План-конспект занятия по курсу МДК.01.01 Устройство автомобилей Раздел 1. Устройство автомобилей Тема 1.2 Автомобильные двигатели внутреннего сгорания Тема занятия:«Электронные системы впрыскивания топлива»

Занятие  №    9 

Группа: 2151, 2251

Дата проведения: 21.09.2013 г.

 

Тип занятия: комбинированное.

Цель: Формирование у студентов навыков и умений по учебному материалу.

Задачи:

Обучающая: познакомить студентов с назначением , принципом действия элементов системы подачи бензина и воздуха в различных системах электронного впрыска топлива.

Воспитательная: формирование у студентов интереса к данной теме занятия, патриотического отношения к отечественным маркам автомобилей; вырабатывание у  навыков ответственности, дисциплинированности, добиваться применения полученных теоретических знаний для выполнения практических задач..

Экологическая: ответственный подход к сохранению окружающей среды и минимальное нанесения вреда экологии.

Работа в группах: умение вырабатывать правильное решение в группе.

Материально-техническое оснащение: проектор, экран,  компьютер, программное обеспечение.

Учебно-методическое оснащение: плакаты,  учебники, презентация.

Методы обучения: беседа, решение тестовых заданий, фронтальный опрос, показ слайдов.

Оборудование: тесты, мультимедиа.

Межпредметная связь: техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, эксплуатационные материалы, физика.

Ход занятия:

I. Организационный момент (3 мин.)

Приветствие, психологическая установка на привлечение внимания студентов к занятию, проверка посещаемости и подготовленности к занятию.

II. Проверка домашнего задания (15 мин.).

Повторение пройденного материала: проверка знаний по устройству и работе карбюратора.

Ш. Сообщение цели и задач занятия и изучение нового материала (50 мин.):

Применение ипринцип работы систем впрыска топлива

Преде­лом обеднения смеси является неравномерность распределения ее по цилиндрам. В двигателях с карбюраторным питанием неравно­мерность состава смеси может достигать 10... 15%. Этот недоста­ток может быть устранен применением систем впрыска топлива. В этом случае улучшаются равномерность распределения топлива по цилиндрам, газодинамические характеристики впускного трак­та, обеспечивается более высокий коэффициент наполнения ци­линдров свежим зарядом, появляется возможность применения топлива с более низким октановым числом и т.д. При примене­нии систем впрыска топлива мощность двигателя повышается в среднем на 10... 12 %, улучшается топливная экономичность, сни­жается токсичность отработавших газов.

Система электронного впрыска топлива включает в себя топлив­ный насос с электроприводом и регулятор давления, поддерживаю­щий постоянное рабочее давление в системе до 0,17...0,20 МПа.

 

            

                                        а                                            б

Рис. 1 Электромагнитная форсунка:

а — принципиальная схема; б — схема расположения электромагнитной фор­сунки на впускном газопроводе; 1 — корпус; 2 — игольчатый клапан; 3 — мем­брана; 4 — соленоид; 5 — распределительное устройство; 6 — отверстие; 7 — топливная магистраль; 8— факел топлива; 9— сливной канал; 10— клапан; 11 — электромагнитная форсунка; 12 — распыливающий конус; 13 — газопровод

Впрыск топлива во впускные каналы цилиндров осуществляется электромагнитными форсунками, время открытия которых зависит от давления во впускной системе двигателя и частоты вращения коленчатого вала.

Принципиальная схема электромагнитной форсунки для впрыс­ка топлива показана на рис. 1 а. В корпусе форсунки располо­жены игольчатый клапан 2, нагруженный усилием мембраны 3, и соленоид 4.

Когда игла прижата к седлу распылителя, поступающее из топ­ливной магистрали 7 топливо проходит через корпус форсунки на слив. В соответствии с электрическим сигналом от распредели­тельного устройства 5 соленоид 4 освобождает мембрану 3, в этом случае сливной канал 9 закрывается, а игла 2 под давлением топ­лива поднимается.

На выходе из сопла форсунки факел топлива 8 получает вра­щательное движение и впрыскивается в виде широкого конуса. Часть топлива, просочившаяся между иглой и корпусом, удаляет­ся через отверстие 6 в сливную магистраль. Максимальный подъем иглы составляет 0,15...0,17 мм, а продолжительность подъема иглы колеблется в пределах 1,5...6,5 м/с.

Расположение электромагнитной форсунки 11 показано на рис. 1 б. Она закрепляется на впускном газопроводе 13, а ее распыливающий конус 12 при впрыскивании топлива направ­лен в зону проходного отверстия впускного клапана 10.

Особенностью электронной топливовпрыскиваюгцей систе­мы является то, что она функ­ционирует во взаимосвязи с электронным блоком управле­ния, а в качестве главного уп­равляющего параметра для ре­гулирования подачи топлива используется величина расхода воздуха, поступающего в цилин­дры двигателя. Количество топ­лива, впрыскиваемого в надкла- панные пространства, зависит от массовой скорости воздушного потока и его объема во впуск­ном тракте.

 

Современные системы впрыскивания топлива

По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные, аналоговые и цифровые системы. К настоящему времени структурные схемы систем впрыскивания топлива стабилизировались и в основном классифицируются на два вида: распределенное и центральное впрыскивание топлива.

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра отдельной форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием со- ответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание), или группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогла­сованное впрыскивание).

Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить безотказность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощ- ностные показатели двигателя, а также дают возможность приме­нения газодинамического наддува, расширяют возможности со­здания различных конструкций впускного газопровода.

При центральном впрыскивании топливо подается одной фор­сункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного газопровода. В этом случае конструкция двигателя не имеет суще­ственных изменений. Система центрального впрыскивания прак­тически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыски­вании по сравнению с карбюратором обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива.

 

Система распределенного впрыскивания топлива

На рис. 2 представлена система распределенного впрыскивания топлива L-Jetronik. Электрический топливный насос 1 подает топливо из бака 3 через фильтр 2 в топливный коллектор 4, в котором с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давлений на входе и выходе топлива из форсунок 13. Стабилиза­тор перепада давлений поддерживает постоянное давление впрыс­кивания и обеспечивает возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлив в системе и исклю­чается образование паровых пробок. Из коллектора топливо по­ступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону проход­ных отверстий впускных клапанов. Количество впрыскиваемого топлива задается электронным блоком управления 6 (ЭБУ) в за­висимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигате­ля. В процессе работы системы впрыскивания ЭБУ взаимодейству­ет также с датчиком-распределителем 17 системы зажигания.

Объем поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилинд­ры через измеритель 8 расхода воздуха и впускной газопровод. Воз­душный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорно- измерительную заслонку 7 измерителя расхода воздуха на опреде­ленный угол. При этом с помощью потенциометра электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подается в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдает импульсы управления моментом подачи топлива. Электронная схема управления впрыскивания топлива получает питание от аккумуляторной батареи 19 и начинает работать при включении зажигания и системы впрыскивания выключателем 20.

Рис. 2. Электронная система впрыскивания топлива  L-Jetronik:

1 — топливный насос; 2 — фильтр; 3 — топливный бак; 4 — топливный коллек­тор; 5 — стабилизатор перепада давлений; 6 — электронный блок управления; 7 — напорно-измерительная заслонка; 8 — измеритель расхода воздуха; 9 — дроссельная заслонка; 10— датчик положения дроссельной заслонки; 11 — регу­лировочный винт системы холостого хода; 12 — пусковая форсунка; 13 — фор­сунка с электронным управлением; 14 — датчик кислорода; 15, 16 — регистри­рующие датчики; 17 — датчик-распределитель; 18 — регулятор расхода воздуха на холостом ходу; 19 — аккумуляторная батарея; 20 — выключатель зажигания и системы впрыскивания

 

Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыс­кивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двига­теля. Если впускной клапан в момент впрыскивания топлива фор­сункой закрыт, то топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Регулирование количества поступающего к цилиндрам двига­теля воздуха производится дроссельной заслонкой 9, управляе­мой из салона педалью. В системе предусмотрен регулятор 18 рас­хода воздуха на холостом ходу, расположенный около дроссель­ной заслонки. Он обеспечивает дополнительную подачу воздуха при пуске и прогреве двигателя. По мере прогрева двигателя, на­чиная с температуры охлаждающей жидкости 50...70°С, регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После этого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верх­ний байпасный (обводной) канал, сечение которого можно из­менять регулировочным винтом 11, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения в режиме холостого хода.

Стабилизатор 5 перепада давлений поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха в впускном газопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 13 зависит от времени, в течение которого открыт ее клапан. Следовательно, основной принцип электронного управ­ления впрыскиванием топлива заключается в изменении (моду­ляции) электрического импульса, управляющего форсункой при поддержании постоянного перепада давления топлива.

Длительность импульсов управления временем впрыскивания топлива форсункой корректируется в зависимости от температу­ры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15. Вве­денный в систему датчик 14 кислорода обеспечивает поддержание необходимого состава горючей смеси.

На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси, что обеспе­чивается ЭБУ по информации от датчика 10 положения дроссель­ной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчи­ка выдает импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

В датчике 10 положения дроссельной заслонки предусмотрена контактная пара, от замкнутого или разомкнутого состояния кото­рой зависит отключение или включение топливоподачи в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения ко­ленчатого вала двигателя более 1000 об/мин, и возобновляется при снижении частоты вращения до 850 об/мин.

С целью облегчения пуска холодного двигателя в системе преду­смотрена дополнительная пусковая форсунка 12, которая представ­ляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем. Продолжительность открытия форсунки зависит от температуры охлаждающей жидкости в двигателе, фиксируемой датчиком 16.

 

Система центрального впрыскивания топлива

 Типичным при­мером центрального впрыскивания топлива является электронная система Мопо-Моtronik (рис.3). Ее устанавливают на двигателях небольшого рабочего объема автомобилей обычно малого класса, например ВАЗ-21214, -21044. Конструктивно она включает в себя следующие основные устройства: электронный блок управления 13 на базе микропроцессора, смесительную камеру 3 с дроссельной заслонкой и установленным на ней датчиком 8, фиксирующим ее положение, электромагнитную форсунку 6, регулятор 7 давления топлива, электрический топливный насос 12, топливный фильтр 10, датчик 16 температуры охлаждающей жидкости, регулятор 4 час­тоты вращения в режиме холостого хода.

                                              5             6        7

Рис. 3. Электронная система центрального впрыскивания топлива Мопо-Мо!тп1с:

1 — катушки зажигания; 2 — распределитель электронного зажигания; 3 — сме­сительная камера; 4 — регулятор частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода; 5 — диффузор с датчиком температуры; 6 — электромагнитная форсунка; 7— регулятор давления топлива; 8 — датчик положения дроссельной заслонки; 9 — возвратный топливный клапан; 10— топливный фильтр; 11 — емкость с активированным углем для сбора паров бензина (адсорбер); 12— элек­трический топливный насос; 13 — электронный блок управления; 14 — разъем для диагностики; 15 — датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 16 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 17— кислородный датчик

 

Действие регулятора частоты вращения коленчатого вала двига­теля на холостом ходу основано на изменении положения дроссель­ной заслонки или перепуска воздуха в обход дроссельной заслон­ки. После обработки информации от датчика частоты вращения микропроцессор формирует управляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, в качестве которого в таких системах может быть использован шаговый микроэлектродвигатель, кото­рый воздействует на дроссельную заслонку или клапан обводного канала. Все системы центрального впрыскивания топлива имеют кислородный датчик 17 (λ-зонт), позволяющий поддерживать в оптимальных соотношениях количество воздуха к топливу, обес­печивая необходимый (стехиометрический) состав горючей сме­си на всех режимах работы двигателя.

Система центрального впрыскивания топлива отличается от рассмотренной выше системы впрыска (см. рис. 2) следующим: отсутствует распределенный (отдельно для каждого цилиндра) впрыск топлива; процесс топливоподачи происходит с помощью центрального отсека (модуля), в котором установлена одна элек­тромагнитная форсунка 6 (см. рис. 3), обеспечивающая впрыс­кивание топлива; регулировка подачи топливовоздушной смеси дроссельной заслонкой, а также распределение ее по цилиндрам двигателя происходит по принципу работы карбюраторной си­стемы.

Наряду с этим в этой системе отсутствует датчик массового расхода воздуха, но в диффузоре 5 установлен датчик поступаю­щего воздуха, которого нет в системе распределенного впрыски­вания. Состав и функции действия остальных устройств централь­ной системы впрыскивания во многом подобны рассмотренной системе распределенного впрыска топлива.

 

IV. Закрепление изученного материала (15 мин.).

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается принцип работы системы впрыскивания топлива?
2. Какова разница между распределенной и центральной системами впрыскивания топлива?
3. Перечислите основные устройства систем впрыскивания топлива.

Решение тестовых заданий с комментариями с использованием ИКТ-технологий.  

V. Информация о домашнем задании(2 мин.).

с.117...122 Пузанков А.Г. Автомобили: Устройство автотранспортных средств: учебник для студентов учреждений сред. проф. образования / А.Г. Пузанков.-3-е изд., стер.- М. : Издательский центр «Академия»,  2006

VI. Итог занятия (5 мин.).

Выставить оценки студентам, главным критерием которых будет являться активность при фронтальном опросе и тестировании.

 

Литература:

1. Пузанков А.Г. Автомобили: Устройство автотранспортных средств: учебник для студентов учреждений сред. проф. образования / А.Г. Пузанков.-3-е изд., стер.- М. : Издательский центр «Академия»,  2006 г.