Cистемы впрыска на BMW

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 не сгоревших 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 не сгоревших углеводородов. Как и l, угол опережения зажигания сильно влияет на концентрации токсичных веществ (оксидов азота и нес горевших 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 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.

Эволюция систем впрыска

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 блоке управления 16-разрядного микропроцессора вместо 8-разрядного.

1991 В Блок управления добавлен интерфейс для информационного обмена с другими микропроцессорными системами управления (противобуксовочная система, автоматическая коробка передач и т.д.) через высокоскоростной канал CAN.