Система впрыска К-Джетроник. Устройство и принцип действия

Общее устройство наиболее распространенной системы впрыска К-Джетроник, применяемой на многих автомобилях немецкого производства представлено на рисунке.

Топливо под давлением, развиваемым топливным насосом 23, через накопитель 21, который поддерживает постоянное давление в системе, и фильтр 22 подается в нижние камеры дозатора-распределителя 28 под давлением подачи и прижимает мембранные клапаны к топливопроводам подачи топлива к форсункам.

Рис. Схема системы впрыска «К-Джетроник»:
1 — замок зажигания; 2 — управляющее реле; 3 — прерыватель-распределитель; 4 — термореле; 5 — форсунка впрыска; 6 — трубопровод клапана дополнительной подачи воздуха; 7 — клапан добавочного воздуха; 8 — плунжер дозатора-распределителя; 9 — трубопровод подачи разрежения к регулятору противодавления; 10 — диафрагма; 11 — биметаллическая пластина; 12, 14, 17 — топливопроводы; 13 — регулятор противодав­ления; 15 — развязывающий жиклер; 16 — регулятор давления топлива; 18 — топливный бак; 19 — рычаг; 20 — винт регулировки состава (качества) смеси; 21 — накопитель топлива; 22 — топливный фильтр; 23 — топливный насос; 24 — пусковая электромагнитная форсунка; 25 — винт регулировки частоты вращения коленчатого вала (количества); 26 – дроссельная заслонка; 27 — напорный диск; 28 — дозатор-распределитель

В зависимости от положения плунжера 8, который имеет управляющие кромки, топливо может поступать и в верхние камеры. Перемещение плунжера регулируется в зависимости от количества воздуха через напорный диск расходомера 27 и рычаг 19.

Приготовление рабочей смеси заключается в измерении расхода воздуха и пропорциональном дозировании топлива и осуществля­ется с помощью регулятора состава рабочей смеси. Он состоит из измерителя расхода воздуха и дозатора-распределителя топлива.

Измеритель расхода воздуха работает по принципу ротаметра – в воздушном потоке находится вывешенный поплавок (напорный диск), поднимаемый восходящим потоком воздуха. Вес напорного диска и рычага скомпенсирован противовесом. При вспышках во впускном трубопроводе напорный диск перемеща­ется в противоположном направлении. Благодаря этому осво­бождается разгрузочный диффузор. Плоская пружина обеспечи­вает правильное нулевое положение при неработающем двигателе.

При верхнем положении плунжера (расход воздуха увеличился, и плунжер приподнялся выше) давление топлива и усилие пружины, воздействующее на верхнюю поверхность мембраны, оказывается больше, чем давлением на нижнюю часть мембраны. В результате этого мембрана смещается вниз и открывает каналы подвода топлива к форсункам, что увеличивает подачу топлива. В этот момент за счет расхода топлива через форсунку давление в верхней камере падает, и мембрана стремится занять прежнее положение. Таким образом, в системе устанавливается равновесие давления, что обеспечивает постоянную подачу топлива к форсункам.

Клапанные форсунки открываются при давлении 3,5 кг/см.2.

Рис. Клапанная форсунка механической системы впрыска:
А – исходное положение; Б – рабочее состояние; 1 – корпус; 2 – фильтр; 3 – клапан; 4 – седло клапана

Форсунки открывается при определенном давлении и распыляют топливо посредством колебаний игольчатого клапана и впрыскивают его непрерывно во впускной трубопровод перед впускным клапаном каждого цилиндра. Смесеобразование происходит во впускном патрубке и в цилиндре двигателя. Непрерывно впрыскиваемое клапанными форсунками топливо накапливается перед впускны­ми клапанами двигателя. При открывании впускного клапана засасываемый в цилиндр воздух увлекает облако топлива и благодаря турбулентному движению воздушных вихрей в момент впуска и сжатия способствует образованию хорошо воспламе­няющейся топливной смеси.

Форсунки закреплены в специальном держателе и изолированы от горячего двигателя. Теплоизоляция предотвращает образование паровых пробок после выключения двигателя. Форсунки не выполняют функцию дозирования. Они открываются автоматически, как только давление превысит 3,3 кг/см2.

После выключения двигателя давление в топливной системе понижается до величины ниже 3,5 кг/см2, при которой игольчатые клапаны форсунок закрываются. Поэтому после остановки двигателя топливо не может больше попадать в патрубки впускного канала.

Отдельные двигатели могут быть оборудованы воздухопроводящими форсунками, улу­чшающими смесеобразование особенно на холостом ходу. Часть воздуха, поступающего в двигатель, проходит через клапанную фор­сунку и смешивается с топливом уже в держателе клапана. Воздух в форсунку подается из системы впуска и отбирается перед дроссель­ной заслонкой, где величина давления превышает давление за дроссельной заслонкой.

Топливный насос установленный в системе электрический, шиберного типа с рабочими органами в виде роликов.

Рис. Электрический насос бензиновой системы впрыска топлива:
1 – вход бензина; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – якорь; 5 – обратный клапан; 6 – выход бензина

Насос и электродвигатель установлены в корпусе и погружены в топливо. Электродвигатель охлаждается топливом, при этом опасность взрыва исключена ввиду отсутствия здесь горючей смеси. Реле топливного насоса прерывает цепь напряжения питания топливного насоса в режиме, когда двигатель не работает, а зажигание включено.

Насос состоит из герметично закрытого корпуса, внутри которого установлен непосредственно сам насос 3 и электродвигателя 4, приводящего во вращение насос. Редукционный клапан 2 предохраняет систему от чрезмерного повышения давления, а обратный клапан 5 препятствует стеканию топлива в бак после остановки насоса.

Принцип работы насоса поясняют схемы на рисунках:

Рис. Схема работы насоса:
а – всасывание топлива; б – нагнетание топлива; 1 – вход бензина; 2 – ротор насоса; 3 – ролики; 4 – опорная поверхность роликов; 5 – выход бензина

Ротор насоса 2 расположен эксцентрично относитель­но корпуса 4 и вращается вместе с якорем электромотора. Ролики перемещаются в канавках ротора, постоянно прижимаясь к опорной поверхности статора.

При вращении ротора увеличивается объем серповидной полости, ограниченной поверхностью статора 4, ротором 2 и двумя роликами, расположенными выше и ниже впускного отверстия 1. При этом указанная полость заполняется топливом. Когда ротор, а вместе с ним и ролики займут положение, показанное на рис. 4.4, б, объем серповидной полости между роликами будет уменьшаться, что обеспечивает подачу топлива в нагнетательную магистраль.

Накопитель топлива установлен сзади топливного насоса. Задача накопителя – поддерживать заданное дав­ление в системе в течение определенного времени после выключения двигателя.

Рис. Накопитель топлива:
1 – пружинная камера; 2 – пружина; 3 – корпус накопителя; 4 – диафрагма; 5 – накопительная камера; 6 – демпферная камера; 7 – вход топлива; 8 – выход топлива; А – двигатель выключен; Б – двигатель работает

Поддержание давления в топливной системе после выключения двигателя необходимо для облегчения повторного горячего пуска. В топливе, находящемся под давлением, не образуются паровые пробки и система впрыска готова к повторному пуску. Дополнительно топливный накопитель снижает интенсивность шума, создаваемого топливным насосом. Внутреннее простран­ство накопителя топлива разделено диафрагмой на две камеры. Перед диафрагмой расположена дополнительная перегородка с дисковым клапаном, обеспечивающим подачу топлива в систему. В перегородке выполнено дросселирующее отверстие слива топлива. Одна камера служит для накопления топлива, в другой камере находится пружина – аккумулятор энергии. Во время работы камера заполняется топливом, находящимся под давлением. В результате диафрагма с пружиной отжимается до упора в пружинной камере. В этом положении аккумулятор находится, пока работает двигатель. После остановки двигателя благодаря натяжению диафрагмы то­пливо остается под давлением, что предотвращает образование воздушных пробок и обеспечивает надежный пуск горячего двига­теля.

В корпусе дозатора-распределителя установлен регулятор давле­ния 16, поддерживающий постоянное по величине давление топлива около 5 кг/см2. Устройство регулятора показано на рисунке.

Рис. Регулятор давления топлива с клапаном в контуре управляющего давления:  1 – подача топлива под давлением в систему; 2 – сливная магистраль к топливному баку; 3 – поршень регулятора давления в системе; 4 – запорный (толчковый) клапан контура управляющего давления; 5 – подача топлива от регулятора управляюще­го давления; 6 – регулировочная шайба; а – в рабочем положении; б – в исходном положении

Подпружиненный поршень 3 регулятора открывает отверстие, через которое избыток топлива возвращается в топливный бак, поддерживая таким образом постоянное давление в системе за счет уравновешивающего усилия пружины. При изме­нении давления топлива (и вследствие этого его расхода) изменяется проходное сечение, и давление в системе остается постоянным. Если, например, топливный насос подает несколько меньше топлива, то поршень регулятора уменьшает проходное сечение для слива и тем самым давление в системе вновь восстанав­ливается.

При остановке двигателя топливный насос выключается. Давле­ние в системе быстро снижается и становится ниже величины давле­ния открытия форсунки впрыска, поэтому сливное отверстие закрывается с помощью подпружиненного поршня 3 регулятора давле­ния. Дальнейшее падение давления предотвращается с помощью обратного клапана насоса.

Чтобы надежно перекрыть контур управляющего давления в системе после остановки двигателя, в сливной гидролинии регулятора управляющего давления применяется запорный (толчковый) клапан 4 на регуляторе давления. Он установлен на регуляторе давления с противопо­ложной стороны и открывается поршнем регулятора давления топлива, когда при пуске давление в системе возрастает до рабочего значения. Во время работы запорный клапан в сливной линии регулятора управляющего давления находится в открытом состоянии.

Для регулировки управляющего давления в регуляторе устанавливаются регулировочные шайбы 6, изменяющие натяжение пружины поршня. Добавлением или уменьшением их регулируется управляющее давление.

Расход воздуха регулируется дроссельной заслонкой 26 в зависимости от положения педали ее управления. Количество во­здуха, поступающего в цилиндры двигателя через расходомер, явля­ется основной величиной, управляющей процессом смесеобразования. Расходомер состоит из сопла, в котором находится напорный диск 27. Проходящий через сопло воздух, вели­чина которого зависит от положения педали управления дроссельной заслонкой, приводит к перемещению напорного диска и связанного с ним плунжера 8, перемещающегося вертикально и занимающего определенное положение. Сопло напорного диска по конфигурации в своем сечении имеет, различные диаметры. При работе двигателя в режиме холостого хода и частичной нагрузки напорный диск находится в зоне усеченного конуса, при режиме полной нагрузки – в зоне усеченного конуса с большим углом. В этой зоне напорный диск, а значит и плунжер, отклоняется на большую величину, за счет чего достигается обогащение при полной нагрузке.

На переходных режимах (резкое открытие дроссельной засло­нки) напорный диск кратковременно перемещается вверх из-за впуска большой дозы воздуха, при этом плунжер кратковременно перемещается вверх, увеличивая давление в верхней камере дозатора, а значит, увеличивает подачу топлива к форсункам. Расположенный рядом с дроссельной заслонкой 26 канал предназначен для прохождения воздуха, минуя дроссельную заслонку на режиме холостого хода. С помощью регулировочного винта 25 изменяется количество воздуха, проходимого через канал. При этом изменяется частота вращения коленчатого вала, при незначительном изменении содержания токсичных компонентов в отработавших газах.

При пуске холодного двигателя возникают конденсационные потери части топлива, из-за которых топливная смесь становится бедной. Чтобы компенсировать это и облегчить пуск холодного двигателя, необходимо впрыскивать дополнительное количество топлива. В таком случае включается пусковая электромагнитная форсунка 24, к которой топливо подается от распределителя количества топлива. Она распыляет топливо во впускном трубопроводе, которое потребляется всеми цилиндрами, что обеспечивает надежный запуск двигателя. Установленный вблизи дроссельной заслонки пе­репускной клапан добавочного воздуха 7 через канал 6 обеспечивает дополни­тельную порцию воздуха.

Пусковая форсунка приводится в действие с помощью электромагнита. В исходном положении подвижный якорь прижимается пружиной к уплотнению и тем самым закрывает форсунку. Если электромагнит включается, то поднятый от седла клапана электромагнитный якорь освобождает проход для топлива, которое дополнительно к основному попадает во впускной трубопровод.

Рис. Пусковая форсунка в режиме впрыска:
1 – колодка электрического подключения; 2 – канал подвода топлива с фильтрующей сеткой; 3 – электромагнитный якорь; 4 – обмотка электромагнита; 5 – центробежный распылитель

Электромагнитная пусковая форсунка работает совме­стно с тепловым реле времени, которое управляет ее эле­ктрической цепью в зависимости от температуры двигателя и продолжительности его запуска. При температуре ниже 35°С биметаллические контакты замыкаются. Реле пуска холодного двигателя при этом через тепловое реле соединяется с массой и через ток подается на обмотку пусковой форсунки, которая впрыскивает топливо во впускной трубопровод. Одновременно напряжение подается на обмотку подогрева 5, пластина 4 деформируется, биметаллические контакты через 7,5 сек при 20° С размыкаются и прерывают подачу напряжения на обмотку электромагнитной пусковой форсунки, вследствие чего она закрывается, прекращая впрыск топлива. На горячем двигателе биметаллические контакты разомкнуты, так как биметаллическая пластина 4 при нагреве деформируется, напряжение на обмотку электромагнитной пусковой форсунки не подается и дополнительное количество топлива во впускной трубопровод не впрыскивается.

При затяжном запуске двигателя или при повторной попытке запуска биметаллическая пластина (из-за электрического подогрева) размыкает электрическую сеть, вслед­ствие чего впрыск топлива через пусковую форсунку прекращается, что предохраняет от переобогащения топливной смеси при запуске.

Рис. Тепловое реле:
1 – контакт биметаллической пластины; 2 – подвод напряжения от реле пуска холодного двигателя; 3 – подвод напряжения от клеммы 50; 4 – биметаллическая пластина; 5 – обмотка подогрева

Установленный вблизи дроссельной заслонки пе­репускной клапан добавочного воздуха 7 через канал 6 обеспечивает дополни­тельную порцию воздуха.

При пуске холодного двигателя канал подачи дополнительного воздуха открыт заслонкой клапана, которая перемещается при нагреве биметаллической пластины. Напряжение на нить нагрева подается одновременно с подачей напряжения на пусковую форсунку.

Рис. Клапан дополнительной подачи воздуха:
1 – нить нагрева; 2 – биметаллическая пластина; 3 – ось заслонки; 4 – заслонка; 5 – подача дополнительного воздуха; а – открытое положение клапана; б – закрытое положение клапана

В некоторых вариациях системы клапан добавочного воздуха может частично открываться и на режимах холостого хода, для обеднения смеси. Управление клапаном при этом осуществляется от блока управления.

В систему пуска входит также регулятор противодавления (подо­грева) 13. Данный узел обогащает рабочую смесь, поступающую в камеры сгорания при прогреве двигателя. На холодном двигателе биметаллическая пластина 11 сжимает пружину диафрагменного клапана, открывая канал слива топлива 14, что приводит к уменьшению противодавления на распределительном плунжере. Уменьшение управляющего давления при неизменном расходе во­здуха вызывает увеличение хода напорного диска. Вследствие этого распределительный плунжер дополнительно приподнимается, уве­личивая количество топлива, подаваемого к форсункам.

По мере нагрева биметаллической пружины при прогреве дви­гателя давление на пружину диафрагменного клапана регулятора управляющего давления снижается, и сливной канал 14 медленно закрывается.

Регулятор противодавления отдельных двигателей может иметь не одну, а две пружины клапана. Наружная пружина, как у обычного подогревателя, опирается на корпус. Суммой усилий обоих пружин определяется давление управления. Мембрана разделяет регулятор подогрева на верхнюю и нижнюю камеры. В верхней камере дей­ствует разрежение от впускного трубопровода, а в нижней давление равняется атмосферному. При большом разрежении в верхней ка­мере (холостой ход, частичная нагрузка) мембрана поднимается до своего верхнего упора. При этом внутренняя пружина максимально сжата. Сумма усилий обеих пружин достигает максимума. При таком положении давление управления максимально. При полной нагрузке разрежение во впускном трубопроводе уменьшается. Мембрана перемещается из своего верхнего положения вниз до нижнего упора, и усилие сжатия внутренней пружины уменьшается. Одновременно мембрана клапана разгружается, она увеличивает про­ходное сечение слива топлива, и смесь обогащается.

В системах впрыска бензиновых двигателей применяются фильтры с бумажным фильтрующим элементом, за которым находится дополнительная сетка. Благодаря такой комбинации, достигается высокая степень очистки. Топливо фильтруется в бумажном фильтрующем элементе, а сетка служит для задержки частиц фильтра, которые могут отрываться в процессе эксплуатации, поэтому показанное на корпусе фильтра стрелкой направление подачи топлива должно строго соблюдаться. Предполагая средний уровень загрязненности топлива и в зависимости от объема фильтра, срок службы обычно составляет от 30000 до 80000 км пробега.

Рис. Топливный фильтр:
1 – бумажный фильтрующий элемент; 2 – сетка; 3 – опорная пластина

Для улучшения динамических свойств автомобиля в системах К-Джетроник при резком увеличении частоты вращения коленчатого вала может применяться устройство, позволяющее обогащать топливную смесь за счет подачи дополнительного топлива через пусковую форсунку. Устройство включает дополнительно к штатной системе впрыска датчик углового перемещения дроссельной заслонки 2, пневматический включатель форсунки впрыска 3, временной термовыключатель форсунки впрыска 4. Дополнительный впрыск осуществляется включением на непродолжительное время пусковой форсунки (около 0,4 с).

Временной термовыключатель форсунки впрыска 4 определяет температуру, при которой осуществляется дополнительный впрыск топлива. При температуре двигателя больше 35°С обогащения смеси не происходит.

Рис. Устройство для обогащения топливной смеси при увеличении частоты вращения коленчатого вала холодного двигателя:
1 – пусковая форсунка; 2 – датчик углового перемещения дроссельной заслонки; 3 – пневматический включатель форсунки впрыска; 4 – временной термовыключатель форсунки впрыска

Пневматический включатель форсунки впрыска представляет собой пневматическую камеру с контактным выключателем, связанную с впускным трубопроводом. При постоянной частоте вращения коленчатого вала давления в обеих частях пневматической камеры одинаковое. При резком нажатии на педаль дроссельной заслонки давление в верхней части камеры увеличивается, диафрагма при этом прогибается и контакты включения цепи пусковой форсунки кратковременно замыкаются, вследствие чего пусковая форсунка включатся и во впускной трубопровод поступает дополнительная порция топлива. Спустя 4 секунды давление в обеих камерах уравнивается, диафрагма под усилием пружины возвращается в исходное положение, контакты размыкаются и дополнительный впрыск топлива прекращается.

Рис. Пневматический включатель форсунки впрыска:
а – постоянная частота вращения коленчатого вала; б – режим ускорений; А, Б – камеры; 1 – подвод разряжения от впускного трубопровода; 2 – диафрагма; 3 – контактная группа