Инъекция молодости: история разработки впрыска ВАЗ

Уже в середине восьмидесятых годов, когда переднеприводные Спутники вовсю сходили с тольяттинского конвейера, инженерам ВАЗа стало ясно, что дальнейшее будущее – однозначно за так называемым впрыском топлива: системой питания, лишенной архаичного карбюратора. Ее разработкой они и занялись – технологическое отставание точно не входило в планы завода.

Не хвастовства ради, а пользы для

Д а и дело тут было отнюдь не в амбициях или желании пустить пыль в глаза потребителю: классическая система питания никак не соответствовала двум важнейшим критериям – стабильности настроек и нормам токсичности. Даже вполне современный по тем временам Солекс нельзя было сравнить с так называемым «инжектором», ведь он не «умел» готовить одинаково сбалансированную по составу топливно-воздушную смесь при разных условиях работы мотора, да и не отличался особой надежностью, требуя регулярной чистки и настройки. В то время как на Западе негласной нормой считалось хотя бы пять лет и 80 000 км без вмешательства в систему питания, не считая регламентной замены фильтров.

Даже беглый анализ показал, что наивысшей стабильностью характеристик и «чистотой выхлопа» обладает именно система питания с электронным блоком управления двигателем, а не механический или электромеханический инжектор. В мире на тот момент существовало немало разновидностей впрыска, и без должного опыта инженерам было непросто принять решение – на каком же именно варианте остановиться? Однако склонялись они именно к электронному управлению, как наиболее прогрессивному и эффективному.

Перспективную систему питания планировали не только (и не столько) для модернизации еще нестарых автомобилей восьмого семейства, сколько для будущей «десятки». Её выпуск планировали начать на стыке восьмидесятых и девяностых годов, и оставаться с устаревшим карбюратором было просто нельзя – особенно если учитывать планы нацеливаться на западный рынок, где «инжектор» давно перестал быть диковинкой, а стал обычным явлением на товарных автомобилях.

Вдобавок на ВАЗе уже тогда в качестве оптимального решения для ВАЗ-2110 рассматривали многоклапанную головку с четырьмя клапанами на каждый цилиндр, а оптимизировать процессы сгорания в таком моторе при наличии обычной системы питания было практически невозможно. В общем, все сводилось к тому, что внедрение впрыска топлива с электронным управлением при запуске следующей модели является одной из основных задач. Причем было решено не только перевести на «инжектор» версии с 16-клапанной головкой, но и оснастить впрыском обычный восьмиклапанный двигатель объемом 1,5 л, известный под индексом ВАЗ-21083.

Не стоит забывать, что в те «золотые» годы экспорт вазовских автомобилей иногда достигал 40% от общего объема выпуска – а это, как известно, доход в виде такой желанной для завода валюты, и грядущее ужесточение экологических норм в Европе для ВАЗа стало бы просто губительным. Не зря ведь экспортные модификации еще с середины восьмидесятых оборудовались системами снижения токсичности отработавших газов – в том числе и с каталитическим нейтрализатором. Впрочем, «кат» был сам по себе не очень эффективен, ведь даже с учетом дополнительной электроники обычный карбюратор получался «слабым звеном» системы по простой причине – он готовил смесь менее точно и стабильно, чем это требовалось.

Совместная работа

Ведущими игроками на рынке разработки систем впрыска в то время были три компании – Bosch, Siemens и General Motors. Предварительные переговоры закончились заключением контракта с GM по простой причине – «джиэм» имел больше опыта и мог предложить максимальный спектр услуг «под ключ».

Первой впрысковый двигатель 2111 «примерила» Lada Baltic. Компоненты GM выдаёт характерный дизайн ДМРВ между корпусом воздухофильтра и патрубком впуска.

Что же должны были сделать специалисты General Motors в рамках контракта? Во-первых, разработать и адаптировать под вазовские моторы впрыск топлива, который бы отвечал нормам Евро-1 и США-93. Во-вторых, для экспортных автомобилей «джиэмовцы» должны были поставить более полумиллиона (!) комплектов систем питания. И, наконец, итогом работы предполагалось приобретение соответствующих лицензий с последующим выпуском компонентов на советских (а в новых реалиях – российских) заводах.

Тип системы питания на Lada Baltic подчеркивал оригинальный шильдик «injection», расположенный на задней двери слева под надписью «LADA»

Уже в 1993 году GM начал поставки комплектов центрального впрыска (так называемого моноинжектора) для Жигулей и Нивы, а впоследствии – и систем распределённого впрыска для Лады Самары. Увы, по объективным экономическим причинам в непростое для новой страны время за шесть лет удалось поставить на конвейер лишь 115 тысяч комплектов вместо запланированных изначально 540 тысяч.

В тот момент на ВАЗе поняли, что нельзя опираться лишь на одного зарубежного партнера и решили подписать в 1995-м контракт и с фирмой Bosch. Это позволило освоить как разработку, так и производство еще одной системы питания, известной впоследствии, как «бошевская». Разумеется, работы по принципиально новой системе питания потребовали длительного пребывания в зарубежных командировках ведущих по проекту специалистов ВАЗа, некоторые из которых занимались этой темой в США по три-четыре года подряд.

На ранних «инжекторах» стояли контроллеры GM импортного производства

В ходе работы над «инжектором» на новую систему питания пытались перевести и такие экзотичные модификации, как 1,1-литровый двигатель ВАЗ-21081. Однако впоследствии было принято решение о том, что малокубатурные модификации «трогать» не стоит, и вазовские конструкторы вместе с зарубежными специалистами сосредоточились на моторах объемом 1,5-1,6 л – как жигулевских, так и «зубильных». А 16-клапанный мотор 2112 должен был стать первым в истории ВАЗа, конструкция которая изначально была «заточена» лишь под электронную систему питания с распределенным впрыском.

Еще в ходе ранних экспериментов над классическими моторами оказалось, что установка каталитического нейтрализатора сильно ухудшает показатели двигателя по мощности и крутящему моменту, поэтому система питания должна была обеспечивать максимальный КПД, чтобы минимизировать «экологические» потери энерговооруженности, неизбежные в любом случае.

На Самаре с так называемой низкой панелью контроллер впрыска разместили на полке под «бардачком»

Система впрыска топлива с электронным управлением была вполне распространенной (но при этом современной) концепцией. Электронный блок управления получал информацию от пары десятков датчиков, на основании которых и строилась коррекция топливно-воздушной смеси, а также остальные параметры – время открытия форсунок, угол опережения зажигания, количество подаваемого в цилиндры воздуха, топлива и так далее. Основную «работу» при этом проделывали несколько важнейших датчиков – например, датчик положения коленчатого вала (без него двигатель вообще не заведется!) и датчик массового расхода воздуха.

Важнейшее преимущество вазовского впрыска, как и большинства подобных систем – «живучесть». Если не отказал электрический бензонасос или «стратегический» датчик ДПКВ и не сгорел контроллер ЭБУ или модуль зажигания, то система худо-бедно, но будет работать даже при отказе нескольких датчиков, перейдя в аварийный режим и работая по альтернативным алгоритмам управления с использованием неких «усредненных» показателей, зашитых в программу.

Сложности

Но гладко было только на бумаге. Освоить столь сложную систему, когда промышленный гигант СССР уже почил в бозе, стало для ВАЗа непростой задачей. Впрочем, при интеллектуальной поддержке зарубежных партнеров с ней вполне справились – по крайней мере, «инжектор» уже к концу девяностых годов стал не просто работоспособной, но и вполне серийной системой питания для ВАЗов.

Датчик массового расхода воздуха – один из самых дорогих компонентов системы питания с распределённым впрыском

Конечно, многое пошло «не так и не туда». Попытки привлечь к производству «оборонку» так и закончились ничем, да и работа в Штатах была закончена еще в 1994 году – до постановки впрыска на конвейер. Кроме впрысковой версии мотора объемом 1,1 л, в итоге так и не удалось освоить 16-клапанную версию Самары, хотя адаптация агрегата 2112 к кузову 21093 была проведена еще на ранних стадиях работы по впрыску. Лишь намного позднее многоклапанный мотор все же встал под капот Самары в заводском исполнении – точнее, «околозаводском», от компании «Супер-Авто».

Для поглощения топливных паров предусмотрено специальное устройство – адсорбер

Некоторые компоненты пришлось оставить импортными – например, датчик кислорода, форсунки и ДМРВ. Блоки под заказ выпускали на Bosch, а со временем были освоены и контроллеры отечественного производства. Остальные же компоненты (датчики, впуск, выпуск и система подачи топлива из бака) были освоены почти самостоятельно.

При наличии некоторых версий БК, считывать ошибки и обнулять их на впрысковом двигателе ВАЗ можно прямо с «бортовика»! Разъем OBD-2 так называемой К-линии: именно сюда нужно подключаться для диганостики «вазоинжектора»

Еще в процессе работы в США вазовские конструкторы поняли, что американский подход к настройке некоторых компонентов (в частности, датчика системы детонации) на малолитражном двигателе ВАЗ, да еще в российских реалиях, не совсем оптимален. Именно поэтому вместо «защитной» функции на него возложили активную борьбу с детонацией путём индивидуального управления углами зажигания на основании показателей датчика.

Система управления впрыском топлива

Современная система впрыска топлива устанавливается на бензиновые и дизельные двигатели, обеспечивая оптимальные условия для создания наиболее эффективной топливно-воздушной смеси. От нее во многом зависят параметры мощности и экономичности двигателя, поэтому поломка системы приводит к серьезным проблемам. Несмотря на многообразие конструкций, впрыск топлива работает по единым принципам.

Конструкция системы впрыска

Бензин или дизельное топливо подается в цилиндры через впрыск топлива в цилиндр и топливные форсунки, каждая из которых устанавливается в соответствующий впускной трубопровод. Снизу он закрывается впускным клапаном, перекрывающим свободный доступ в камеру сгорания.

При опускании поршня вниз, за счет увеличения объема камеры сгорания, образуется разрежение, приводящее к открытию впускного клапана. По этому каналу через впускной трубопровод засасывается атмосферный воздух, проходя через воздушный фильтр.

Воздух доходит до дроссельной заслонки, частично перекрывающей просвет трубопровода. При ее полном открытии в цилиндр попадает наибольшее количество воздуха и топлива, что приводит к повышению мощности за счет увеличения оборотов двигателя. При перекрытии дроссельной заслонки поток воздуха и, соответственно, топлива уменьшается, мощность и обороты двигателя снижаются. Управление заслонкой осуществляется путем нажатия на педаль газа. При не нажатой педали режим работы двигателя называется «холостой ход» при минимальной мощности и оборотах двигателя.

Когда воздух доходит до места подключения форсунки, через нее происходит непосредственный впрыск топлива, которое перемешивается с воздухом. В результате в камеру сгорания цилиндра поступает готовая топливно-воздушная смесь, которая затем воспламеняется, обеспечивая полезную работу поршня.

Управление процессом впрыска

Чтобы подача горючего осуществлялась своевременно и в нужных для создания оптимальной смеси количествах, требуется специальное управление системой впрыска топлива. В современных автомобилях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ).

Чтобы передать команду на форсунку для впрыска топлива, ЭБУ должен получить нужный сигнал от двигателя. Он передается при помощи соответствующих датчиков. В различных автомобилях для контроля работы двигателя используется до десятка датчиков, среди которых используется три основных, через которые и контролируется электронный впрыск топлива:

1. Датчик фазы и метка

Датчик фазы или датчик положения газораспределительного вала. Его срабатывание является сигналом для начала процесса впрыска топлива. На шестерне или самом распределительном вале устанавливается задающая метка. Рядом с ней — датчик фазы. Когда метка приближается к датчику, импульс передается в блок управления, сигнализируя о начале такта впуска. ЭБУ подают команду, и форсунка впрыска топлива открывается, подавая его в камеру сгорания.

2. Датчик температуры жидкости в системе охлаждения

Он устанавливается в рубашке охлаждения и передает на ЭБУ информацию о температуре двигателя. Если двигатель холодный и не набрал рабочую температуру, то смесь делается богаче за счет того, что топливо впрыскивается дольше и смесь обогащается. Например, бензин впрыскивается не 8, а 10 миллисекунд.

3. Датчик кислорода

Устанавливается в выпускном трубопроводе системы выхлопа. Он подает сигнал в том случае, если количество топлива превышает то, которое необходимо для полного сгорания при максимальной концентрации кислорода. Это заставляет блок управления снижать подачу бензина или солярки, регулируя его расход.

Такая система позволяет оперативно собрать информацию от датчиков, проанализировать его в ЭБУ, после чего подать оптимальную управляющую команду на форсунку. В результате в каждом из режимов работы обеспечивается оптимальная мощность при минимальных затратах топлива и токсичности выхлопа. Такт впуска топлива – это очень быстрый процесс, проходящий за сотые доли секунды.

Техническое обслуживание

Как любой узел автомобиля, система питания с впрыском топлива требует периодического обслуживания. Прежде всего, это своевременная замена воздушного фильтра, которую нужно делать каждые 20-30 тыс. км пробега. Если фильтр не заменить, то пыль и мелкий мусор извне будут проходить в топливный трубопровод, что приведет к засорению форсунок, неправильному сгоранию топлива, преждевременному износу двигателя.

При выходе из строя любого из датчиков, на приборной панели загорится лампочка CHECK ENGINE или CHECK. Это означает, что в системе двигателя зарегистрирована ошибка, но какая, поможет узнать только электронная диагностика. При этом двигатель продолжит работать по резервной программе, предусмотренной в электронном блоке управления, усредняющей показания датчика, который вышел из строя. Это может никак не сказаться на режиме работы мотора, а в ряде случаев, он переводится на щадящий режим работы с минимальной мощностью, пригодный только для того, чтобы потихоньку доехать до СТО. Иногда наблюдаются перебои в работе или необычный по цвету, более интенсивный выхлоп.

После обращения в автосервис требуется провести компьютерную диагностику, которая точно выявит, какой из датчиков вышел из строя. После потребуется провести его ремонт или замену, и система управления впрыском топлива заработает в нормальном режиме, а индикатор CHECK ENGINE перестанет загораться при работающем моторе. Единственный датчик, при поломке которого автомобиль заглохнет и уже не заведется – датчик положения коленчатого вала.

Устройство системы впрыска топлива на современных автомобилях имеет достаточно сложную конструкцию, которая управляется при помощи цифрового устройства. Поэтому при нарушении ее регулировки или поломке необходимо обращаться в автосервис. Там мастер, применяя специализированное оборудование, выявит причины неполадок и проведёт профессиональный ремонт.

Своевременное обслуживание, эксплуатация двигателя в нормативных режимах и использование качественного топлива позволят избежать серьезных поломок и увеличат интервал между такими дорогостоящими операциями, как замена топливных форсунок, которые стоят достаточно дорого, особенно на дизельных авто.

Видео: Управление системой впрыска топлива

Режим принудительного холостого хода инжекторного двигателя

На примере инжекторного двигателя 2111 с системой управления (ЭСУД) Январь 5.1 под нормы токсичности Евро-2 (нейтрализатор и один датчик кислорода) разберемся как осуществляется его работа на режиме принудительного холостого хода.

Для начала определим, что такое принудительный холостой ход для чего он нужен, и когда он наступает.

Что такое принудительный холостой ход?

Принудительный холостой ход (ПХХ) — это режим работы двигателя при котором автомобиль движется по инерции с включенной передачей, дроссельная заслонка при этом полностью закрыта (педаль газа отпущена), а частота оборотов коленчатого вала выше оборотов холостого хода. Например, при движении «накатом» (под горку или на ровном участке дороги), торможении двигателем, или при переключении передач.

Для чего необходим принудительный холостой ход?

Принудительный холостой ход необходим для снижения токсичности выхлопа двигателя автомобиля и уменьшения расхода топлива, так при закрытой дроссельной заслонке топливная смесь поступающая в цилиндры двигателя сильно переобогащается. Достигается это за счет отключения подачи топлива в двигатель на этом режиме.

Как работает система управления инжекторным двигателем на ПХХ?

На принудительном холостом ходу работа двигателя происходит за счет вращения колес. С них крутящий момент передается на коробку и через сцепление на коленчатый вал двигателя. Подачи топлива в цилиндры и ее воспламенение не происходит.

Наступление режима ПХХ и отключение подачи топлива блок управления системы управления (ЭБУ) определят по нескольким признакам.

Дроссельная заслонка полностью закрыта

(сигнал с датчика положения дроссельной заслонки — ДПДЗ)

Движение определенного объема воздуха в двигатель имеется

(сигнал с датчика массового расхода воздуха — ДМРВ)

Двигатель прогрет до рабочей температуры

(сигнал с датчика температуры — ДТОЖ)

Автомобиль движется

(сигнал с датчика скорости — ДС)

Обороты коленчатого вала превышают обороты холостого хода (сигнал с датчика положения коленчатого вала — ДПКВ)

При наличии перечисленных признаков ЭБУ отключает подачу топлива через форсунки. При этом канал подачи воздуха под дроссельную заслонку через регулятор холостого хода открыт. Запорная игла РХХ выставляется блоком управления в такое положение, чтобы в случае перехода на режим холостого хода (ХХ), если, например, водитель выключил передачу, обеспечить требуемое количество воздуха для нормальной работы двигателя на ХХ и предотвратить провалы и подергивания.

Переход с режима ПХХ на режим ХХ происходит при частоте вращения коленчатого вала равном: обороты на холостом ходу (650-750 об/мин) плюс 25 процентов от этой цифры.

Как только хотя бы один из признаков будет нарушен подача топлива включается снова. Например, водитель нажал на педаль газа, дроссельная заслонка приоткрылась, сигнал с ДПДЗ изменился, ЭБУ включает подачу топлива.

Примечания и дополнения

Режим принудительного холостого хода присутствует не только на инжекторных двигателях, но и на карбюраторных. Там за отключение подачи топлива в двигатель через систему холостого хода отвечает система ЭПХХ карбюратора. Подробнее «Режим принудительного холостого хода карбюраторного двигателя».

TWOKARBURATORS VK -Больше информации по этой теме в нашей группе ВКонтакте
TWOKARBURATORS DZ -и в Яндекс Дзен

Источник http://www.kolesa.ru/article/inektsiya-molodosti-istoriya-razrabotki-vpryska-vaz
Источник http://topmekhanik.ru/sistema-upravleniya-vpryskom-topliva/
Источник Источник http://twokarburators.ru/prinuditelny-holostoy-hod-injektornogo-dvigatelya/