1.3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

Система управления подачей топлива начинается с бензобака. Электробензонасос (2), расположенный в бензобаке, подает топливо по топливопроводу (3) через встроенный в линию фильтр (4) на агрегат центрального впрыска (1). Насос обеспечивает подачу топлива под давлением, значительно превышающим 190 кПа (1.9 бар). Регулятор давления агрегата центрального впрыска поддерживает постоянное давление топлива, подаваемого на форсунку, в пределах 190...210 кПа. Избыток топлива, сверх количества, требующегося форсунке, возвращается в бензобак по отдельной линии слива (5). Для контроля давления в топливной магистрали предусмотрен специальный штуцер (5).

Форсункой, установленной в агрегате центрального впрыска, управляет электронный блок управления. Он обеспечивает подачу топлива в одном из нескольких режимов, описанных ниже.

СОСТАВ СИСТЕМЫ

В состав системы управления подачей топлива (рис. 1.3.1) входят:

• реле электробензонасоса
• электробензонасос (2)
• топливный фильтр (4)
• топливопроводы
  - линия подачи (3)
  - линия слива (6)
• штуцер контроля давления топлива (5)
• агрегат центрального впрыска (1)
  - форсунка
  - регулятор давления топлива
  - регулятор холостого хода
  - датчик положения дроссельной заслонки.

Рис. 1.3.1 Схема системы подачи топлива.

ЭЛЕКТРОБЕНЗОНАСОС (рис. 1.3.2)

В системе применен электрический бензонасос роликового типа. Топливо из бензонасоса подается через встроенный в линию топливный фильтр на агрегат центрального впрыска под положительным давлением более 190 кПа (1.9 бар). Избыток топлива, сверх регулируемого, возвращается через регулятор давления агрегата центрального впрыска в бензобак по линии слива.

При применении бензонасоса, устанавливаемого в баке, уменьшаются масштабы проблем, связанных с наличием паровых пробок, т.к. в этом случае топливо находится под давлением, а не в условиях разрежения, как в случае механического бензонасоса, установленного на двигателе.

Рис. 1.3.2  Устанавливаемый в топливном баке электробензонасос.

ТОПЛИВНЫЙ ФИЛЬТР

Топливный фильтр установлен в моторном отсеке рядом с корпусом дроссельной заслонки. Фильтр расположен в линии подачи топлива между бензонасосом и агрегатом центрального впрыска. Корпус фильтра изготовлен из стали и имеет штуцеры с резьбой с обоих концов. Фильтрующий элемент изготовлен из бумаги и предназначен для улавливания, содержащихся в топливе частиц, которые могут привести к повреждению системы впрыска.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ТОПЛИВА (рис. 1.3.3)

Для обеспечения надлежащей подачи топлива электробензонасос управляется реле системы подачи топлива. Это реле также подает +12 В на форсунку. Реле управляется электронным блоком управления.

При установке замка зажигания в положение ЗАЖИГАНИЕ или СТАРТЕР, после того как он пробыл в положении ВЫКЛЮЧЕНО более 15 сек, ЭБУ незамедлительно подает питание на реле электробензонасоса. В результате быстро создается давление топлива. Если в течение двух секунд прокрутка двигателя не начинается, ЭБУ выключает реле и ожидает начала прокрутки двигателя. Как только начинается прокрутка двигателя, ЭБУ распознает вращение по опорному сигналу положения коленчатого вала и вновь включает реле электробензонасоса.

Рис. 1.3.3 Электрические цепи системы управления подачей топлива.

АГРЕГАТ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА (рис. 1.3.4)

Топливо подается в двигатель агрегатом центрального впрыска. Агрегат центрального впрыска, модель 700, расположен центрально на впускной трубе и состоит из двух основных узлов:

1. корпус дроссельной заслонки с дроссельной заслонкой, соединенной приводом с педалью акселератора, для управления подачей воздуха.
2. корпус топливоподачи со встроенным регулятором давления топлива и форсункой с электрическим приводом для подачи необходимого количества топлива.

Рис. 1.3.4 Агрегат центрального впрыска модели 700.

Другими важными элементами, расположенными на агрегате центрального впрыска, являются датчик положения дроссельной заслонки и регулятор холостого хода. В смесительной камере корпуса дроссельной заслонки (над и под дроссельной заслонкой) также имеются отверстия отбора сигнала разрежения для работы датчика абсолютного давления и адсорбера системы улавливания паров бензина.

ШТУЦЕР ДИАГНОСТИКИ ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА (см. рис. 1.3.1)

Штуцер диагностики давления топлива расположен между топливным фильтром и агрегатом центрального впрыска. Ряд диагностических процедур при проведении технического обслуживания требуют контроля давления топлива. Этот штуцер является удобным местом подключения манометра для определения давления топлива, подаваемого на форсунку.

ФОРСУНКА (рис. 1.3.5)

Форсунка представляет собой устройство с электромагнитным клапаном, который при получении электрического импульса с электронного блока управления втягивает сердечник, в результате чего подпружиненный шариковый клапан отходит от своего седла и позволяет топливу пройти через фильтр из тонкой сетки в распылительную насадку. Топливо под давлением направляется коническим факелом на стенки смесительной камеры над дроссельной заслонкой. По истечении электрического импульса электромагнит отключается, и подпружиненный шариковый клапан запирается, перекрывая подачу топлива.

При включении форсунки электронным блоком управления на обмотку электромагнитного клапана подается полное напряжение питания системы до достижения током опорного значения 4 А. Затем ЭБУ берет на себя функцию регулирования тока, поддерживая силу тока 1 А до момента выключения форсунки. Это обеспечивает быстрое втягивание электромагнитного клапана при включении и низкоэнергетический режим выдержки, не допускающий перегрева обмотки электромагнитного клапана. Такое ограничение тока применено в связи с низким сопротивлением обмотки электромагнитного клапана форсунки агрегата центрального впрыска модели 700. Номинальное сопротивление составляет 1.52 ± 0.1 0м при 22 град.С.

Рис. 1.3.5 Форсунка и регулятор давления топлива в составе корпуса топливоподачи.

РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА (рис. 1.3.5)

Топливо подается в агрегат центрального впрыска бензонасосом постоянной производительности. Фильтр, установленный в линии подачи, защищает прецизионные детали агрегата центрального впрыска от повреждения твердыми частицами, содержащимися в топливе.

Управляемый диафрагмой расходный клапан, установленный в корпусе топливоподачи поддерживает давление топлива в заданных пределах. Регулирование осуществляется путем уравнивания давления бензонасоса с фиксированным усилием пружины регулятора давления.

При падении давления топлива ниже установленного предела пружина регулятора давления прижимает диафрагму и клапан к седлу клапана. После закрытия регулятора слив топлива в бензобак прекращается, и создаются условия для нарастания давления на входе. Когда давление топлива превысит усилие пружины регулятора давления, клапан открывается для сброса избытка топлива в линию слива.

Регулирование расхода топлива построено на поддержании давления топлива в системе в заданных пределах. Для достижения этого бензонасос должен обеспечивать создание давления, превосходящего заранее оттарированное усилие пружины регулятора давления.

ДОЗИРОВАНИЕ ПОДАЧИ ТОПЛИВА (рис. 1.3.5)

Точное дозирование топливоподачи агрегатом центрального впрыска модели 700 обеспечивается точным регулированием давления топлива и управлением моментом впрыска. Управляющий сигнал форсунки, представляющий собой серию импульсов включения и выключения, исходит от электронного блока управления в ответ на сигнал потребности двигателя в топливе. Эта серия импульсов обычно синхронизирована с импульсами сигнала частоты вращения коленчатого вала (опорного сигнала положения коленчатого вала), выдаваемыми в ЭБУ системой зажигания. Управляющий сигнал подается на форсунку и запитывает электромагнитный клапан форсунки. Электромагнитный клапан открывает обычно закрытый шариковый клапан, впрыскивая топливо под давлением в виде конического факела в зону смесительной камеры, находящуюся непосредственно над дроссельной заслонкой.

Поскольку регулятор поддерживает постоянное давление топлива, расход топлива пропорционален длительности периода открытого состояния форсунки (длительности импульса) и частоте следования (повторяемости) подаваемых импульсов. ЭБУ поддерживает оптимальное соотношение воздуха/топлива путем изменения длительности импульса. Увеличение длительности импульса приводит к подаче большего количества топлива (обогащению воздушнотопливной смеси). Уменьшение длительности импульса приводит к уменьшению количества подаваемого топлива, т.е. к обеднению воздушнотопливной смеси. Частота следования в целом определяется частотой вращения коленчатого вала.

Электронный блок управления корректирует длительность импульса с учетом изменений в требующемся количестве топлива (например, при холодном пуске, в условиях высокогорья, при ускорении, торможении и т.д.).

ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКИ (рис. 1.3.6)

Датчик положения дроссельной заслонки является частью агрегата центрального впрыска. Он установлен сбоку на корпусе дроссельной заслонки напротив сектора рычага управления дроссельной заслонкой. При повороте дроссельной заслонки в ответ на перемещение педали акселератора ось дроссельной заслонки передает свое вращательное движение на датчик положения дроссельной заслонки. Когда это происходит, изменяется напряжение выходного сигнала датчика.

Рис. 1.3.6 Цепи датчика положения дроссельной заслонки.
где: 1 - корпус дроссельной заслонки
        2 - датчик положения дроссельной заслонки
        3 - дроссельная заслонка.

РЕГУЛЯТОР ХОЛОСТОГО ХОДА (рис. 1.3.7)

Регулятор холостого хода в сборе состоит из двухполюсного шагового электродвигателя с двумя обмотками и соединенного с ним конусного клапана. Клапан регулятора холостого хода, установленный в канале подачи воздуха на режиме холостого хода агрегата центрального впрыска (рис. 1.3.7), выдвигается или убирается, реагируя на управляющие сигналы электронного блока управления. Регулятор холостого хода регулирует частоту вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, управляя количеством воздуха, подаваемым в обход закрытой дроссельной заслонки.

Рис. 1.3.7 Система регулирования подачи воздуха на режиме холостого хода.

В полностью выдвинутом положении (выдвинутое до упора положение соответствует 0 шагов), клапан перекрывает подачу воздуха в обход дроссельной заслонки. Убирающийся клапан обеспечивает расход воздуха, пропорциональный количеству шагов клапана от своего седла. Полностью убранное положение соответствует 255 шагам.

Поскольку ЭБУ может задать клапану регулятора холостого хода перемещение на любое количество шагов от 0 до 255, это обеспечивает регулировку расхода воздуха в обход дроссельной заслонки, а следовательно, и частоты вращения коленчатого вала, в соответствии с нагрузкой двигателя при закрытой дроссельной заслонке.

Желательная частота вращения коленчатого вала при закрытой дроссельной заслонке для нормальных условий работы двигателя запрограммирована в электронном блоке управления. Регулятор холостого хода под управлением ЭБУ обеспечивает увеличение или уменьшение частоты вращения в зависимости от условий работы двигателя.

Помимо управления частотой вращения коленчатого вала на режиме холостого хода регулятор способствует снижению токсичности. Когда дроссельная заслонка закрывается при торможении двигателем, регулятор холостого хода обеспечивает увеличенную подачу воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки, поддерживая более бедную воздушнотопливную смесь. Это уменьшает выбросы углеводородов и окиси углерода, имеющие место при быстром закрытии дроссельной заслонки.

Электронный блок управления не получает непосредственного сигнала о фактическом положении клапана регулятора холостого хода. ЭБУ "сбрасывает" регулятор при каждом выключении зажигания. Это осуществляется путем установки клапана в полностью выдвинутое, закрытое положение (0 шагов) после остановки двигателя. В этом положении ЭБУ "известно" о "нулевом" положении клапана регулятора. Затем ЭБУ убирает клапан на расчетное количество шагов для обеспечения достаточной подачи воздуха для последующего пуска двигателя.

УПРАВЛЕНИЕ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ "ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ - ПЛОТНОСТЬ"

В системе управления двигателя с центральным впрыском топлива автомобилей ВАЗ-21214, ВАЗ-21073, ВАЗ-21044 для управления топливоподачей во всех условиях работы двигателя применяется метод расчета "по частоте вращения - плотности воздуха".

Состав воздушнотопливной смеси выражается в соотношении воздуха и топлива. Для подачи правильного количества топлива необходимо знать количество воздуха, поступающего в двигатель. Указанные два параметра - частота вращения коленчатого вала и плотность воздуха во впускной трубе, используются вместе для расчета полного количества воздуха, поступающего в двигатель, в целях подачи количества топлива, необходимого для поддержания желаемого состава воздушнотопливной смеси.

Расчет расхода воздуха по этому методу начинается с работ на моторном динамометрическом стенде. Первоначально на стенд устанавливается двигатель ВАЗ-21214, оборудованный комплектной системой центрального впрыска. Затем двигатель испытывается при всех возможных комбинациях частоты вращения коленчатого вала и нагрузки. В ходе испытаний с двигателя снимаются фактические значения частоты вращения коленчатого вала, абсолютного давления и температуры воздуха. Комбинация последних двух - абсолютного давления и температуры воздуха, дает параметр плотности воздуха.

По указанным трем параметрам разрабатывается несколько таблиц. Одна из этих таблиц называется таблицей "коэффициента наполнения" и представляет собой сравнение теоретического расхода воздуха через двигатель на базе рабочего объема цилиндра и частоты вращения коленчатого вала с расчетным на базе абсолютного давления, температуры воздуха и частоты вращения коленчатого вала. На коэффициент наполнения влияют различные факторы базовой конструкции двигателя, такие, как подъем, продолжительность открытия и перекрытие клапанов, размеры впускных и выпускных клапанов, конструкция систем впуска и выпуска, конструкция камеры сгорания, противодавление отработавших газов и т.д.

Зная объемный коэффициент при конкретной частоте вращения коленчатого вала и плотность воздуха во впускной трубе, можно рассчитать расход воздуха в двигатель.

Указанные таблицы данных программно заносятся в постоянную память электронного блока управления. Имея таблицы коэффициента наполнения для любой частоты вращения коленчатого вала и фактические параметры абсолютного давления, температуры воздуха и частоты вращения коленчатого вала, ЭБУ может рассчитать расход воздуха в двигателе.

Таким образом, для конкретного автомобиля, оснащенного двигателем, идентичным тому, что прошел указанные выше работы на моторном стенде, расход воздуха в двигателе рассчитывается по таблицам данных ЭБУ и входным сигналам датчиков, которыми укомплектован двигатель.

РАСЧЕТ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА И ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА

Как описывалось выше, для расчета расхода воздуха в двигателе электронный блок управления использует два параметра - частоту вращения коленчатого вала и плотность воздуха. Сигнал данных частоты вращения коленчатого вала поступает непосредственно из модуля зажигания. Второй параметр, плотность воздуха, рассчитывается по входным сигналам двух других датчиков.

ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ

Сигнал частоты вращения коленчатого вала выдается системой зажигания и поступает в цепь входного опорного сигнала положения коленчатого вала электронного блока управления. ЭБУ использует эту информацию для определения фактора частоты вращения коленчатого вала для управления топливоподачей и зажиганием. Сигнал частоты вращения коленчатого вала является самым важным входным сигналом электронного блока управления. Без него ЭБУ не может рассчитать управляющие импульсы форсунки, и двигатель не будет работать.

ПЛОТНОСТЬ

Плотность воздуха, свидетельствующая о плотности молекулярного кислорода во впускной трубе, является показателем наличия кислорода для сгорания в двигателе. Плотность воздуха может меняться в зависимости от атмосферного давления, температуры воздуха и дросселирования поступающего воздуха в работающем двигателе. Более плотный воздух содержит больше молекул кислорода и требует больше топлива для поддержания необходимого состава воздушнотопливной смеси.

Датчик абсолютного давления определяет фактическое абсолютное давление во впускной трубе, создавшееся в результате изменений в частоте вращения коленчатого вала и дросселировании, и в результате влияния атмосферного давления. Датчик абсолютного давления посылает в электронный блок управления сигнал, напряжение которого зависит от измеренного давления во впускной трубе. Необходимо помнить, что высокое давление говорит о наличии большего количества воздуха и кислорода, а низкое давление - о наличии меньшего количества воздуха и кислорода.

При повышении давления во впускной трубе (например, при полностью открытой дроссельной заслонке) плотность воздуха во впускной трубе также увеличивается, и датчик абсолютного давления подает свой сигнал в электронный блок управления. В этих условиях ЭБУ увеличивает количество впрыскиваемого топлива за счет увеличения импульса впрыска форсунки.

Аналогичным образом, при уменьшении давления во впускной трубе требуемое количество топлива также уменьшается. Напряжение выходного сигнала датчика абсолютного давления уменьшается, и ЭБУ сокращает длительность импульса впрыска форсунки.

Для полноты фактора плотности воздуха должна быть известна температура поступающего воздуха. Подобно давлению воздуха во впускной трубе, температура воздуха также является показателем наличия кислорода для процесса сгорания. Воздух, имеющий низкую температуру, более плотный, т.е. содержит больше кислорода, а воздух, имеющий высокую температуру, содержит меньше кислорода.

Расположенный в нижней части корпуса воздушного фильтра датчик температуры воздуха постоянно измеряет температуру воздуха, поступающего во впускную трубу, и преобразует температурные данные в электрический сигнал, посылаемый в электронный блок управления.

Указанные три входных сигнала: частота вращения коленчатого вала, абсолютное давление и температура воздуха, являются основными факторами, определяющими состав воздушнотопливной смеси, подаваемой системой впрыска. Остальные датчики выдают в ЭБУ выходные сигналы, которые используются для незначительной корректировки состава смеси, а также для других функций управления ЭБУ.

ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА НА МАКСИМАЛЬНУЮ МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ.

Для водителей, имеющих опыт езды в условиях высокогорья, знание фактора плотности воздуха объясняет очевидную меньшую мощность двигателя на большой высоте по сравнению с равниной. В менее плотном воздухе высокогорья присутствует меньше кислорода. То же самое справедливо для жаркого дня по сравнению с холодным днем. Общеизвестно, что большинство рекордов по скорости автомобиля было зарегистрировано на малой высоте относительно уровня моря в холодные дни, когда плотность воздуха (и наличие кислорода для сгорания) была наиболее высокой.