В соответствии с предложенной в первой главе схемой системы управления двигателем, рассмотрим одну из ее составляющих, а именно МПСУ расходом топлива.

Разработка структурной схемы микропроцессорного управления расходом топлива

Качество топливодозирования в решающей степени влияет на характеристики двигателя внутреннего сгорания, и потому перед разработчиками постоянно, с момента изобретения ДВС, стоят проблемы создания и усовершенствования систем подачи топлива в цилиндры.

Система многоточечного впрыска, где топливо подводится к каждому устройству ввода, является в настоящее время одной из наиболее широко используемых систем. Однако даже в этих системах имеются ограничения на условия подачи топлива и управление сгоранием, потому что топливо смешивается с воздухом перед введением в цилиндр. Но инженеры раздвинули эти пределы и разработали двигатель, где бензин вводится непосредственно в цилиндр, аналогично дизельному двигателю, и, кроме того, моментом впрыска управляют в точном соответствии с условиями нагрузки.

Большинство систем двигателя управляются с помощью электроники, даже если они содержат некоторые механические измерительные компоненты. Это позволяет системе впрыска точно соответствовать требованиям двигателя. Идеальные рабочие характеристики для большого количества эксплуатационных режимов двигателя сохраняются в постоянной памяти электронного блока управления двигателем (ЭБУ).

В системе непосредственного впрыска топливо подается в камеру

сгорания с помощью инжектора, который находится со стороны головки блока цилиндра и способен контролировать впрыск с частотой до тысячной доли секунды под давлением до 110 бар. Такое высокое давление способен выдавать топливный насос высокого давления (ТНВД).

Применение такой системы впрыска позволяет обеспечивать и меньшее потребление топлива и более высокую выходную мощность. Этот внешне противоречивый и трудный трюк реализован путем применения двух режимов сгорания: режим ультрабедного сгорания и режим повышенной выходной мощности.

При нормальных условиях движения, до скорости 120 км/ч, двигатель работает в режиме ультрабедного сгорания. В этом режиме впрыск происходит на последней стадии такта сжатия, и в цилиндре сгорает ультрабедная смесь с отношением «воздух-топливо» 30-40:1, а как известно идеальное (стехиометрическое) соотношение 14,7:1. Получается что на скорости 40 км/ч двигатель с такой системой впрыска потребляет на 35% меньше топлива, чем сопоставимый по размерам обычный двигатель. Предыдущие попытки сжигать бедные воздушно-топливные смеси приводили к трудностям в регулировании эмиссии NOx. Однако здесь может быть достигнуто 97-процентное сокращение окислов NOx при использовании высокого уровня рециркуляции выхлопного газа. Этот результат достигается благодаря уникально устойчивому сгоранию топлива, а также благодаря катализатору обедненных окислов азота [23].

Когда двигатель работает с более высокими нагрузками или на более высоких оборотах, имеет место впрыск топлива во время такта впуска. Это оптимизирует сгорание благодаря более холодной воздушно-топливной смеси, которая минимизирует возможность детонации.

В основе конструкции системы непосредственного впрыска топлива лежат четыре технических особенности. «Вертикально прямой канал ввода» поставляет оптимальный поток воздуха в цилиндр. «Поршень с криволинейной вершиной» управляет сгоранием, помогая формировать воздушно-топливную смесь. «Топливный насос высокого давления» обеспечивает давление, необходимое для прямого впрыска в цилиндр. Кроме того, «вихревой инжектор высокого давления» управляет испарением и дисперсией топливной струи.

Двигатель с непосредственным впрыском топлива имеет вертикальные прямые каналы впуска смеси, а не горизонтальные, используемые в обычных двигателях. Вертикальные прямые каналы эффективно направляют поток воздуха вниз на поршень с криволинейной поверхностью верхней части, которая сильно изменяет направление струи, образуя обратный вихрь для оптимального перемешивания впрыснутого топлива.

Поршень с криволинейной выемкой на вершине управляет формой воздушно-топливной смеси, так же как и струя воздуха в камере сгорания, что играет важную роль в образовании компактной воздушно-топливной смеси. Смесь, которая вводится на последней стадии такта сжатия, направляется к свече зажигания прежде, чем она сможет рассеяться.

Недавно разработанные вихревые инжекторы высокого давления обеспечивают идеальную струю со структурой, соответствующей каждому из режимов эксплуатации двигателя. В то же самое время, благодаря сильно турбулентному движению топливной струи, инжекторы обеспечивают достаточную степень распыления топлива, что является обязательным для двигателя с непосредственным впрыском даже с относительно низким топливным давлением 50 кг/см².

Подачей топлива в двигатель управляют электромагнитные инжекторы (форсунки). Инжектор – это электрически управляемый клапан, изготовленный с очень высокой точностью. Инжектор содержит корпус и иглу, прикрепленную к магнитному сердечнику. Когда обмотка, размещенная в корпусе инжектора, активируется, сердечник или якорь втягиваются, и клапан открывается, сжимая возвратную пружину. Период открытия инжектора определяет блок управления (ЭБУ).

Топливо, под низким давлением, подается топливным насосом из топливного бака к регулятору низкого давления. Давление в топливной системе поддерживается на требуемом уровне регулятором низкого давления. Далее топливо под низким давлением, подается к топливному насосу высокого давления. Давление топлива, после насоса высокого давления, регулируется регулятором высокого давления и затем распределяется по форсункам через топливный коллектор.

В [4] представлена структурная схема системы управления расходом топлива.

Дата добавления: 2016-02-27; просмотров: 963;