При составлении программы регулирования двигателя с впрыском топлива, установленного на автомобиле, должны учитываться специфические требования, вытекающие из характера использования двигателя в этих условиях. Очевидно, что на основных режимах движения, когда мощность двигателя используется лишь частично, система регулирования должна поддерживать состав смеси, обеспечивающий наиболее экономичную работу двигатель. Вместе с тем для получения максимальной мощности двигателя в области полных нагрузок состав смеси должен соответствовать мощностной регулировке. При работе двигателя на режимах холостого хода и Слизких к нему малых нагрузок устойчивость работы двигателя может быть достигнута только при некотором обогащении состава смеси. На режимах торможения двигателем называемых также режимами принудительного холостого хода подача топлива вообще может быть прекращена; это улучшит экономичность автомобиля. Особое значение имеет работа двигателя на режиме разгона, так как этим обусловливаются динамические показатели автомобиля.
Как показывают исследования, для эффективной работы двигателя на разгонных режимах необходимо кратковременное обогащение смеси в начале разгона. Перечисленные требования, во многом аналогичные требованиям, предъявляемым к карбюраторной системе питания автомобильного двигателя, положены в основу построения систем регулирования автомобильных двигателей с впрыском топлива. Описанные в предыдущем параграфе основные схемы регулирования позволяют поддерживать требуемый, состав смеси в широком диапазоне изменения нагрузки и частоты вращения двигателя. Они являются базовыми системами регулирующих устройств, обеспечивающих питание двигателя в широком диапазоне нагрузок. Для получения всей описанной выше программы регулирования базовая система дополняется теми или иными необходимыми элементами. Выбор этих элементов и их принципиальных схем тесно связан с особенностями базовой системы регулирования.
В системах с механическим регулированием вся необходимая программа может быть осуществлена профилированием пространственного кулачка. Располагая экспериментальными данными о необходимых величинах цикловых подач, можно рассчитать координаты профиля кулачка в осевом и в радиальных направлениях. Так как при изменении положения акселератора не только перемещается дроссельная заслонка, но и одновременно привод изменяет величину цикловой подачи, в системах с таким регулированием удается обойтись без специального ускорительного устройства. В качестве примера осуществленной таким образом программы регулирования на рис. 13 показана зависимость цикловой подачи топлива от изменения частоты вращения двигателя и угла открытия дросселя. Данные относится к шестицилиндровому двигателю с рабочим объемом 2,3 л, подача топлива производится плунжерным насосом с механическим регулированием. При очевидной простоте устройства реализация такой системы сопряжена с преодолением ряда трудностей. Из графика видно, что при малых открытиях дросселя, типичных для обычных условий движения, при изменении положения дросселя всего на несколько градусов величина цикловой подачи должна резко изменяться.
Следовательно, привод, связывающий дроссельную заслонку с регулятором топливного насоса, должен быть выполнен весьма точно; изменение длины тяг или появление зазоров в их сопряжениях может привести к недопустимы л отклонениям состава смеси от запрограммированного. Не менее жесткие требования нужно предъявить и к точности работы центробежного регулятора, особенно в области низких частот вращения, где небольшое изменение его характеристики сразу же резко изменит состав смеси.
Регулировочные данные, положенные в основу построения профиля кулачка, получены при испытаниях эталонного двигателя. В условиях эксплуатации конкретный двигатель может отличаться от эталонного по расходу воздуха из-за увеличения сопротивления воздушного фильтра, изменения регулировки клапанов и т. п. В этом случае система топливоподачи будет по-прежнему подавать запрограммированное количество топлива вне зависимости от изменения расхода воздуха, что приведет к обогащению смеси и повышению токсичности отработавших газов. Так как система протарирована по расходу воздуха при вполне определенном его удельном весе, то изменение удельного веса воздуха из-за изменения барометрического давления и температуры приведет к тому, что осуществляемая регулированием программа подачи топлива не обеспечит необходимого состава смеси. Поэтому в системе механического регулирования необходимо ввести корректирование по температуре всасываемого двигателем воздуха и по барометрическому давлению.
Таким образом, можно сделать вывоз- что применение механической системы регулирования рационально только при высокой стабильности показателей, двигателя в производстве и безукоризненной организации эксплуатации. Системы этого типа применяются на дорогих легковых автомобилях или, при ряде снижающих точность регулирования упрощений, на спортивных моделях.
На иных основах строится система регулирования по разрежению во впускном тракте двигателя. В системах этого класса ранее применялся диафрагменный регулятор, рабочие полости которого соединялась с задроссельным пространством впускной системы. Подбирая характеристику пружины, можно было настроить регулятор на поддержание определенного состава смеси в широком диапазоне изменения нагрузок. Для получения мощностной регулировки смеси при полных нагрузках в регуляторе устанавливались две пружины различной длины; в области больших нагрузок при малых разрежениях работала одна пружина, с ростом разрежения при дальнейшем ходе диафрагмы в работу вступила и вторая, так что общая их жесткость резко возрастала. Подбирая характеристики пружин, можно было получите при работе одной первой пружины мощностной состав смеси и пре работе двух пружин — обедненный.
С целью обогащения смеси в области малых нагрузок, близких к холостому ходу, иногда предусматривалась специальная система каналов отбора разрежения от дроссельного патрубка. Подбором их сечений удавалось получить понижение разрежения на этих режимах и соответственное обогащение состава смеси. Система обогащения смеси на режимах разгона отсутствовала.
По подобной схеме была выполнена система регулирования двигателя Мерседес Бенц 300 SL (рис. 14, а). В дроссельном патрубке 1 на оси установлена заслонка 2, связанная с педалью акселератора. Воздух поступает в цилиндры двигателя по направлению стрелки. Разрежение, образующееся в задроссельном пространстве, по каналу 3 и трубке 5 передается к диафрагменному регулятору 6. В корпусе регулятора установлена диафрагма 7, на которую действуют пружины 8. Диафрагма 7 посредством штока 14 и системы рычагов 12 и 13 связана с рейкой топливного насоса И. При уменьшении разрежения (увеличение нагрузки) диафрагма под давлением пружин смещается влево, перемещая рейку в сторону увеличения подачи (знак плюс не стрелке у рейки 11). При увеличении разрежения диафрагма сдвигается вправо, перемещая рейку в сторону уменьшения подачи (знак минус у рейки 11). Пружины 8 имеют разную длину, благодаря чему достигается, как описано выше, переход к мощностной регулировке на режимах полных нагрузок. В корпусе патрубка 1 размещена система каналов 4, служащая для корректирования регулирующего разрежения на режимах малых нагрузок. В системе предусмотрена коррекция топливоподачи в зависимости от изменения барометрического давления и температуры жидкости в системе охлаждения двигателя. Для этого на корпусе регулятора установлены анероидные коробки 15 и термоэлемент 17. Термоэлемент омывается жидкостью, отводимой из системы охлаждения. Движение его штока через рычаг 16 передается анероидным коробкам, так что перемещается ось качания рычага 13. Перемещение оси качания рычага 13 изменяет передаточное отношение между штоком диафрагменного регулятора 14 и рейкой 11, этим вводится необходимое корректирование программы топливоподачи при изменении давления воздуха и температурного режима двигателя. На рисунке показан также пусковой электромагнит 9, связанный с рычагом 10.
Система регулирования по разрежению во впускной трубе применяется также в системе впрыска с дозатором-распределителем Лукас. Эта система по принципу действия сходна с описанной и отличается от нее главным образом конструктивным выполнением деталей и некоторыми второстепенными особенностями. В системе Лукас применен не диафрагменный, а поршневой регулятор, также с использованием комплекта из двух пружин. Система имеет барометрическую коррекцию от анероидной коробки и температурную компенсацию при помощи биметаллической спиральной пружины.
Система регулирования по разрежению во впускном тракте используется в современных системах впрыска с электронным управлением. В принципе построения программы регулирования они имеют много общего с описанной выше системой, однако средства осуществления программы принципиально иные.
В системе впрыска с электронным управлением программа топливоподачи реализуется путем изменения длительности поступающих на обмотки форсунок импульсов тока, формируемых электронным блоком — устройством формирования импульсов. Основной хронирующий каскад — управляющий мультивибратор — осуществляет изменение длительности импульсов в зависимости от разрежения во впускной трубе, для чего в его управляющие цепи вводится датчик разрежения, наиболее употребительны датчики индуктивного типа; применявшиеся ранее потенциометрические датчики обладали недостаточной долговечностью и в настоящее время не используются. Электрическая часть датчика соединяется с сильфонным или мембранным измерителем давления, сообщающимся с задроссельным пространством .впускного тракта. Эти элементы системы настраиваются да получение смеси экономического состава и работают на средних нагрузках двигателя.
В отличие от описанной пневматической системы в системе с электронным управлением можно корректировать топливоподачу на этих режимах и по частоте вращения. Такая задача не требует введения центробежного или иного измерителя частоты вращения, а разрешается подбором частотных характеристик хронирующего каскада. Для обогащения смеси на режимах полных нагрузок возможно, как и в рассмотренной выше системе, применить две пружины, однако, в системах с электронным управлением использование для программирования механических элементов нежелательно. Здесь логичнее воспользоваться пневматическим включателем, срабатывающим при изменении давления во впускном тракте. Подключая такое устройство-к управляющим цепям, можно осуществить переход к мощностной регулировке при падении разрежения до заранее назначенной величины.
Для программирования топливоподачи на режимах малых нагрузок и холостого хода иногда применяется второй хронирующий каскад, входящий в работу вместо основного (или одновременно с ним) при падении частоты вращения до определенной величины. Наличие отдельного каскада холостого хода позволяет особо точно запрограммировать топливоподачу на этом режиме в зависимости от нагрузки и частоты вращения двигателя. В системах впрыска с электронным управлением легко осуществляется отключение подачи при торможении двигателем (принудительный холостой ход). С этой целью на корпусе дроссельной заслонки устанавливается микровыключатель, срабатывающий при положении заслонки на упоре холостого хода. Если частота вращения двигателя при этом будет не менее заранее заданной, подача топлива будет прекращена и двигатель будет вращаться, всасывая только воздух. При падении частоты вращения ниже заданной величины топливоподача снова включается. В системе с электронным управлением может быть осуществлена дополнительная подача топлива при резком открытии дросселя на режиме разгона. На корпусе дроссельной заслонки устанавливается датчик положения заслонки, например, контактного типа. При повороте оси заслонки-контакты датчика замыкаются, обеспечивая дополнительные впрыски топлива, что улучшает работу двигателя на переходных режимах. В системы с электронным управлением легко вносятся любые температурные коррекции, для этого используются датчики сопротивления, включаемые в управляющие цепи и размещаемые в рубашке головки блока, воздушном фильтре или картере двигателя. Сочетание тех или иных датчиков позволяет реализовать программу топливоподачи, в полной мере учитывающую все особенности двигателя данного типа. Таким же образом может быть введена и коррекция по барометрическому давлению. В этом случае может быть использован любой электрический датчик, соединенный с анероидной коробкой и настроенный на необходимую характеристику.
На рис. 14, б приведена схема регулирования наиболее распространенной системы впрыска с электронным управлением Джеттоник фирмы «Бош». Рисунок изображает блок-схему устройства формирования импульсов с подключенными датчиками. При замыкании контактов расположенного в корпусе прерывателя-распределителя датчика оборотов 2 возникает импульс, воздействующий на управляющий мультивибратор V. Находящаяся в этом блоке моностабильная спусковая схема под воздействием управляющего импульса переводится из стабильного положения «выключено» в Положение «включено». В этот момент электрический импульс поступит на обмотки электромагнитных форсунок 9 (группа 1) или 10 (группа 2), и начнется истечение топлива во впускную систему. Продолжительность этого импульса, и, следовательно, количество поданного топлива зависят в основном от индуктивности датчика давления 3. Кроме того, на длительность импульсов оказывают влияние также сигналы блока коррекции по частоте вращения I и блока коррекции по температуре всасываемого воздуха VIII, датчик 4 которого установлен во впускном тракте двигателя. Переключатель каналов усилителя VI попеременно передает импульс от блока V к каналам усилителей IV и VII, связанных с группами форсунок 9 и 10.
При включении зажигания блок управления насосом XI через реле (на рисунке не показано) включает электрический бензонасос 7 на одну-две секунды — время, достаточное, чтобы создать давление в системе. Повторное включение электронасоса произойдет при включении стартера, и насос останется включенным, если двигатель заведется (частота вращения коленчатого вала станет выше 100—300 об/мин). Такая схема включения предотвращает переполнение двигателя топливом при неисправностях аппаратуры, если зажигание не будет выключено при неработающем двигателе.
В устройстве формирования импульсов предусмотрен также блок IX, соединенный с датчиком температуры охлаждающей воды 5. Он обеспечивает увеличение длительности управляющих импульсов в зависимости от температуры во время прогрева двигателя. В системе также предусмотрена дополнительная подача топлива при запуске холодного двигателя — через форсунку пускового устройства 8, управляемую блоком X. Пусковое устройство включается через цепь 6 при прокручивании двигателя стартером на определенное время, увеличивающееся при понижении температуры. Обогащение при разгоне осуществляется блоком III, получающим сигналы от датчика положения дроссельной заслонки 1. При открытии заслонки контактное устройство датчика срабатывает, в результате чего подаются дополнительные управляющие импульсы и соответственно впрыскивается дополнительное количество топлива. В системе имеется и отключение топливоподачи при принудительном холостом ходе (при торможении двигателем). В этом случае дроссельная заслонка закрыта и замкнута специальная контактная пара датчика 1. Блок II производит отключение подачи с учетом частоты вращения двигателя (если она выше 1000—1300 об/мин), причем учитывается и температурное состояние двигателя (связь с датчиком 5). В описываемой системе использован датчик 3 абсолютного давления во впускной трубе, а не датчик разрежения. Поэтому изменения барометрического давления влияют на этот же датчик, и отдельного датчика коррекции по давлению атмосферного воздуха не требуется. В корпусе датчика предусмотрено также мембранное устройство, ступенчато изменяющее его характеристику при малых разрежениях во впускной трубе, что создает экономайзерный эффект — обогащение смеси на режимах полных нагрузок.
