Система Впрыска EFI(Electronic Fuel Injection).
Первым коммерческим электронным впрыском топлива (EFI) является система Electrojector, разработанная компанией Bendix, и которая была предложена компанией American Motors Corporation (AMC) на двигателе 327 объемом 5,4 литра установленном на автомобиль Rambler Rebel в 1957 году. Впрыск Electrojector являлся опцией для 327 двигателя. Его мощность составила 288 л.с. (214,8 кВт). Пик крутящего момента сдвинулся на 500 оборотов в минуту вниз, чем аналогичный двигатель с карбюраторным впрыском. Стоимость опции EFI составляла $395 по состоянию на 15 июня 1957 года. С системой Electrojector было продано очень мало автомобилей и не одна из них не являлась серийной. Система EFI установленная в Rambler Rebel отлично зарекомендовала себя при положительных температурах, а при отрицательных наблюдались серьезные проблемы с пуском двигателя.
В 1958-м году компания Chrysler предложила свою систему Electrojector на автомобилях Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Dodge D-500 и Plymouth Fury. Это были первые серийные автомобили оснащенные системой EFI. Эта система EFI была совместно разработана компаниями Chrysler и Bendix. Большинство из 35 автомобилей изначально оборудованные электронной системой впрыска были переоборудованы с 4-карбюраторных систем. Патенты системы впрыска Electrojector впоследствии были проданы компании Bosch.
Компания Bosch разработала электронную систему впрыска топлива D-Jetronic, которая впервые была применена на автомобиле VW 1600TL/E в 1967 году. Это была первая электронная система впрыска топлива, которая для расчета топливо-воздушной смеси использовала показания датчиков частоты вращения двигателя и плотности воздуха во впускном коллекторе. Эта система была адаптирована для автомобилей таких производителей, как VW, Mercedes-Benz, Porsche, Citroën, Saab и Volvo. В 1974-м году Bosch модернизировала систему D-Jetronic до систем K-Jetronic и L-Jetronic, хотя некоторые автомобили (например Volvo 164) продолжали использовать систему D-Jetronic еще на протяжении несколько лет. В 1970 году компания Isuzu вместе с Bosch адаптировали систему впрыском топлива D-Jetronic для автомобиля Isuzu 117 Coupe, которая продавалась только в Японии.
В 1975-м году на автомобиле Cadillac Seville появилась система EFI разработанная компанией Bendix и смоделированная практически аналогична Bosch D-Jetronic. Система L-Jetronic впервые появилась в 1974-м году на автомобиле Porsche 914, которая использует механический счетчик расхода воздуха. Этот подход требует дополнительных датчиков для измерения атмосферного давления и температуры, для того чтобы в конечном итоге вычислить «воздушную массу». L-Jetronic получила широкое распространение на европейских автомобилей того периода, и несколько японских моделей спустя некоторое время.
В Японии в январе 1974-м году Toyota впервые установила систему EFI на двигатель 18R-E, которым опционально оснащался автомобиль Toyota Celica. Система EFI установленная на двигатель 18R-E являлась многоточечной системой впрыска топлива. Nissan предложил электронную многоточечную систему впрыска топлива в 1975 году. Это была система компании Bosch L-Jetronic, установленной на двигатель Nissan L28E и Nissan Fairlady Z, Nissan Cedric и Nissan Gloria. Вскоре Toyota последовала той же технологии в 1978 году, которую опробовала на двигателе 4M-E, устанавливающимся на Toyota Crown, Toyota Supra и Toyota Mark II. В 1980 году в качестве стандартного оборудования Isuzu Piazza и Mitsubishi Starion оснастили электронной системой впрыска топлива, разработанных отдельно обеими компаниями дизельных двигателей. В 1981 году Mazda продемонстрировала систему EFI на автомобиле Mazda Luce с двигателем Mazda FE, а в 1983 Subaru оснастила ею свой двигатель EA81, установленный на автомобиль Subaru Leone. Honda в 1984 разработала собственную систему PGM-FI для Honda Accord и Honda Vigor (двигатель Honda ES3).
В 1980 году Motorola представила первый электронный блок управления двигателем(ECU) ЕЭС III. Он тесно интегрирован с системами управления двигателем, например, впрыском топлива и зажиганием. На сегодняшний день это стандартный подход для управления системами впрыска топлива.
Основные типы электронного впрыска
SPFI (Single Point Fuel Ijection) − Одноточечный инжектор устанавливается в корпусе дроссельной заслонки, в том месте, где в раньше устанавливался карбюратор. Таким образом электронный впрыск выполняется при помощи одной форсунки сразу для всех цилиндров.
Такая схема впрыска была введена в 1940-х годах на больших авиационных двигателях. В автомобильной промышленности на двигателях легковых автомобилях одноточечный инжектор стали устанавливать в 1980-е годы. У разных производителей система имела разные названия, например TBI у General Motors, CFI у Ford, EGI у Mazda. Из-за того, что топливо впрыскивается во впускные каналы, такая схема имеет общее название «мокрый впрыск».
Самый главный плюс системы SPFI состоит в низкой стоимости самой системы. Большинство вспомогательных компонентов карбюратора, таких как воздушный фильтр, впускной коллектор и воздушный тракт могут использоваться совместно с системой SPFI без дополнительных доработок. Система SPFI широко использовалась на американском рынке с 1980-го по 1995-й год, на европейском же была популярна в начале и середине 1990-х годов.
CFI (Continuous Fuel Injection) − Непрерывный впрыск топлива. Топливо впрыскивается непрерывно при помощи одной или нескольких форсунок, но с переменной скоростью. Это главное отличие от большинства систем впрыска, в которых топливо впрыскивается короткими импульсами различной продолжительности каждого импульса.
Непрерывный впрыск может быть, как одноточечным так и многоточечный, но не может быть непосредственным.
Самая распространенная система непрерывного впрыска K-Jetronic производства Bosch, который появился в 1974-м году. Система K-Jetronic использовалась на протяжении многих лет с 1974-го до середины 1990-х годов такими авто-производителями, как BMW, Lamborghini, Ferrari, Mercedes-Benz, Volkswagen, Ford, Porsche, Audi, Saab, DeLorean, Volvo и Toyota.
CPFI (Central Port Fuel Injection) − Центральный впрыск топлива. Эту систему использовала General Motors с 1992-го по 1996-й год. В ней используются каналы с тарельчатыми клапанами от центрального инжектора для распыления топлива в каждый впускной канал, а не в корпус дроссельной заслонки, как в системе SPFI. Давление топлива аналогично системе SPFI.
MPFI (Multi Point Fuel Injection) − Многоточечный(Мультиточечный) впрыск топлива. Впрыск топлива осуществляется во впускной канал чуть выше от впускного клапана каждого цилиндра, а не в центральной точке впускного коллектора. Система MPFI (или MPI) может быть одновременной или последовательной, т.е. все форсунки работают ассинхронно, каждая из них управляется отдельно CPU двигателя и подает импульс в необходимый момент для каждой форсунки каждого цилиндра.
Многие современные системы EFI используют последовательную систему впрыска топлива MPFI. Но в новых бензиновых двигателях систему MPFI уверенно начинают заменять системы прямого(непосредственного) впрыска.
DFI (Direct Fuel Injection) − Прямой(Непосредственный) впрыск топлива. В двигатель с непосредственным впрыском, в отличие от всех других систем впрыска, топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.
Впервые система непосредственного впрыска топлива DFI была применена на двигателе Mitsubishi (GDI − Gasoline Direct Injection). Сегодня эта система впрыска активно применяется на новых двигателях автомобильных производителей Audi (TFSI), Volkswagen (FSI, TSI), Toyota D4 и т.д.
Использование непосредственного впрыска позволяет достичь 15% топливной экономичности и повысить экологичный класс двигателя.
Система DFI достаточно дорога относительно других систем электронного впрыска топлива за счет того, что для обеспечения ее нормальной работы требуется достичь большое давление в топливной магистрали. Для этого используется специальный топливный насос высокого давления(ТНВД). В свою очередь форсунки подвергаются более высокому давлению и температуре, из-за чего для их производства применяются более дорогостоящие материалы. А так же требуются высокоточные электронные системы, чтобы впрыск топлива в цилиндры происходил в строго определенное время. С такой системой весь впускной коллектор становится сухим, что позволяет содержать систему впуска в идеально чистом состоянии.
Принципы работы системы электронного впрыска топлива
Система электронного впрыска топлива (EFI) представляет собой совокупность управляемых топливных клапанов, открываемых электрическим сигналом, и обеспечивающих подачу топлива в двигатель. Соотношение воздух/топливо определяется временем, в течении которого форсунки остаются открытыми во время рабочего цикла. Это время называется длительностью импульса. Компьютер EFI собирает данные с группы датчиков, которые сообщают ему, на каких оборотах работает двигатель и нагрузку на него в данный момент. Имея эти данные, компьютер начинает просматривать находящуюся в его памяти информацию, чтобы определить, как долго он должен держать форсунки открытыми, чтобы обеспечить топливные требования, продиктованные этими условиями. Когда эта информация найдена, она извлекается из памяти и передается к форсункам как импульс напряжения определенной длительности. Длительность импульса измеряется в тысячных долях секунды, или в миллисекундах (мс). Когда этот цикл закончен, программа компьютера сообщает ему, об этом, и он продолжает выполнять его снова и снова, при этом компьютер всегда готов получить новые исходные данные. Все это — получение данных, анализ, и преобразование занимают приблизительно 15 % мощности компьютера. Оставшаяся часть времени это простой процессора. Жаль, что вы не можете получить денежную компенсацию за время бездействия процессора. Датчики, на которые компьютер полагается, чтобы получать информацию — неотъемлемая часть EFI и являются глазам и ушам системы:
Датчик массового расхода воздуха/датчик расхода воздуха. Система впрыска, работающая с датчиком массового расхода воздуха или датчиком расхода воздуха, названа системой впрыска «с массовым расходом». Чувствительный элемент измеряет число молекул воздуха, попадающих в систему в любой момент времени. Если это число разделить на обороты двигателя, это даст точное значение количества топлива, не обходимого для одного рабочего цикла в двигателе.
Датчик температуры воздуха. Плотность воздуха изменяется как функция температуры. Поэтому, компьютер должен знать, что необходимо изменить длительность импульса, если датчик температуры воздуха обнаруживает изменение температуры воздуха.
Барометрический датчик. Плотность воздуха также изменяется с высотой. Датчик атмосферного давления сообщает компьютеру об изменении высоты.
Датчик температуры охлаждающей жидкости. Количество топлива, требуемое двигателю, обратно пропорционально температуре двигателя. Датчик температуры охлаждающей жидкости отражает рабочую температуру двигателя. Холодному двигателю требуется большее количество топлива для того, чтобы получить достаточно паров топлива для воспламенения. Чем более нагрет двигатель, тем легче парообразование, и меньше количество требуемого топлива.
Датчик давления во впускном коллекторе. Не все системы EFJ оборудованы датчиком давления во впускном коллекторе. Те, в которых он присутствует, называются системами EF1, работающими на принципе «плотность/скорость». Когда используется датчик давления во впускном коллекторе, датчик массового расхода воздуха или датчик расхода воздуха становится не нужен. Давление во впускном коллекторе в любой данный момент достаточно точно отражает нагрузку на двигатель. Следовательно, датчик давления во впускном коллекторе сообщает компьютеру данные о текущем эксплуатационном режиме.
Датчик кислорода. Датчик кислорода измеряет количество остаточного кислорода в выхлопных газах после процесса горения. Он установлен в выпускном коллекторе и таким образом становится для компьютера «сторожевым псом» фактического качества смеси. Если датчик обнаруживает слишком большое количество кислорода, компьютер, на основе информации в его памяти, будет немного увеличивать длительность импульсов впрыска, таким образом, добавляя топливо и используя избыточный кислород. Контролируя оставшийся кислород, компьютер может непрерывно поддерживать необходимую длительность импульсов, для обеспечения запрограммированного соотношения воздух/топливо. В жизни датчик кислорода нужен для поддержания соотношения воздух/топливо в рамках, необходимых для работы трехкомпонентного катализатора. Это не устройство для экономии топлива или обеспечения мощности.
Датчик частоты вращения. Импульсы впрыска каждый рабочий цикл должны, конечно, всегда соответствовать частоте вращения двигателя. Датчик оборотов двигателя обеспечивает это, контролируя низковольтные импульсы на катушке зажигания.
Датчик положения распределительного вала. В системе последовательного впрыска датчик положения распределительного вала сообщает блоку управления, в каком порядке работают цилиндры двигателя. По сигналам этого датчика блок управления определяет, в каком порядке осуществлять впрыск.
Датчик положения дроссельной заслонки. Полезная мощность двигателя в значительной степени зависит от положения дроссельной заслонки. Полностью открытая дроссельная заслонка, очевидно, говорит о том, что от двигателя требуется все, на что он способен, и расход топлива должен, в этом случае, быть увеличен. Поэтому, положение дроссельной заслонки является для компьютера важным параметром. Еще один тип данных, которые дает датчик положения дроссельной заслонки — скорость изменения положения дроссельной заслонки. Эта функция становится эквивалентом ускорительного насоса в карбюраторе. Ускорительный насос обеспечивает быстрое обогащение смеси, при быстром открытии дроссельной заслонки.
Дополнительные компоненты системы EFI — топливный насос, регулятор давления, топливопроводы, пневмоклапаны, регулятор холостых оборотов и различные реле.
Электронная система впрыска топлива — Энциклопедия японских машин — на Дром
Как работает система впрыска топлива с электронным управлением?
Система впрыска топлива с электронным управлением работает на некоторых основных принципах. Далее подробно описана работа системы впрыска топлива с электронным управлением (EFI) стандартного типа.
Система впрыска топлива с электронным управлением может быть подразделена на три основные подсистемы. Это: система подачи топлива, система всасывания воздуха и электронная система управления.
Система подачи топлива
— Система подачи топлива состоит из топливного бака, топливного насоса, топливного фильтра, подающего топливопровода (направляющей-распределителя для топлива), топливной форсунки, регулятора топливного давления и обратного топливопровода.
— Топливо подается из бака в форсунку с помощью электрического топливного насоса. Насос обычно расположен внутри или рядом с топливным баком. Загрязнения отфильтровываются высокомощным встроенным топливным фильтром.
— Постоянное давление топлива поддерживается при помощи регулятора топливного давления. Топливо, не направленное во всасывающий трубопровод через форсунку, возвращается в бак по обратному топливопроводу.
Система всасывания воздуха
— Система всасывания воздуха состоит из очистителя воздуха, дроссельного клапана, воздухозаборной камеры, всасывающего коллектора и впускного клапана.
— Когда дроссельный клапан открыт, воздух проходит через очиститель воздуха, через расходомер воздуха (в системах типа L), через дроссельный клапан и хорошо отрегулированный впускной патрубок во впускной клапан.
— Подача воздуха в двигатель – это функция, требующая привода. По мере открытия дроссельного клапана в цилиндры двигателя впускается больше воздуха.
— В двигателях марки «Тойота» используются два различных метода измерения объема впускаемого воздуха. В системе EFI типа L поток воздуха измеряется напрямую с помощью расходомера воздуха. В системе EFI типа D поток воздуха измеряется косвенно с помощью мониторинга давления во всасывающем коллекторе.
Электронная система управления
— Электронная система управления состоит из различных датчиков двигателя, электронного управляющего блока (ECU), устройства топливной форсунки и соответствующей проводки.
— Блок ECU определяет точное количество топлива, которое необходимо подать форсунке, с помощью мониторинга датчиков двигателя.
— Для подачи в двигатель воздуха/топлива в соответствующей пропорции блок ECU включает форсунки на точный период времени, который называется шириной импульса впрыска или продолжительностью впрыска.
Основной режим работы
— Воздух попадает в двигатель через систему всасывания воздуха, где он измеряется расходомером воздуха. Когда воздух попадает в цилиндр, топливо смешивается с воздухом с помощью топливной форсунки.
— Топливные форсунки расположены во всасывающем коллекторе за каждым впускным клапаном. Форсунки представляют собой электроклапаны, управляющийся блоком ECU.
— Блок ECU посылает импульсы на форсунку путем включения и выключения цепи заземления форсунки.
— Когда форсунка включена, она открывается, распыляя топливо на заднюю стенку впускного клапана.
— Когда топливо распыляется во всасываемый поток воздуха, оно смешивается с входящим воздухом и испаряется благодаря низкому давлению во всасывающем коллекторе. Электронный управляющий блок посылает сигналы на форсунку, чтобы обеспечить подачу топлива, достаточного для достижения идеальной пропорции воздух/топливо 14,7:1, которая часто называется стехиометрией.
— Подача точного количества топлива в двигатель – это функция электронного управляющего блока.
— Блок ECU определяет основной объем впрыска на основании измеренного объема воздуха и оборотов двигателя.
— Объем впрыска может изменяться в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Блок ECU отслеживает такие переменные величины, как температура охлаждающей жидкости, скорость двигателя, угол дросселя и содержание кислорода в выхлопе и производит корректировку впрыска, которая определяет окончательный объем впрыска.
Преимущества системы EFI
Равномерное распределение воздухо-топливной смеси
Каждый цилиндр имеет собственную форсунку, которая подает топливо непосредственно на впускной клапан. Это позволяет избежать необходимость подавать топливо через всасывающий коллектор, что улучшает распределение между цилиндрами.
Высокоточный контроль пропорции воздуха и топлива при всех условиях эксплуатации двигателя
Система EFI постоянно подает в двигатель точную пропорцию воздуха и топлива вне зависимости от условий эксплуатации. Это обеспечивает лучшие дорожные качества автомобиля, экономию топлива и контроль выхлопных газов.
Превосходная реакция дросселя и мощность
За счет подачи топлива непосредственно на заднюю стенку впускного клапана устройство всасывающего коллектора можно оптимизировать, чтобы повысить скорость движения воздуха через впускной клапан. Это улучшает крутящий момент и работу дросселя.
Значительная экономия топлива и улучшенный контроль выхлопных газов
В двигателях с системой EFI обогащение при холодном запуске и широко открытом дросселе можно сократить, поскольку смешивание топлива не представляет проблемы. Это позволяет экономить топливо в целом и улучшить контроль выхлопных газов.
Улучшенные пусковые и эксплуатационные качества холодного двигателя
Улучшенное распыление в сочетании со впрыском топлива непосредственно на впускной клапан улучшает пусковые и эксплуатационные качества холодного двигателя.
Упрощенная механика, сниженная чувствительность к регулировке
Система EFI не зависит от регулировки обогащения топливной смеси при холодном запуске или измерения топлива. Поскольку система проста с механической точки зрения, требования к техническому обслуживанию снижены.
Система EFI/TCCS
С введением системы компьютерного управления (TCCS) система EFI превратилась из простой системы контроля топлива в полностью интегрированную систему управления двигателем и выхлопными газами. Хотя система подачи топлива работает также, как в обычной системе EFI, электронный регулирующий блок системы TCCS также контролирует угол искры зажигания. Кроме того, система TCCS также управляет устройством контроля числа оборотов холостого хода, рециркуляцией выхлопных газов, клапаном переключения вакуума и, в зависимости от применения, другими системами двигателя.
Управление искрой зажигания
Система EFI/TCCS регулирует угол опережения искры зажигания, отслеживая эксплуатационные условия двигателя, вычисляя оптимальную продолжительность зажигания и зажигая свечу в соответствующее время.
Контроль числа оборотов холостого хода
Система EFI/TCCS регулирует число оборотов холостого хода с помощью нескольких устройств разного типа, контролируемых электронным управляющим блоком (ECU). Блок ECU отслеживает эксплуатационные условия двигателя и определяет необходимое число оборотов холостого хода.
Рециркуляция выхлопных газов
Система EFI/TCCS регулирует периоды включения рециркуляции выхлопных газов (EGR) в двигателе. Контроль достигается за счет использования клапана переключения вакуума системы EGR.
Другие системы двигателя
Кроме основных описанных систем электронный регулирующий блок системы TCCS часто контролирует трансмиссию с электронным управлением (ECT), изменяемую всасывающую систему, сцепление компрессора кондиционера воздуха и турбонагнетатель.
Система самодиагностики
Система самодиагностики включена в блоки ECU всех систем TCCS и некоторых обычных систем EFI. Обычный двигатель c системой EFI, оснащенной функцией самодиагностики – это система Р7/EFI. Данная система диагностики использует предупредительную лампочку проверки двигателя в сочетании с измерительным устройством, которое предупреждает водителя об обнаружении неисправностей в системе управления двигателем. Лампочка проверки двигателя также высвечивает ряд кодов диагностики в помощь механику при выявлении и устранении неисправностей.
Краткий обзор
Система впрыска топлива с электронным управлением состоит из трех основных подсистем.
— Электронная система управления определяет основной объем впрыска по электросигналам расходомера воздуха и оборотам двигателя.
— Система подачи топлива поддерживает постоянное давление топлива на форсунке. Это позволяет блоку ECU контролировать продолжительность впрыска топлива и подавать топливо в объеме, соответствующем условиям эксплуатации двигателя.
— Система всасывания воздуха подает воздух в двигатель по требованию водителя. Воздушно-топливная смесь образуется во всасывающем коллекторе по мере продвижения воздуха по впускному каналу.
- Перепечатка разрешается только с разрешения автора и при условии размещения ссылки на источник
Как блок управления двигателем регулирует подачу топлива.
Элементы электронной системы управления впрыском топлива (EFI).
Чтобы понять как строится топливная карта, необходимо знать какие параметры в ней описываются. Центр системы EFI – электронный блок управления двигателем (ECU). Этот компонент еще называют “мозгом автомобиля”. Датчики, расположенные в двигателе и в остальных частях автомобиля, посылают информацию в ECU, он анализирует эту информацию и использует ее для того, чтобы оптимизировать работу двигателя. Внешне ECU выглядит как черная пластиковая коробка, месторасположения которой зависит от производителя. Одни производители устанавливают его рядом с аккумуляторной батареей, другие около бардачка, третьи под одним из сидений.
Однако сам по себе ECU бесполезен, он лишь обработчик информации, приходящей с датчиков. Несмотря на то что в автомобиле существует множество датчиков, мы рассмотрим те из них, показания которых используются для построения топливной карты.
Датчик массового расхода воздуха.
Этот датчик измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель. Во время движения двигатель автомобиля потребляет больше воздуха, чем на холостом ходу. Количество воздуха определяет количество топлива, которое будет впрыснуто в цилиндр.
Датчик кислорода.
Этот датчик расположен в выхлопной системе и определяет количество не сгоревшего в двигателе кислорода и топлива. ECU может регулировать длительность открытия форсунок, тем самым регулируя количество топлива, поступающего в цилиндр.
Датчик положения дроссельной заслонки.
Этот датчик сообщает ECU с какой силой водитель давит на педаль газа. Чем сильнее и быстрее водитель давит на педаль, изменяя положение дроссельной заслонки, тем больше топлива необходимо впрыснуть в цилиндр.
Датчик абсолютного давления в коллекторе.
Датчик измеряет изменение давления наддува в двигатель. Этот датчик может применяться как вместе с датчиком массового расходомера воздуха, так и вместо него.
Датчик скорости.
Сообщает ECU скорость движения автомобиля. Данные с этого датчика также приходят на спидометр и блок круиз-контроля.
Топливную карту можно представить себе как бумажный листок в клеточку на котором отмечены оси Х и У. На оси У отмечают количество обороты в минуту, на оси Х отмечают нагрузку на двигатель, или энергию необходимую двигателю для выполнения поставленной задачи. Одинаковым оборотам двигателя могут соответствовать разные ситуации на дороге, при этом двигатель испытывает разные нагрузки. Вся эта информация отображается в топливной карте.
Есть два основных типа людей, которые хотели бы внести изменения в топливную карту — “любители погонять” и “топливные скряги”. “Любители погонять” заинтересованы в увеличении скорости автомобиля несмотря на пустую трату денег, в виде не сгоревшего топлива в выхлопных газах. Противоположность им это водители, которые готовы жертвовать производительностью автомобиля ради экономии топлива. Существуют даже датчики абсолютного давления, которые позволяют водителю регулировать расход топлива вручную.
-
обрыв проводов, соединяющих датчик и ECU;