Инжектор: от А до Я

Многие автомобилисты ездят на автомобиле и даже не представляют, "кто" же помогает двигателю выполнять, заданные водителем задачи. Посредником является Электронная Система Управления Двигателем (инжектор).

ЭСУД устанавливается на все современные автомобили. Данная система вытеснила карбюраторную, благодаря ряду преимуществ. В отличие от карбюратора, в инжекторной системе впрыска, подача топлива в цилиндры двигателя осуществляется за счет форсунок, которые управляются электронным блоком управления (ЭБУ). Благодаря этому, изменить параметры можно, буквально, за считанные секунды. Именно поэтому, путем доработок и перепрограммирования электронного блока управления, система впрыска топлива может устанавливаться на любой современный двигатель.

По сравнению с карбюраторной, инжекторная система впрыска топлива имеет ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, благодаря "умной электронике", достигается точное дозирование топливовоздушной смеси, которая очень близка по составу со стехиометрической, что обеспечивает наилучшие динамические показатели, а это положительно сказывается на мощностных показателях автомобиля, а также влияет на снижение потребления бензина. Во-вторых, электронная система впрыска способствует поддержанию строгих экологических норм по выбросам вредных веществ в атмосферу. Ведь именно из-за соблюдения норм экологичности, все современные производители автомобилей отказались от карбюраторов в пользу электроники.

В данном разделе кратко рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель, как элемент управления.

Задача ЭСУД и как она достигается?
Что входит в ЭСУД и в чём задача каждого элемента?
Кратко как работает ЭСУД?
Что такое ЭБУ более подробно и как он управляет?
С помощью чего и как делаются прошивки?
Работа двигателя внутреннего сгорания. Принцип работы

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом, при этом повышается температура газов и давление. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяются, совершая полезную работу.

Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топлива - через форсунку, или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через выпускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива.

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Ниже описан принцип работы четырехтактного двигателя:

такт впуска
такт сжатия
рабочий такт
такт выпуска

Описана работа главой детали - поршня. Поршень связан с коленчатым валом шатуном. Поскольку коленчатый вал вращается, у него есть функция "отталкивания".

Первый такт

Второй такт
Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
Третий такт
Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.
В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом.
В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается
Четвертый такт
Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной коллектор.

Соответственно Задача ЭСУД обеспечить двигатель во всех рабочих диапазонах (Пуск, холостой ход, малые нагрузки, средние нагрузки, мощностной режим) все что необходимо для нормальной работы двигателя, а именно:

определить оптимальное количество топлива и момент, когда его необходимо подать в цилиндр;
определить оптимальный момент, когда необходимо подать в цилиндр искру;
доставить в цилиндр топливовоздушную смесь в нужной пропорции и обеспечить искру.

Принципы работы любой современной автомобильной электронной системы впрыска. В двух словах процесс работы системы впрыска выглядит так: масса воздуха, поступающая в двигатель, измеряется датчиком расхода воздуха (на некоторых системах ДАД датчик атмосферного давления, МАР- датчик разряжения) , эти данные передаются компьютеру, который на основе этой информации, а также на основе текущих параметров работы двигателя, таких, как температура двигателя, температура всасываемого воздуха, скорость вращения коленчатого вала, степень открытия дроссельной заслонки (и скорость ее открытия), рассчитывает необходимое количество топлива, которое нужно сжечь в данном количестве воздуха. После этого компьютер подает на форсунки электрический импульс нужной длительности форсунки открываются, и топливо, находящееся под давлением в топливной магистрали(топливо подаётся на топливную рампу под давлением при помощи ЭБН), впрыскивается во впускной коллектор. Далее при помощи Датчика кислорода отработанные газы контролируются (одним на евро-2 и двумя на Евро-3 и выше), происходит корректировка смеси в соответствии с таблицами настроек. Также в работе системы участвуют другие датчики и элементы системы работа которых будет описана ниже.

Рассмотрим систему ЭСУД на примере ВАЗ-11183 (Калина) ЭБУ БОШ 7.9.7 (+) Нормы экологичности Евро-3.

Состав ЭСУД:

ЭБУ - Электронный блок управления
ДМРВ - Датчик массового расхода воздуха
ДТОЖ - Датчик температуры охлаждающей жидкости
ДПДЗ - Датчик положения дроссельной заслонки
ДПКВ - Датчик положения коленчатого вала
ДФ - Датчик фаз
РХХ - Регулятор холостого хода
ДД - датчик детонации
ДНД - Датчик неровной дороги
ДС - Датчик скорости
УДК - Управляющий датчик кислорода (обратная связь)
ДДК - Диагностический датчик кислорода (обратная связь)
СУБП - Система улавливания паров бензина (Адсорбер)

Подсистемы:

ЭБН - электробензонасос
Форсунки
Катушка зажигания
АПС - иммобилайзер
Эл. Вентилятор
АКБ
Генератор
Катализатор

Описание каждого элемента

ЭБУ - контроллер является центральным устройством ЭСУД. Он получает информацию от датчиков и управляет исполнительными механизмами (форсунки, катушка зажигания, рхх, нагреватель ДК, клапан продувки и различные реле). Контроллер включает и выключает главное реле, через которое напряжение от АКБ поступает на элементы системы (кроме ЭБН, катушки зажигания, Эл. Вентилятора). Главное реле включается при включении зажигания, в это время происходит обмен информации с АПС. Также ЭБУ обладает функцией самодиагностики, он определяет неисправности системы ЭСУД и включает сигнальную лампу «проверьте двигатель».

Память контроллера имеет:

ПЗУ - постоянно запоминающее устройство, там хранятся калибровочные данные (настройки) (энергонезависимая)
ОЗУ - оперативно запоминающее устройство - используется процессором для временного хранения измеряемых параметров, результатов вычисления, кодов неисправностей. (Энергозависимая)
ДМРВ - Датчик установлен между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой. Он производит измерение количества воздуха, поступающего в двигатель. Показания датчика определяют количество топлива поступающего в цилиндры (при помощи данного датчика рассчитывается параметр нагрузки).
ДТОЖ - Датчик устанавливается в потоке ОЖ, посылает информацию о температуре ОЖ ЭБУ, для расчёта различных параметров (например, топливно-воздушной смеси в соответствии с температурой ОЖ).
ДПДЗ - Определяет состояние и угол открытия дроссельной заслонки. Этот датчик информирует ЭБУ о режимах работы двигателя (холостой ход, частичная или полная нагрузка) для определения алгоритма управления топливной системой (расположен на блоке дроссельной заслонки).
ДПКВ - является основным для определения момента подачи искры и топлива. Определяет положение коленчатого вала.
ДФ - Определяет положение распределительного вала (используется для фазированного впрыска)
РХХ - Устанавливается в корпусе дроссельной заслонки в обходном канале и регулирует подачу воздуха в режиме холостого хода при закрытой дроссельной заслонке.
ДД - Установлен на Блоке цилиндров и генерирует сигнал напряжения переменного тока, амплитуда и частота которого соответствует параметрам вибрации двигателя, при детонации частота повышается, при превышении определённого сигнала с ДД , ЭБУ уменьшает Угол опережения зажигания, при этом детонация предотвращается.
ДНД - датчик предназначен для измерения амплитуды колебаний кузова, возникающей при движении автомобиля по неровной дороге; переменная нагрузка оказывает влияние на угловую скорость коленчатого вала. Созданные при этом колебания от вращения коленчатого вала похожи на те, которые возникают при пропусках воспламенения. Для исключения этой ошибки контроллер при превышении сигнала датчика неровной дороги определенного порога, отключает функцию диагностики пропусков воспламенения.
ДС - Выдаёт импульсный сигнал, который информирует о скорости движения автомобиля.
УДК - датчик установлен в кат. Коллекторе информирует ЭБУ о состоянии сгоревшей смеси (на основании содержания кислорода в отработанных газах), в результате чего ЭБУ делает коррекции в сторону обеднения или обогащения вновьподготавливающейся для сгорания смеси.
ДДК - Датчик установлен сразу после катализатора, принцип работы такой же как и УДК (определение содержания кислорода в отработанных газах), по показанию этого датчика ЭБУ делает выводы насколько работоспособен катализатор, соответственно, если удалить катализатор, работа системы будет переведена в аварийный режим.
СУБП - система предназначена для удаления паров бензина из топливного бака и адсорбирования в адсорбере, после чего воздух подаётся в дроссельный патрубок, после чего сжигается.

Подсистемы:

Электробензонасос - установлен в баке и представляет собой модуль в сборе: Турбина, Регулятор давления топлива, фильтр, датчик уровня топлива. При помощи ЭБН очищенное топливо подается под давлением по топливным магистралям в топливную рампу, где установлены форсунки.
Форсунки - это электромагнитное устройство, дозирующее подачу топлива под давлением, распылом во впускной коллектор, в соответствии с заданным импульсом от ЭБУ.
Катушка зажигания - устройство, обеспечивающее искрообразование под управлением ЭБУ.
АПС - блок, который задействован в чтениипередаче кода с ключа в ЭБУ.
Эл. Вентилятор - Эл. мотор, приводящий в круговое движение лопасти, который включается под управлением ЭБУ и охлаждает подкапотное пространство до температуры заданной в управляющей программе ЭБУ.
Катализатор. Катализатор производит нейтрализацию ("доработку" до безвредного состояния) CO, NОx и CH. Он состоит из керамического каркаса, который имеет слой из металлов, чаще всего платины и родия. При прохождении выхлопных газов через керамику, как и любой катализатор, эти химические элементы, не участвуя непосредственно в химической реакции, ускоряют химический процесс нейтрализации. Использование бензина, содержащего тетраэтилсвинец, пассивирует их активную поверхность, что резко снижает эффективность процесса каталитической обработки выхлопных газов.

Итак, всю систему ЭСУД можно разделить на три части:

Управление. Электронный блок управления (ЭБУ) обрабатывает информацию поступающую с информационных устройств, производит необходимые расчеты для полноценной работы двигателя, согласно алгоритмам и управляет исполнительными механизмами, задавая им на выходе параметры в соответствии с данными настроек калибровки (что такое калибровки рассмотрим ниже).
Информационные устройства (ДМРВ, ДТОЖ, ДПДЗ, ДПКВ, ДФ, ДД, ДНД, ДС, УДК, ДДК)
Исполнительные механизмы (РХХ, клапан рециркуляции, катушка, ЭБН, форсунки, вентилятор охлаждения).

Получается, что от исполнительных механизмов нужно только качество исполнения, от информационных устройств - точно показать текущие данные параметры, от контроллера - быстро рассчитать (благо у него на это есть мощный процессор) сколько кому и чего нужно.

А вот основа лежит на программе управления, которая несёт в себе информацию о настройках системы и без которой не сможет работать контроллер….

Программа управления состоит из:

Софта- основное программное обеспечение, которая создаётся инженерами программистами, содержит в себе рабочие алгоритмы.
Калибровки- Настройки Системы ЭСУД (которые дорабатываются при доработке ЭСУД), а именно когда включить датчик кислорода или выключить, когда включить вентилятор и выключить, какую подать смесь на том или другой рабочем режиме и.т.д.

Рассмотрим Программу управления автомобиля Киа- Спектра

Откроем прошивку при помощи специального профессионального редактора Чип-тюнинг про 7 (разработка СМС).

Перед нами данные калибровок, которые можно изменить и получить положительные изменения в работе двигателя. Для этого нужно изменить стандартные параметры, которые порой просто удивляют.

Топливо

Кондиционер

Минимальный ОУЗ

Конечно все рассмотреть не реально, но для того чтобы понять, что настройки заводские некорректны достаточно этого...

После чего нужно посмотреть насколько горит топливо, при наших настройках используя контроллер ШДК (на дисплее отображается точный состав смеси при движении автомобиля).

Модель - INOVATEMOTORSPORTS LM-2

Ну, и, конечно же, после предварительной настройки проводятся долгие испытания и доводка технических решений в каждой прошивке (в среднем около 1 года).

Основа системы инжектора одинаковая, но на различных автомобилях используются разные блоки управления в соответствии с возможностями блока и потребностями системы, датчики расчёта воздуха, разное исполнение привода дроссельной заслонки (на многих современных системах отсутствует трос привода дросселя и РХХ), также применяется электронная педаль дроссельной заслонки, дополнительно используется клапан ЕГР.

Эти варианты рассмотрим на сайте позже.Авторская статья от Auto063.

← Вернуться к списку статей