Система непосредственного впрыска топлива MED-Motronic

Требования

При оснащении бензинового двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива системой MED-Motronic расход топлива может быть снижен не менее чем на 20% по сравнению с двигателем, имеющим впрыск топлива во впускной трубопровод; при этом может быть достигнут длительный эффект снижения выбросов диоксида углерода (CO₂) во время движения автомобиля.

При непосредственном впрыске топлива должна осуществляться возможность скоординированного выбора между вариантами применения неоднородной смеси (послойного заряда) при неполной нагрузке и однородной (гомогенной) смеси при полной нагрузке и наоборот.

Основными требованиями при использовании системы MED-Motronic являются:

• точное дозирование потребного количества впрыскиваемого топлива;
• создание необходимого давления впрыска;
• управление моментом впрыска;
• впрыскивание топлива непосредственно в камеру сгорания.

Также должны быть согласованы требования к величине крутящего момента двигателя, с тем чтобы затем имелась возможность проведения необходимых регулировочных операций на данном двигателе.

Основной интерфейс системы обеспечивает регулирование крутящего момента двигателя, создаваемого процессом сгорания. Структура управления крутящим моментом может быть разбита на следующие действия:

• определение крутящего момента;
• согласование при выборе требуемой величины крутящего момента;
• изменение крутящего момента.

Наиболее важной при изменении крутящего момента является команда, поступающая через педаль газа от водителя автомобиля – в зависимости от положения педали газа система определяет конкретную величину крутящего момента.

Требуемый крутящий момент также зависит от ряда систем, например, от системы управления передаточным отношением в трансмиссии, системы регулирования тягового усилия на колесах (TCS) или программируемой электронной системы обеспечения устойчивости автомобиля (ESP).

Согласование при выборе величины крутящего момента осуществляется централизовано в самой системе управления работой двигателя.

Устройство системы непосредственного впрыска MED-Motronic

Также как и система впрыска топлива во впускной трубопровод двигателя, система непосредственного впрыска топлива выполнена с топливной рампой, по схеме аккумуляторного типа. В системе MED-Motronic топливо непосредственно впрыскивается в цилиндры в заданный момент времени посредством электромагнитных топливных форсунок высокого давления.

Блок ECU системы MED-Motronic, как и в системе ME-Motronic, содержит задающий каскад, служащий для включения клапанов регулирования давления топлива.

Масса поступающего во впускной трубопровод воздуха регулируется дроссельной заслонкой с электронным управлением (ETC). Точное дозирование массы воздуха контролируется датчиком массового расхода воздуха. Качественный состав топливовоздушной смеси находится под контролем универсальных лямбда-зондов типа LSU и LSF, размещенных в выпускном тракте перед и за каталитическим нейтрализатором. Лямбда-зонды служат для поддержания коэффициента избытка воздуха в пределах λ = 1 и для работы двигателя на обедненных смесях; кроме того, они отвечают за работоспособность каталитического нейтрализатора. Это важно для обеспечения точного дозирования при рециркуляции отработавших газов, особенно в условиях неустановившихся режимов.

Работа системы

Топливоподача и впрыск

Топливо в системе MED-Motronic подается из топливной рампы, где оно находится под большим давлением. Впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания может производится в заданный момент времени через топливные форсунки с электромагнитным управлением. Это позволяет системе выполнять следующие функции:
- свободно выбирать момент впрыска топлива;
- изменять давление впрыска.

Контур низкого давления

В контуре низкого давления, содержащем топливный бак и электрический топливный насос с механическим регулятором давления, создается начальное давление порядка 0,35 МПа (3,5 бар). Затем топлива поступает к насосу высокого давления, приводимого от двигателя автомобиля.

Контур высокого давления

Насос высокого давления. Предназначен для повышения первоначального давления топлива с 0,35 МПа (3,5 бар) до 12 МПа (120 бар), а также для снижения до минимума колебаний давления в топливной рампе и предотвращения любого смешивания топлива с моторным маслом

Топливная рампа. С одной стороны, рампа должна обладать определенной эластичностью для демпфирования пульсаций давления, возникающих в процессе подачи топлива к форсункам и впрыска в камеру сгорания. С другой стороны, она должна быть достаточно жесткой, чтобы давление в ней быстро восстанавливалось до требуемого, в соответствии с режимом работы двигателя.

Датчик давления. Представляет собой диафрагму из высококачественной стали, выполняющую роль чувствительного элемента, с измерительными резисторами. Служит для контроля давления в топливной рампе.

Клапан регулирования давления. Предназначен для регулирования давления в системе на всем диапазоне рабочих режимов двигателя независимо от количества впрыскиваемого топлива и производительности топливного насоса. Избыток топлива возвращается по топливопроводу на вход топливного насоса высокого давления.

Топливные форсунки. Электромагнитные форсунки – основные элементы системы непосредственного впрыска топлива – напрямую соединены с топливной рампой. Момент начала впрыска и количество впрыскиваемого топлива определяются идущими от электронного блока сигналами подачи электрического тока на форсунку.

Процессы смесеобразования и сгорания

Получение высоких мощностных показателей и одновременно с этим низкого удельного расхода топлива для бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива возможно при использовании весьма сложной системы управления его работой. Следует делать различие между режимами работы двигателя в диапазоне малых и больших нагрузок.

Работа в диапазоне малых нагрузок

В этом диапазоне нагрузок двигатель работает с зарядом смеси, которая в основном послойно распределена по составу, и при высоком значении коэффициента избытка воздуха, обеспечивающим наименьший расход топлива. За счет задержки впрыска (непосредственно перед моментом зажигания) в идеале можно получить две зоны в камере сгорания: в одной зоне – у свечи зажигания – горючая топливовоздушная смесь находится в мелкодисперсном состоянии, а в другой зоне образуется слой, состоящий из воздуха и остаточных отработавших газов. При таких условиях двигатель может работать почти без дросселирования смеси, при этом исключаются потери энергии на газообмен. Кроме того, благодаря предотвращению тепловых потерь на стенках камеры сгорания увеличивается термодинамический к.п.д.

Работа в диапазоне больших и средних нагрузок

При увеличении нагрузки двигателя возрастает расход топлива – заряд расслоенной по составу смеси становится все более обогащенным. Это приводит к увеличению концентрации токсичных компонентов в отработавших газах и особенно к нагарообразованию. Для предотвращения всех этих нежелательных явлений двигатель в диапазоне высоких нагрузок должен переходить на использование однородной (гомогенной) смеси.

Коэффициент избытка воздуха должен находится между значениями λ = 1 и λ > 1 для обедненной смеси. Впрыск топлива осуществляется во время такта впуска для гарантии эффективного смешивания топлива с воздухом.

Чередование различных рабочих режимов работы двигателя

Изменение состава топливовоздушной смеси по признаку однородности/неоднородности является основным фактором, влияющим на такое регулирование количества впрыскиваемого топлива, воздушного заряда и момента зажигания, при котором обеспечивается постоянство крутящего момента, поступающего от двигателя на трансмиссию. В отличие от такого управления двигателем, присущего системе MED-Motronic, в системе ME-Motronic выполнение важных регулирующих функций перекладывается непосредственно на дроссельную заслонку с электронным управлением. В системе MED-Motronic перед изменением работы с неоднородной по составу смесью на однородную дроссельная заслонка должна быть закрыта.

Очистка отработавших газов, использование каталитических нейтрализаторов

Важно отметить, что при работе двигателя с послойным распределением смеси по составу трехкомпонентный каталитический нейтрализатор содержание оксидов азота (NO_x) в отработавших газах не снижает. Содержание оксидов азота может быть снижено за счет использования системы рециркуляции отработавших газов (EGR) – приблизительно на 70%. Однако при существующих на сегодняшний день нормах предельной токсичности отработавших газов этого недостаточно. Для обеспечения требуемых норм наибольшей эффективностью обладает каталитический нейтрализатор аккумуляторного типа, специально предназначенный для улавливания NO_x из отработавших газов, который устанавливается в системе выпуска за трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.

Есть вопросы? ЗАДАВАЙ!