себя корректировать в процессе эксплуатации, поправляя условия приготовления смеси касаемо внешних условий. В результате был найден следующий выход. В систему впрыска была введена обратная связь - непосредственно перед катализатором, в выпускную систему, был установлен датчик содержания уровня кислорода в выхлопных газах или, другими словами, лямбда-зонд. Эта система разрабатывалась также с учетом установке на ней такого основного для всех следующих систем элемента, как ЭБУ (электронный блок управления). По сигналам датчика кислорода электронный блок управления скорректировал бы подачу топлива в мотор, при этом точно выдерживался нужный состав смеси.
На сегодняшний день инжекторный (впрысковый) двигатель почти в полной мере заменил устаревшую систему карбюратора. Инжекторный мотор довольно значимо улучшает мощностные и эксплуатационные показатели машины (расход топлива, экологические характеристики, динамика разгона).
Инжекторные системы впрыска топлива имеют такие основные преимущества как:
- независимо от погодных условий осуществляется легкий пуск.
- динамические свойства машины улучшены. Система впрыска очень быстро реагирует на любые, даже незначительные изменения нагрузки, при этом корректируя параметры.
- наблюдается увеличение мощности мотора примерно на 9-12%. Происходит за счет соответствующего рабочему режиму двигателя, оптимальной установки угла опережения зажигания, улучшения наполнения цилиндров.
- снижается токсичность выхлопных газов. Это было достигнуто за счет оптимальности воздушно-топливной смеси и установки датчиков параметров газов на выхлопе.
- точное дозирование топливной смеси и, как следствие, более экономичный его расход.
Устройство инжекторных двигателей внутреннего сгорания (в качестве примера была использована электронная система распределенного впрыска).
В современных инжекторных моторах для каждого цилиндра прикреплена индивидуальная форсунка. Все эти форсунки жестко соединены с топливной рампой, в которой под давлением находится топливо, это давление создается электробензонасосом. Количество топлива, которое будет впрыснуто, зависит от продолжительности состояния форсунки в открытом режиме. Момент открытия самой форсунки регулирует контроллер (ЭБУ) на основании получаемых им данных от различных датчиков.
Датчик расхода воздуха нужен для расчета наполнения цилиндров по циклам. При этом измеряется расход воздуха, который затем пересчитывается специальной программой в цикловое цилиндровое наполнение. Если произойдет авария датчика, его показания игнорируются, а расчет начинает идти по аварийным таблицам.
Датчик положения заслонки дросселя служит для рассчитывания фактора нагрузки на мотор и его изменения, учитывая угол открытия дроссельной заслонки, циклового наполнения и оборотов двигателя.
Датчик температур охлаждающей жидкости необходим для определения корректирования зажигания по температуре и топливоподачи и для управления вентилятором. Если датчик выходит из строя его показания игнорируются, температура будет взята из таблицы в зависимости от времени работы мотора.
Датчик положения коленчатого вала нужен для общей синхронизации системы, расчета положения коленвала и оборотов двигателя в определенные временные промежутки. ДПКВ – датчик имеющий полярность. Двигатель не будет заводиться, если его не правильно подключить. Если такой датчик выйдет из строя, то система работать не будет. Этот датчик единственный в системе, авария которого приводит к остановке движения. При аварии всех вышеперечисленных датчиков движение машины может быть проложено вплоть до ближайшего автомобильного сервиса.
Датчик кислорода необходим в системе для определения концентрации количества воздуха в выхлопных газах. Информация, которая показывается датчиком, используется электронным блоком управления для корректирования количества топлива, подаваемого в двигатель. Датчик кислорода находится только в тех системах, где установлен каталитический нейтрализатор, походящий под нормы токсичности Евро-3 и Евро-2. Также хочется отметить то, что при экологических нормах Евро-3 в системе присутствует сразу два кислородных датчика.
Датчик детонации необходим для контроля уровня детонации. Если таковая будет обнаружена, ЭБУ включает алгоритм погашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания.
В нашей статье перечислены только основные датчики, которые необходимы для работы системы. На различных автомобилях комплектации датчиков может меняться, они зависит от норм токсичности, от системы впрыска и пр.
Исходя из результатов опроса определенных датчиков, программа ЭБУ будет осуществлять управление исполнительными механизмами, к ним относятся: бензонасос, регулятор холостого хода, форсунки, модуль зажигания, системы улавливания паров бензина, клапан адсорбера, вентилятор системы охлаждения и многие др.
