Cистема впрыска топлива L-jetronic

L-Джетроник (Рис 4.1.) представляет собой не имеющую привода, электронно-управляемую систему впрыска с периодическим впрыском топлива во впускной трубопровод.
 
 


Рис 4.1. Общий вид системы L-Джетроник: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - распределительный трубопровод; 5 - регулятор давления; 6 - блок управления; 7 - форсунка впрыска; 8 - форсунка холодного пуска; 9 - винт регулировки частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу; 10 - датчик дроссельной заслонки; 11 - дроссельная заслонка; 12 - расходомер воздуха; 13 - блок реле; 14 - лямбда-зонд (только для определенных стран); 15 - датчик температуры двигателя; 16 - термореле; 17  - распределитель зажигания; 18 - заслонка дополнительного воздуха; 19 - регулировочный винт качества смеси на холостом ходу; 20 - аккумуляторная батарея; 21 - выключатель зажигания

В подсистеме подачи топлива изменилась конструкция регулятора давления и форсунки впрыска, а также появился новый элемент - распределительный трубопровод. Иногда в магистраль слива и (или) в магистраль подвода топлива к форсунке холодного пуска (если имеется) устанавливают демпфер.

Распределительный трубопровод имеет функцию накопителя. Его объем достаточен для накопления порции топлива, впрыскиваемого за рабочий цикл двигателя, чтобы устранить колебания давления. Поэтому соединенные с распределительным трубопроводом форсунки впрыска находятся под одинаковым давлением топлива. Кроме того, распределительный трубопровод допускает простой монтаж форсунок.

На конце распределительного трубопровода установлен регулятор давления. Регулятор давления представляет собой мембранный перепускной регулятор, поддерживающий давление в зависимости от типа системы 0,25 или 0,3 МПа. Он состоит из металлического корпуса, разделенного мембраной на две полости: пружинную для установки предварительно сжатой витой пружины, нагружающей мембрану и топливную.

При превышении установленного давления клапан, приводимый мембраной, открывает сливное отверстие, благодаря чему лишнее топливо может без давления сливаться в бак. Пружинная полость регулятора давления связана трубопроводом со впускным коллектором двигателя за дроссельной заслонкой. Это сделано для того, чтобы давление в системе топливоподачи не зависело от давления во впускном коллекторе, в этом случае при любом положении дроссельной заслонки падение давления на форсунках впрыска будет одинаково.

Форсунка впрыска

Форсунки впрыска электромагнитные, открываются электрическими импульсами от блока управления. Форсунка впрыска (Рис 4.2.) состоит из корпуса и иглы распылителя с надетым на нее якорем электромагнита.

Рис 4.2. Форсунка впрыска: 1 - фильтр; 2 -обмотка электромагнита; З - якорь электромагнита; 4 - игла распылителя; 5 - электрический разъем

В корпусе находится обмотка электромагнита и канал к игле распылителя. В обесточенном состоянии игла распылителя прижата пружиной к ее седлу. Если на электромагнит подается импульс тока, игла поднимается примерно на 0,1 им над седлом и топливо выходит через калиброванную кольцевую щель. Для более мелкого распыливания топлива передний конец иглы, входящий в отверстие распылителя, имеет специальную форму. Время открытия и закрытия форсунки находятся в диапазоне от 1 до 1,5 мс. Чтобы обеспечить хорошее распыливание топлива с малыми потерями на конденсацию, нужно уменьшить площадь контакта струи топлива со стенками впускного трубопровода. Определенный угол впрыска и определенное расстояние от форсунки до впускного клапана у каждого двигателя свои. Форсунки установлены на специальных кронштейнах, положение форсунки в кронштейне задается резиновыми деталями. Достигаемая таким образом теплоизоляция устраняет парообразование и способствует хорошему пуску горячего двигателя. Кроме того, благодаря резиновому кронштейну, форсунка защищена от сильной вибрации.

Существуют разные способы электрического подключения форсунок к оконечным (усилительным) ступеням блока управления. Причина заключается в том, что для ускорения открытия форсунки в первый момент на ее обмотку подается ток большей силы (для преодоления силы инерции иглы форсунки и силы сопротивления пружины), чем для удержания форсунки в открытом состоянии (когда пружина уже сжата). На более старых автомобилях (примерно до 1985 г.) между выходом блока управления и обмоткой форсунок включались ограничивающие резисторы (по одному на каждую форсунку). Такие резисторы объединялись в блок (один или два на двигатель) и включались в бортовую цепь электрооборудования. В этих блоках параллельно каждому резистору включался еще и конденсатор, благодаря этому, в первый момент ток на форсунку поступал через конденсатор без ограничения, а когда конденсатор заряжался, ток на обмотку форсунки тек через резистор и, благодаря этому, ограничивался. Блоки выполнялись неремонтопригодными. Поскольку эти блоки включались последовательно в цепь питания форсунок, то сгорание резисторов блоков приводило к тому, что катушки форсунок обесточивались, хотя были исправны.

На более новых автомобилях ограничение силы тока в момент удержания форсунок в открытом состоянии выполняется оконечными ступенями блока управления. При таком способе управления форсунками внешние блоки ограничивающих резисторов отсутствуют.

Демпфер колебаний

Демпфер колебаний (Рис 4.3.)устраняет пульсации.

Рис.4.3. Демпфер колебаний: 1 - топливный патрубок; 2 - крепежная шпилька; 3 - мембрана; 4 - пружина сжатия; 5 - корпус; 6 - регулировочный винт

Он устроен подобно регулятору давления, за исключением трубопровода, связывающего его с впускным коллектором. Демпфер колебаний уменьшает колебания давления в сливном трубопроводе и таким образом предотвращает пульсации в системе подачи топлива. Пульсации возникают из-за изменения давления при открытии и закрытии форсунок впрыска, форсунки холодного пуска или регулятора давления.

2.1. Система управления

С помощью измерительных датчиков определяются параметры рабочего состояния двигателя и передаются в блок управления в виде электрических сигналов. Измерительные датчики и блок управления образуют систему управления.

Основными измеряемыми параметрами являются частота вращения коленчатого вала двигателя и всасываемое в двигатель количество воздуха. Зная эти два параметра, можно определить количество воздуха, приходящееся на ход поршня, которое служит непосредственным критерием нагрузочного состояния двигателя.

Часто приходится менять состав смеси в соответствии с изменившимися условиями. Рассмотрим следующие рабочие режимы: пуск холодного двигателя, прогрев, приспособление к изменяющейся нагрузке. Определение режимов холодного пуска и прогрева двигателя осуществляется с помощью датчика температуры, посылающего в блок управления сигнал, соответствующий температуре двигателя. Для приспособления к изменяющейся нагрузке блок управления определяет нагрузочный диапазон с помощью датчика положения дроссельной заслонки (холостой ход, частичные нагрузки, полная нагрузка).

Чтобы оптимизировать процесс движения, при дозировании топлива могут быть учтены и другие нагрузочные режимы и воздействия: переходная характеристика при разгоне, ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала и принудительный холостой ход, которые определяются рассмотренными датчиками. При таких рабочих режимах сигналы этих датчиков находятся в определенном соответствии друг с другом. Это соответствие распознается блоком управления и сигнал управления форсунками впрыска соответствующим образом меняется.

Определение частоты вращения коленчатого вала

Информация о частоте вращения коленчатого вала и моменте впрыска при контактной системе зажигания поступает на блок управления L-Джетроник от контактов прерывателя, при бесконтактной системе от катушки зажигания, с вывода 1 или непосредственно с коленчатого вала.

Поступающие импульсы обрабатываются в блоке управления. Сначала они проходят формирователь импульсов, который формирует импульсы прямоугольной формы из поступающего сигнала. Прямоугольные импульсы затем поступают на делитель частоты.

Делитель частоты таким образом преобразует частоту импульсов, определяемую порядком зажигания, что независимо от числа цилиндров на рабочий цикл приходится два импульса. Начало импульса соответствует началу впрыска топлива форсункой. Таким образом, за один оборот коленчатого вала каждая форсунка впрыскивает топливо один раз, независимо от положения впускного клапана. При закрытом клапане топливо остается на нем и при следующем открытии клапана сдувается воздухом в камеру сгорания. Длительность впрыска зависит от количества воздуха и частоты вращения коленчатого вала. Имеются системы, в которых впрыск топлива производится не всеми форсунками одновременно, а группами (две-три форсунки) для того, чтобы приблизить момент впрыска топлива к моменту открытия соответствующего впускного клапана.

Измерение количества воздуха

Всасываемое двигателем количество воздуха является параметром для определения его нагрузочного состояния.

Измерение количества воздуха учитывает все изменения в двигателе, обусловленные его сроком службы, такие как износ, отложение нагара в камерах сгорания, изменения фаз газораспределения. Так как воздух перед тем как попасть в двигатель проходит расходомер, его сигнал при разгоне опережает момент фактического попадания воздуха в цилиндр. Благодаря этому имеется возможность заранее дозировать большее количество топлива, в результате достигается желаемое обогащение смеси при разгоне.

Расходомер воздуха

Принцип действия основывается на измерении силы, с которой поток всасываемого воздуха действует на напорную заслонку, преодолевая возвратное действие пружины. Заслонка отклоняется таким образом, чтобы, с учетом профиля канала измерителя, обеспечивалось увеличение проходного сечения с ростом количества воздуха. Изменение освобождающегося проходного сечения в зависимости от положения напорной заслонки выбирается таким, чтобы обеспечивалось логарифмическое соотношение между углом напорной заслонки и количеством всасываемого воздуха. Благодаря этому, при малых количествах воздуха, когда требуется большая точность, чувствительность расходомера воздуха (рис. 4.4., рис. 4.5.) велика. Чтобы уменьшить влияние колебаний в системе впуска, вызываемых тактами впуска отдельных цилиндров, на положение напорной заслонки, с ней жестко соединена компенсационная заслонка. Колебания давления действуют одновременно на напорную и компенсационную заслонки. Момент, действующий на напорную заслонку уравновешивается моментом, действующим на компенсационную заслонку, поэтому колебания давления не влияют на результат измерений. Угловое положение напорной заслонки преобразуется потенциометром в электрическое напряжение. Потенциометр включен таким образом, чтобы снимаемое с него напряжение было обратно пропорционально количеству воздуха. Напорный контакт выдает сигнал в схему безопасности, по которому она судит о том, работает двигатель или нет (при работающем двигателе напорная заслонка будет отклонена), если зажигание включено, а двигатель не работает (ситуация, возможная при аварии, в этом случае могут быть повреждены трубопроводы подачи топлива), топливный насос не включится, что предотвратит подачу топлива в двигатель. Для регулирования состава смеси на холостом ходу имеется встроенный обводной канал, через который небольшое количество воздуха обходит дроссельную заслонку.
 
Рис .4.4. Расходомер воздуха (воздушная часть):
1 - компенсационная заслонка; 2 - демпфирующий объем; З - обводной канал; 4 - напорная заслонка; 5 - винт регулировки состава смеси на холостом ходу
Рис.4.5. Расходомер воздуха (электрическая часть):
1 - зубчатый венец для предварительного натяжения пружины; 2 - возвратная пружина; 3 - скользящая дорожка потенциометра; 4 - керамическая плата с сопротивлениями и проводящими дорожками; 5 - кронштейн ползунка; 6 - ползунок; 7 - напорный контакт
Несмотря на попытки устранить колебания напорного диска или напорной заслонки расходомера воздуха из-за колебаний давления во впускном тракте, они все же присутствуют и вносят погрешности в результаты измерений. Поэтому появились другие типы расходомеров воздуха, лишенные указанных недостатков. Система LH-Джетроник имеет расходомер воздуха, в котором измерительным элементом является подогреваемая металлическая нить или керамическая пластина, по степени охлаждения которой блок управления судит об изменении объемного расхода воздуха (в основном автомобили, изготовленные в Европе). На такой измерительный элемент не влияют колебания во впускном трубопроводе, а изменение плотности всасываемого воздуха влияет на охлаждение нити, следовательно не нужен высотный корректор. Если нить обдувается разреженным воздухом, ее охлаждение уменьшается, что свидетельствует об уменьшенном объемном расходе, и, в результате, дозируется меньше топлива.

Система LU-Джетроник (в основном автомобили, изготовленные в США) имеет ультразвуковой расходомер воздуха. Расходомер устроен следующим образом: в патрубке забора воздуха имеется завихритель, создающий завихрения воздушного потока. Перпендикулярно к направлению воздушного потока ультразвуковой генератор, установленный на патрубке, пускает ультразвуковые волны, улавливаемые приемником. Завихрения воздушного потока изменяют частоту пускаемых волн, по изменению которой система судит об изменении объемного расхода воздуха. Пульсации давления во впускном трубопроводе и изменение плотности всасываемого воздуха также не вносят существенных погрешностей в процесс измерений.

2.2. Задатчик частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу

В системе впрыска L-Джетроник может применяться задатчик, конструкция которого отличается от описанного в подразделе 3.2.

Задатчик частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу (Рис. 4.6.) имеет две обмотки и ограниченный угол поворота 90 °. Закрепленная на валу якоря поворотная


Рис.4.6. Задатчик частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу: 1 - электрический разъем; 2 - корпус; 3 - постоянный магнит; 4 - якорь; 5 - обводной воздушный канал дроссельной заслонки; 6 - заслонка регулирования частоты вращения

заслонка настолько открывает воздушный байпасный канал, что устанавливается требуемая частота вращения коленчатого вала на холостом ходу независимо от нагрузки двигателя. Электронный блок управления, получающий необходимую информацию о истинном значении частоты вращения коленчатого вала от датчика частоты вращения коленчатого вала, сравнивает это значение с запрограммированным заданным значением и с помощью задатчика частоты вращения коленчатого вала таким образом изменяет воздушный поток, чтобы истинное значение совпало с заданным.

При прогретом ненагруженном двигателе открытие проходного сечения устанавливается вблизи нижнего граничного значения.

Такие входные сигналы блока управления как температура и положение дроссельной заслонки используются для того, чтобы исключить ошибки в смесеобразовании при низких температурах и изменении частоты вращения коленчатого вала при воздействии на педаль управления дроссельной заслонкой. Блок управления преобразует импульсы датчика частоты вращения коленчатого вала в сигнал напряжения и сравнивает его с напряжением, соответствующим заданной частоте вращения коленчатого вала. Из разности напряжений блок управления формирует управляющий сигнал и подает его на задатчик частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу. На обе катушки во время одного периода попеременно подается напряжение и на поворотный якорь действуют встречные силы. Из-за инерции якоря поворотная заслонка устанавливается на определенный угол, зависящий от скважности импульсов подаваемого напряжения. Диапазон скважности, в котором можно регулировать открытие проходного сечения находится между 18 % (поворотная заслонка закрыта) и примерно 82 % (поворотная заслонка полностью открыта). Заданное значение частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу без дополнительной нагрузки обеспечивается при скважности около 25 %, т. е. при малом открытии проходного сечения.

2.3. Диагностика и регулировки элементов топливоподающей части систем управления двигателем Мотроник автомобилей ВАЗ моделей 21083, 21093, 21099. 21102

В системе впрыска L-Джетроник топливо забирается электрическим насосом 15 (рис.4.7) из бака 14 и через трубопровод 17 со встроенным фильтром 13 подается в распределительный трубопровод 20. Регулятор давления 18, расположенный на распределительном трубопроводе, поддерживает на форсунках 21 постоянное падение давления. Лишнее топливо возвращается в бак 14 по сливному трубопроводу 16. Форсунки 21 впрыскивают топливо во впускной трубопровод 19 по командам блока управления II. Элементы 4, 8, 27, А относятся к системе охлаждения, элемент 23 - к системе нейтрализации отработавших газов.


На рис. 4.8. показана измененная часть принципиальной схемы электрооборудования автомобиля. Элементы 96, 102, 109 относятся к системе зажигания, 106 - к системе нейтрализации отработавших газов, 110 - к системе улавливания паров топлива, А-Е - к контрольным приборам и дополнительному оборудованию (элементы D и Е устанавливаются по желанию клиента).

Работа блока управления и сигналы датчиков

Задачи, решаемые блоком управления, аналогичны рассмотренным в подразделе 1.4. Ниже будут описаны датчики, которые отличаются от применяемых в системе Моно - Джетроник или отсутствуют в ней.

Рис.4.7. Блок-схема системы впрыска: 1 - воздушный фильтр; 2 - расходомер воздуха; 3 - воздухопровод; 4 - шланг подвода охлаждающей жидкости; 5 - корпус дроссельной заслонки; 6 - регулятор частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу с шаговым двигателем; 7 - датчик положения дроссельной заслонки; 8 - канал подогрева системы холостого хода; 9 - впускной трубопровод; 10 - шланг к регулятору давления; 11 - блок управления; 12 - реле электрического топливного насоса; 13 - топливный фильтр; 14 - топливный бак; 15 - электрический топливный насос с датчиком уровня топлива; 16 - трубопровод слива; 17 - трубопровод подачи топлива в двигатель; 18 - регулятор давления; 19 - впускной трубопровод; 20 - распределительный трубопровод; 21 - форсунка впрыска; 22 - датчик скорости; 23 - лямбда-зонд; 24 - выхлопной трубопровод; 25 - коробка передач; 26 - головка блока цилиндров; 27 - патрубок подвода охлаждающей жидкости; 28 - датчик температуры охлаждающей жидкости; А - трубопровод к водяному насосу


Рис.4.8 Часть принципиальной схемы электрооборудования автомобиля:
95 - главное реле; 96 - модуль зажигания; 97 - реле электрического топливного насоса; 98 - электрический топливный насос с датчиком уровня топлива; 99 - форсунки впрыска; 100 - регулятор частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу с шаговым двигателем; 101 - датчик скорости; 102 - индуктивный дат-чик;103 - расходомер воздуха; 104 - штекер диагностики; 105 - датчик положения дроссельной заслонки; 106 - лямбда-зонд; 107 - блок управления; 108 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 109 - датчик детонации; 110 - продувочный клапан на адсорбере с активированным углем; 111 - лампа "CHECK ENGINE "; А - к прибору, показывающему количество топлива и резерв; В - к кондиционеру; С - к бортовому компьютеру; В - к электронному тахометру; Е - к измерителю частоты вращения коленчатого вала
 

Назначение выводов в разъемах блока управления:
 

24-выводнй розовый разъем А - В

А1-А4 - заземление блока управления;
А12 - плюс аккумуляторной батареи (питание блока управления);
В6 - входной сигнал расходомера воздуха;
В7 - входной сигнал датчика температуры двигателя;

32-выводной розовый разъем С - D

СЗ - управление реле топливного насоса;
С5 - входной сигнал тестирования;
С12 - открытие форсунок впрыска второго и третьего цилиндров;
С 16 - минус лямбда-зонда;
D8 - открытие форсунок впрыска первого и четвертого цилиндров;
D16 - входной сигнал лямбда-зонда;

32-выводной голубой разъем С - D

С5-С8 - управление задатчиком частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;
С9 - входной сигнал датчика скорости автомобиля;
С12 - минус датчика температуры двигателя;
D1 - входной сигнал датчика положения дроссельной заслонки;
D4 - канал последовательных данных;
D5 - управление лампой "CHECK ENGINE";
D12 - минус датчика положения дроссельной заслонки.

Система включает в себя следующие датчики: положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, температуры всасываемого воздуха, расходомер воздуха, лямбда-зонд (датчик концентрации кислорода), детонации, частоты вращения и положения коленчатого вала, скорости автомобиля.

Датчики положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, температуры всасываемого воздуха, лямбда-зонд, скорости автомобиля описаны в подразделе 1.2.

Расходомер воздуха устанавливается между воздушным фильтром и корпусом дроссельной заслонки. Измерительный элемент термоанемометрического типа (применяемый в системе LH-Джетроник), основой которого является нагреваемая керамическая пластина. Выходной сигнал с расходомера представляет собой частотный сигнал амплитудой от 4 до 6 В. Чем больше расход воздуха, тем больше частота сигнала.

Датчик детонации установлен на блоке цилиндров между вторым и третьим цилиндрами. Измерительный элемент пьезоэлектрического типа. При возникновении детонации датчик генерирует сигнал с частотой, совпадающей с частотой детонации. Сигнал датчика детонации используется системой зажигания для коррекции угла опережения зажигания при возникновении детонации.

Датчик частоты вращения и положения коленчатого вала устанавливается на кронштейне около передней крышки блока цилиндров с зазором 1 мм от шкива коленчатого вала. Шкив представляет собой диск, установленный на носке коленчатого вала, на котором прорезаны 58 зубьев через 6 °. Два зуба на шкиве отсутствуют для определения положения коленчатого вала и выдачи сигнала синхронизации для включения первой и четвертой форсунок, (а также активизации свечей первого и четвертого цилиндров) через 180 ° поворота коленчатого вала включаются вторая и третья форсунки (и свечи второго и третьего цилиндров).

Методы диагностики и ремонта систем впрыска

Общие правила проведения ремонтных и диагностических работ, а также расположение и внешний вид колодки диагностики описаны в подразделе 1.4.

Коды неисправностей 13 - отсутствует сигнал лямбда-зонда;
14 - низкий уровень сигнала датчика температуры охлаждающей жидкости;
15 - высокий уровень сигнала датчика температуры охлаждающей жидкости;
16 - завышенное напряжение питания системы;
19 - отсутствует или неверный сигнал датчика частоты вращения и положения коленчатого вала;
21 - высокий уровень сигнала датчика положения дроссельной заслонки;
22 - низкий уровень сигнала датчика положения дроссельной заслонки;
24 - нет сигнала скорости автомобиля;
25 - низкий уровень сигнала датчика температуры всасываемого воздуха;
34 - отсутствует или неверный сигнал расходомера воздуха;
35 - ошибка сигнала частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода;
44 - обедненный состав смеси;
45 - обогащенный состав смеси;
49 - подсос воздуха;
51 - ошибка запоминающего устройства калибровок;
52 - ошибка электронного блока управления;
55 - обедненный состав смеси при высокой нагрузке;
61 - ухудшение работы лямбда-зонда.

Получение кодов диагностики описано в подразделе 1.4.