Rozproszony układ wtrysku paliwa (VAZ-2109)

Otwórz duży obraz w nowej karcie »

---

Otwórz duży obraz w nowej karcie »

---

Urządzenie

Samochody VAZ 21093 i VAZ-21099 mogą być wyposażone w silniki z rozproszonym układem wtrysku paliwa, tj. paliwo wtryskiwane jest przez cztery wtryskiwacze (jeden wtryskiwacz na cylinder) do rury dolotowej, na zawory dolotowe. Tutaj paliwo odparowuje, miesza się z powietrzem i trafia do cylindrów silnika jako mieszanka palna. Układ wtrysku paliwa pozwala zmniejszyć toksyczność spalin, poprawiając jednocześnie osiągi samochodu. Istnieją dwa rodzaje układów wtrysku rozproszonego: ze sprzężeniem zwrotnym i bez sprzężenia zwrotnego.

System sprzężenia zwrotnego stosowany jest głównie w przypadku pojazdów przeznaczonych na eksport. Posiada neutralizator i czujnik tlenu zamontowany w układzie dolotowym, który zapewnia sprzężenie zwrotne. Czujnik monitoruje stężenie tlenu w spalinach, a elektroniczna jednostka sterująca, za pomocą sygnałów z niego wysyłanych, utrzymuje taki stosunek powietrza do paliwa, który zapewnia najbardziej efektywną pracę neutralizatora. Jako paliwo należy stosować wyłącznie benzynę bezołowiową. Stosowanie benzyny ołowiowej może spowodować uszkodzenie katalizatora, czujnika tlenu i awarię układu.

W układzie wtryskowym bez sprzężenia zwrotnego nie montuje się neutralizatora ani czujnika tlenu, a do regulacji stężenia CO w spalinach stosuje się potencjometr CO. W systemie tym nie zastosowano układu odzyskiwania oparów benzyny. Na rysunek Na rysunkach 41 i 42 przedstawiono strukturę tego konkretnego systemu, gdyż będzie on głównie stosowany w samochodach sprzedawanych w Rosji. Poniższy tekst opisuje węzły obu systemów i przedstawia cechy systemu wraz ze sprzężeniem zwrotnym

Neutralizator montowany jest w układzie wydechowym przed dodatkowym tłumikiem. Zawiera dwa katalizatory utleniające (przyspieszacz reakcji chemicznych) i jeden regenerujący. Katalizatory utleniania (platyna i pallad) wspomagają przemianę węglowodorów w parę wodną i tlenku węgla w dwutlenek węgla. Katalizator redukujący (rad) pomaga przekształcić tlenki azotu w nieszkodliwy azot.

Ponieważ katalizator potrzebuje tlenu do neutralizacji węglowodorów i tlenku węgla, a jednocześnie musi usuwać tlen w celu neutralizacji tlenków azotu, równowaga mieszanki paliwowo-powietrznej musi być ściśle utrzymywana (około 14,7:1), wchodząc do silnika. Funkcję tę realizuje jednostka sterująca elektronicznie.

Elektroniczna jednostka sterująca (ECU), umieszczona pod deską rozdzielczą po lewej stronie nadwozia, stanowi centrum sterowania układem wtrysku paliwa. To jest komputer specjalistyczny. Ciągle przetwarza informacje z różnych czujników i układów sterujących, które wpływają na emisję spalin i osiągi pojazdu.

ECU pełni również funkcję diagnostyczną układu wtrysku paliwa. Potrafi wykryć nieprawidłowości w działaniu systemu i ostrzec o nich kierowcę za pomocą kontrolki ostrzegawczej "CHECK ENGINE". Ponadto przechowuje kody diagnostyczne wskazujące obszary usterek, co ułatwia technikom dokonywanie napraw.

Filtr powietrza montowany jest w przedniej części komory silnika na gumowych klipsach. Element filtrujący 9 wykonany jest z papieru, o dużej powierzchni filtrującej. Podczas wymiany wkładu filtrującego należy go zamontować tak, aby jego pofalowania były ułożone równolegle do osi pojazdu.

Przepustnica 19 jest przymocowana do odbiornika. Steruje ilością powietrza wpływającego do kolektora dolotowego. Dopływ powietrza do silnika jest kontrolowany przez przepustnicę połączoną z pedałem przyspieszenia.

Przepustnica zawiera czujnik położenia przepustnicy 23 i regulator prędkości biegu jałowego 24. W części przepływowej przepustnicy (przed i za przepustnicą) do działania układu odzyskiwania oparów benzyny niezbędne są otwory podciśnieniowe. Jeżeli nie stosuje się tego drugiego systemu, dyszę do przedmuchiwania adsorbera zamyka się korkiem gumowym.

Regulator prędkości biegu jałowego 24 reguluje prędkość wału korbowego na biegu jałowym poprzez kontrolowanie ilości powietrza dostarczanego przez zamkniętą przepustnicę. Składa się z dwubiegunowego silnika krokowego i podłączonego do niego zaworu stożkowego. Zawór wysuwa się lub chowa w zależności od sygnałów z ECU.

Czujnik położenia przepustnicy 23 zamontowany jest na korpusie przepustnicy 1 i połączony z osią przepustnicy. Czujnikiem jest potencjometr, którego jeden koniec zasilany jest napięciem 5 V, a drugi koniec podłączony jest do "masy". Z trzeciego wyjścia potencjometru (z suwaka) sygnał wyjściowy trafia do ECU.

Układ zasilania paliwem obejmuje elektryczną pompę paliwa 11, filtr paliwa 20, przewody paliwowe i listwę 4 wtryskiwaczy zmontowaną z wtryskiwaczami 5 i regulatorem ciśnienia paliwa 8.

Elektryczna pompa paliwa 11, rotacyjna dwustopniowa, zamontowana w zbiorniku paliwa. Paliwo z pompy poprzez filtr paliwa dokładnego 20 dostarczane jest do listwy paliwowej pod ciśnieniem większym niż 284 kPa. Załączenie pompy paliwa elektrycznego następuje za pomocą przekaźnika pomocniczego 13 (patrz 42). Filtr paliwa z papierowym elementem filtrującym zamontowany jest pod podłogą nadwozia za zbiornikiem paliwa.

Rampa 4-dyszowa to pusta belka z dyszami i zamontowanym na niej regulatorem ciśnienia paliwa. Rama wtryskiwacza przymocowana jest dwoma śrubami do rury dolotowej 32. Po prawej stronie listwy wtryskiwacza znajduje się przyłącze do monitorowania ciśnienia paliwa, zamykane korkiem gwintowanym 27.

Wtryskiwacz 5 jest zaworem elektromagnetycznym. Po wysłaniu impulsu napięcia z ECU zawór otwiera się, a paliwo jest wtryskiwane przez atomizer w postaci drobno rozpylonego strumienia pod ciśnieniem do rury dolotowej na zawór dolotowy.

Po ustaniu impulsu elektrycznego sprężynowy zawór wtryskiwacza odcina dopływ paliwa. Wtryskiwacze mocowane są do rampy za pomocą zacisków sprężynowych. Górny i dolny koniec dysz uszczelniony jest gumowymi pierścieniami uszczelniającymi.

Regulator ciśnienia paliwa 8 składa się z zaworu 29 z membraną 30 dociskaną sprężyną do gniazda w korpusie regulatora. Zadaniem regulatora jest utrzymanie stałej różnicy ciśnień pomiędzy ciśnieniem powietrza w rurze dolotowej a ciśnieniem paliwa w listwie. Podczas pracy silnika regulator utrzymuje ciśnienie w listwie wtryskiwaczy w zakresie 284–325 kPa.

Membrana regulatora jest poddawana działaniu ciśnienia paliwa z jednej strony i ciśnienia z drugiej (podciśnienie) w rurze dolotowej. Gdy ciśnienie w rurze dolotowej spada (przepustnica się zamyka) zawór regulacyjny otwiera się przy niższym ciśnieniu paliwa, umożliwiając przepływ nadmiaru paliwa z powrotem przez przewód spustowy do zbiornika. Ciśnienie paliwa w listwie spada. Gdy ciśnienie w rurze dolotowej wzrasta (podczas otwierania przepustnicy) zawór regulacyjny otwiera się, gdy ciśnienie paliwa w listwie wzrasta.

Czujnik temperatury płynu chłodzącego 18 jest termistorem (rezystor, którego rezystancja zmienia się w zależności od temperatury). Czujnik wkręca się w rurę wylotową płynu chłodzącego na głowicy cylindra. W niskiej temperaturze czujnik ma dużą rezystancję (100 kOhm przy -40°C), a w wysokiej temperaturze ma niską rezystancję (177 Ohm przy 100°C).

Czujnik stężenia tlenu stosowany jest w zamkniętym układzie wtryskowym i montowany jest na rurze wydechowej. Tlen zawarty w spalinach reaguje z czujnikiem tlenu, powodując różnicę potencjałów na wyjściu czujnika. Waha się od około 0,1 V (duża zawartość tlenu – uboga mieszanka) do 0,9 V (niska zawartość tlenu – bogata mieszanka). Czujnik posiada wbudowany element grzewczy, który zwiększa jego wydajność.

Czujnik masowego przepływu powietrza 10 umieszczony jest pomiędzy filtrem powietrza a przewodem dolotowym 12. Jest to typ drutu gorącego. Czujnik wykorzystuje trzy czułe elementy. Jeden z elementów mierzy temperaturę otoczenia, a pozostałe dwa są podgrzewane do ustawionej wcześniej temperatury, wyższej od temperatury otoczenia. Gdy silnik pracuje, przepływające powietrze chłodzi nagrzane elementy. Masowy przepływ powietrza określa się, mierząc moc elektryczną potrzebną do utrzymania określonej nadwyżki temperatury ogrzewanych elementów nad temperaturą powietrza otoczenia. Sygnał czujnika jest częstotliwościowy. Duży przepływ powietrza generuje sygnał o wysokiej częstotliwości, natomiast mały przepływ powietrza generuje sygnał o niskiej częstotliwości.

Czujnik prędkości pojazdu 22 (rysunek 42) montowany jest na skrzyni biegów pomiędzy napędem prędkościomierza a końcówką elastycznego wałka napędu prędkościomierza. Zasada działania czujnika opiera się na efekcie Halla. Czujnik wysyła do sterownika silnika prostokątne impulsy napięcia o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej kół napędowych.

[Informacje zostały opublikowane na stronie internetowej www.VAZbook.ru]

Potencjometr CO 7 (rysunek 42) zamontowany jest w komorze silnika na ściance skrzynki dolotowej powietrza i jest rezystorem nastawnym. Wysyła sygnał do komputera sterującego silnikiem (ECU), który reguluje skład mieszanki paliwowo-powietrznej w celu uzyskania znormalizowanego poziomu stężenia tlenku węgla (CO) w spalinach podczas pracy silnika na biegu jałowym. Potencjometr CO jest podobny do śrubowego pokrętła jakości mieszanki w gaźnikach. Regulację zawartości CO za pomocą potencjometru CO wykonuje się wyłącznie na stacji benzynowej przy użyciu analizatora gazu.

Czujnik położenia wału korbowego 28 jest czujnikiem indukcyjnym i jest zamontowany na pokrywie pompy oleju naprzeciwko tarczy rozrządu na kole napędowym generatora. Tarcza rozrządu to koło zębate z 58 równomiernie rozmieszczonymi (6°) zagłębieniami. Aby wytworzyć impuls synchronizacyjny, brakuje dwóch zębów. Podczas obrotu wału korbowego zęby zmieniają pole magnetyczne czujnika, indukując impulsy napięcia przemiennego.

Układ zapłonowy

Układ zapłonowy nie wykorzystuje tradycyjnego rozdzielacza i cewki zapłonowej. Wykorzystuje moduł zapłonowy 8 (rysunek 42), który składa się z dwóch cewek zapłonowych i wysokoenergetycznej elektroniki sterującej. Układ zapłonowy nie posiada żadnych ruchomych części i dlatego nie wymaga konserwacji. Nie posiada również żadnych regulacji (w tym zapłon), ponieważ zapłon jest sterowany przez ECU.

Układ zapłonowy wykorzystuje metodę rozdziału iskry, zwaną metodą "iskry jałowej". Cylindry silnika są sparowane 1-4 i 2-3, a nowa formacja następuje jednocześnie w dwóch cylindrach: w cylindrze, w którym kończy się suw sprężania (iskra robocza), i w cylindrze, w którym następuje suw wydechu (iskra biegu jałowego). Ze względu na stały kierunek prądu w uzwojeniach cewek zapłonowych, prąd iskrowy dla jednej świecy zapłonowej płynie zawsze od elektrody środkowej do elektrody bocznej, a dla drugiej świecy zapłonowej – od elektrody bocznej do elektrody środkowej. Stosowane świece zapłonowe to A17DVRM lub AC.R43XLS ze szczeliną między elektrodami wynoszącą 1,0-1,13 mm.

Sterowanie zapłonem w systemie odbywa się za pomocą ECU. Czujnik położenia wału korbowego podaje do ECU sygnał odniesienia, na podstawie którego ECU robi obliczenia kolejności zadziałania cewki w module zapłonu. Do precyzyjnego sterowania zapłonem ECU wykorzystuje następujące informacje:

• prędkość wału korbowego;
• obciążenie silnika (przepływ masowy powietrza);
• temperatura płynu chłodzącego;
• położenie wału korbowego.

Układ odzyskiwania oparów benzyny stosowany jest w zamkniętym układzie wtryskowym. System wykorzystuje metodę wychwytywania oparów przy użyciu adsorbera węglowego zamontowanego w komorze silnika. Gdy silnik nie pracuje, opary benzyny ze zbiornika paliwa przedostają się do adsorbera, gdzie są absorbowane przez węgiel aktywny. Gdy silnik pracuje, pojemnik jest przedmuchiwany powietrzem, a opary są zasysane do przepustnicy, a następnie do rury dolotowej, gdzie ulegają spaleniu w trakcie pracy silnika.

ECU steruje oczyszczaniem adsorbera poprzez włączenie zaworu elektromagnetycznego znajdującego się na pokrywie adsorbera. Po przyłożeniu napięcia do zaworu otwiera się on, uwalniając opary do rury dolotowej. Zawór sterowany jest za pomocą modulacji szerokości impulsu. Zawór włącza się i wyłącza z częstotliwością 16 razy na sekundę (16 Hz). Im większy przepływ powietrza, tym dłuższy czas trwania impulsów aktywujących zawór.

Sterownik ECU włącza zawór oczyszczający pojemnika, gdy spełnione są wszystkie poniższe warunki:

• temperatura płynu chłodzącego powyżej 75°C;
• układ zarządzania dostawą paliwa działa w trybie zamkniętej pętli (z informacją zwrotną);
• prędkość pojazdu przekracza 10 km/h. Po otwarciu zaworu kryterium prędkości ulega zmianie. Zawór wyłączy się dopiero, gdy prędkość spadnie do 7 km/h;
• otwarcie przepustnicy przekracza 4%. Współczynnik ten nie ma większego znaczenia, jeśli nie przekracza 99%. Gdy przepustnica jest całkowicie otwarta, ECU zamyka zawór oczyszczający adsorbera.

Wentylator elektryczny 20 układu chłodzenia jest włączany i wyłączany przez sterownik ECU w zależności od temperatury silnika, prędkości obrotowej wału korbowego i działania klimatyzacji (jeśli jest na samochodzie) i inne czynniki. Włączenie wentylatora elektrycznego następuje za pomocą przekaźnika pomocniczego K9. umieszczony w bloku montażowym 21. Gdy silnik pracuje, wentylator elektryczny włącza się, jeżeli temperatura płynu chłodzącego przekroczy 104°C lub pojawi się żądanie włączenia klimatyzatora. Wentylator elektryczny włącza się, gdy temperatura płynu chłodzącego spadnie poniżej 101°C, po wyłączeniu klimatyzacji lub zatrzymaniu silnika.

Działanie układu wtryskowego

Ilość paliwa dostarczanego przez wtryskiwacze regulowana jest za pomocą sygnału impulsu elektrycznego z elektronicznej jednostki sterującej (ECU). Sterownik silnika monitoruje dane dotyczące stanu silnika, oblicza zapotrzebowanie na paliwo i ustala wymagany czas podawania paliwa przez wtryskiwacze (czas trwania impulsu), aby zwiększyć ilość podawanego paliwa, należy wydłużyć czas trwania impulsu, a aby zmniejszyć ilość podawanego paliwa, należy go skrócić.

Sterownik ECU ma zdolność oceny wyników swoich obliczeń i poleceń, a także zapamiętywania doświadczeń z ostatniej pracy i działania zgodnie z nimi. "Samodzielne uczenie się" sterownika silnika jest procesem ciągłym, trwającym przez cały okres eksploatacji pojazdu.

Paliwo dostarczane jest jedną z dwóch różnych metod: synchronicznie, tj. w określonym położeniu wału korbowego lub asynchronicznie, tj. niezależnie lub bez synchronizacji obrotów wału korbowego. Najczęściej stosowaną metodą jest wtrysk paliwa zsynchronizowany. Asynchroniczny wtrysk paliwa wykorzystywany jest głównie podczas rozruchu silnika.

Wtryskiwacze włączane są parami i naprzemiennie: najpierw wtryskiwacze cylindrów 1 i 4, a po obrocie wału korbowego o 180° - wtryskiwacze cylindrów 2 i 3, itd. Dzięki temu każdy wtryskiwacz włącza się raz na każdy obrót wału korbowego, tj. dwa razy na cały cykl pracy silnika.

Niezależnie od metody wtrysku, dostarczanie paliwa zależy od stanu silnika, tj. jego tryb działania. Tryby te zapewniane są przez ECU i opisane poniżej.

Początkowy wtrysk paliwa. Gdy wał korbowy silnika zaczyna się obracać za pomocą rozrusznika, pierwszy impuls z czujnika położenia wału korbowego powoduje, że impuls z ECU włącza wszystkie wtryskiwacze na raz. Służy to przyspieszeniu rozruchu silnika.

Początkowy wtrysk paliwa następuje przy każdym uruchomieniu silnika. Czas trwania impulsu wtryskowego zależy od temperatury. Gdy silnik jest zimny, impuls wtrysku zwiększa się, aby zwiększyć ilość paliwa, a gdy silnik jest ciepły, czas trwania impulsu ulega skróceniu. Po pierwszym wtrysku ECU przełącza się na odpowiedni tryb sterowania wtryskiwaczem.

Tryb uruchamiania silnika. Po włączeniu zapłonu, ECU włącza przekaźnik elektrycznej pompy paliwa, który wytwarza ciśnienie w przewodzie doprowadzającym paliwo do listwy paliwowej. Moduł ECU sprawdza sygnał z czujnika temperatury płynu chłodzącego i ustala właściwy stosunek powietrza do paliwa potrzebny do uruchomienia silnika.

Po rozpoczęciu obrotu wału korbowego sterownik silnika będzie działał w trybie rozruchowym, aż do momentu przekroczenia prędkości obrotowej 500 obr./min lub przejścia w tryb oczyszczania silnika "zalanego".

Tryb oczyszczania silnika. Jeżeli silnik jest "zalany paliwem" (te. paliwo zwilża świece zapłonowe), można go uruchomić poprzez całkowite otwarcie przepustnicy i jednoczesne obrócenie wału korbowego. W tym przypadku ECU nie wysyła impulsów wtryskowych do wtryskiwaczy, a silnik musi się "oczyścić sam". Sterownik ECU utrzymuje ten tryb tak długo, jak długo prędkość obrotowa silnika jest niższa niż 500 obr./min, a czujnik położenia przepustnicy wskazuje, że jest ona prawie całkowicie otwarta (ponad 75%).

Jeżeli przepustnica jest utrzymywana niemal całkowicie otwarta podczas próby uruchomienia normalnego "niezalanego" silnika, silnik może nie uruchomić się, ponieważ Gdy przepustnica jest całkowicie otwarta, impulsy wtryskowe nie są wysyłane do wtryskiwacza.

Tryb pracy układu sterowania dopływem paliwa. Po uruchomieniu silnika (gdy prędkość jest większa niż 500 obr./min) W trybie roboczym ECU steruje układem zasilania paliwem. W tym trybie ECU oblicza czas trwania impulsu wysyłanego do wtryskiwaczy na podstawie sygnałów z czujnika położenia wału korbowego (informacje o częstotliwości obrotów), czujnik przepływu powietrza, czujnik temperatury płynu chłodzącego i czujnik położenia przepustnicy.

Obliczony czas trwania impulsu wtrysku może powodować, że stosunek powietrza do paliwa będzie inny niż 14,7:1. Przykładem może być zimny silnik, ponieważ w takim przypadku do zapewnienia dobrych osiągów podczas jazdy wymagana jest bogata mieszanka.

Tryb pracy układu wtryskowego z zamkniętą pętlą. W tym systemie ECU najpierw oblicza szerokość impulsu wtryskiwaczy na podstawie sygnałów z tych samych czujników, co w systemie wtrysku z otwartą pętlą. Różnica polega na tym, że w systemie z zamkniętą pętlą ECU wykorzystuje również sygnał z czujnika tlenu do regulacji i dokładnego dostrojenia obliczonego impulsu, aby dokładnie utrzymać stosunek powietrza do paliwa na poziomie 14,6...14,7:1. Dzięki temu katalizator może pracować z maksymalną wydajnością.

Tryb wzbogacania podczas przyspieszania. ECU monitoruje nagłe zmiany położenia przepustnicy (według czujnika położenia przepustnicy) oraz sygnału z czujnika masowego przepływu powietrza i zapewnia dostarczenie dodatkowej dawki paliwa poprzez wydłużenie czasu trwania impulsu wtrysku. Tryb wzbogacania podczas przyspieszania służy wyłącznie do kontroli paliwa w warunkach przejściowych (podczas przesuwania przepustnicy).

Tryb wzbogacania mocy. Moduł ECU monitoruje sygnał z czujnika położenia przepustnicy i prędkość obrotową silnika, aby określić, kiedy kierowca potrzebuje maksymalnej mocy silnika. Aby osiągnąć maksymalną moc, konieczna jest bogata mieszanka paliwowa, dlatego sterownik silnika zmienia stosunek powietrza do paliwa w przybliżeniu na 12:1. W układzie wtrysku o obiegu zamkniętym sygnał czujnika stężenia tlenu jest w tym trybie ignorowany, ponieważ będzie wskazywać wzbogacenie mieszanki.

Tryb chudy podczas hamowania. Hamowanie pojazdu z zamkniętą przepustnicą może zwiększyć emisję toksycznych związków do atmosfery. Aby temu zapobiec, elektroniczna jednostka sterująca monitoruje zmniejszanie się kąta otwarcia przepustnicy oraz sygnał z czujnika masowego przepływu powietrza i natychmiast zmniejsza ilość dostarczanego paliwa poprzez zmniejszenie impulsu wtrysku.

Tryb wyłączania dopływu paliwa podczas hamowania silnikiem. Podczas hamowania silnikiem przy włączonym biegu i sprzęgle, ECU może całkowicie wyłączyć impulsy wtrysku paliwa na krótkie okresy czasu. W tym trybie dopływ paliwa włącza się i wyłącza, gdy spełnione są określone warunki dotyczące temperatury płynu chłodzącego, prędkości wału korbowego, prędkości pojazdu i kąta otwarcia przepustnicy.

Kompensacja napięcia zasilania. Gdy napięcie zasilania spada, układ zapłonowy może wytworzyć słabą iskrę, a mechaniczny ruch "otwierania" wtryskiwacza może trwać dłużej. Sterownik silnika kompensuje to poprzez zwiększenie czasu gromadzenia energii w cewkach zapłonowych i czasu trwania impulsu wtrysku.

W związku z tym, gdy napięcie akumulatora wzrasta (lub napięcia w sieci pokładowej pojazdu) ECU skraca czas gromadzenia energii w cewkach zapłonowych i czas wtrysku.

Tryb odcięcia paliwa. Po wyłączeniu zapłonu wtryskiwacz nie dostarcza paliwa, co eliminuje możliwość samozapłonu mieszanki w przypadku przegrzania silnika. Ponadto impulsy wtrysku paliwa nie są dostarczane, jeżeli ECU nie otrzymuje impulsów referencyjnych z czujnika położenia wału korbowego, tj. Oznacza to, że silnik nie pracuje.

Dopływ paliwa zostaje również odcięty w momencie przekroczenia maksymalnej dopuszczalnej prędkości obrotowej wału korbowego silnika, wynoszącej 6510 obr./min., co ma na celu ochronę silnika przed nadmiernymi obrotami.