Как работает система впрыска с обратной связью

В общих чертах опишем функционирование системы впрыска инжекторного автомобиля и расскажем как это работает.

Принцип работы

Процесс происходит так: масса воздуха, поступающая в двигатель, измеряется датчиком расхода воздуха. Эти данные передаются компьютеру, который на основе этой информации и некоторых других параметров работы - температуры двигателя и воздуха, скорости вращения коленвала, степени открытия дроссельной заслонки, рассчитывает необходимое количество топлива, которое нужно сжечь в данном количестве воздуха.

После компьютер подает на форсунки электрический импульс нужной длительности, форсунки открываются, и топливо, находящееся под давлением в топливной магистрали, впрыскивается во впускной коллектор. Дело сделано.

В системе впрыска есть единственная сложность - это программа, находящаяся в памяти компьютера и составленная так, чтобы учитывать все разнообразие режимов работы двигателя и внешних условий, в которых ему приходится работать.

Как работает компьютер системы впрыска

Начнем с компьютера системы впрыска. В его памяти находятся программа управления и набор так называемых "карт", в которых отражена необходимая для работы информация. При этом сама программа более-менее стандартна для любого двигателя, а карты - уникальны для каждой модели и модификации мотора.

Представим программу, которая работает с двумя картами, одна представляет трехмерную таблицу, в которой по горизонтали (вдоль оси X) заданы значения массы поступающего воздуха, по вертикали (вдоль оси Y) - обороты двигателя, а вдоль оси Z - углы открытия дроссельной заслонки. На пересечении всех трех колонок и столбцов таблицы проставлены значения количества топлива, которое необходимо впрыснуть при данных условиях работы.

Во второй карте, двумерной, заданы соответствия между количеством топлива и временем открытия форсунок, в результате программа узнает длительность электрического импульса, который должен быть подан на форсунки.

В процессе работы программа каждые несколько миллисекунд опрашивает датчики, сравнивает полученные значения с заданными в первой карте, выбирает из соответствующей ячейки содержащееся там значение количества топлива, потом переходит ко второй карте и выбирает требуемое время открытия форсунок. Далее следует импульс на форсунки - все, цикл завершен.

Описанный процесс отличается от реального тем, что таких карт больше и в них отражены зависимости гораздо большего числа параметров, чем было перечислено. В том числе нагрузка на авто, температура двигателя и воздуха и даже высота над уровнем моря.

Вся сложность не в написании программы, которая только сверяется последовательно с несколькими картами и в результате "добирается" до некоторого значения, а в самих картах. Они должны быть точными и подобраны под конкретную модификацию двигателя.

Для чего нужна обратная связь

Обратная связь обеспечивается лямбда-зондом (датчиком кислорода). Как бы не были хороши и точны карты, находящиеся в памяти ЭБУ, каждый двигатель отличается от остальных и требует индивидуальной подстройки топливной системы. В процессе эксплуатации также происходят изменения, связанные с износом, которые тоже надо компенсировать.

Кроме этого, сами карты могут быть изначально составлены не оптимально для некоторых сочетаний внешних условий и режимов работы двигателя. Значит требовать корректировки. Эти задачи позволяет решить наличие обратной связи.

Главная цель - достижение наиболее полного сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя для получения наилучших характеристик токсичности. Известно, что оптимальным для полного сгорания топлива является соотношение воздух/топливо равное 14.7:1. Это отношение называют "стехиометрическим".

Выглядит обратная связь так. После, как компьютер определил необходимое количество топлива, которое нужно впрыснуть в текущий момент работы мотора исходя из текущих условий и режима работы, топливо сгорает и выхлопные газы поступают в выпускную систему. В этот момент с датчика кислорода считывается информация о содержании кислорода в выхлопных газах, на основании чего можно сделать вывод, а так ли все прошло, как было рассчитано, и не требуется ли коррекция состава горючей смеси.

Компьютер постоянно проверяет расчеты по конечному результату, информацию о котором получает от датчика кислорода. Если требуется, выполняет окончательную точную подстройку состава горючей смеси. Так происходит не всегда - в некоторых режимах работы компьютер игнорирует информацию от датчика кислорода и руководствуется только своими расчетами.

Режимы управления системы впрыска

Компьютер системы впрыска с обратной связью в процессе работы находится либо в режиме замкнутого контура, когда использует информацию датчика кислорода в целях точной корректировки, либо в режиме разомкнутого контура, когда игнорирует эту информацию.

Запуск двигателя

В момент запуска требуется, в зависимости от температуры мотора и окружающего воздуха, обогащенная горючая смесь с повышенным процентным содержанием топлива. Это известный факт, характерный для всех бензиновых двигателей (карбюраторных и с впрыском). Соотношение воздух/топливо в этом режиме варьируется в среднем от 2:1 до 12:1. Компьютер работает в режиме разомкнутого контура.

Прогрев двигателя до рабочей температуры

После запуска автомобиля компьютер постоянно проверяет текущую температуру двигателя и в зависимости от этого параметра производит расчет состава горючей смеси, а также устанавливает требуемую величину прогревных оборотов. В процессе прогрева двигателя с ростом температуры соотношение воздух/топливо изменяется компьютером в сторону обеднения, а прогревные обороты уменьшаются. Происходит разогрев датчика кислорода до рабочей температуры. Компьютер работает в режиме разомкнутого контура.

Холостой ход

По достижении заданной температуры двигателя и при условии разогрева датчика кислорода (начинает выдавать правильные показания при температуре от 300C и выше) компьютер переключается в режим замкнутого контура и начинает использовать показания датчика кислорода для поддержания стехиометрического состава горючей смеси (14.7:1), обеспечивающего наименьший уровень содержания токсичных веществ в выхлопных газах.

Движение с постоянной скоростью, плавное увеличение или уменьшение скорости

Компьютер находится в режиме замкнутого контура и использует показания датчика кислорода. Вы можете раскрутить двигатель хоть до 6500 об/мин, наполовину нажав педаль газа, но компьютер все - равно будет оставаться в режиме замкнутого контура, обеспечивая состав горючей смеси в пределах от 14.5:1 до 15.9:1.

Резкое ускорение

Как только нажимаете педаль газа "в пол" и полностью открываете дроссельную заслонку - компьютер переходит в режим разомкнутого контура. Под нагрузкой компьютер может переключиться в режим разомкнутого контура несколько раньше - уже при открытии дроссельной заслонки на 70 процентов. При этом он поддерживает состав горючей смеси в пределах от 11.9:1 до 12:1 для получения большей мощности.

Принудительный холостой ход (торможение двигателем)

Компьютер переходит в режим разомкнутого контура, когда обороты двигателя превышают величину оборотов холостого хода, а дроссельная заслонка полностью закрыта - например, когда движетесь, убрав ногу с педали газа и не выключив передачу. Компьютер обеспечивает обедненный состав горючей смеси.

Большую часть времени компьютер находится в режиме замкнутого контура, обеспечивая оптимальный состав горючей смеси. Находясь в этом режиме, компьютер "самообучается", корректируя и модифицируя карты, используемые в режиме разомкнутого контура, адаптируя их к текущим условиям эксплуатации и состоянию двигателя.

Один немаловажный фактор - датчик кислорода выходит из строя в результате заправок некачественным бензином. Система впрыска лишается способности к адаптации под текущие условия и работает строго по тем картам, которые изначально находились в памяти компьютера, постоянно находясь в режиме разомкнутого контура.

Катализатор и лямбда-зонд - разные устройства. Они служат снижению уровня токсичности выхлопа, но выполняют свою часть работы: лямбда-зонд помогает системе впрыска готовить оптимальную горючую смесь, а катализатор эту смесь дожигает.
Что ещё почитать