СИСТЕМА ВПРЫСКА "К-JETRONIK" ("К-Джетроник")

Система впрыска "K-Jetronic" фирмы BOSCH представляет собой механическую систему постоянного впрыска топлива. 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 коллекторе) 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 или регулятор состава и количе­ства рабочей смеси состоит из регулятора количества топлива и расхо-домера 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 разрежс-яня во впускном трубопроводе и температурой жидкости системы ох­лаждения двигателя.

1.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ. ГЛАВНАЯ ДОЗИРУЮЩАЯ СИСТЕМА И СИСТЕМА ХОЛОСТОГО ХОДА

Топливный насос 2, (рис. 2). забирает топливо из бака 1 и подает его под давлением около 5 кгс/см² через накопитель 3 и фильтр 4 к каналу "А" дозатора-распределителя 6. При обычном карбюраторном питании управление двигателем осуществляется воздействием на пе-даль. "ãàçà" т.е. поворотом дроссельной заслонки. Если при карбюратор­ном питании дроссельная заслонка регулирует количество подаваемой в цилиндры рабочей смеси, то при системе впрыска дроссельная за­слонка 11 регулирует только подачу чистого воздуха. ' Для того, чтобы установить требуемое соотношение между количе­ством поступающего воздуха и количеством впрыскиваемого бензина используется расходомер воздуха с так называемым напорным диском 5 и дозатор-распределитель топлива 6.

В действительности расходомер не замеряет, в буквальном смысле слова, расход воздуха, просто его напорный диск перемещается "про­порционально" расходу воздуха. А само название "расходомер" объяс­няется тем, что в этом устройстве использован принцип действия фи зического прибора, называемого трубкой Вентури и применяемого для замера расхода газов.

Расходомер воздуха системы впрыска топлива представляет собой прецизионный механизм. Напорный диск его очень легкий (толщина примерно 1 мм, диаметр — 100 мм) крепится к рычагу, с другой сто­роны рычага (см. рис. 2) установлен балансир, уравновешивающий всю систему. С учетом того, что ось вращения рычага лежит в опорах с ми­нимальным трением (подшипники качения), диск очень u чутко" реа­гирует на изменение расхода воздуха.

На оси вращения рычага напорного диска 5 закреплен второй рычаг с роликом. Ролик упирается непосредственно в нижний конец плунже­ра дозатора-распределителя. Наличие второго рычага с регулировоч­ным винтом позволяет менять относительное положение рычагов, а значит напорного диска и упорного ролика (плунжера распределите­ля) и этим изменять состав рабочей смеси. Положение винта регулиру­ется на заводе-изготовителе. На некоторых автомобилях, например, BMW-5201, -525i, -528i, -535i, при необходимости этим винтом можно отрегулировать содержание СО в отработавших газах (при его заверты­вании смесь обедняется).

Механическая система: расходомер воздуха — дозатор-распредели­тель обеспечивает только соответствие перемещений напорного диска я плунжера распределителя. Но, если трубка Вентури обеспечивает ли­нейную зависимость перемещения напорного диска от расхода возду­ха, то простейший по форме плунжера распределитель, линейной за­висимости между перемещением плунжера и расходом бензина уже не дает. Для получения линейной зависимости применена система диффе­ренциальных клапанов, о них речь ниже.

Напомним, "линейная зависимость "—в буквальном смысле слова озна­чает, что график функции — прямая линия. Другими словами, изменение аргумента вызывает прямо пропорциональное изменение функции. Напри­мер, аргумент (расход воздуха) увеличился в 2 раза во столько же раз увеличится и функция (перемещение). В данном случае независимым пере­менным (аргументом) будет уже перемещение плунжера, а функцией — расход бензина.

Из дозатора-распределителя топливо по каналам "Е" поступает к форсункам впрыска 9, (см. рис. 2). Иногда вместо слова форсунка (от force — франц. сила) применяется слово инжектор.

Рис. 2. Схема главной дозирующей системы и системы холостого хода системы впры­ска "K-Jetronic":

1 — топливный бак, 2 — топливный насос, 3 — накопитель топлива, 4 - топливный фильтр, 5 — напорный диск расходомера воздуха, б — дозатор-распределитель количества топлива , 7 -регулятор давления питания, 8 — регулятор управляющего давления 9 — форсунка— (инжектор). 10 — регулировочныя винт холостого хода, 11 — дроссельная заслонка. Каналы: А — подвод топлива к дозатору-распределителю. В — слив топлива в бак, С — канал управляющего давления. D—каная толчкового клапана, Е — подвод топлива к форсункам

 

Итак, перемещение напорного диска вызывает перемещение плун­жера распределителя. Направления перемещений на рис. 2 показаны стрелками. Взаимосвязь перемещений и упомянутые выше дифферен­циальные клапаны обеспечивают стехиометрическое соотношение воз­духа и бензина в рабочей смеси. Но, напомним еще раз, характерной особенностью автомобильного двигателя является то, что он должен быть приспособлен к различным режимам: холодный пуск, холостой ход, частичные нагрузки, полная нагрузка. Смесь приходится при соот­ветствующих режимах или обогащать или обеднять. Для получения со­ответствия состава рабочей смеси режиму работы двигателя в системе впрыска со стороны верхней части плунжера (см. рис. 2) в распредели­тель подходит по каналу "С" управляющее давление. Величина послед-вето определяется регулятором управляющего давления 8. Это давлсние в зависимости от режима работы двигателя имеет большую или меньшую величину. В первом случае сопротивление перемещению плун­жера увеличивается — смесь обедняется. Во втором случае, напротив, сопротивление перемещению плунжера уменьшается — смесь стано­вятся богаче. Одним из режимов работы автомобильного двигателя яв­ляется резкое открытие дроссельной заслонки. При карбюраторной сис­теме питания необходимое обогащение смеси (в противном случае, тек как воздух более подвижен, было бы ее обеднение) производится ускорительным насосом. При системе впрыска обогащение обеспечи­вается почти мгновенной реакцией напорного диска (рис. 3).

Бензиновый электрический насос 2 (см. рис. 2) работает независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Он включается при двух условиях, когда включено за­жигание и вращается коленчатый вал. Если учесть, что насос имеет запасы по давлению двухкратный, по подаче десятикратный, то по­нятно, что система впрыска долж­на иметь регулятор давления пита­ния. Этот регулятор 7, (см. рис. 2) встроен в дозатор-распределитель, соединен с каналом "А" ( подвод топлива), по каналу "В" осуществ­ляется слив излишнего топлива в бак, канал "D" соединен с регуля­тором управляющего давления 8.

Холостой ход карбюраторных двигателей регулируется двумя вин­тами: количества и качества смеси. Система питания с впрыском топ­лива также имеет два винта: винт качества (состава) рабочей смеси, этим винтом регулируется содержа­ние СО в отработавших газах, и винт количества смеси 10, этим вин­том устанавливаются частота врашения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.

1.2. СИСТЕМА ПУСКА

При пуске двигателя электронасос 2 (рис. 4), практически мгновен­но создает давление в системе. Если двигатель прогрет (температура не менее 35'С) тсрморелс 12 выключает пусковую форсунку 11с электро­магнитным управлением. В момент пуска холодного двигателя и в тече­ние определенного времени пусковая форсунка впрыскивает во впуск­ной коллектор дополнительное количество топлива.

Продолжительность работы пусковой форсунки определяет термо-рсле в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Клапан 13 обеспечивает подвод к двигателю дополнительного количества воздуха для повышения частоты вращения коленчатого вала холодного двига­теля на холостом ходу. Дополнительное обогащение топливовоздушной смеси при пуске и прогреве холодного двигателя достигается за счет более свободного подъема плунжера распределителя дозатора-распре­делителя благодаря тому, что регулятор управляющего давления 8 сни­жает над плунжером противодействующее давление возврата. Таким образом, если двигатель уже прогрет, питание осуществляет­ся только через главную дозирующую систему и систему холостого хо-яа, (см. рис. 2). При этом, термореле 12 (см. рис. 4), пусковая электро­магнитная форсунка 11 и клапан добавочного воздуха 13 в работе не участвуют. При пуске и прогреве холодного двигателя все перечислен­ные элементы системы впрыска включаются в работу, обеспечивая на­дежный запуск и стабильную работу двигателя на холостом ходу.

 

Рис. 3. Взаимосвязь открытия дроссельной заслонки, перемещения напорного диска и увеличения частоты врашения коленча­того вала (система "K-Jetronic")

 

Рис. 4. Схема системы впрыска топлива "K-Jetronic":

1 - топливный бак. 2 —топливный насос. 3 — накопитель топлива, 4 — топливный фиьтр, 5 —расходомер воздуха. 6 - дозатор -распределитель. 7 — регулятор давления питания. 8 — регулятор управляющего давления. 9 — форсунка прыска. 10 — регулеровочный винт холостого хода, 11 — пусковая электромагнитная форсунка. 12 — термореле. 13 — клапан добавочного воздуха, 14 — дроссельная заслонка. Каналы А — подвод топлива к дозатору-распределителю. В — слив топлива в бак. С — клапан управляющего давления. D — канал толчкового клапана, Е — подвод топлива к рабочим форсункам. F - подвод топлива к пусковой форсунке с электромагнитным управлением

 

 

1.3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ ВПРЫСКА

1.4. Топливный бак

Первый вспомогательный элемент системы — топливный бак 1, (см. рис. 2, 4). В связи с широким использованием каталитических нейтра­лизаторов отработавших газов, и необходимостью в этом случае защи­тить топливный бак от заправки его этилированным бензином, изме­нен сам способ заправки. При этом существенно уменьшен диаметр горловины бака, последнее делает непосредственную заправку автомо биля (не в канистру) на наших АЭС иногда просто невозможной.

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС

Топливный электронасос 2 (см. рис. 4), ротационного роликового типа одно- или многосекционный. Примерные размеры деталей насо са, мм: ротор-030, статор-032, эксцентриситет-1, ролики: 05.5, длина -6. Роликовый насос отличается от ротационного лопастного тем, что вместо лопастей в пазы ротора вставлены ролики. Последнее обу-словлено стремлением заменить скольжение лопастей по статору каче нием. Для бензонасоса это особенно важно в связи с отсутствием бензина смазывающей способности (см. табл. 2).

На входе бензонасоса предусмотрена фильтрующая сетка. Предна значена она для задержания сравнительно крупных посторонних час тиц. Замечено, что при использовании обычного отечественного бен зина насос изнашивается за 6—8 месяцев, максимум работает нор мально в течение года эксплуатации автомобиля. В связи с этим можно рекомендовать установку перед бензонасосом топливного фильтра с дизельных грузовых автомобилей.

Топливный насос может располагаться как вне бака так и нспосред ственно быть погруженным в бензин в бакс. По внешней форме насос напоминает катушку зажигания и представляет собой объсдинснны агрегат-электродвигатель постоянного тока и собственно насос. Осо бенностыо этой конструкции является то, что бензин омывает все "внут ренности" электродвигателя: якорь, коллектор, щетки, статор.

Насос имеет два клапана, предохранительный (см. рис. 4, слева соединяющий полости нагнетания и всасывания, и обратный клалан (см. рис. 3, справа). Обратный клапан препятствует сливу топлива v системы. Конструктивно обратный клапан с демпфирующим дроссе лем (нем. Dampfcr — гаситель, Drossel — уменьшающий проходное се чение) встроены в штуцер топливного насоса (рис. 5). Демпфер нсмного сглаживает резкое нарастание давления в системе при пуске топливно го насоса. При выключении насоса он снижает давление в системе только до значения, при котором происходит закрытие клапанных форсунокДавление, развиваемое насосом или давление в сис теме. как уже отмсчалось около 5 кгс/см2. Диапазон

 

изменения давления на различных автомобилях, кгс/см2: 4,5—5,2; 4,7— 5.4. 5.3—5.7; 5,4—6.2. Производительность насосов при 20'С и 12В по­рядка 1.7—2.0 л/мин. Рабочее напряжение 7—15В, максимальное зна­чение силы тока 4.7—9,5А.

НАКОПИТЕЛЬ ТОПЛИВА

Накопитель топлива 3 (см. рис. 4) представляет собой пружинный гид­роаккумулятор, назначение которого поддерживать давление в системе ори остановленном двигателе и выключенном бензонасосе. Поддержание остаточного давления препятствует образованию в трубопроводах паро­вых пробок, которые затрудняют пуск (особенно горячего двигателя).

Накопитель устанавливается в системе за топливным насосом. Он •мест три полости: верхняя полость, где размещена пружина, сред­няя (объемом 20—40 см¹) — накопительная и нижняя полость с дву­мя. подводящим и отводящим каналами, или с одним каналом вы­полняющим обе функции. Полости накопительная и пружинная раз­делены гибкой диафрагмой, а полости накопительная и нижняя пе­регородкой.

После включения топливного насоса накопительная полость через пластинчатый клапан в перегородке заполняется топливом, при этом диафрагма прогибается вверх до упора, сжимая пружину. После оста­новки двигателя, в связи с тем, что бензин как всякая жидкость прак­тически несжимаем, малейшие утечки (обратный клапан в насосе, рас­пределитель) приводят к значительному падению давления в системе. Вот здесь и вступает в работу накопитель. Пружина воздействуя на диа­фрагму вытесняет бензин из накопительной полости через дроссели­рующее отверстие в перегородке (на рис. 4 в перегородке слева — дрос­селирующее отверстие, справа — пластинчатый клапан).

При рабочем давлении в системе 5,4—6,2 кгс/см² остаточное давление спустя 10 мин после остановки двигателя равно не менее 3,4 кгс/см², после 20 мин — 3.3 кгс/см².

Соответственно при рабочем давлении в системе в пределах 4,7—5,2 кгс/см³. через 10 мин — 1.8—2,6 кгс/см², через 20 мин — 1,6 кгс/см².

Топливный фильтр 4 (см. рис. 4), как видно из схемы, стоит за насо­сом и поэтому бензонасос от посторонних частиц в бензине нс защи­щает. фильтр по объему превышает в несколько раз обычно применяе­мые фильтры тонкой очистки бензина и, похож на масляный фильтр. При нормальном бензине срок службы фильтра составляет 50 тыс. км. В системах впрыска топлива чистоте бензина уделяется особое внима­ние. кроме рассмотренного фильтра и сетки в насосе есть еще сетки на гильзе распределителя 6, в штуцерах каналов "Е" (см. рис. 2). Способст­вует выпадению посторонних частиц из бензина и конфигурация кана­лов в дозаторе-распределителе.

 

1.4. ДОЗАТОР-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ, РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ПИТАНИЯ

 

Дозатор-распределитель (рис. 6) дозирует и распределяет топливо, поступившее через фильтр от насоса к каналу "А", по форсункам (ин­жекторам) цилиндров, каналы "Е". Перемещение плунжера распреде­лителя происходит в соответствии с перемещениями напорного диска расходомера воздуха. Напомним, что в свою очередь напорный диск перемещается в соответствии с расходом воздуха или с открытием дрос­сельной заслонки.

Плунжер 6 перемещается в гильзе 7 с отверстиями. Каких-либо уп­лотнений в этой парс нс предусмотрено, герметичность обеспечивает­ся минимальными зазорами, точностью формы и чистотой сопрягае­мых поверхностей деталей. Гильза вставляется в корпус с большим за­зором, а уплотнение обеспечивается резиновым кольцом установлен­ном, в канавке гильзы (на рис. 6 не показано).

На плунжер снизу воздействует рычаг напорного диска, сверху — управляющее давление.

Между распределителем и выходными каналами "Е" располагаются дифференциальные клапаны, необходимые, как отмечалось, для по­лучения линейной зависимости между перемещением плунжера и рас­ходом топлива поступающего к форсункам.

Само название клапанов — дифференциальные объясняется следую­щим. Дифференциал от лат. differentia — разность, перепад, разделение. Дифференциальный клапан это буквально — клапан с двумя камерами с перепадом давлений или клапан разделенный гибкой диафрагмой.

Нижние камеры дифференциальных клапанов соединены кольцевым каналом и находятся под рабочим давлением. На стальную диафрагму 4 снизу воздействует это давление, а сверху пружина опирающаяся вверху в корпус, внизу на специальное седло и диафрагму.

При поступлении топлива в верхнюю камеру (рис. 7) к усилию пру­жины добавляется давление топлива, диафрагма прогибается вниз, уве­личивая проходное сечение. В связи с чем давление в верхней камере падает, диафрагма несколько выпрямляется, в результате получается ди­намическое равновесие или та самая необходимая линейная зависимость между перемещением плунжера и поступлением топлива к форсункам.

Рассмотренное регулирование состава рабочей смеси относится к частичным нагрузкам или к обычной работе двигателя. Но существуют и другие режимы: холодный пуск, холостой ход, полная нагрузка. При­способляемость к этим режимам "по воздуху" предусмотрена в расхо­домере (см. рис. 2, 7, а), благодаря форме и сечению направляющего устройства. В дозаторе-распределителе предусмотрено приспособление "по бензину", осуществляемое подводом к плунжеру сверху управляю­щего давления. Чем больше управляющее давление, тем больше усилие препятствующее подъему плунжера, соответственно с уменьшением управляющего давления уменьшается и сила препятствующая подъему.

Рис. 6. Дозатор-распределитель с регулятором давления питания; а — общая схема :

1 — верхняя камера дифференциального клапана, 2 — нижняя камера, 3 — трубка форсунки впрыска, 4 — диафрагма клапана, 5 — пружина клапана, 6 - плунжер распределителя, 7 — гильза распределителя, 8 - демпфирующий дроссель, 9 — дроссель подпитки, 10 — поршень регулятора давления. 11 — толчковый клапан, б — регулятор давления, слив топлива в бак, в — состояние покоя, г — холостой ход, частичные нагрузки; д — полная нагрузка; А, В, С, D, Е — топливные каналы

 

 

 Рис. 7. Регулирование состава рабочей смеси:

а — направяяюшее устройство с зонами перемещения напорного диска. 1 — максимальная нагрузка 2 — частичные нагрузки, 3 — холостой ход: б — малая доза впрыска. в — большая доза впры­ска; 1 — дифференцяаяьный клапан: 2 — распределитель. Каналы. А — подвод питания от насоса. Е — подача топлива к форсункам

 

 Постоянное по величине давление топлива в системе поддерживает регулятор давления. В случае повышения давления поршень 10 (см. рис. 6 а, б), сжимая пружину перемешается вправо и позволяет излишку топ­лива через канал "В" возвратиться в бак. Давление топлива в системе уравновешивается пружиной поршня 10 и остается постоянным.

При остановке двигателя топливный насос выключается. Давление системы быстро снижается и становится ниже величины давления от­крытия клапанной форсунки, сливное отверстие закрывается с помо­щью подпружиненного поршня регулятора давления.

В регулятор давления встроен толчковый клапан 11. Этот клапан при­водится в движение поршнем регулятора давления (открывается). Толч­ковый клапан работает совместно с регулятором управляющего давле­ния. Конструкция регулятора давления питания показана на рис. 8.

Регулятор давлении>>