Министерство образования и науки Российской Федерации
Сыктывкарский лесной институт филиал
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета
им. С.М.Кирова
Факультет ЛТФ
Кафедра АиАХ
Лабораторная работа № 1,2
Дисциплина: ТЭА
Тема: Система питания инжекторного двигателя.
Выполнил Артеева Т. П., гр. 141
Проверил Юшков А. Н., к.т.н.
Зав. кафедрой Чудов В. И., к.т.н.
Сыктывкар – 2011
Устройство системы питания инжекторного двигателя…..…...................4
Основные неисправности системы питания.……...………………………7
Датчики………………………………………………………………….7
Форсунки………………………………………………………………..9
Бензонасос……………………………………………………………..11
ТО системы питания………….………………..………………………….12
На сегодняшний день инжекторный двигатель практически полностью заменил устаревшую карбюраторную систему.
Инжекторный двигатель улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива и т.д.).
Инжектор позволяет длительное время соблюдать высокие экологические стандарты, без ручных регулировок, благодаря самонастройки по датчику кислорода.
Инжекторный двигатель. Основные достоинства.
Основные достоинства инжектора по сравнению с карбюратором: уменьшенный расход топлива, улучшенная динамика разгона, уменьшение выбросов вредных веществ, стабильность работы. Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально "на лету", так как управление осуществляется программно, и может учитывать практически большое число программных функций и данных с датчиков. Также современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения водителя, и т.п.
Инжекторный двигатель. Недостатки.
Основные недостатки инжекторных двигателей по сравнению с карбюраторными: высокая стоимость ремонта, высокая стоимость узлов, неремонтопригодность элементов, высокие требования к качеству топлива, необходимо специализированное оборудование для диагностики, обслуживания и ремонта.
Инжекторные системы питания двигателя классифицируются следующим образом. Моновпрыск или центральный впрыск - одна форсунка на все цилиндры, расположенная на месте карбюратора (во впускном коллекторе). В современных двигателях не встречается. Распределённый впрыск - каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе. Одновременный - все форсунки открываются одновременно. Попарно-параллельный - форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска.
Рис.1. Схема подачи топлива двигателя с системой впрыска топлива
1 – форсунки; 2 – пробка штуцера для контроля давления топлива;3 – рампа форсунок; 4 – кронштейн крепления топливных трубок;5 – регулятор давления топлива; 6 – адсорбер с электромагнитным клапаном; 7 – шланг для отсоса паров бензина из адсорбера;8 – дроссельный узел; 9 – двухходовой клапан;10 – гравитационный клапан; 11 – предохранительный клапан;12 – сепаратор; 13 – шланг сепаратора; 14 – пробка топливного бака; 15 – наливная труба; 16 – шланг наливной трубы; 17 – топливный фильтр; 18 – топливный бак; 19 – электробензонасос; 20 – сливной топливопровод; 21 – подающий топливопровод.
Топливо подается из бака, установленного под днищем в районе задних сидений. Топливный бак ваз 2111 – стальной, состоит из двух сваренных между собой штампованных половин. Заливная горловина соединена с баком резиновым бензостойким шлангом, закрепленным хомутами. Пробка герметична. Бензонасос – электрический, погружной, роторный, двухступенчатый, установлен в топливном баке. Развиваемое давление - не менее 3 бар (3 атм).
Бензонасос ваз 2110 включается по команде контроллера системы впрыска (при включенном зажигании ваз 2112) через реле. Для доступа к насосу под задним сиденьем в днище автомобиля имеется лючок. От насоса по гибкому шлангу топливо под давлением подается к фильтру тонкой очистки и далее – через стальные топливопроводы и резиновые шланги – к топливной рампе.
Фильтр тонкой очистки топлива – неразборный, в стальном корпусе, с бумажным фильтрующим элементом. На корпусе фильтра нанесена стрелка, которая должна совпадать с направлением движения топлива.
Топливная рампа служит для подачи топлива к форсункам и закреплена на впускном коллекторе. С одной стороны на ней находится штуцер для контроля давления топлива, с другой – регулятор давления. Последний изменяет давление в топливной рампе – от 2,8 до 3,2 бар (2,8-3,2 атм) – в зависимости от разрежения в ресивере, поддерживая постоянный перепад между ними. Это необходимо для точного дозирования топлива форсунками.
Регулятор давления топлива ваз 2111, ваз 2112 представляет собой топливный клапан, соединенный с подпружиненной диафрагмой. Под действием пружины клапан закрыт. Диафрагма делит полость регулятора на две изолированные камеры – "топливную" и "воздушную". "Воздушная" соединена вакуумным шлангом с ресивером, а "топливная" – непосредственно с полостью рампы. При работе двигателя разрежение, преодолевая сопротивление пружины, стремится втянуть диафрагму, открывая клапан. С другой стороны на диафрагму давит топливо, также сжимая пружину. В результате клапан открывается, и часть топлива стравливается через сливной трубопровод обратно в бак. При нажатии на педаль "газа" разрежение за дроссельной заслонкой уменьшается, диафрагма под действием пружины прикрывает клапан – давление топлива возрастает. Если же дроссельная заслонка закрыта, разрежение за ней максимально, диафрагма сильнее оттягивает клапан – давление топлива снижается. Перепад давлений задается жесткостью пружины и размерами отверстия клапана, регулировке не подлежит. Регулятор давления – неразборный, при выходе из строя его заменяют.
Форсунки крепятся к рампе через уплотнительные резиновые кольца. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан, пропускающий топливо при подаче на него напряжения, и запирающийся под действием возвратной пружины при обесточивании. На выходе форсунки имеется распылитель, через который топливо впрыскивается во впускной коллектор. Управляет форсунками контроллер системы впрыска. При обрыве или замыкании в обмотке форсунки ее следует заменить. При засорении форсунок их можно промыть без демонтажа на специальном стенде СТО.
В системе впрыска с обратной связью применяется система улавливания паров топлива ваз 2110. Она состоит из адсорбера, установленного в моторном отсеке, сепаратора, клапанов и соединительных шлангов. Пары топлива из бака частично конденсируются в сепараторе, конденсат сливается обратно в бак. Оставшиеся пары проходят через гравитационный и двухходовой клапаны. Гравитационный клапан предотвращает вытекание топлива из бака при опрокидывании автомобиля ваз 2111, а двухходовой препятствует чрезмерному повышению или понижению давления в топливном баке.
Затем пары топлива попадают в адсорбер ваз 2110, где поглощаются активированным углем. Второй штуцер адсорбера соединен шлангом с дроссельным узлом, а третий – с атмосферой. Однако на выключенном двигателе третий штуцер перекрыт электромагнитным клапаном, так что в этом случае адсорбер не сообщается с атмосферой. При запуске двигателя контроллер системы впрыска начинает подавать управляющие импульсы на клапан с частотой 16 Гц. Клапан сообщает полость адсорбера с атмосферой и происходит продувка сорбента: пары бензина отсасываются через шланг в ресивер. Чем больше расход воздуха двигателем, тем больше длительность управляющих импульсов и тем интенсивнее продувка.
В системе впрыска без обратной связи система улавливания паров топлива состоит из сепаратора с двухходовым обратным клапаном. Воздушный фильтр ваз 2111 установлен в передней левой части моторного отсека на трех резиновых держателях (опорах). Фильтрующий элемент – бумажный, при установке его гофры должны располагаться параллельно оси автомобиля. После фильтра воздух проходит через датчик массового расхода воздуха и попадает во впускной шланг, ведущий к дроссельному узлу. Дроссельный узел закреплен на ресивере. Нажимая на педаль "газа", водитель приоткрывает дроссельную заслонку, изменяя количество поступающего в двигатель воздуха, а значит, и горючей смеси – ведь подача топлива рассчитывается контроллером в зависимости от расхода воздуха. Когда двигатель работает на холостом ходу и дроссельная заслонка закрыта, воздух поступает через регулятор холостого хода – клапан, управляемый контроллером. Последний, изменяя количество подаваемого воздуха, поддерживает заданные (в программе компьютера) обороты холостого хода. Регулятор холостого хода ваз 2112 – неразборный, при выходе из строя его заменяют.
«Родившись» в 1951 году, инжектор постепенно пришел на смену карбюраторам, читаем статью — . А произошло это благодаря одному из его важнейших преимуществ, которое состоит в уменьшении количества используемого топлива. Помимо которого специалисты также отмечают лучшую динамику разгона инжекторных авто, стабильность функционирования таких моторов, а также снижение числа вредных выбросов от их работы в атмосферу.
Выясним, откуда берутся такие свойства, и вообще каков принцип работы инжектора, однако прежде кратко приведу основные недостатки последнего, чтоб вы не считали его идеальным:
Итак, как известно, в современных авто карбюраторная система уже полностью замещена . Последние, в отличие от карбюраторных, повышают мощность автомобиля, улучшают динамику его разгона, экологичность. При том, что расход топлива при этом уменьшается.
Кстати, высокие экологические показатели инжектор сохраняет без различных регулировок и настроек. Ведь там имеет место самонастройка топливовоздушной смеси, которая стала возможна благодаря кислородному датчику, установленному на выпускном коллекторе (лямбда-зонд).
Подача топлива в инжекторный движок производится форсунками, которые могут располагаться или на впускном коллекторе (моновпрыск), или недалеко от впускных клапанов цилиндров (распределенный впрыск), или непосредственно в ГБЦ — головке блока цилиндров (прямой впрыск — впрыск топлива осуществляется в саму камеру сгорания), о том, как промыть форсунок своими руками смотрим .
Помимо форсунок инжектор включает в себя следующие исполнительные элементы:
Также все инжекторные моторы оснащаются каталитическим нейтрализатором (катализатором) в виде «сот», на котором нанесен активный слой, способствующий догоранию топлива, остающемуся в выхлопных газах. Однако заправка этилированным бензином длительное время приводит к определенным поломкам, из-за которых катализатор теряет такую способность.
Наиболее известным типом является циркониевый кислородный датчик, подробнее в статье — . Он есть переключатель (к слову, один из самых важных), который резко изменяет свое состояние на отметке 0.5% кислорода, содержащегося в выхлопных газах.
Устройство интерфейса датчика выглядит следующим образом: прогретый датчик (300 градусов Цельсия и выше) при богатой смеси (содержание кислорода < 0.5%), как слабый источник тока, устанавливает на выходе напряжение от 0,45 до 0,8 Вольт, а при бедной смеси (содержание кислорода > 0.5%) - от 0.2 до 0.45 Вольт. И не важно, какой точно при этом уровень напряжения, учитывается лишь то, где он расположен по отношению к средней линии. То есть топливо добавляется, когда ECU определяет сигнал бедной смеси, и уменьшается, когда богатой. Следовательно, подача топлива регулируется в зависимости от практических результатов сгорания, что дает возможность системе приспособиться к разным условиям работы.
Известно, что надежно данный датчик работает только в хорошо прогретом состоянии, следовательно, ECU система TCCS заметит его показания только в случае прогрева двигателя до нужного уровня. Однако не всех это устраивает. Поэтому для придания скорости этому процессу в датчик кислорода часто монтируют электрический подогреватель.
В современном инжекторе установлено много датчиков, это разрешает оптимизировать его работу.
Хотя ранее использовались иные конструкции инжекторных моторов с впрыском. К примеру, известен такой двигатель, в котором управление происходит при помощи механических устройств. Управление здесь — дозировка объема топлива при помощи специального клапана. Клапан же управляется системой рычагов, которую приводит в действие воздушный поток. Сегодня механически управляемые клапаны уже полностью изжили себя.
В настоящее же время в каждой системе впрыска есть встроенная подсистема самодиагностики, которая позволяет установить неисправности узлов, датчиков и исполнительных механизмов системы. После самодиагностики компьютер вырабатывает диагностические коды. Они извлекаются из памяти компьютера и расшифровываются согласно таблицам. У каждого производителя свой вариант извлечения данных кодов. Найти практически всех их можно в свободном доступе в интернете, подробнее о диагностике инжектора своими руками, можно прочитать . Кроме того рекомендую ознакомиться с инструкцией, о том .
С течением времени азы автомобилестроения менялись и становились всё более далёкими от своих истоков. Так, топливная система транспортных средств подвергалась постоянной модернизации до тех пор, пока не появился универсальный инжектор, используемый в конструкции большинства бензиновых машин и сегодня. Инжекторное питание мотора топливом, по сути, особых премудростей и сложностей не имеет, однако для понятия принципов и смысла его функционирования не лишним будет ознакомиться с таковым более подробно. Именно о типовой конструкции и работе современных инжекторов пойдёт речь в сегодняшнем материале. Интересно? Обязательно «листайте» страницу ниже.
Несмотря на свою популяризацию лишь в середине 80-х годов 20 века, топливный инжектор появился гораздо раньше. По официальным данным, первые инжекторные установки подпитки мотора начали тестироваться и использоваться ещё в начале 30-х годов прошлого столетия. В те времена устройство и работа инжектора были до боли примитивны, поэтому использовались данные узлы лишь на относительно не прихотливых агрегатах из сферы боевой авиации. В общих чертах, топливораспределительные механизмы тех годов представляли собой полностью механическую конструкцию и довольно-таки неплохо выполняли возложенные на них функции.
Отметим, что первое предназначение инжекторов крылось не в уменьшении количества потребляемого транспортом топлива или улучшение экологичности выхлопных газов, а в увеличении мощности двигателей. Отчасти инжекторные системы в этом плане себя оправдывали, но в начале 40-х годов в военной сфере активно начали использоваться реактивные моторы, поэтому первые вмиг потеряли имеющуюся актуальность. Вдобавок ко всему работа инжекторов механического типа не позволяла получать максимальный КПД от моторов летательных средств, ибо карбюраторы на тот момент были более гибкими в плане подстройки под режим работы двигателя.
Однако «вторая жизнь» топливной системы на основе инжектора началась с середины 80-х годов, они постепенно становились завсегдатаями автомобилестроительной сферы. Большую роль тут сыграло не уникальное устройство узла, а возможность снижения выброса вредных веществ в выхлопных газах при его использовании. К слову, старые механические инжекторы сильно отставали по всем параметрам от имеющихся карбюраторов, поэтому автомобильные инженеры были вынуждены в корне переделать конструкцию инжекторной системы питания. Отметим, у них это получилось, ведь недаром именно инжекторы остаются основными комплектующими топливосистем автомобилей.
Инжектор (от английского – «injector») – в общем понятии, это устройство в виде струйного насоса, которое предназначено для нагнетания жидкостных, полужидкостных или газовых масс в некоторую ёмкость. В случае с автомобильным инжектором особенностей в интерпретации данного понятия не имеется. Единственное, что под инжекторным узлом в конструкции машины понимается не отдельный насос (форсунка), а их совокупность совместно с другими узлами, которые формируют единую топливную систему. Типовой вариант устройства автомобильного инжектора соответствует следующей схеме:
Управление инжектором, проще говоря, представленным выше насосом, осуществляется специальным блоком с электронной микросхемой. Именно он, основываясь на показаниях множества датчиков по типу идентификаторов оборотов, положения коленвала или температуры двигателя, осуществляет дозировку и грамотный впрыск топлива в камеры сгорания мотора.
Типовое устройство инжектора как единой системы предполагает совокупное использование следующих элементов:
Как видите, работа инжектора устроена без особых сложностей. Конечно, ремонтировать такую топливную систему отнюдь не просто, но понять принципы её работы можно вполне и без всяких проблем.
Интересно! Впервые инжекторы изложенного выше описания были применены немецкими компаниями – Bosch и Mercedes-Benz, в 1951 и 1954 года соответственно. Поначалу, подобные системы были дороги и бессмысленны в использовании из-за наличия привычных всем карбюраторов , однако с появлением более экологических требований к безопасности выхлопов топовые автоконцерны начали активно использовать именно инжекторы.
На сегодняшний день официально используемыми в автомобильной сфере считаются всего два вида инжекторов:
Вне зависимости от вида узла у него принято выделять основные свойства. На сегодняшний день среди технических характеристик инжектора стоит выделить один момент, а точнее – способ впрыска горючего в мотор. Безусловно, форсунки в любой инжекторной системе осуществляют непосредственный впрыск топлива в цилиндры (впускной коллектор), однако принципы доставки бензина могут отличаться. Так, существуют инжекторы:
Стоит отметить, что столь большое разнообразие инжекторов лишь отчасти оправдано, так как в подавляющем числе случаев используются системы либо с непосредственным, либо с одновременным видами впрыска.
В завершение сегодняшнего материала не лишним будет обратить внимание на то, чем инжектор хорош, а в чём способен доставить хлопот любому автомобилисту. Начнём, наверное, с достоинств инжекторных систем, которые включают в себя следующие положения:
Среди недостатков инжекторных систем стоит выделить лишь один аспект, а именно – их ремонт и отчасти эксплуатацию. В этом плане инжекторы довольно-таки прихотливы и неудобны для своих владельцев. В частности при желании успешно использовать узел подобного типа любому автомобилисту требуется:
Оборудование такого рода используется во всех системах впрыска двигателей - и бензиновых, и дизельных. Сегодня на современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска.
Зависимо от того или иного способа выполнения впрыска различают такие виды форсунок, как: электромагнитная, пьезоэлектрическая и электрогидравлическая.
Фотография устройства электромагнитной форсунки
Работа электромагнитной форсунки происходит таким образом. Электронный блок управления, в точном соответствии с заложенным ранее алгоритмом, обеспечивает в необходимый момент на обмотку возбуждения клапана подачу напряжения. В процессе этого создается электромагнитное поле, которое преодолевает усилие пружины, затем втягивает якорь с иглой и, таким образом, освобождает сопло. После этого осуществляется впрыск топлива. Когда же напряжение пропадает, пружина иглу форсунки возвращает на седло.
Фотография устройства электрогидравлической форсунки
Принцип работы данного оборудования основан на применении давления топлива, и при впрыске, и после его прекращения. Электромагнитный клапан в исходном положении обесточен и полностью закрыт, игла устройства прижата к седлу с помощью силы давления на поршень топлива в камере управления. В таком положении впрыск топлива не осуществляется. Следует отметить, что в такой ситуации давление топлива на иглу в связи с разностью площадей контакта менее давления, осуществляемого на поршень.
После команды электроблока управления происходит срабатывание электромагнитного клапана и осуществляется открытие сливной дроссели. При этом, топливо, находящееся в камере управления, вытекает в сливную магистраль через дроссель. Впускной дроссель служит препятствием тому, чтобы произошло быстрое выравнивание давлений не только во впускной магистрали, но также и в камере управления. Постепенно давление на поршень уменьшается, но не изменяется давление топлива, осуществляемое на иглу - в результате этого происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск горючего.
Схема устройства пьезоэлектрической форсунки
Преимущество подобных устройств - это быстрота срабатывания (примерно в четыре раза быстрее, чем электромагнитный клапан), что в результате предоставляет возможность многократно впрыскивать топливо на протяжении течение одного цикла. Кроме этого плюсом пьезофорсунок является максимально точная дозировка топлива, которое впрыскивается.
Создание данного вида оборудования стало возможным в связи с использованием в управлении форсункой пьезоэффекта, который основан на смене длины пьезокристалла в результате воздействия напряжения. Конструкция такого устройства включает в себя пьезоэлемент и толкатель, отвечающий за переключение клапана, а также иглу - всё это помещено в корпус устройства.
В работе данного вида оборудования, также как и в работе электрогидравлических устройств такого плана, используют гидравлический принцип. Игла в исходном положении посажена на седло из-за высокого давления топлива. В процессе подачи на пьезоэлемент электрического сигнала, происходит увеличение его длины, что передает на поршень толкателя усилие. В результате этого происходит открытие переключающего клапана и поступление в сливную магистраль топлива. Падает давление выше иглы. В связи с давлением в нижней части происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск топлива.
Количество топлива, которое впрыскивается, определяется такими факторами, как:
Инжекторный двигатель - что мы о нем знаем? Именно им оснащается любая современная машина. Реализация ресурса такого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) рассчитана на экономный расход топлива, минимизацию его выхлопа в окружающую среду. Проведем небольшой экскурс по изучению агрегата.
Работают тактами; каждый такт обеспечивает операцию:
Наиболее востребованными автопромом являются 4-х на бензиновой тяге. На их примере изучим принцип работы инжекторного двигателя.
При первом такте поршень максимально опускается вниз - через клапан подается перемешанный с воздухом бензин. Далее, поршень поднимается до упора, закрывая клапан и сжимая смесь. После этого свеча отсекает искру - она запускает детонацию сдавленного вещества.
Повышение температуры в камере и образование газов продвигают поршень вперед, а коленвал за счет инерции возвращает его на верхнюю позицию. При высокой скорости оборотов давление нагнетается еще больше, открывается выходной клапан. Продукты переработки бензина устремляются к нему.
Для более рационального функционирования используется комплекс датчиков, которые определяют получаемую на механизмы нагрузку, рассчитывают порции компонентов детонирующей смеси для обеспечения движения с циклом, равным такту.
Программная «начинка» их устроена так, что каждый срабатывает параллельно режимам мотора, отслеживает изменения в циклах и подстраивается под них. Такая функциональность позволяет подстраивать расход горючего под индивидуальный стиль вождения, повысить КПД.
Изучение конструкции позволит подробнее разобраться, как работает инжекторный двигатель. Компоненты, характерные для этого типа:
Взаимодействие перечисленного: датчики получают данные о состоянии механики или процессах, их обрабатывает процессор и передает управляющие команды. Форсункам выделяется ограниченный заряд, который их открывает. Результат - смесь из топливного отдела попадает в отсек впускного коллектора.
Чтобы схема этого процесса стала более понятной, проведем краткий экскурс по устройству некоторых узлов, из которых состоит двигатель инжектор.
Основная его функция - бесперебойно выдавать команды составляющим автомобиля на основании обработанной информации. В нее входят:
При несовпадениях исходной программе компьютер задает исполняющим элементам корректировки. Блок способен проводить диагностику. Об отказе любого механизма-исполнителя, его некорректном функционировании водитель оповещается путем индикации CheckEngine на приборной панели. Сведения об ошибках собираются в памятном отделе, что при серьезных поломках помогает их оперативному обнаружению и устранению.
Виды заложенных устройств памяти:
Через них производится выплеск порций топливной массы в коллекторное и цилиндровое отделения, причем открытие/закрытие клапана в течение секунды повторяется многократно.
По способу аппаратного управления и используемого количества деталей подразделяют на категории:
MFI-элементы по подаче струи бывают: электрогидравлические, электромагнитные, пьезоэлектрические. Они применяются при распределении впрыска:
Важный факт: технология TBI сегодня практически не распространена, так как она менее экономичная и ненадежная!
Это устройство позволяет сократить в выводимых газах содержание веществ, как окиси углерода и азота, за счет преобразования их в углеводороды. Не управляется ЭБУ, но взаимодействует с центром обработки через датчик, определяющий процент кислорода в выхлопных скоплениях. При избыточной подаче горючего контроллер получает сведения от датчика и корректирует ее.
В нейтрализаторе установлены керамические элементы со встроенными катализаторами:
На заметку: этилированный бензин губителен для работы нейтрализаторов, а заправочные вещества с высоким содержанием серы приведет в негодность элементы накопительной катализации!
Слаженную работу всех механизмов инжекторных двигателей обеспечивают показания мини-приборов, закрепляемых на агрегатных исполнителях. Каждое устройство замеряет параметры контролируемого участка и передает их в ЭБУ.
Встроенные датчики ® :
Инжектор значительно лучше карбюратора. Чтобы в этом убедиться, рассмотрим сравнение схожих моторных конструкций в таблице:
