Общая характеристика системы
Система впрыска К-Джетроник фирмы Бош представляет собой механическую систему постоянного впрыска топлива. Отсюда и название системы К-Джетроник – от немецкого слова «Kontinuierlich» (постоянно, непрерывно).
Топливо под давлением поступает к форсункам, установленным перед впускными клапанами во впускном коллекторе. Форсунка непрерывно распыляет топливо, поступающее под давлением. Давление топлива (расход) зависит от нагрузки двигателя (от разрежения во впускном трубопроводе) и от температуры охлаждающей жидкости.
Количество подводимого воздуха постоянно измеряется расходомером, а количество впрыскиваемого топлива строго пропорционально (1:14,7) количеству поступающего воздуха (за исключением ряда режимов работы двигателя, таких как пуск холодного двигателя, работа под полной нагрузкой и т.д.) и регулируется дозатором-распределителем топлива. Дозатор-распределитель состоит из регулятора количества топлива и расходомера воздуха. Регулирование количества топлива обеспечивается распределителем, управляемым расходомером воздуха и регулятором управляющего давления. В свою очередь воздействие регулятора управляющего давления определяется величиной подводимого к нему разрежения во впускном трубопроводе и температурой жидкости системы охлаждения двигателя.
Принцип действия системы
Система К-Джетроник выполняет следующие функции:
· подача топлива;
· измерение количества всасываемого воздуха;
· дозирование топлива.
Система впрыска К-Джетроник фирмы Бош представляет собой механическую систему постоянного впрыска топлива. Отсюда и название системы К-Джетроник – от немецкого слова «Kontinuierlich» (постоянно, непрерывно).
Топливо под давлением поступает к форсункам, установленным перед впускными клапанами во впускном коллекторе. Форсунка непрерывно распыляет топливо, поступающее под давлением. Давление топлива (расход) зависит от нагрузки двигателя (от разрежения во впускном трубопроводе) и от температуры охлаждающей жидкости.
Количество подводимого воздуха постоянно измеряется расходомером, а количество впрыскиваемого топлива строго пропорционально (1:14,7) количеству поступающего воздуха (за исключением ряда режимов работы двигателя, таких как пуск холодного двигателя, работа под полной нагрузкой и т.д.) и регулируется дозатором-распределителем топлива. Дозатор-распределитель состоит из регулятора количества топлива и расходомера воздуха. Регулирование количества топлива обеспечивается распределителем, управляемым расходомером воздуха и регулятором управляющего давления. В свою очередь воздействие регулятора управляющего давления определяется величиной подводимого к нему разрежения во впускном трубопроводе и температурой жидкости системы охлаждения двигателя.
Принцип действия системы
Система К-Джетроник выполняет следующие функции:
· подача топлива;
· измерение количества всасываемого воздуха;
· дозирование топлива.
Конструктивная схема системы впрыска К-Джетроник представлена на рис.2.
При повороте ключа в замке зажигания 18 (рис.2) включается топливный насос с электрическим приводом 13, который подает топливо из бака 8, через накопитель топлива 10 и топливный фильтр 9 к дозатору топлива 6. С помощью встроенного в дозатор регулятора давления 7 в дозаторе поддерживается постоянное давление топлива. От дозатора топливо поступает к клапанным форсункам 1. Форсунки непрерывно впрыскивают топливо во впускные каналы двигателя и, при открытии впускных клапанов, топливная смесь поступает в камеры сгорания цилиндров.
Рисунок 2 – Конструктивная схема системы впрыска топлива К-Джетроник:
1 – клапанная форсунка; 2 – клапан подачи дополнительного воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 - дифференциальный клапан; 5 – регулятор управляющего давления; 6 – дозатор топлива; 7 – регулятор давления топлива в системе; 8 – топливный бак; 9 – топливный фильтр; 10 – накопитель топлива; 11 – регулировочный винт качества смеси; 12 – расходомер воздуха; 13 – топливный насос с электрическим приводом; 14 – пусковая форсунка; 15 – реле включения топливного насоса; 16 – прерыватель-распределитель; 17 – термореле; 18 – замок зажигания; 19 - аккумуляторная батарея; 20 – регулировочный винт количества смеси
1 – клапанная форсунка; 2 – клапан подачи дополнительного воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 - дифференциальный клапан; 5 – регулятор управляющего давления; 6 – дозатор топлива; 7 – регулятор давления топлива в системе; 8 – топливный бак; 9 – топливный фильтр; 10 – накопитель топлива; 11 – регулировочный винт качества смеси; 12 – расходомер воздуха; 13 – топливный насос с электрическим приводом; 14 – пусковая форсунка; 15 – реле включения топливного насоса; 16 – прерыватель-распределитель; 17 – термореле; 18 – замок зажигания; 19 - аккумуляторная батарея; 20 – регулировочный винт количества смеси
Количество топлива, которое подается к форсункам, определяется положением дроссельной заслонки 3. Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем больше воздуха проходит через впускной трубопровод и тем больше топлива необходимо подавать к форсункам для нормальной работы двигателя. Для определения количества проходящего через впускной трубопровод воздуха служит расходомер воздуха 12. Расходомер воздуха совместно с дозатором топлива конструктивно составляет единый узел – корректор состава горючей смеси. Расположенный между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой напорный диск расходомера воздуха отклоняется под динамическим напором всасываемого во впускной трубопровод воздуха. Отклонение напорного диска передается через систему рычагов на распределительный золотник дозатора топлива. Распределительный золотник, перемещаясь вверх, определяет подачу топлива через дифференциальные клапаны 4 к механическим клапанным форсункам 1и дальше в цилиндры двигателя, обеспечивая оптимальный состав топливно-воздушной смеси.Подача топлива во время прогрева двигателя осуществляется с помощью регулятора управляющего давления 5. Для увеличения частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу во время прогрева двигателя служит клапан подачи дополнительного воздуха 2, установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке.Пусковая форсунка 14 используется для облегчения пуска холодного двигателя, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры двигателя с помощью термореле 17. При пуске двигателя топливо одновременно подается к пусковой форсунке, регулятору давления топлива 6, распределителю, нижним камерам дифференциальных клапанов и каналу управляющего давления (рис.3). В зависимости от величины управляющего давления на верхний торец распределителя действует сила, которая тормозит или облегчает движение распределителя вверх. Таким образом, появляется возможность коррекции подачи топлива к форсункам. Эта возможность реализуется для некоторых режимов работы двигателя с помощью уже упоминавшегося регулятора управляющего давления.
Рисунок 3 – Схема работы системы К-Джетроник при пуске двигателя:
1 – дозатор топлива; 2 – топливный бак; 3 – топливный насос с электрическим приводом; 4 – накопитель топлива; 5 – топливный фильтр; 6 – регулятор давления топлива в системе
1 – дозатор топлива; 2 – топливный бак; 3 – топливный насос с электрическим приводом; 4 – накопитель топлива; 5 – топливный фильтр; 6 – регулятор давления топлива в системе
Дозирование топлива
Приготовление горючей смеси – это дозирование топлива в соответствии с количеством поступившего воздуха. Дозирование топлива осуществляется в устройстве регулирования состава смеси, включающем расходомер воздуха и дозатора топлива.На некоторых режимах работы двигателя потребность в топливе сильно отличается от нормальной – в таких случаях при подготовке смеси необходимы корректировки.
Приготовление горючей смеси – это дозирование топлива в соответствии с количеством поступившего воздуха. Дозирование топлива осуществляется в устройстве регулирования состава смеси, включающем расходомер воздуха и дозатора топлива.На некоторых режимах работы двигателя потребность в топливе сильно отличается от нормальной – в таких случаях при подготовке смеси необходимы корректировки.
Расходомер воздуха
Поступившее в двигатель количество воздуха является мерой его мощности. Оно служит основным изменяемым параметром, определяющим базовое количество впрыскиваемого топлива, а также представляет собой точный параметр для определения расхода топлива.Поскольку всасываемый воздух, перед впуском его в цилиндры, должен сначала пройти через расходомер, процесс измерения количества воздуха предшествует фактическому наполнению цилиндра. Это делает возможным производить корректировку смеси в любой момент времени.Расходомер воздуха, измеряющий количество всего поступающего в двигатель воздуха, установлен перед дроссельной заслонкой и работает по принципу поплавка. Он состоит из диффузора 1 (рис. 14), в котором находится вывешенный поплавок – напорный диск 2, закрепленный на рычаге 7. Воздух, протекающий через диффузор, сдвигает напорный диск на определенное расстояние по отношению к ее первоначальному положению.
Рисунок 14 – Расходомер воздуха:
1 – диффузор; 2 – напорный диск; 3 – разгрузочный диффузор; 4 – регулировочный винт качества горючей смеси; 5 – противовес; 6 – ось вращения; 7 – рычаг; 8 – плоская пружина
1 – диффузор; 2 – напорный диск; 3 – разгрузочный диффузор; 4 – регулировочный винт качества горючей смеси; 5 – противовес; 6 – ось вращения; 7 – рычаг; 8 – плоская пружина
На оси 6 вращения рычага напорного диска закреплен второй рычаг с роликом. Ролик упирается непосредственно в нижний конец распределителя. Наличие второго рычага с регулировочным винтом 4 позволяет менять относительное положение рычагов, а значит напорного диска и упорного ролика (распределителя) и этим изменять состав горючей смеси. На некоторых автомобилях при необходимости этим винтом можно отрегулировать содержание СО в отработавших газах (при его завертывании смесь обедняется).При возможных обратных вспышках (перебои в зажигании) во впускном тракте могут создаваться значительные пики давления. Поэтому расходомер сконструирован так, чтобы при обратной вспышке напорный диск, преодолевая сопротивление пружины 8, может отклоняться в обратную сторону, открывая разгрузочный диффузор 3. Глубину опускания напорного диска ограничивает резиновый демпфирующий упор.Вес напорного диска и системы рычагов уравновешивает противовес 5. Пластинчатая пружина 8 обеспечивает установку напорного диска в его первоначальное нерабочее положение.
Дозатор топлива
Дозатор топлива дозирует базовое количество топлива по отдельным цилиндрам в соответствии с положением напорного диска в расходомере воздуха.Положение этого диска определяет количество поступившего в двигатель воздуха. Рычаг, в зависимости от положения напорного диска, перемещает распределитель 5 (рис. 15). Распределитель 5 открывает или перекрывает в большей или меньшей степени дозирующие щели, имеющиеся в гильзе 6 распределителя. При этом топливо может поступать к дифференциальным клапанам и, тем самым, к форсункам в зависимости от степени открытия дозирующих щелей.
Дозатор топлива
Дозатор топлива дозирует базовое количество топлива по отдельным цилиндрам в соответствии с положением напорного диска в расходомере воздуха.Положение этого диска определяет количество поступившего в двигатель воздуха. Рычаг, в зависимости от положения напорного диска, перемещает распределитель 5 (рис. 15). Распределитель 5 открывает или перекрывает в большей или меньшей степени дозирующие щели, имеющиеся в гильзе 6 распределителя. При этом топливо может поступать к дифференциальным клапанам и, тем самым, к форсункам в зависимости от степени открытия дозирующих щелей.
Рисунок 15 – Схема работы дозатора топлива:
1 – подача воздуха; 2 – управляющее давление; 3 – подача топлива; 4 – дозируемое количество топлива; 5 - распределитель; 6 – гильза распределителя с дозирующими щелями; 7 – дозатор топлива; 8 – расходомер воздуха
1 – подача воздуха; 2 – управляющее давление; 3 – подача топлива; 4 – дозируемое количество топлива; 5 - распределитель; 6 – гильза распределителя с дозирующими щелями; 7 – дозатор топлива; 8 – расходомер воздуха
При небольшом ходе напорного диска распределитель поднимается на небольшое расстояние (рис. 16, б), а поэтому открывает дозирующие щели не полностью. При большом ходе напорного диска распределитель освободит большее сечение дозирующих щелей (рис. 16, в). Таким образом, существует линейная зависимость между перемещением напорного диска и освобождением проходного сечения дозирующих щелей, через которые проходит топливо (рис. 17).
Рисунок 16 – Распределитель и гильза с дозирующими щелями:
а – исходное положение; б – частичная нагрузка; в – полная нагрузка
1 – управляющее давление; 2 – распределитель; 3 – дозирующая щель; 4 – управляющая кромка распределителя; 5 – подача топлива; 6 – гильза
а – исходное положение; б – частичная нагрузка; в – полная нагрузка
1 – управляющее давление; 2 – распределитель; 3 – дозирующая щель; 4 – управляющая кромка распределителя; 5 – подача топлива; 6 – гильза
Рисунок 17 – Гильза распределителя с дозирующими щелями.
Дозирующая щель изображена в увеличенном масштабе. Ширина дозирующей щели около 0,2 мм.
Дозирующая щель изображена в увеличенном масштабе. Ширина дозирующей щели около 0,2 мм.
На распределитель воздействует – против направления движения напорного диска - гидравлическое усилие, создаваемое так называемым управляющим давлением. Из-за этого воздействия распределитель следует за перемещением напорного диска, не оставаясь, например, при опускании напорного диска в своем верхнем крайнем положении.Управляющее давление отделяется от давления топлива в системе через отверстие дросселирующего канала 2 (рис. 18). При этом назначение дросселя состоит в разделении контуров управляющего давления и давления в системе. Соединительная магистраль 3 связывает между собой дозатор и регулятор управляющего давления.Управляющее давление при пуске холодного двигателя составляет примерно 0,05 МПа. После прогрева двигателя регулятор управляющего давления поднимает управляющее давление до 0,37 МПа. Через демпфирующий дросселирующий канал управляющее давление давит на распределитель, создавая таким образом противодавление потоку воздуха, проходящему через расходомер. При этом демпфирующий дросселирующий канал предотвращает возможные колебания напорного диска, вызванные пульсацией воздуха на впуске.Величина управляющего давления влияет на процесс дозирования топлива. Низкое давление всасываемого воздуха может приводить к дальнейшему подъему напорного диска. Как следствие, распределитель еще больше открывает дозирующий щели 11, подавая к двигателю больше топлива. При более высокой величине управляющего давления всасываемый воздух уже не в состоянии высоко поднимать напорный диск, и, следовательно, к двигателю поступает меньше топлива.Изменением величины управляющего давления возможно изменять коэффициент избытка воздуха для повышения мощности двигателя на максимальных оборотах, а также обогащать горючую смесь при пуске холодного двигателя.Если двигатель работает в диапазоне частичной нагрузки с очень бедной смесью, то в режиме полной нагрузки дополнительно к коррекции смеси с помощью формы диффузора, необходимо дополнительно обогатить смесь с помощью уменьшения управляющего давления. Решение этой задачи берет на себя регулятор управляющего давления.
Рисунок 18 – Конструкция дифференциального клапана, связанного с контурами управляющего давления и давления в системе:
1 – воздействие управляющего давления; 2 – демпфирующий дросселирующий канал; 3 – канал к регулятору управляющего давления; 4 – канал к клапанной форсунке; 5 – верхняя полость дифференциального клапана; 6 – пружина; 7 – разъединительный дроссельный канал; 8 – нижняя полость дифференциального клапана; 9 – диафрагма; 10 - воздействие давления воздуха; 11 – дозирующая щель
1 – воздействие управляющего давления; 2 – демпфирующий дросселирующий канал; 3 – канал к регулятору управляющего давления; 4 – канал к клапанной форсунке; 5 – верхняя полость дифференциального клапана; 6 – пружина; 7 – разъединительный дроссельный канал; 8 – нижняя полость дифференциального клапана; 9 – диафрагма; 10 - воздействие давления воздуха; 11 – дозирующая щель
Расходомер воздуха имеет линейную характеристику. Это означает, что при подаче двойного количества воздуха перемещение напорного диска увеличивается вдвое. Для того, чтобы количество подаваемого к форсункам топлива также изменялось в прямой пропорции с изменением количества расходуемого воздуха, поддерживается постоянный перепад давления на переходных сечениях дозирующих щелей независимо от количества протекающего топлива.Постоянный перепад давлений создают дифференциальные клапаны (рис. 19), которые поддерживают постоянную разницу давлений между верхней 2 и нижней 8 камерами независимо от количества пропускаемого воздуха. Эта разница давлений составляет 0,01 МПа. Благодаря дифференциальным клапанам возможно повышение точности дозирования топлива.
Рисунок 19 – Дозатор топлива с дифференциальными клапанами:
1 – подвод топлива под давлением; 2 – верхняя камера дифференциального клапана; 3 – трубопровод к клапанной форсунке; 4 – распределитель; 5 – управляющая кромка распределителя; 6 – пружина клапана; 7 – диафрагма; 8 – нижняя камера дифференциального клапана
1 – подвод топлива под давлением; 2 – верхняя камера дифференциального клапана; 3 – трубопровод к клапанной форсунке; 4 – распределитель; 5 – управляющая кромка распределителя; 6 – пружина клапана; 7 – диафрагма; 8 – нижняя камера дифференциального клапана
Верхняя камера клапана отделена от нижней камеры с помощью диафрагмы 7. Нижние камеры всех клапанов соединены друг с другом с помощью кольцевого трубопровода и находятся под давлением топлива в системе. Седло клапана находится в верхней камере, соединенной, соответственно, с одной дозирующей щелью и трубопроводом 3 подвода топлива к клапанной форсунке. Относительно друг друга камеры герметизированы. На диафрагмы воздействует усилие пружин 6, которое определяет разность давлений.Если в верхнюю камеру поступает большое количество топлива (рис.20, а), то диафрагма изгибается вниз и открывает выпускной отверстие клапана до тех пор, пока вновь не установится необходимая разница давлений. Если количество поступающего к форсункам топлива падает (рис.20, б), то, в связи с равновесием сил у диафрагмы, уменьшается и поперечное сечение открытого отверстия клапана, до тех пор, пока не установится разница давлений 0,01 МПа. То есть, обеспечивается поддержание равновесия сил, воздействующих на диафрагму, которое сохраняется для любой базовой дозы топлива посредством регулирования поперечного сечения открытого отверстия клапана.
Рисунок 20 – Схема работы дифференциальных клапанов:
а – положение при большом количестве впрыскиваемого топлива;
б – положение при небольшом количестве впрыскиваемого топлива
а – положение при большом количестве впрыскиваемого топлива;
б – положение при небольшом количестве впрыскиваемого топлива
Корректировка состава горючей смеси в соответствии
с рабочими режимами
Определенные рабочие режимы двигателя требуют корректировок состава горючей смеси, выходящих за рамки описанных выше основных функций, - для оптимизации величины мощности, улучшения состава отработавших газов или обеспечения пусковых и динамических характеристик двигателя.
Обогащение смеси при пуске холодного двигателя
При пуске холодного двигателя возникают конденсационные потери части топлива, из-за которых горючая смесь становится бедной. Чтобы компенсировать это и облегчить пуск холодного двигателя необходимо впрыскивать дополнительное количество топлива. Дополнительное топливо впрыскивается пусковой форсункой 13 (рис.22) в течение определенного времени во впускной трубопровод. Продолжительность открытия пусковой форсунки ограничивает термореле 14 в зависимости от температуры двигателя.При подобном обогащении смеси при пуске холодного двигателя коэффициент избытка воздуха временно падает ниже единицы.
Пусковая форсунка (рис. 23) приводится в действие с помощью электромагнита 4, внутри которого расположен электромагнитный якорь 3, нижняя часть которого представляет собой топливный клапан. В исходном положении подвижный якорь прижимается пружиной к уплотнению и тем самым перекрывает подачу топлива.При возбуждении электромагнита якорь поднимается от своего седла и освобождает проход для топлива. По касательной топливо попадает в центробежную форсунку 5, завихряющую поток топлива. Центробежная форсунка распыляет топливо особенно мелко и обогащает топливом воздух во впускном трубопроводе за дроссельной заслонкой. Угол распыливания топлива составляет 80°.Пусковая форсунка расположена во впускном трубопроводе так, чтобы обеспечивалось равномерное распределение горючей смеси по цилиндрам.
Рисунок 22 – Схема работы системы К-Джетроник при пуске холодного двигателя:
1 – дозатор топлива; 10 – замок зажигания; 13 – пусковая форсунка; 14 – термореле
1 – дозатор топлива; 10 – замок зажигания; 13 – пусковая форсунка; 14 – термореле
Рисунок 23 – Пусковая форсунка:
1 – электрический разъем; 2 – канал подвода топлива с фильтром; 3 – электромагнитный якорь; 4 – электромагнит; 5 – центробежная форсунка
1 – электрический разъем; 2 – канал подвода топлива с фильтром; 3 – электромагнитный якорь; 4 – электромагнит; 5 – центробежная форсунка
Рисунок 24 – Термореле:
1 – электрический разъем; 2 – корпус; 3 – биметаллическая пластина; 4 – нагревательная обмотка; 5 – контакты
1 – электрический разъем; 2 – корпус; 3 – биметаллическая пластина; 4 – нагревательная обмотка; 5 – контакты
Термореле (рис.24) определяет начало и продолжительность открытия пусковой форсунки в зависимости от температуры двигателя. Такое реле состоит из электроподогреваемой биметаллической пластины 3, замыкающей или размыкающей контакты 5 в зависимости от температуры.Включение термореле в работу осуществляется выключателем зажигания. Термореле крепится в таком месте двигателя, которое подвергается воздействию рабочей температуры двигателя. Во время пуска холодного двигателя термореле ограничивает продолжительность открытия пусковой форсунки. При большой продолжительности пуска либо при попытках повторного пуска двигателя пусковая форсунка не подает топливо.
Продолжительность работы пусковой форсунки определяется разогревом термореле под действием теплового излучения двигателя и находящимся в термореле электроподогревателем. В силу того, что термореле относительно далеко расположено от цилиндра, прогрев термореле от двигателя в период послепускового прогрева происходит медленнее, чем нагревается двигатель и топливо, подаваемое пусковой форсункой, может «залить» двигатель. Чтобы этого не происходило, биметаллическая пластина нагревается дополнительно теплом нихромовой проволоки 4 (рис. 24), нагрев которой моделирует фактический нагрев двигателя. Так, например, при температуре -20°С термореле отключает пусковую форсунку через 8 с.Если двигатель достиг рабочей температуры, термореле прогревается теплотой двигателя настолько, что постоянно остается разомкнутым, не включая пусковую форсунку.
Стабилизация частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода
Для преодоления повышенного трения трущихся пар, находящихся в холодном состоянии, и обеспечения устойчивости работы двигателя на холостом ходу, во время прогрева в двигатель необходимо подавать больше горючей смеси.При холодном двигателе наблюдается повышенное сопротивление трения, которое должно дополнительно преодолеваться на режиме холостого хода. Посредством устройства подачи дополнительных порций воздуха двигатель всасывает больше воздуха в обход дроссельной заслонки (рис. 26). Поскольку расходомер воздуха измеряет этот дополнительный воздух, учитывая его при дозировании топлива, в целом двигатель получает больше горючей смеси. Благодаря этому обеспечивается устойчивая работа холодного двигателя на холостом ходу.Для дополнительной подачи воздуха служит клапан 15 (рис.26), подсоединенный параллельно дроссельной заслонке в байпасном канале.
Продолжительность работы пусковой форсунки определяется разогревом термореле под действием теплового излучения двигателя и находящимся в термореле электроподогревателем. В силу того, что термореле относительно далеко расположено от цилиндра, прогрев термореле от двигателя в период послепускового прогрева происходит медленнее, чем нагревается двигатель и топливо, подаваемое пусковой форсункой, может «залить» двигатель. Чтобы этого не происходило, биметаллическая пластина нагревается дополнительно теплом нихромовой проволоки 4 (рис. 24), нагрев которой моделирует фактический нагрев двигателя. Так, например, при температуре -20°С термореле отключает пусковую форсунку через 8 с.Если двигатель достиг рабочей температуры, термореле прогревается теплотой двигателя настолько, что постоянно остается разомкнутым, не включая пусковую форсунку.
Стабилизация частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода
Для преодоления повышенного трения трущихся пар, находящихся в холодном состоянии, и обеспечения устойчивости работы двигателя на холостом ходу, во время прогрева в двигатель необходимо подавать больше горючей смеси.При холодном двигателе наблюдается повышенное сопротивление трения, которое должно дополнительно преодолеваться на режиме холостого хода. Посредством устройства подачи дополнительных порций воздуха двигатель всасывает больше воздуха в обход дроссельной заслонки (рис. 26). Поскольку расходомер воздуха измеряет этот дополнительный воздух, учитывая его при дозировании топлива, в целом двигатель получает больше горючей смеси. Благодаря этому обеспечивается устойчивая работа холодного двигателя на холостом ходу.Для дополнительной подачи воздуха служит клапан 15 (рис.26), подсоединенный параллельно дроссельной заслонке в байпасном канале.
Рисунок 26 – Схема работы системы К-Джетроник при прогреве холодного двигателя:
1 – дозатор; 7 – клапанная форсунка; 15 – клапан дополнительной подачи воздуха; 16 – регулятор управляющего давления
В этом клапане перфорированная диафрагма 1 (рис.27), приводимая в действие биметаллической пластиной 2, нагреваемая спиралью 3, управляет поперечным сечением перепускного воздушного канала.
1 – дозатор; 7 – клапанная форсунка; 15 – клапан дополнительной подачи воздуха; 16 – регулятор управляющего давления
В этом клапане перфорированная диафрагма 1 (рис.27), приводимая в действие биметаллической пластиной 2, нагреваемая спиралью 3, управляет поперечным сечением перепускного воздушного канала.
Рисунок 27 – Клапан дополнительной подачи воздуха:
1 – воздушный канал с диафрагменной заслонкой; 2 – биметаллическая пластина; 3 – нагревательная спираль
1 – воздушный канал с диафрагменной заслонкой; 2 – биметаллическая пластина; 3 – нагревательная спираль
В зависимости от температуры двигателя окно диафрагмы устанавливается таким образом, что при пуске холодного двигателя соответственно освобождается большее поперечное сечение байпасного канала. Однако при дальнейшем повышении температуры двигателя поперечное сечение байпасного канала уменьшается до полного его закрытия при достижении рабочей температуры. Биметаллическая пластина 2 нагревается дополнительно спиралью 3, что позволяет точнее регулировать прогрев двигателя.Место установки клапана выбрано таким образом, что он воспринимает температуру двигателя. Поэтому при горячем двигателе клапан закрыт.
Обогащение смеси на режиме полной нагрузки
Двигатели, работающие на режиме частичной нагрузки на предельно обедненных смесях, требуют при переходе на режим полной нагрузки обогащения смеси, что может быть достигнуто за счет использования воздушного диффузора специальной формы.Эту задачу выполняет специальный регулятор управляющего давления (рис.28), который изменяет величину управляющего давления в зависимости от давления во впускном трубопроводе.Такой регулятор снабжен двумя клапанными пружинами 7 вместо одной. Наружная пружина располагается на корпусе также, как и у обычного регулятора управляющего давления (рис.25), а внутренняя пружина – к диафрагме полной нагрузки 10, разделяющей регулятор на две камеры. В верхней камере, которая соединена с впускным трубопроводом каналом 3, расположенным за дроссельной заслонкой, действует давление впускного трубопровода. Нижняя камера соединяется с атмосферой либо непосредственно через отверстие 9, либо через воздушный фильтр (в зависимости от конструкции регулятора).
При низком давлении во впускном трубопроводе на режимах холостого хода и частичной нагрузки диафрагма 10 поднимается до верхнего упора 8, при этом внутренняя пружина получает максимальное предварительное натяжение. Следовательно, предварительным усилием обеих пружин клапана 4 задается определенная величина управляющего давления для этих двух режимов работы двигателя.При достижении режима полной нагрузки дроссельная заслонка открывается на большую величину и разряжение во впускном трубопроводе снижается. Из-за этого диафрагма 10 отходит от верхнего упора 8 и прижимается к нижнему упору 11. Внутренняя пружина клапан разгружается, управляющее давление снижается до нормы и результатом этого является обогащение смеси.
Обогащение смеси на режиме полной нагрузки
Двигатели, работающие на режиме частичной нагрузки на предельно обедненных смесях, требуют при переходе на режим полной нагрузки обогащения смеси, что может быть достигнуто за счет использования воздушного диффузора специальной формы.Эту задачу выполняет специальный регулятор управляющего давления (рис.28), который изменяет величину управляющего давления в зависимости от давления во впускном трубопроводе.Такой регулятор снабжен двумя клапанными пружинами 7 вместо одной. Наружная пружина располагается на корпусе также, как и у обычного регулятора управляющего давления (рис.25), а внутренняя пружина – к диафрагме полной нагрузки 10, разделяющей регулятор на две камеры. В верхней камере, которая соединена с впускным трубопроводом каналом 3, расположенным за дроссельной заслонкой, действует давление впускного трубопровода. Нижняя камера соединяется с атмосферой либо непосредственно через отверстие 9, либо через воздушный фильтр (в зависимости от конструкции регулятора).
При низком давлении во впускном трубопроводе на режимах холостого хода и частичной нагрузки диафрагма 10 поднимается до верхнего упора 8, при этом внутренняя пружина получает максимальное предварительное натяжение. Следовательно, предварительным усилием обеих пружин клапана 4 задается определенная величина управляющего давления для этих двух режимов работы двигателя.При достижении режима полной нагрузки дроссельная заслонка открывается на большую величину и разряжение во впускном трубопроводе снижается. Из-за этого диафрагма 10 отходит от верхнего упора 8 и прижимается к нижнему упору 11. Внутренняя пружина клапан разгружается, управляющее давление снижается до нормы и результатом этого является обогащение смеси.
Рисунок 28 – Регулятор управляющего давления:
а – на режиме холостого хода или частичной нагрузки; б – на режиме полной нагрузки
1 – нагревательный элемент; 2 – биметаллическая пластина; 3 – канал к впускному трубопроводу; 4 – диафрагма клапана; 5 - сливная магистраль; 6 – подвод топлива от дозатора топлива; 7 – пружины клапана; 8 – верхний упор; 9 – сообщение с атмосферой; 10 – диафрагма полной нагрузки; 11 – нижний упор
а – на режиме холостого хода или частичной нагрузки; б – на режиме полной нагрузки
1 – нагревательный элемент; 2 – биметаллическая пластина; 3 – канал к впускному трубопроводу; 4 – диафрагма клапана; 5 - сливная магистраль; 6 – подвод топлива от дозатора топлива; 7 – пружины клапана; 8 – верхний упор; 9 – сообщение с атмосферой; 10 – диафрагма полной нагрузки; 11 – нижний упор
Лямбда-регулирование
Применение каталитических нейтрализаторов позволяет снизить токсичность отработавших газов на 90% и более. При обезвреживании отработавших газов с помощью каталитических нейтрализаторов удается понизить содержание окиси углерода СО и углеводородов СН, переведя их в двуокись углерода СО2 и воду Н2О, окислов азота NOx – в нейтральный азот N. Наибольшее распространение получил трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, в котором снижается содержание всех трех токсичных веществ СО, СН и NOx. Оптимальный состав горючей смеси при применении трехкомпонентного нейтрализатора соответствует стехиометрическому составу, где a=1,00. Только при этом коэффициенте избытка воздуха нейтрализатор работает с высоким коэффициентом полезного действия.
Для работы нейтрализаторов регулирование смеси должно быть очень точным, так как отклонение коэффициента избытка воздуха от a=1,00 на 1% существенно нарушает оптимальную работу нейтрализатора.
Создать открытую систему регулирования, работающую со столь высокой степенью точности, пока не удалось. Задача для системы К-Джетроник была решена с помощью закрытой системы регулирования с обратной связью.
Применение каталитических нейтрализаторов позволяет снизить токсичность отработавших газов на 90% и более. При обезвреживании отработавших газов с помощью каталитических нейтрализаторов удается понизить содержание окиси углерода СО и углеводородов СН, переведя их в двуокись углерода СО2 и воду Н2О, окислов азота NOx – в нейтральный азот N. Наибольшее распространение получил трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, в котором снижается содержание всех трех токсичных веществ СО, СН и NOx. Оптимальный состав горючей смеси при применении трехкомпонентного нейтрализатора соответствует стехиометрическому составу, где a=1,00. Только при этом коэффициенте избытка воздуха нейтрализатор работает с высоким коэффициентом полезного действия.
Для работы нейтрализаторов регулирование смеси должно быть очень точным, так как отклонение коэффициента избытка воздуха от a=1,00 на 1% существенно нарушает оптимальную работу нейтрализатора.
Создать открытую систему регулирования, работающую со столь высокой степенью точности, пока не удалось. Задача для системы К-Джетроник была решена с помощью закрытой системы регулирования с обратной связью.
Схема системы К-Джетроник для автомобилей с трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами представлена на рис. 29.
Рисунок 29 – Схема системы К-Джетроник для автомобилей с трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами:
1 – топливный бак; 2 – топливный насос с электрическим приводом; 3 – накопитель топлива; 4 – топливный фильтр; 5 – регулятор управляющего давления; 6 – клапанная форсунка; 7 – впускной трубопровод; 8 – пусковая форсунка; 9 – дозатор топлива; 10 – расходомер воздуха; 11 – тактовый клапан; 12 – датчик содержания кислорода (лямбда-зонд); 13 – термореле; 14 – прерыватель-распределитель; 15 – клапан дополнительной подачи воздуха; 16 – датчик углового перемещения дроссельной заслонки; 17 – реле включения топливного насоса; 18 – электронный блок управления (ЭБУ); 19 – замок зажигания; 20 – аккумуляторная батарея
Обратной связью в системе регулирования служит датчик содержания кислорода 12 (рис.29) (лямбда-зонд) в выхлопных газах, который устанавливается в выпускном коллекторе.
Для того, чтобы скорректировать количество впрыскиваемого топлива для получения оптимальной смеси (a=1), необходимо изменять давление в нижних камерах дозатора топлива 9. Если, например, давление в нижних камерах понижается, значит повышается дифференциальное давление у дозирующих щелей, вследствие чего увеличивается количество впрыскиваемого топлива.
С помощью контура регулирования, замкнутого лямбда-зондом, могут распознаваться и корректироваться отклонения от определенного соотношения воздуха и топлива. Принцип регулирования основывается на измерении остаточного содержания кислорода в отработавших газах с помощью лямбда-зонда. Остаточное содержание кислорода является мерой для состава подаваемой к двигателю смеси из воздуха и топлива. Датчик содержания кислорода в выпускном трубопроводе поставляет информацию о том, богаче или беднее смесь, чем стехиометрическая (a=1,00).
При отклонении от этой величины выходной сигнал датчика выдает скачок напряжения, который оценивает схема регулирования. Подготовленный в схеме регулирования сигнал используется для воздействия на исполнительный элемент системы впрыска топлива – тактовый клапан.
Таким образом, топливо может дозироваться настолько точно, что во всех режимах в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, коэффициент избытка воздуха является оптимальным. При этом явления износа двигателя не играют никакой роли. При значениях выше a=1,00 происходит увеличение, ниже a=1,00 – уменьшение подачи топлива.