Система питания двигателя с впрыском топлива. Система курсовой устойчивости
Федеральное агентство по образованию РФ
Сибирская автомобильно-дорожная академия
(СибаДИ)
Факультет ЗАОЧНЫЙ
Кафедра автомобили и
тракторы
Курсовая работа
По дисциплине: автомобили
На тему: Система питания двигателя с впрыском топлива.
Система курсовой устойчивости
Студента Маслова Алексея Юрьевича
Курс 3 Шифр ___________________
Омск 2012 г.
Содержание
Система питания двигателя с впрыском топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Система курсовой устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Система питания двигателя с впрыском топлива
Система впрыска топлива - система подачи топлива, устанавливаемая на современных бензиновых двигателях. Основное отличие от карбюраторной системы - подача топлива осуществляется путем непосредственного впрыска топлива с помощью форсунок во впускной коллектор или в цилиндр. Автомобили с данной системой питания часто называют инжекторными.
Классификация по точке установки и количеству форсунок:
- моновпрыск или центральный впрыск-одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). В настоящее время непопулярна.
- распределённый впрыск-каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе.
В то же время различают
несколько типов
- одновременный- все форсунки открываются одновременно.
- попарно-параллельный- форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, ПП используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке Датчика Положения Распределительного Вала ДПРВ (так называемой Фазы).
- фазированный впрыск-каждая форсунка управляется отдельно, и открывается непосредственно перед тактом впуска.
- прямой впрыск — форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.
С середины 1980-х годов карбюраторы стали вытесняться более эффективными инжекторными системами. Главными их преимуществами являются лучшие пусковые свойства (они меньше зависят от окружающей температуры), надежность, экономичность, лучшие мощностные характеристики, а также меньшая токсичность выхлопа. Однако инжекторные системы более привередливы к качеству бензина. Так, не допускается работа двигателей с системой впрыска топлива на этилированном бензине. Это приводит к выходу из строя нейтрализатора и датчика концентрации кислорода.
Слово injector в переводе
с английского означает «
Рис. 2. Электромагнитная форсунка
Моновпрыск направляет
подготовленную смесь во впускн
Рассмотрим устройство
простейшей инжекторной
- электрический бензонасос;
- регулятор давления;
- электронный блок управления;
- датчики угла поворота дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и количества оборотов коленчатого вала;
- инжектор.
Во впрысковой системе
питания используют
Регулятор давления поддерживает необходимую разницу давлений между топливом в форсунках и воздухом во впускном коллекторе. Он выполнен в виде мембранного клапана, установленного на топливной рампе. При повышении нагрузки двигателя этот регулятор увеличивает давление топлива, подаваемого к форсункам, а при снижении — уменьшает, возвращая избыток топлива по сливной магистрали в бак.
Электронный блок
управления (компьютер) - «мозг» системы
впрыска топлива. Он
Рис. 2. Системы впрыска:
а — одноточечная; б — многоточечная
Рис. 3. Инжекторная система:
1-топливный бак; 2-электробензонасос; 3-топливный фильтр; 4-регулятор давления топлива; 5-форсунка; 6-электронный блок управления; 7-датчик массового расхода воздуха; 8-датчик положения дроссельной заслонки; 9-датчик температуры ОЖ; 10-регулятор ХХ; 11-датчик положения коленвала; 12-датчик кислорода; 13-нейтрализатор; 14- датчик детонации; 15- клапан продувки адсорбера; 16- адсорбер
При возникновении
неполадок в системе
Датчик положения
дроссельной заслонки размещен
на дроссельном патрубке и
связан с осью дроссельной
заслонки. Он представляет собой
потенциометр. При нажатии на
педаль газа поворачивается
Обрабатывая эту информацию, электронный блок управления корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (то есть в зависимости от того, насколько сильно вы нажмете на педаль газа).
Датчик температуры охлаждающей жидкости — это термистор, то есть резистор, сопротивление которого зависит от температуры: при низкой температуре он имеет высокое сопротивление, а при высокой температуре — низкое. Датчик расположен в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Электронный блок управления измеряет падение напряжения на датчике и таким образом определяет температуру охлаждающей жидкости. Эту температуру он постоянно учитывает, управляя работой большинства систем.
Датчик положения
коленвала (индуктивный)
Системы впрыска
современных автомобилей, в
Принцип работы. В контроллер, при работе системы, поступает, со специальных датчиков, следующая информация:
-о положении и частоте вращения коленчатого вала,
-о массовом расходе воздуха двигателем,
-о температуре охлаждающей жидкости,
-о положении дроссельной заслонки,
-о содержании кислорода
в отработавших газах (в
-о наличии детонации в двигателе,
-о напряжении в бортовой сети автомобиля,
-о скорости автомобиля,
-о положении
-о запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле),
-о неровной дороге (датчик неровной дороги),
-о температуре входящего воздуха.
На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:
-топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),
-системой зажигания,
-регулятором холостого хода,
-адсорбером системы
улавливания паров бензина (
-вентилятором системы охлаждения двигателя,
-муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле),
-системой диагностики.
Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также, современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и многие другие характеристики и спецификации. Ранее использовалась механическая система управления впрыском.
Преимущества, по сравнению с двигателями, оборудованными карбюраторной системой подачи топлива:
- уменьшение расхода топлива;
- упрощается запуск двигателя;
- приближенная к линейной характеристика крутящего момента (улучшаются динамические и мощностные характеристики двигателя);
- не требует ручной регулировки системы впрыска, т.к. выполняет самостоятельную настройку на основе данных, передаваемых датчиками кислорода;
- поддерживает примерно стехиометрический состав рабочей смеси, что несколько уменьшает выброс несгоревших углеводородов и повышает экологичность (альфа ~ 0.98-1.2).
Основные недостатки двигателей с блоком управления по сравнению с карбюраторными:
- высокая стоимость узлов;
- низкая ремонтопригодность элементов;
- высокие требования к фракционному составу топлива;
- необходимость в специализированном персонале и оборудовании для диагностики, обслуживания и ремонта, высокая стоимость ремонта.
Зависимость от электропитания и критически важное требование к постоянному наличию напряжения питания (у более современного варианта, контролируемого электроникой).
Системы управления двигателем в автомобилестроении начали применяться с 1951 года, когда механической системой непосредственного впрыска бензина производства западногерманской фирмы Bosch был оснащён двухтактный двигатель микролитражного купе 700 Sport, выпущенного небольшой фирмой Goliath из Бремена. В 1954 году появилось легендарное купе Mercedes-Benz 300 SL («Крыло чайки»), двигатель которого оснащался аналогичной механической системой впрыска Bosch. Тем не менее, до эпохи появления дешёвых микропроцессоров и введения в странах Запада жёстких требований к экологической безопасности автомобилей идея непосредственного впрыска популярностью не пользовалась и только с конца 1970-х их массовым внедрением занялись все ведущие мировые автопроизводители.
Первой серийной моделью
с электронным управлением
К концу первого десятилетия 21 века системы распределённого и прямого электронного впрыска практически вытеснили карбюраторы на легковых и легких коммерческих автомобилях.
С середины 1980-х годов карбюраторы стали вытесняться более эффективными инжекторными системами. Главными их преимуществами являются лучшие пусковые свойства (они меньше зависят от окружающей температуры), надежность, экономичность, лучшие мощностные характеристики, а также меньшая токсичность выхлопа. Однако инжекторные системы более привередливы к качеству бензина. Так, не допускается работа двигателей с системой впрыска топлива на этилированном бензине. Это приводит к выходу из строя нейтрализатора и датчика концентрации кислорода.
Слово injector в переводе с английского означает «форсунка». Первые системы питания, использовавшие принцип впрыска, появились в конце XIX века, однако из-за сложной конструкции и отсутствия должных систем управления не нашли широкого применения. Вновь о системах впрыска вспомнили в 1960-х годах. Тогда они были исключительно механическими, затем им на смену пришли современные системы впрыска с электронным управлением. Эти системы в зависимости от количества форсунок и места впрыска топлива делятся на одноточечные (моновпрысковые) и многоточечные (в них каждый цилиндр имеет персональную форсунку, впрыскивающую топливо во впускной коллектор в непосредственной близости от впускного клапана конкретного цилиндра).
В состав топливной системы входят: установленный в задней части автомобиля (под подушкой заднего сиденья) топливный бак с адсорбером на активированном угле, топливопроводы, электрический топливный насос, а также электронная система последовательного впрыска, управляемая блоком управления. Запас топлива показывается водителю на панели приборов. На бензиновом двигателе пары бензина собираются в адсорбере и подаются в камеры сгорания двигателя.
Существенное влияние на расход топлива оказывает стиль вождения автомобиля. Несколько советов по разумному обращению с педалью газа:
После запуска двигателя сразу же трогайтесь с места, даже если это происходит на морозе;
При остановке автомобиля на время более на 40 с, выключите двигатель;
Двигайтесь всегда на максимально высокой передаче;
При движении на большие расстояния по возможности поддерживайте равномерную скорость. Избегайте движения на высоких скоростях. Управляйте автомобилем осмотрительно. Без надобности не тормозите;
Не перевозите не автомобиле излишний груз. Если багажник не используется, снимите его с крыши;
Проверяйте давление воздуха в шинах. Не допускайте чрезмерного снижения давления.
Функциональные схемы систем впрыска, схемы вакуумных соединений и расположение компонентов систем управления двигателем
Функциональная схема системы впрыска двигателей 119 и 104 (показан двигатель 119)
40 — Диафрагменный
регулятор давления
55 — Топливный фильтр
60 — Вакуумное устройство
74 — Охладитель топлива
75 — Топливный бак
76 — Вентиляционный клапан
77 — Угольный адсорбер паров бензина
89 — Клапан EGR (левый на двигателе 120)
89а — Правый клапан EGR на двигателе 120
98 — Демпферное пневматическое устройство
переключения на повышающую передачу
125 — Воздушный насос
126 — Клапан отсечки подмешивания воздуха
в выпускной коллектор
127 — Обратный клапан подмешивания воздуха
в выпускной коллектор (левый на двигателе
120)
127а — Обратный клапан подмешивания воздуха
в правый, на двигателе 120, выпускной коллектор
128 — Обратный клапан (разрежение)
135 — Обратный клапан (создание разрежения)
136 — Вакуумная камера
156 — Выпускной коллектор
158 — Каталитический преобразователь
A1е26 — Контрольная лампа отказов (MIL/»Проверьте
двигатель»)
A9 — Компрессор К/В
A16 — Датчики детонации (KS)
A16g1 — Левый датчик детонации KS
A16g2 — Правый датчик детонации KS
B2/2, B2/3 — Термометрический датчик измерения
массы воздуха (MAF)
B11/2 — 4-контактный датчик температуры
охлаждающей жидкости (ECT)
B11/7 — Датчик температуры всасываемого
воздуха (IAT)
B11/9 — Левый датчик ECT
B17/5 — Левый датчик IAT на двигателе 120
B17/6 — Правый датчик IAT на двигателе 120
B17/7 — Датчик температуры всасываемого
воздуха (IAT)
G3/2 — Подогреваемый
лямбда-зонд (левый на двигателе
120)
G3/4 — Правый подогреваемый лямбда-зонд
на двигателе 120
K17 — Реле системы подмешивания воздуха в выпускной коллектор
K27 — Реле топливного насоса
K27/1 — Левое реле топливных насосов 1 и
2 на двигателе 120
K27/2 — Правое реле топливных насосов 1
и 2 на двигателе 120
L5 — Датчик положения коленчатого вала
(CKP)
L5/1 — Датчик положения распределительного
вала (CMP)
L5/2 — Левый датчик CMP на двигателе 120
L5/3 — Правый датчик CMP на двигателе 120
L5/4 — Левый датчик CKP на двигателе 120
L5/5 — Правый датчик CKP на двигателе 120
M3m1 — Топливный насос 1
M3m2 — Топливный насос 2
M16/1 — Исполнительное устройство акселерации
(привод дроссельной заслонки)
M16/3 — Левый привод дроссельной заслонки
на двигателе 120
M16/4 — Правый привод дроссельной заслонки
на двигателе 120
N1/3 — Блок управления системы зажигания
EZL/AKR
N1/4 — Левый блок управления системы зажигания
на двигателе 120
N1/5 — Правый блок управления системы зажигания
на двигателе 120
N3/1 — ECM
N3/2 — Левый ECM на двигателе 120
N3/3 — Правый ECM на двигателе 120
N4/1 — Блок управления акселерацией (привод
дроссельной заслонки)
N4/3 — Блок управления системы стабилизации
оборотов холостого хода (IAC)/темпостата
N16/1 — Стабилизатор напряжения
N59 — Диагностический модуль (калифорнийские
модели)
Моновпрыск направляет подготовленную смесь во впускной коллектор. В этом он схож с карбюратором. На современных транспортных средствах работой инжекторов и моновпрысков управляют электронные процессоры. Они контролируют работу каждого цилиндра.
Рассмотрим устройство простейшей инжекторной системы (рис. 2.18). Она включает в себя следующие элементы:
- электрический бензонасос;
- регулятор давления;
- электронный блок управления;
- датчики угла поворота дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и количества оборотов коленчатого вала;
- инжектор.
Во впрысковой системе
питания используют двухступенчатый
неразборный электрический
Регулятор давления поддерживает необходимую разницу давлений между топливом в форсунках и воздухом во впускном коллекторе. Он выполнен в виде мембранного клапана, установленного на топливной рампе. При повышении нагрузки двигателя этот регулятор увеличивает давление топлива, подаваемого к форсункам, а при снижении — уменьшает, возвращая избыток топлива по сливной магистрали в бак.
Электронный блок управления (компьютер) - «мозг» системы впрыска топлива. Он обрабатывает информацию от датчиков и управляет всеми элементами системы питания. В него непрерывно поступают сведения о напряжении в бортовой сети автомобиля, его скорости, положении и количестве оборотов коленчатого вала, положении дроссельной заслонки, массовом расходе топлива, температуре охлаждающей жидкости, наличии детонации, содержании кислорода в выхлопе. Используя эту информацию, блок управляет подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, вентилятором системы охлаждения, адсорбером системы улавливания паров бензина (в качестве адсорбера применяется активированный уголь), системой диагностики и т. д.
При возникновении неполадок в системе электронный блок управления предупреждает о них водителя с помощью контрольной лампы Check Engine (этот индикатор может быть выполнен как в виде указанной надписи, так и в виде пиктограммы с изображением двигателя). В его оперативной памяти сохраняются диагностические коды, указывающие места возникновения неисправностей. Специалисты с помощью определенных манипуляций или специального считывающего устройства могут получить информацию об этих кодах и быстро обнаружить неполадки.
Датчик положения дроссельной заслонки размещен на дроссельном патрубке и связан с осью дроссельной заслонки. Он представляет собой потенциометр. При нажатии на педаль газа поворачивается дроссельная заслонка и увеличивается напряжение на выходе датчика.
Обрабатывая эту информацию, электронный блок управления корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (то есть в зависимости от того, насколько сильно вы нажмете на педаль газа).
Датчик температуры охлаждающей жидкости — это термистор, то есть резистор, сопротивление которого зависит от температуры: при низкой температуре он имеет высокое сопротивление, а при высокой температуре — низкое. Датчик расположен в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Электронный блок управления измеряет падение напряжения на датчике и таким образом определяет температуру охлаждающей жидкости. Эту температуру он постоянно учитывает, управляя работой большинства систем.
Датчик положения коленвала (индуктивный) координирует работу форсунок. С его помощью блок управления, получив информацию о положении коленчатого вала и соответственно о тактах двигателя, дает сигнал на срабатывание конкретной форсунки, которая в нужный момент подает распыленное топливо к соответствующему цилиндру.
Системы впрыска современных автомобилей, в отличие от простейшего инжектора, оборудуют целым рядом дополнительных устройств и датчиков, улучшающих работу двигателя: лямбда-зондом, каталитическим нейтрализатором, датчиками детонации и температуры впускного воздуха и т. д.
Система курсовой устойчивости
Систему ЭКУ можно рассматривать как расширенный вариант антиблокировочной системы тормозов (АБС). Многие узлы объединены с системой АБС, но, вдобавок к её компонентам, ЭКУ требует наличия таких компонентов, как датчик положения руля и акселерометр, следящий за реальным поворотом автомобиля. При несоответствии показаний акселерометра показаниям датчика поворота руля, система применяет торможение одного (или нескольких) из колёс машины для того, чтобы предотвратить начинающийся занос.
Срабатывает ESC в опасных ситуациях, когда возможна или уже произошла потеря управляемости автомобилем. Путем притормаживания отдельных колес система стабилизирует движение. Она вступает в работу, когда на большой скорости при прохождении поворота передние колеса сносит с заданной траектории в направлении действия сил инерции, то есть по радиусу большему, чем радиус поворота. ESC в этом случае притормаживает заднее колесо, идущее по внутреннему радиусу поворота, придавая автомобилю большую поворачиваемость и направляя его в поворот.
Одновременно с
Данная система пока является наиболее эффективной системой безопасности. Она способна компенсировать ошибки водителя, нейтрализуя и исключая занос, когда контроль над автомобилем уже потерян, однако её возможности ограничены: если радиус поворота слишком мал или скорость в повороте превышает допустимые границы, никакая программа стабилизации не поможет.
В 1987 году Mercedes-Benz и BMW представили первые системы контроля тяги (противобуксовочные системы). В 1990 году Mitsubishi выпустила в Японии автомобиль марки Diamante (Sigma), оснащенный новой активной электронной системой контроля тяги и курсовой устойчивости, где впервые эти две системы были интегрированы в одну (названная TCL).
BMW совместно с Robert Bosch GmbH и Continental Automotive Systems разработали систему, уменьшающую крутящий момент, передаваемый двигателем колесу, для предотвращения заноса и применили её в модельном ряду BMW 1992 года. С 1987 по 1992 года, Mercedes-Benz and Robert Bosch GmbH совместно разрабатывали систему электронного контроля устойчивости автомобиля и назвали её «Elektronisches Stabilitätsprogramm» (ESP).
История Mercedes-Benz А-класса. Система ESP была создана в 1995 году, но заявить о себе ей удалось только через два года, когда дебютировал первый компактный Mercedes-Benz А-класса. При его проектировании были допущены серьёзные ошибки, которые привели к тому, что новая модель имела склонность к опрокидыванию даже на не очень высокой скорости при выполнении маневров типа «переставка» («лосиный» тест, объезд препятствия).
В Европе разразился скандал; продажи автомобилей Mercedes-Benz А-класса были приостановлены, уже проданные машины — отозваны для устранения недостатков. Перед инженерами компании встала задача: как, не перепроектируя заново автомобиль и сохранив его потребительские качества, решить проблему повышения устойчивости. Эта задача была решена в значительной степени за счет установки с февраля 1998 года соответствующим образом настроенной системы ESP.
Главный контроллер ESP — это два микропроцессора, каждый из которых имеет по 56 КБ памяти. Система позволяет считывать и обрабатывать значения, выдаваемые датчиками скорости вращения колес с 20-миллисекундным интервалом. Помимо А-класса, система ESP является стандартным оборудованием для Mercedes S-класса, E-класса и других. На автомобилях фирмы Daimler-Chrysler применяются системы ESP от лидера в данной области — фирмы Bosch. Системы ESP производства Bosch используют также фирмы Alfa-Romeo, BMW, Volkswagen, Audi, Porsche и другие.
Пока Швеция проводит кампании по информированию общественности и продвижению использования систем ЭКУ, другие страны законодательно утверждают необходимость их использования.
Обязательное оснащение
автомобилей электронной
- 1 января 2010 года в Израиле уже стала обязательной.
- 1 сентября 2011 год в Канаде, для всех новых пассажирских автомобилей.
- 1 ноября 2011 года в Австралии, для всех пассажирских автомобилей.
- с ноября 2011 года в Евросоюзе, для всех продаваемых автомобилей.
- c 2011 года в США, для всех пассажирских автомобилей, весом менее 4536 кг (10 000 фунтов).
Последствия применения. Эксперты называют систему ЭКУ самым важным изобретением в сфере автомобильной безопасности после ремней безопасности. Она обеспечивает водителю лучший контроль над поведением автомобиля, следя за тем, чтобы он перемещался в том направлении, куда указывает поворот руля. По данным американского Страхового института дорожной безопасности (IIHS) и Национального управления безопасностью движения на трассах NHTSA (США), примерно одна треть смертельных аварий могла бы быть предотвращена системой ЭКУ, если бы ей были оснащены все автомобили.