Переход на мощностной
состав смеси при движении с полностью
открытой дроссельной заслонкой также
осуществляется увеличением тока регулятора,
а разрешающим сигналом для блока является
замыкание контактов полной нагрузки
концевого датчика дроссельной заслонки.
Электрогидравлический регулятор выполняет
также функцию отсечки подачи топлива
при торможении двигателем (режим принудительного
холостого хода) и ограничении частоты
вращения коленчатого вала. В обоих случаях
блок управления изменяет полярность
тока, подаваемого на регулятор. Диафрагма
регулятора отклоняется вправо, давление
топлива в нижних камерах возрастает,
что приводит к закрытию дифференциальных
клапанов и отсечке подачи топлива к форсункам.
3.2.4. Системы центрального
впрыска
Система подачи топлива
из бака здесь аналогична применяемой
на системах распределенного впрыска.
Топливо из бака 1 засасывается насосом
2 погружного или выносного типа и под
давлением подается к фильтру тонкой очистки
3, а затем к т.н. моноблоку дроссельной
заслонки 9, где расположена электромагнитная
форсунка7, распыливающая топливо в зону
над дроссельной заслонкой. Если двигатель
V-образный, в моноблоке располагаются
две форсунки, каждая из которых распыляет
топливо над своей дроссельной заслонкой
(эта конструкция применяется, в основном,
на автомобилях американского производства).
При такой схеме используется впускной
коллектор, аналогичный карбюраторным
системам. Отсюда и основные недостатки
систем центрального впрыска: неравномерное
распределение топливовоздушной смеси
по цилиндрам и образование топливной
пленки на стенках впускных трубопроводов
со всеми вытекающими последствиями. Тем
не менее, благодаря совершенным алгоритмам
управления эти недостатки удается в значительной
степени скомпенсировать.
Несомненным преимуществом
данных систем является их
относительная простота и меньшая,
по сравнению с многоточечными
системами, стоимость. В условиях
эксплуатации такие системы более
надежны - например, форсунки в
гораздо меньшей степени подвержены
загрязнениям и закоксовыванию,
а низкое давление в системе позволяет
во многих случаях применять бензонасосы
турбинного типа, которые имеют больший
ресурс. Основная часть системы - моноблок
дроссельной заслонки (заслонок). В верхней
части моноблока установлена электромагнитная
форсунка 1. Топливо к форсунке подводится
по каналу 4. Для поддержания необходимого
давления в системах центрального впрыска
чаще всего используется встроенный регулятор
давления 2, перепускающий излишки топлива
по трубопроводу 3 обратно в бак. Как правило,
в системах центрального впрыска поддерживается
давление порядка 0,08+0,12 МПа, хотя встречаются
системы с давлением 1,8+2,2 МПа. Принцип
работы и устройство регулятора аналогичны
регуляторам, применяемым в электронных
системах распределенного впрыска, однако,
в отличие от этих систем, полость над
диафрагмой соединяется не с задроссельным
пространством, а с атмосферой (точнее,
с полостью за воздушным фильтром). Это
объясняется тем, что форсунка расположена
над дроссельной заслонкой, т.е. в зоне
практически постоянного давления, поэтому
перепад давления на форсунке не меняется
при изменении нагрузки на двигатель.
На оси дроссельной заслонки (заслонок)
находится датчик-потенциометр 5, сигнал
которого поступает на вход блока управления.
Довольно часто непосредственно в моноблок
встраивается также и регулятор холостого
хода. Форсунки систем центрального впрыска
по конструкции отличаются от индивидуальных
форсунок систем распределенного впрыска.
Так как частота
управляющих форсункой импульсов
кратна (как правило, в два или
четыре раза выше) частоте вращения
коленчатого вала, используются
высокоскоростные форсунки с
малым временем срабатывания, что
обеспечивается специальной конструкцией
и малой индуктивностью (а, следовательно,
и малым сопротивлением) обмотки.
Работа системы с точки зрения
алгоритмов управления в принципе
аналогична электронным системам
распределенного впрыска. Основное
отличие данных систем - использование
упрощенных методов измерения
расхода воздуха. Наиболее распространенным
является метод расчета расхода
воздуха по значениям абсолютного
давления за дроссельной заслонкой
и частоты вращения коленчатого
вала. В этом случае используется
датчик абсолютного давления
во впускном коллекторе. Фирма
BOSCH в своих системах Mono-Jetronic и
Моnо- Motronic использует еще более простой
(и, соответственно, более дешевый) метод
оценки расхода воздуха - по частоте вращения
коленчатого вала и углу открытия дроссельной
заслонки. В этом случае основой для расчета
тупр является записанная в ПЗУ блока
управления матрица, т.е. зависимость длительности
управляющих импульсов от угла открытия
дроссельной заслонки и частоты вращения
коленчатого вала.
Тем не менее, некоторые
японские производители используют
в системах центрального впрыска
миниатюрный датчик расхода воздуха
типа НОТ WIRE, встроенный в специальный
байпасный канал в корпусе дроссельной
заслонки. Итак, базовое дозирование количества
впрыскиваемого форсункой топлива на
прогретом двигателе основано на двух
сигналах - датчика абсолютного давления
во впускном коллекторе (реже - потенциометра
дроссельной заслонки или термоанемометрического
датчика расхода воздуха) и датчика частоты
вращения коленчатого вала двигателя.
Рассчитанная на основе этой информации
длительность управляющего форсункой
импульса корректируется с учетом сигнала
датчика температуры всасываемого воздуха.
При пуске и последующем прогреве холодного
двигателя время открытия форсунки корректируется
блоком управления в соответствии с сопротивлением
датчиков температуры охлаждающей жидкости
и всасываемого воздуха. По мере прогрева
коэффициент коррекции уменьшается и
при температуре 80+9СГС становится равным
единице. Коррекция (обогащение) топливной
смеси при ускорении осуществляется по
сигналу потенциометра дроссельной заслонки.
Для этого прежде всего учитывается скорость
нарастания выходного напряжения потенциометра,
т.е. быстрота открытия дроссельной заслонки.
3.2.5. Системы регулирования
состава смеси с обратной связью
Логическим результатом
непрерывно ужесточающихся норм
на содержание токсичных компонентов
в отработанных газах явилось
применение на автомобилях различных
нейтрализаторов. В настоящее время в
качестве такого датчика в подавляющем
большинстве систем топливодозирования
используется датчик на основе двуокиси
циркония. Принцип работы датчика состоит
в генерировании э.дс, величина которой
определяется соотношением парциальных
давлений, а проще говоря, содержания свободного
кислорода в отработанных газах и в окружающем
воздухе. Особенностью «циркониевого»
датчика является то, что при незначительных
изменениях состава смеси (от а =1,02 до а
= 0,98) эдс на его выходе скачком изменяется
от нескольких милливольт до почти одного
вольта. Такая "репейная" характеристика
датчика полностью определяет алгоритм
работы всей системы автоматического
регулирования. Похожую характеристику
имеет и кислородный датчик на основе
двуокиси титана T i 0 2, с той лишь разницей,
что этот датчик при изменении содержания
кислорода изменяет своё внутреннее сопротивление.
Генерировать э.д.с. датчики
на основе ТЮ2 не могут. «Титановые» датчики,
хотя и применяются на некоторых моделях
автомобилей (NISSAN, BMW, JAGUAR), широкого распространения
пока не получили. Весь цикл, изображенный
на этом рисунке, непрерывно повторяется.
Иными словами, состав смеси в системе
с контуром обратной связи непрерывно
изменяется от значений порядка а = 0.97+0.98
до значений а = 1,02+1,03. Сигнал кислородного
датчика на основе Zr02 реально работающей
системы изображен на рис. 3.80. Совершенно
очевидно, что наличие такого сигнала
на выходе датчика однозначно говорит
о полной работоспособности как самого
датчика, так и всей системы топливодозирования
(речь идет о работе на установившихся
режимах). Необходимо отметить, что внутреннее
сопротивление циркониевого датчика тем
выше, чем ниже его температура. Поэтому
генерирование эдс. этим датчиком на нагрузку
(входное сопротивление специального
каскада в блоке управления) начинается
только при прогреве датчика до температуры
примерно 300+400°С.
До этого времени
потенциал на выходе датчика
равен примерно 0,45+0,50 В - это опорное
напряжение, подаваемое от входного каскада
блока управления. Такое схемное решение
получило широкое распространение, однако
на многих автомобилях японских фирм,
а также автомобилях FORD используется несколько
иная схемотехника входного каскада, при
которой опорное напряжение на входе блока
управления равно нулю. Наличие неизменного
опорного напряжения (в том числе и нулевого
уровня) на входе блока позволяет ему определить
"неготовность" кислородного датчика
к измерению содержания свободного кислорода.
Такая ситуация повторяется
каждый раз при пуске и прогреве
холодного двигателя. В это
время работа системы осуществляется
без обратной связи, т.е. по
заранее запрограммированному алгоритму,
основу которого составляют рассмотренное
ранее базовое дозирование и
коррекция (при прогреве - обогащение)
состава смеси по сигналам
различных датчиков. После достижения
двигателем определенной температуры
и прогрева кислородного датчика
система переходит в режим
замкнутого контура (или замкнутой
петли) регулирования и поддерживает
стехиометрический состав смеси
на установившихся режимах практически
во всем диапазоне час тот
вращения и нагрузок. Исключение
составляют следующие режимы: режим
максимальной мощности (и = 0,86:0,88
), режим торможения двигателем (отключение
подачи топлива сильно обеднённая смесь,
а намного больше 1), режим ускорения (обогащение
смеси, адекватное скорости открытию дроссельной
заслонки).
На этих режимах
система также, как и при прогреве, работает
в режиме "открытой петли", т.е. сигнал
кислородного датчика не учитывается.
Введение контура автоматического регулирования
по составу смеси наиболее просто осуществляется
в электронных системах дискретного действия.
В таких системах происходит непрерывная
коррекция длительности импульсов управления
форсунками в соответствии с сигналами,
поступающими от кислородного датчика.
В системах непрерывного действия KE-Jetronic,
имеющих электронный блок управления,
точная коррекция состава смеси также
не вызывает особых затруднений и осуществляется
посредством циклического изменения в
небольших пределах (1+3 мА) тока, подаваемого
блоком в обмотки электрогидравлического
регулятора. Наиболее сложными с точки
зрения количества дополнительных конструктивных
изменений в этом плане являются системы
K-Jetronic и карбюраторы. В системе K-Jetronic точная
коррекция состава смеси осуществляется
посредством изменения давления в нижних
камерах.
Такие системы (условное
название К-лямбда) в достаточной
степени отличаются от базовой
версии. Давление топлива в нижних камерах
системы К-лямбда не равно системному
и может регулироваться благодаря перепуску
топлива обратно в топливный бак через
так называемый частотный клапан (frequency
valve). Для управления этим клапаном используется
сигнал изменяемой скважности, вырабатываемый
специально вводимым в эту систему электронным
блоком. При непрогретом или отключенном
кислородном датчике скважность импульсов
равна 50%, что соответствует исходному
дозированию системы. Если система функционирует
нормально и использует сигнал кислородного
датчика, скважность импульсов непрерывно
изменяется в узком диапазоне вокруг среднего
значения 50%. Подобный принцип используется
и в карбюраторах с электронным управлением.
Дальнейшим развитием
систем Л-регулирования являются
адаптивные системы с возможностью
"самообучения" в процессе эксплуатации.
Суть работы таких систем заключается
в том, что по мере изменения характеристик
различных систем и компонентов двигателя
в процессе эксплуатации (например, загрязнение
форсунок, уменьшение компрессии, подсос
воздуха) в специальной области памяти
блока управления накапливаются "поправочные
коэффициенты", используемые процессором
при расчете длительности времени впрыска
(в системах KE-Jetronic - величины тока) на различных
установившихся режимах. Это позволяет
поддерживать стехиометрический состав
смеси даже при значительных отклонениях
в состоянии системы. Если обычные системы
с X- регулированием обладают возможностью
коррекции количества впрыскиваемого
топлива в пределах ±10+15% от базового расчетного
значения, то современные адаптивные системы
способны обеспечить диапазон до ±40+50%.
3.2.6. Системы холостого хода. В электронных
системах распределенного впрыска первых
поколений отсутствовали подсистемы регулирования
частоты вращения коленчатого вала на
режиме холостого хода.
Для компенсации потерь
на трение при прогреве холодного
двигателя использовались специальные
дополнительные воздушные клапаны
той или иной конструкции. При
пуске холодного двигателя запасный
(обходной) канал 1 вокруг дроссельной
заслонки 6 имеет сечение тем больше, чем
ниже температура двигателя, поскольку
клапан имеет с ним непосредственный контакт.
После пуска двигателя этим обеспечивается
его работа на несколько повышенных оборотах
для компенсации потерь на трение. На обмотку
5 клапана после начала пуска подается
напряжение питания, что приводит к нагреву
биметаллической пластины 3 и постепенному
уменьшению сечения канала 1, а, следовательно,
и уменьшению частоты вращения коленчатого
вала по мере прогрева двигателя. Согласование
характеристик прогрева двигателя и времени
уменьшения сечения канала достигается
выбором формы пластины 2 и характеристик
биметаллической пружины. Установка заданной
частоты вращения коленчатого вала на
холостом ходу на прогретом двигателе
осуществляется специальным регулировочным
винтом 7, вращение которого позволяет
в небольших пределах изменять количество
воздуха, поступающего в обход закрытой
дроссельной заслонки. Важно отметить,
что такая регулировка не сопровождается
изменениями состава смеси, а, следовательно,
и содержания СО в отработанных газах,
так как любое изменение количества воздуха,
проходящего через байпасный канал, измеряется
расходомером, и по его сигналу происходит
адекватное изменение количества впрыскиваемого
топлива.