|
Теоретически для полного сгорания топлива необходимо
поддерживать соотношение между воздухом и бензином, равное 14,7:1, т.е. для
полного сгорания 1 кг бензина необходимо 14,7 кг воздуха. Такое соотношение
называется стехиометрическим. Для описания, как фактическое соотношение
воздух/топливо отличается от стехиометрического, пользуются коэффициентом
избытка воздуха, обозначаемого греческой буквой l (лямбда). Это отношение
фактического количества воздуха в цилиндре к теоретически необходимому.
В реальности бензиновые двигатели развивают максимальную
мощность при 5-15-процентной нехватке воздуха (l = 0,95...0,85).
А минимальный расход топлива получается при избытке воздуха
примерно 20% (l = 1,1...1,2).
Отработавшие газы двигателей содержат большое число вредных
для здоровья человека и окружающей среды компонентов, но основными являются
угарный газ, углеводороды и оксиды азота. Концентрация этих веществ сильно
зависит от l, и поэтому, управляя двигателем, можно менять его токсичность.
При обогащении топливовоздушной смеси концентрация угарного
газа CO имеет почти линейный рост; при обедненной смеси концентрация CO
очень низкая и почти не зависит от l. Концентрация несгоревших
углеводородов CH имеет минимум при l = 1,1...1,2, что является признаком
хорошего горения топливовоздушной смеси. Максимум концентрации NOx
получается при небольшом избытке воздуха (l = 1,05...1,1) и является
признаком хорошего горения смеси.
Считается, что оптимальное значение лямбда лежит в пределах
0,9-1,1. Для поддержания такого узкого допуска требуется измерять расход
воздуха и дозировать подачу топлива с точностью до нескольких процентов.
Зажигание топливовоздушной смеси имеет решающее влияние на
процесс горения. Оно определяется моментом зажигания и энергией искры.
Высокая энергия обеспечивает стабильное воспламенение смеси в каждом цикле,
в результате улучшается плавность работы двигателя и уменьшается
концентрация несгоревших углеводородов. Как и l, угол опережения зажигания
сильно влияет на концентрации токсичных веществ (оксидов азота и
несгоревших углеводородов) в отработавших газах.
При раннем и позднем зажигании падает мощность и увеличивается
удельный расход топлива, а также появляется опасность перегреть двигатель.
Процесс горения длится в среднем около 2 мс и не зависит от частоты
вращения двигателя, поэтому с ее ростом необходимо более раннее зажигание.
Обеднение смеси ведет к снижению скорости горения и для компенсации этого
эффекта необходимо увеличивать угол опережения зажигания.
Из сказанного ясно, что зажигание не может быть оптимизировано
только по составу отработавших газов. Иными словами, необходим компромисс с
другими критериями оптимизации. В результате современные системы управления
бензиновым двигателем обеспечивают следующие преимущества: снижение расхода
топлива, увеличение мощности, низкая токсичность, немедленный отклик на
изменение положения дроссельной заслонки. И, наконец, легкий пуск холодного
двигателя и его прогрев.
Первые системы впрыска бензина появились на авиационных
моторах еще в 30-х годах. Затем они нашли применение на гоночных
автомобилях. А в 1954 г. Mercedes-Benz представил первый серийный
автомобиль, двигатель которого был оснащен механической системой впрыска.
Это было ценимое коллекционерами купе 300 SL. В США пионером оказался
концерн «Дженерал Моторс»(GM). В 1957 году некоторые модели Chevrolet и
Pontiac предлагались с системой впрыска топлива фирмы Rochester. Но она
оказалась слишком сложной и ненадежной, и поэтому спросом у покупателей не
пользовалась. Одновременно там же была разработана первая система впрыска с
электронным управлением и даже попытка выпускать с ней автомобили. Но
высокая стоимость оказалась непреодолимым препятствием. Началом
распространения электронных систем впрыска можно считать 1967 год. Это связано
с появлением на рынке новинки от фирмы Bosch - системы с электронным
управлением D-Jetronic.
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
1967: D-Jetronic
Первая система впрыска топлива с электронным управлением.
Электронасос подает топливо под постоянным давлением 2 бар (0,2 МПа) к
электромагнитным форсункам, которые периодически (циклически) впрыскивают
топливо во впускные трубопроводы, где оно и смешивается с воздухом.
Поскольку давление топлива постоянно, его количество определяется
длительностью открытого состояния форсунки. Электронный блок управления
(БУ), выполненный на 25 транзисторах, определяет длительность управляющего
импульса в зависимости от температурного режима, частоты вращения и
нагрузки двигателя. Информация о нагрузке содержится в сигнале датчика
разрежения во впускном коллекторе. Название Jetronic фирма «Бош» использует
для систем, управляющих только топливоподачей.
1973: K-Jetronic
Топливо, подаваемое электронасосом, проходит через
регулятор-распределитель к форсункам, непрерывно впрыскивающим в трубопроводы.
Плунжер регулятора, изменяющий сечение потока топлива, связан через рычаг с
пластиной, расположенной перпендикулярно потоку воздуха во впускном тракте
перед дроссельной заслонкой. Изменение расхода воздуха вызывает перемещение
плунжера регулятора и, соответственно, изменение подачи топлива. Позднее, в
соответствии с изменившимися экологическими требованиями, эта система была
дополнена вспомогательным БУ, лямбда-зондом, электроклапаном и некоторыми
другими узлами.
1973: L-Jetronic
Электронная система впрыска с непосредственным измерением
расхода воздуха и электромагнитными форсунками.
Топливо от электронасоса подается к форсункам по магистрали, в
которой установлен регулятор давления, поддерживающий постоянную разницу
между давлением топлива и воздуха во впускном коллекторе, что позволяет
более точно дозировать топливо. Датчик расхода воздуха содержит поворотную
заслонку, соединенную с возвратной пружиной и потенциометром. В датчик
расхода воздуха встроен датчик температуры для учета зависимости плотности
воздуха от его температуры. Для упрощения все форсунки электрически
соединены параллельно и осуществляют впрыск один раз при каждом обороте
коленчатого вала. Для некоторых рынков выпускались специальные модификации,
различавшиеся деталями: LE-Jetronic для Европы и LU-Jetronic для США.
1976: Начало производства лямбда-зонда.
1979: Motronic
Название Motronic фирма «Бош» применяет к системам,
одновременно управляющим топливоподачей и зажиганием от одного БУ в
соответствии с общими критериями оптимизации.
Система выполнена на основе L-Jetronic.
1981: LH-Jetronic
Создана на основе L-Jetronic и отличается применением датчика
массового расхода воздуха. Поступающий в двигатель воздух обдувает
подогреваемую проволочку, которая является частью электрического
измерительного моста. Сигнал с датчика вместе с частотой вращения двигателя
являются основными задающими величинами для работы системы.
Датчик температуры, встроенный в измеритель массы воздуха,
обеспечивает независимость выходного сигнала от температуры воздуха.
1982: KE-Jetronic
Дальнейшее развитие K-Jetronic. Отличается конструкцией
регулятора-распределителя, в который дополнительно встроен
электрогидравлический регулятор, управляемый микропроцессорным БУ. Кроме
того, датчик расхода воздуха соединен не только с плунжером, как и в K-Jetronic,
но и с потенциометром, сигнал с которого поступает в БУ.
1986: Mono-Jetronic
Система центрального (или одноточечного) впрыска с электронным
управлением содержит только одну электромагнитную форсунку, которая
установлена перед дроссельной заслонкой. Топливовоздушная смесь поступает в
цилиндры двигателя так же, как и при применении карбюратора. По точности
топливоподачи занимает промежуточное положение между карбюратором и
распределенным впрыском.
1989: Motronic МРЗ
В качестве датчика нагрузки двигателя используется датчик
разрежения во впускном коллекторе.
1989: Motronic МЗ
Отличается от Motronic МРЗ определением нагрузки двигателя по
датчику массового расхода воздуха и применением в БУ 16-разрядного микропроцессора
вместо 8-разрядного.
1991:
В БУ добавлен интерфейс для информационного обмена с другими
микропроцессорными системами управления (антипробуксовочная система,
автоматическая коробка передач и т.д.) через высокоскоростной канал CAN.
|
