Základy zařízení a princip činnosti vstřikovacího systému

V průběhu let prošly systémy dodávky paliva používané v moderních vozidlech významnými změnami, aby splňovaly normy palivové a emisní účinnosti. Subaru Justy z roku 1990 bylo posledním vozidlem s karburátorem prodávaným ve Spojených státech; všechny následující modely Justy měly vstřikování paliva. Systémy vstřikování paliva však existují již od 1950. let a elektronické systémy vstřikování paliva se v evropských automobilech hojně používají od 1980. let. Všechna auta prodávaná ve Spojených státech mají nyní systémy vstřikování paliva.

V tomto článku se dozvíme o tom, jak se palivo dostává do válce motoru, a také o tom, co znamenají pojmy jako vstřikování paliva do sacího potrubí a vstřikování paliva do těla škrticí klapky.

Odmítnutí karburátorů

Po dlouhou dobu byl karburátor zařízením na dodávku paliva pro spalovací motory. Stále se používá v zařízeních, jako jsou sekačky na trávu a motorové pily. Jak se však auta vyvíjela, konstrukce karburátorů se stávaly stále složitějšími ve snaze splnit všechny technické požadavky. Například, aby se vyrovnaly s určitými úkoly, karburátory měly pět různých jednotek:

– Hlavní dávkovací systém – Poskytuje dostatečný přísun paliva při jízdě průměrnou rychlostí
– Systém volnoběhu – Zajišťuje dodávku paliva potřebnou pro provoz motoru při nízkých otáčkách
– Plynové čerpadlo — Poskytuje dodatečné vstřikování paliva při sešlápnutí plynového pedálu, aby se zabránilo zhasnutí motoru a přerušení jeho provozu během zrychlování vozidla
– Systém obohacování směsi — Poskytuje dodatečný přísun paliva při jízdě do kopce nebo při použití přívěsu
– Vzduchová klapka – Poskytuje dodatečné palivo pro startování studeného motoru

Pro splnění stále přísnějších požadavků na kvalitu výfukových plynů se začal používat katalyzátor. Aby katalyzátor fungoval efektivně, je nutná pečlivá kontrola složení směsi paliva a vzduchu. Kyslíkové senzory sledují množství kyslíku ve výfukových plynech a řídicí jednotka motoru (ECU) používá tyto informace k úpravě směsi vzduchu a paliva v reálném čase. Říká se tomu zpětnovazební ovládání – tuto metodu nebylo možné použít při použití karburátorů. Éra elektronicky řízených karburátorů byla krátkodobá, poté se začaly používat systémy vstřikování paliva, ale konstrukce elektronických karburátorů byla mnohem složitější než těch mechanických.

Nejprve byly nahrazeny karburátory systém vstřikování paliva tělesa škrticí klapky (také známý jako systém jediný bod nebo centrální vstřikování paliva), který kombinoval elektricky ovládané vstřikovací ventily a škrticí klapku. Tyto systémy poskytly jednoduché řešení pro výměnu karburátorů, aniž by výrobci automobilů museli provádět významné změny v konstrukci motoru.

Postupně s vývojem nových motorů byl systém vstřikování paliva v tělese škrticí klapky nahrazen systém vstřikování paliva do sacího traktu (také známý jako bod, vícebodový nebo konzistentní vstřikování paliva). Tyto systémy mají svůj vlastní vstřikovač pro každý válec, obvykle umístěný tak, aby vstřik probíhal přímo do sacího ventilu. Takové systémy poskytují přesnější měření spotřeby paliva a jsou citlivější.

Když sešlápnete plynový pedál

Plynový pedál vašeho auta je připojen k škrtící klapka – ventil, který reguluje množství vzduchu vstupujícího do motoru. Plynový pedál je tedy pedálem přívodu vzduchu.

Když sešlápnete plynový pedál, škrticí klapka se dále otevře a dodá více vzduchu. Řídicí jednotka motoru (ECU, počítač, který řídí všechny elektronické součásti motoru) „vidí“, že se škrticí klapka otevřela, a zvyšuje dodávku paliva díky zvýšenému přívodu vzduchu. Při otevírání škrticí klapky je nutné zvýšit přívod paliva; V opačném případě, když sešlápnete plynový pedál, může dojít ke zpoždění, protože vzduch vstupuje do válců bez paliva.

Senzory monitorují množství vzduchu vstupujícího do motoru a také množství kyslíku ve výfukových plynech. Řídicí jednotka motoru používá tyto informace k přesné úpravě dodávky paliva tak, aby poskytovala požadované složení směsi paliva a vzduchu.

Vstřikovač

Když je na vstřikovač přivedeno napájení, solenoid pohybuje plunžrem, který otevírá ventil, který rozstřikuje palivo pod tlakem přes malou trysku. Tryska je určena pro распыления palivo – čím jemnější rozprašování, tím snadněji palivo hoří.

Množství paliva dodávaného do motoru je určeno dobou, po kterou zůstává vstřikovač otevřený. Říká se tomu trvání pulsu a je řízen řídicí jednotkou motoru.
Na sacím potrubí jsou namontovány vstřikovače, které rozstřikují palivo přímo do sacích ventilů. Dýmka, která se nazývá palivová kolejnice, dodává palivo do všech vstřikovačů.
Aby bylo zajištěno dodání požadovaného množství paliva, je řídicí jednotka motoru vybavena mnoha senzory. Podívejme se na některé z nich.

Senzory motoru

Aby bylo zajištěno dodávání správného množství paliva pro všechny jízdní podmínky, je řídicí jednotka motoru (ECU) vybavena řadou senzorů. Níže jsou uvedeny některé z nich:

· Senzor hromadného proudění vzduchu — Přenáší množství vzduchu vstupujícího do motoru do řídicí jednotky motoru
· Senzor(y) kyslíku – Monitoruje množství kyslíku ve výfukových plynech, takže řídicí jednotka může určit, jak bohatá nebo chudá je palivová směs, a provést potřebné úpravy
· Snímač polohy škrticí klapky – Monitoruje polohu škrticí klapky (která určuje množství vzduchu vstupujícího do motoru), takže řídicí jednotka provádí úpravy, snižuje nebo zvyšuje množství vstupujícího paliva
· Čidlo teploty chladicí kapaliny – Umožňuje řídící jednotce zjistit, že se motor zahřál na požadovanou provozní teplotu
· Snímač napětí – Monitoruje napětí palubní sítě, aby řídicí jednotka mohla při poklesu napětí zvýšit volnoběžné otáčky (což je indikátor vysokého elektrického zatížení)
· Snímač absolutního tlaku v potrubí – Monitoruje tlak vzduchu v sacím potrubí
· Množství vzduchu vstupujícího do motoru je dobrým ukazatelem vyrobeného výkonu; Čím více vzduchu vstupuje do motoru, tím nižší je tlak v potrubí, tento údaj se používá k určení vyrobeného výkonu.
· Snímač otáček klikového hřídele – Sleduje otáčky motoru, což je jeden z indikátorů pro výpočet trvání pulsu

Existují dva hlavní typy ovládání vícebodový systémy: Všechny vstřikovače mohou být spuštěny současně, nebo každý může být spuštěn samostatně před otevřením příslušného sacího ventilu válce (tento typ je tzv. sekvenční vícebodové vstřikování paliva).

Výhodou sekvenčního vstřikování paliva je, že pokud dojde během jízdy k náhlým změnám, systém na ně rychleji reaguje, protože pro změnu stačí počkat, až se otevře další sací ventil, místo aby se čekalo, až začne další otáčka motoru.

Moduly řízení motoru a vylepšení výkonu

Algoritmy, které řídí motor, jsou poměrně složité. Software musí vozidlu umožnit splnit emisní požadavky na 100.000 XNUMX km, požadavky EPA a zabránit předčasnému opotřebení motoru. Kromě toho existuje mnoho požadavků, které musí být splněny.

ECM používá vzorec a velký počet vyhledávacích tabulek k určení šířky pulzu pro dané provozní podmínky. Vzorec je řada ukazatelů násobených navzájem. Většina ukazatelů je převzata z vyhledávacích tabulek. Podívejme se na zjednodušený výpočetní vzorec trvání pulsu vstřikovače. V tomto příkladu bude rovnice obsahovat pouze tři indikátory, zatímco řídicí systém může použít několik stovek nebo i více.

Šířka pulzu = (počáteční šířka pulzu) x (indikátor A) x (indikátor B)

Pro výpočet šířky impulsu nejprve určí řídicí jednotka motoru trvání referenčního pulsu ve vyhledávací tabulce. Počáteční šířka impulsu je funkcí otáčky motoru (ot./min) a zatížení (který je vypočítán na základě absolutního tlaku v sacím potrubí). Předpokládejme, že otáčky motoru jsou 2.000 4 ot./min při zatížení 2.000. Požadovanou hodnotu najdeme na průsečíku 4 8 a XNUMX, což je XNUMX ms.
ot / minNačíst
12345
1.00012345
2.000246810
3.0003691215
4.00048121620

V následujících příkladech A и B jsou indikátory, které pocházejí ze senzorů. Předpokládejme to A — je teplota chladicí kapaliny a B – toto je hladina kyslíku. Pokud je teplota chladicí kapaliny 100 a hladina kyslíku 3, pak na základě tabulkových údajů dostaneme, že Index A = 0,8 a Index B = 1,0.
AUkazatel A
BUkazatel B
01,2
01,0
251,1
11,0
501,0
21,0
750,9
31,0
1000,8
40,75

Takže teď to víme počáteční trvání pulsu je funkcí zatížení a rychlosti a to šířka pulzu = (počáteční šířka pulzu) x (indikátor A) x (indikátor B), celková doba trvání pulzu v našem příkladu je:

8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 ms

Na základě tohoto příkladu nyní rozumíte tomu, jak řídicí systém provádí úpravy. Je-li hodnota B hladina kyslíku ve výfukových plynech, tabulka udává, že hodnota B odpovídá (podle konstruktérů motoru) zvýšenému obsahu kyslíku ve výfukových plynech; Řídicí jednotka motoru zároveň snižuje zásobu paliva.

Skutečné systémy řízení používají více než 100 ukazatelů, z nichž každý má odpovídající tabulku. Některé hodnoty se v průběhu času mění, aby zohlednily změny v účinnosti určitých součástí motoru, jako je katalyzátor. A v závislosti na otáčkách motoru provádí řídicí jednotka motoru tyto výpočty více než 100krát za sekundu.

Moduly pro zvýšení výkonu

Dále by bylo logické přejít na moduly pro zvýšení výkonu. Nyní, když trochu rozumíme tomu, jak fungují řídicí algoritmy, můžeme pochopit, co výrobci výkonových modulů dělají pro zvýšení výkonu motoru.

Výkonové moduly jsou vyráběny společnostmi působícími na aftermarketu a používají se ke zvýšení výkonu motoru. V řídicí jednotce motoru je modul, ve kterém jsou uloženy všechny vyhledávací tabulky; Nahrazuje jej modul zvýšení výkonu. Tabulky v modulu zvýšení výkonu obsahují údaje, které umožňují zvýšit dodávku paliva za specifických jízdních podmínek. Například více paliva lze dodat na plný plyn při jakýchkoli otáčkách motoru. Změnit lze i časování zapalování (existují k tomu i tabulky). Vzhledem k tomu, že výrobci výkonových modulů na rozdíl od výrobců automobilů nejsou vázáni povinnostmi, jako je spolehlivost, kilometrový výkon a testování emisí, mohou ve vyhledávacích tabulkách použít vyšší hodnoty.

Další informace o systémech vstřikování paliva naleznete v odkazech na další stránce.

Karburátorový motor DB 600 vyvinul 900 hp při vzletu. sto DB 601 se vstřikováním umožnilo zvýšit výkon na 1100 koní. C. a další.

Automobilové vstřikovače představil Bosch v roce 1951

První sériový vůz se vstřikovačem byl Němec Goliath 700 Sport, vyrobený v letech 1951 až 1953

Vstřikovací systémy se rozšířily o mnoho let později a postupně nahradily karburátory.

O vstřikovačích

Injektor, Toto – součástí systému přívodu paliva

Principem činnosti vstřikovacího systému je nucený přívod paliva do válce.

Vstřikovač dodává palivo do spalovací komory, kde se mísí se vzduchem.

To umožňuje výdej paliva měřeným způsobem, což výrazně zvyšuje výkon o 5-10 % a snižuje spotřebu paliva.

Zjednodušená logika provozu elektromagnetického vstřikovače

Palivové čerpadlo dodává palivo do vstřikovačů

ECU (elektronická řídicí jednotka) v určitém okamžiku polohy klikového hřídele vyšle signál do vstřikovače

V elektromagnetickém vstřikovači objeví se elektromagnetické pole, které přitahuje kovy

Zajišťovací jehla stoupá a nahromaděné palivo vstupuje do válce

Zde jsou průřezová schémata vstřikovačů pro pochopení:

Obecné schéma vstřikovacího systému a vstřikovačů:

Vstřikovače jsou zapojeny jednotný systém – palivová kolejnice

Benzínové čerpadlo kvůli nadměrnému tlaku uvnitř systému dodává palivo do systému

Poté se ventil otevře a palivo ze vstřikovače vstupuje do válce.

Čím déle je ventil otevřený, tím více paliva je dodáváno, a proto budou otáčky vyšší.

Množství dodávaného paliva přímo závisí na množství vzduchu vstupujícího do válce.

O vstřikovacím systému

Vstřikovací systém je citlivý na různé faktory a rychle na ně reaguje změnou množství dodávaného paliva.

Za chladného počasí výrazně usnadňuje startování motoru

Pokud se však porouchá, je oprava vstřikovacího systému svépomocí velmi obtížná, nebo dokonce nemožná.

Citlivé na kvalitu paliva, pokud dojde k poškození, většinu součástí nelze opravit a vyžadují výměnu

Takto vypadá vstřikovací systém:

Logika vstřikovacího systému v animaci:

O jednotkách a součástech vstřikovacího systému

Benzínové čerpadlo – dodává palivo do vstřikovačů pod tlakem

Regulátor tlaku – je zodpovědný za stálý tlak ve vstřikovačích, může vypouštět přebytečné palivo zpět do nádrže

Trysky (elektromagnetické, elektrohydraulické, piezoelektrické) – dodávají palivo do válců

ECU – řídí činnost vstřikovacího systému na základě dat přijatých ze snímačů

Hlavní senzory vstřikovacího systému

Vstřikovací systém může obsahovat více senzorů v závislosti na funkčnosti poskytované výrobcem.

Všechny senzory lze podmíněně rozdělit podle logiky

Polohové senzory

Klikový hřídel

Informujte ECU o poloze klikového hřídele, rychlosti otáčení a pomozte vypočítat efektivní časování zapalování

Vačkový hřídel (fáze)

Hlásí polohu pístů ve válcích, upozorňuje na dosažení horní úvratě (TDC)

Senzory teploty vzduchu

Jsou instalovány v blízkosti vzduchového filtru.

Jak se teplota vzduchu snižuje, jeho hustota se zvyšuje a je potřeba více paliva.

Umožňuje ECU efektivně kompenzovat vysokou hustotu vzduchu

Snímače teploty

Pomáhá nastartovat a zahřát motor

Studený motor vyžaduje ke spuštění dobrý poměr vzduch-palivo.

Umožňuje ECU efektivně řídit dobu trvání a množství dodávky paliva v různých teplotních podmínkách

атчики авления

Navrženo pro měření změn tlaku v potrubí, ke kterým dochází v důsledku změn otáček a zatížení motoru

Důležité pro výpočet průtoku vzduchu, otevřená škrticí klapka – zvýšený tlak v potrubí – potřeba více paliva

Senzory proudění vzduchu

Určete hmotnost vzduchu vstupující do motoru

Považováno za primární vstup, pro určité množství paliva je potřeba určité množství vzduchu.

Snímače polohy škrticí klapky (TPS)

Nezbytné pro zrychlení při rychlém otevření plynu

Funguje jako urychlovač na karburátoru

Pokud je škrticí klapka uzavřena, palivo začne proudit přes dávkovací kanál ventilu regulace otáček volnoběhu.

Toto není úplný seznam; výrobce může do systému implementovat velké množství různých senzorů.

Popis hlavních senzorů

Snímač polohy klikového hřídele – CKP

DPKV — nejdůležitější senzor, bez něj je systém nefunkční

Určuje polohu klikového hřídele

Ozubené kolo umístěné na hřídeli motoru se otáčí vzhledem k tomuto snímači.

Vyrobeno jako cívka, když je magnetické pole zkreslené, vytváří pulzy uvnitř cívky a přenáší je do ECU

Může být implementován jako indukční senzor nebo Hallův senzor

Indukční snímač polohy klikového hřídele běžně se vyskytující na motocyklech, jednodušší

Vybaveno kovovou tyčí a magnetem, pro magnetizaci tyče je na tyči navinuto měděné vinutí

Princip činnosti indukčního snímače spočívá ve vyslání signálu, když je v blízkosti ocelový předmět

Obvykle jsou na klikovém hřídeli zuby, DPKV bude reagovat signálem na přítomnost a nepřítomnost těchto zubů v blízkosti

Hallův senzor Je také citlivý na rušení generované generátorem, takže je designově složitější.

Zde je schéma zařízení a princip fungování Hallova senzoru:

Stručně o principu fungování:
Pokud se na okraje A přivede konstantní napětí a deska se umístí do magnetického pole
Na okrajích B se objeví potenciální rozdíl

Na autech to vypada takto:

Snímač polohy vačkového hřídele (fáze)

Určuje polohu pístů ve válcích, upozorňuje na dosažení horní úvrati (TDC)

ECU bude vědět, do kterého válce je nutné provést vstřik a do kterého zapálení

Snímač hmotnostního průtoku vzduchu (DMRV)

Hlavní funkce DMRV – určit množství proudu vzduchu, který vstupuje do válců

Instaluje se mezi vzduchový filtr a těleso škrticí klapky

Má citlivý prvek – tenkou síťovinu (membránu) na bázi křemíku

Mřížka má topný odpor a dvě teplotní čidla před a za topným odporem.

Signál DMRV – měnící se konstantní napětí v závislosti na množství procházejícího vzduchu

Procházející vzduch ochlazuje část před topným rezistorem, zatímco část za rezistorem udržuje teplotu.

Oba snímače přenášejí data a na základě jejich rozdílu ECU určuje požadovanou dobu otevření vstřikovačů

Snímač klepání – umístěný ve válci, při detonaci sleduje vibrace a předává informace do ECU

Snímač polohy škrticí klapky TPS – dávkuje palivo, optimalizuje spotřebu, na základě polohy škrticí klapky

Kyslíkový senzor (Lambda sonda)

Kyslíkový senzor je určen k určení koncentrace kyslíku ve výfukovém systému.

Analyzuje, jak správně hoří směs benzínu a vzduchu

Ideální poměr benzínu ke vzduchu je 14,7:1, na 1 kg paliva připadá 14,7 kg vzduchu

Zvětšení Množství vzduchu povede do chudé směsidynamika se zhorší, spotřeba paliva klesne

Snížit Množství vzduchu povede do obohacené směsidynamika se zlepší, spotřeba paliva se zvýší

Časté poruchy vstřikovačů

Problémy s přívodem paliva do vstřikovače

Je nutné zkontrolovat snímač hladiny paliva, pokud snímač funguje správně, pak je problém v palivovém čerpadle

Pokud je přívod paliva ucpaný, je nutné jej vyčistit.

Pokud čištění nepomůže, je palivové čerpadlo vadné a je třeba jej opravit nebo vyměnit.

Pokud je palivové čerpadlo špatně sestaveno, začne nasávat vzduch spolu s palivem.

Zvýšená spotřeba paliva

Nejčastěji se vyskytuje, když jsou ucpané vstřikovače

Vstřikovače nebudou schopny dodat požadovaný objem paliva, systém to začne kompenzovat zvýšením frekvence nebo objemu vstřiku paliva

Doba zrychlení vozidla. se zvýší a výkon vozidla. se výrazně sníží

Troenie, odpojení jednoho z válců

Můžete se setkat se zcela ucpaným vstřikovačem, pokud není schopen dodávat palivo do válce.

Nejčastěji se vyskytuje při použití nekvalitního paliva

Bloudění otáček s pevným plynovým pedálem nebo pokles otáček při sešlápnutém pedálu (plynové rukojeti).

Souvisí s vadným snímačem polohy škrticí klapky

Motor dostává nadměrné množství paliva