История возникновения и эволюция систем впрыска.
Первые системы впрыска топлива
Электронная механическая система впрыска «КЕ-Motronic»
Система впрыска «Mono-Jetronic»
Система впрыска «Motronic ML 4.1»
Система впрыска «Motronic М 1.5»
Система впрыска «Motronic М 1.5.2»
Система впрыска «Motronic М 1.5.4»
Система впрыска «Motronic М 2.5»
Система впрыска «Motronic 2.7»
Система впрыска «Motronic М 2.8»
Механическая система впрыска легкого топлива впервые была разработана в 1912 г. в Европе фирмой Bosch (Германия). Первоначально за ее основу была принята конструкция шестереночного масляного насоса. Система впрыска обеспечивает подачу топлива непосредственно в цилиндры двигателя. Подобной системой оснащали двигатели фирмы Dejmler-Benz с впрыскиванием бензина, выполненные на основе дизельной аппаратуры. Механические системы подачи топлива из-за высокой их цены не получили на массовых автомобилях широкого распространения.
Первые системы впрыска топлива с электрическим управлением были созданы в 1939 г. в Италии фирмой Mono Guzzi, но они остались только технической новинкой.
В широких масштабах электронные системы впрыска топлива были реализованы в 1940 г. на авиационных двигателях. Затем они использовались на гоночных автомобилях. Применение электронных систем в автомобилестроении в этот период носило поисковый характер. В послевоенное время наступил новый этап их развития. Первая серийная система впрыска топлива с электронным управлением непосредственно в цилиндры реализовалась в 1951 г. на двухтактном двигателе фирмы Gutbrod.
В современном понимании система впрыска топлива осуществлена в 1951 г. фирмой Bosch на малолитражном автомобиле, двигатель которого был оснащен механической системой впрыска. В дальнейшем этой системой был оборудован известный автомобиль Mercedes Benz 300 SL.
Фирма Chrysler (США) в 1957 г. разработала систему управления впрыскиванием топлива, выполненную на вакуумных лампах. Высокая стоимость и низкая технологичность системы явились серьезным препятствием на пути практического их применения. Одновременно с этим в США концерн General Motors (GM) в 1957 г. на автомобилях фирм Chevrolet и Pontiac применили систему впрыска фирмы Rochester.
Введение в США в начале 1960-х годов жестких норм токсичности предопределило новое направление в развитии систем впрыска топлива.
Ведущие зарубежные фирмы Bosch (ФРГ), Siemens, Solex(Франция), Bendix, General Motors, Chrysler (США), Nissan (Япония) и специализированные промышленные фирмы Lukas, Plessey Automative Product (Великобритания), Kugelfischer, Audi NSU (ФРГ), S.E.V. (Франция) занимаются созданием современных систем впрыска топлива.
В нашей стране различными вопросами впрыска топлива занимаются ОАО «ВАЗ», ОАО «ГАЗ», ОАО «ЗМЗ», НПО «Кибернетика», НТЦ «НАМИ», МГТУ «МАМИ», НПО «ЦНИТА», НПП «Элкар» и др.
Механические системы с непрерывным впрыском топлива появилась в начале 1960-х годов. Подобную аппаратуру выпускала фирма Bosch, а также Kugelfischer (ФРГ) и Spika (Италия).
Фирма Bendix (США) в 1966 г. предоставила фирме Bosch исключительную лицензию на производство электронных систем впрыска топлива в Германии и Бразилии. Высокие результаты получены фирмой Bosch (ФРГ), проделавшей путь от создания простейших механических до современных адаптивных систем впрыска топлива.
Первоначально фирмой Bosch была разработана система впрыска модели «D-Jetronic» с электронным управлением (индекс«D» от немецкого слова «druck» - давление). Фирма Bosch с 1967 г. приступила к выпуску аппаратуры «D-Jetronic». В качестве командного параметра в этой системе, опередившей на много лет время их развития, выбрана величина давления во впускном трубопроводе (ВТ). Термин «Jetronic» фирма Bosch использует для систем управления топливоподачей.
Совершенствование конструкции «D-Jetronic» позволило разработать механическую систему впрыска «К-Jetronic» и приступить с 1973 г. к выпуску новой пневмомеханической системы непрерывного впрыска топлива «К-Jetronic» (индекс «К» от немецкого слова «kontinuerlich» - непрерывный). В этой системе бензин подается во впускной трубопровод непрерывно. Система впрыска в то время была признана наиболее удачной по эффективности и содержанию отработавших газов (ОГ). Разработанная пневмомеханическая система проста и достаточно надежна в эксплуатации. Регулирование коэффициента избытка воздуха (α) основано на непрерывной автоматической оценке расхода воздуха и топлива.
Следующим этапом с 1973 г. является создание системы впрыска «L-Jetronic» (индекс «L» от немецкого слова «luft» - воздух), позволившей упростить ранее разработанную фирмой Bosch конструкцию. В качестве командного параметра системы управления принята величина расхода воздуха.
В современной классификации различают системы импульсного («D-Jetronic», «L-Jetronic», «LH-Jetronic») и непрерывного («К-Jetronic», «КЕ-Jetronic») впрыска топлива.
Развитие систем впрыска фирма Bosch с 1970 г. осуществляет по нескольким направлениям: механические («К-Jetronic»),электронно-механические («КЕ-Jetronic») и электронные («L-Jetronic», «LH-Jetronic» и «LU-Jetronic»).
В дальнейшем, в 1984 г., фирма Bosch разработала электронную механическую систему «КЕ-Motronic» («Е» - электронный). Исполнительная ее часть во многом соответствует конструкции «К-Jetronic». Для повышения точности дозирования вместо механического регулятора давления топлива применен электрогидравлический. Система впрыска топлива снабжена датчиками расхода воздуха и положения дроссельной заслонки.
Система впрыска «L-Jetronic» представляет дальнейшую разработку фирмы Bosch, позволившую в 1973 г. заменить систему «D-Jetronic». Она является ровесником механической системы «К-Jetronic». Система «L-Jetronic» содержит датчик расхода воздуха с подвижной заслонкой, обеспечивающий измерение расхода воздуха. Количество впрыскиваемого топлива определяет электронный блок управления (ЭБУ), открывая для этой цели электромагнитную форсунку (ЭМФ) на определенное время. Потенциометрический датчик подает сигнал ЭБУ потребляемого количества воздуха.
Величина давления топлива в системе топливоподачи в 2 раза ниже по сравнению с механической системой «К-Jetronic» и составляет 0,3 МПа. На части автомобилей с 1976 г. устанавливают систему «L-Jetronic», оснащенную нейтрализатором ОГ и датчиком кислорода (l-зонд).
Система впрыска «LH-Jetronic» отличается от «L-Jetronic» конструктивным выполнением датчика массового расхода воздуха (ДМРВ). Система «LH-Jetronic» оснащена расходомером с проволочным датчиком, находящимся под напряжением (индекс «Н» от немецкого слова «heiss» - горячий). Расходомер воздуха снабжен измерительным элементом в виде подогреваемой металлической нити или керамической пластины. По степени их охлаждения ЭБУ определяет объемный расхода воздуха. Колебания
давления в ВТ не влияют на работу измерительного элемента. Величина охлаждения измерительной нити зависит от изменения плотности воздуха. По величине тока, необходимой для поддержания заданной температуры, ЭБУ определяет массу проходящего воздуха.
После выключения зажигания ЭБУ автоматически подает команду на прокаливание нити расходомера до температуры 1000°С для ее очистки. В современных конструкциях расходомера измерительную нить заменили специальной пленкой на керамической основе.
Фирма Bosch с 1994 г. выпускает вариант системы впрыска «LH-Jetronic» на основе пленочного датчика измерения расхода воздуха. Тепловой измерительный элемент термического анемометрического типа («LH-Jetronic») содержит нагреваемую проволоку или керамическую пластину. Выходной сигнал расходомера представляет собой частотный сигнал амплитудой 4 - 6 В. По мере увеличения расхода воздуха возрастает частота управляющего сигнала.
Система «КЕ-Jetronic», разработаная в 1982 г., отличается от предыдущей конструкции применением более совершенного ЭБУ, наличием функциональных дополнительных датчиков и устройств. Исполнительная ее часть во многом повторяет систему «К-Jetronic». Повышение точности дозирования топлива достигнуто путем замены механического регулятора управления в дозаторе электрогидравлическим регулятором давления топлива. Система укомплектована датчиками расхода воздуха и положения дроссельной заслонки. Значительная часть автомобилей оснащена нейтрализатором, снабженным датчиком кислорода (l-зонд).
На рубеже 1970-1980 гг. в Японии, США и несколько позднее в Германии широкое развитие получили микропроцессорные системы управления двигателем, в 1979 г. - система «Motronic», включающая в себя элементы системы впрыска «L-Jetronic» или «LH-Jetronic» с электронным зажиганием, управляемые единым ЭБУ.
Систему «LU-Jetronic» (индекс «u» от латинского слова «ultra» - сверх, за пределами) устанавливают в основном на автомобили, изготовленные в США. Она снабжена ультразвуковым расходомером воздуха. В патрубок подачи воздуха помещен ультразвуковой генератор вихрей, создающий завихрения воздушного потока и размещенный перпендикулярно к направлению воздушного потока. Завихрение воздушного потока влияет на частоту воздушных волн, по изменению интенсивности которых судят об изменении объемного расхода воздуха. Величина пульсации давления в ВТ и изменение плотности поступающего воздуха не вносят погрешностей в процесс измерений. Количество вихрей пропорционально величине расхода поступающего воздуха. Ультразвуковые волны воспринимаются приемником и преобразуются в выходные электрические сигналы.
Система «Mono-Jetronic» представляет собой одноточечную систему впрыска топлива. Управление подачей топлива в ней осуществляют по частоте вращения коленчатого вала (KB) двигателя и положению дроссельной заслонки. Она обеспечивает подачу топлива через центральную единственную форсунку. Система включает функциональные датчики положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, детонации, частоты вращения и положения KB, скорости движения автомобиля, расходомера воздуха и концентрации кислорода. Управление этой системой осуществляет ЭБУ, получающий информацию от функциональных датчиков. Система разработана в 1987 г. и предназначена для двигателей малого и среднего объемов до 1,8 л.
Структурные схемы, конструктивные особенности и принцип действия систем распределенного впрыска фирмы Bosch отличаются значительным разнообразием. Принципиальные технические решения и выполнение основных компонентов систем впрыска остаются неизменными. Фирма Bosch осуществляет выпуск систем впрыска бензина более 50 лет.
Фирма Bosch в 1989 г. на основе системы «Mono-Jetronic» разработала систему «Mono-Motronic», оснащенную управляющим устройством и микропроцессором. В этом же году она ввела элемент управления «EGAS», встроенный в педаль управления и обеспечивающий по желанию водителя фиксирование режима работы двигателя.
Система «Motronic» (1979 г.) представляет собой схему впрыска типа «LH» или «L» с электронным зажиганием, управляемую единым ЭБУ. В этой системе впрыска исключены подвижные элементы распределителя топлива и зажигания. В их конструкцию введены датчик детонации, ограничитель максимальной частоты вращения KB двигателя, а также система самодиагностики. Система «Motronic» позволяет регулировать фазы газораспределения, управлять наддувом, а также изменять длину патрубков ВТ. Электрический сигнал определяет количество воздуха, поступающего за один ход поршня.
Система «Motronic ML 4.1» (1987-1989 гг.) содержит датчик положения дроссельной заслонки и ЭБУ с 35-контактным штекерным разъемом, расходомер воздуха лопаточного типа, датчик положения KB, встроенный в расходомер воздуха, датчик температуры воздуха и регулятор частоты вращения KB на режимах холостого хода (XX). На этом режиме система питания обеспечивает одновременное впрыскивание топлива всеми форсунками. Система зажигания снабжена механическим распределителем зажигания.
Система «Motronic М 1.5» (1989-1994 гг.) предназначена для 4- и 6-цилиндровых 8- и 12-клапанных двигателей. Она содержит потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки ЭБУ с 55-контактным штекерным разъемом, расходомер воздуха лопаточного типа, датчик положения KB двигателя, датчик температуры воздуха, встроенный в воздушный расходомер, и регулятор частоты вращения KB двигателя на режимах XX.
Система снабжена устройством группового впрыскивания топлива, форсунки которой разделены на две группы. Впрыскивание топлива форсунками разных групп производится в разное время по углу поворота KB двигателя. Система зажигания снабжена механическим прерывателем-распределителем. Датчик идентификации цилиндров размещен в распределителе зажигания.
Система управления содержит устройство управления углом опережения зажигания по параметрам детонации и электромагнитный клапан для управления изменяемой длиной впускных каналов.
Система «Motronic М 1.5.2» (1993-96 гг.) содержит потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки и ЭБУ с 55-контактным штекерным разъемом, термический анемометрический пленочный расходомер воздуха, датчик положения KB двигателя, датчик температуры воздуха в ВТ и регулятор частоты вращения KB двигателя. Система питания снабжена устройством группового впрыскивания топлива, система зажигания - механическим прерывателем-распределителем.
Система «Motronic М 1.5.4» (1994-1997 гг.) содержит потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки, ЭБУ с 55-контактным штекерным разъемом, датчик положения KB, датчик температуры воздуха и регулятор частоты вращения КВ. Система питания содержит устройство группового впрыска топлива.
Устройство обезвреживания ОГ снабжено системой рециркуляции, система зажигания - электронным распределением высокого напряжения. Управление величиной угла опережения зажигания осуществляют по параметрам величины детонации.
Система «Motronic М 2.5» (1988-1994 гг.) содержит датчик положения дроссельной заслонки, ЭБУ с 55-контактным штекерным разъемом, термический анемометрический нитевой расходомер воздуха, датчик положения KB, регулятор частоты вращения KB при работе на режимах XX. Система питания снабжена устройством фазированного впрыска топлива. Система зажигания содержит механический распределитель зажигания, а также датчик идентификации цилиндров, размещенный в распределителе зажигания. Управление величиной угла опережения зажигания осуществляют по параметрам величины детонации.
Система «Motronic 2.7» (1992-1996 гг.) содержит потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки, ЭБУ с 55-контактным штекерным разъемом, термический анемометрический пленочный расходомер воздуха, датчик положения KB и датчик температуры воздуха в ВТ, регулятор частоты вращения KB, размещенный в байпасном канале. Система снабжена датчиком идентификации цилиндров, расположенным в распределителе зажигания, она обеспечивает фазированный впрыск топлива.
Управление величиной угла опережения зажигания осуществляют по параметрам детонации
Система «Motronic М 2.8» (1993-1997 гг.) содержит потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки, ЭБУ с 55-контактным штекерным разъемом, термический анемометрический пленочный расходомер воздуха, датчик положения KB, датчик температуры воздуха и регулятор частоты вращения KB при работе на режимах XX, размещенный в байпасном канале.
Система зажигания снабжена электронным распределением высокого напряжения и устройством фазированного впрыска топлива, датчиком положения распределительного вала. Управление величиной угла опережения зажигания осуществляют по параметрам величины детонации.
