Дипломная (вкр): Усовершенствование технологических процессов диагностирования и восстановления форсунок впрыскивания бензина

Топливная рампа служит для подачи топлива к форсункам и закреплена на впускном коллекторе. С одной стороны на ней находится штуцер для контроля давления топлива, с другой - регулятор давления. Последний изменяет давление в топливной рампе - от 2,8 до 3,2 бар (2,8-3,2 атм) - в зависимости от разрежения в ресивере, поддерживая постоянный перепад между ними. Это необходимо для точного дозирования топлива форсунками.

Регулятор давления топлива представляет собой топливный клапан, соединенный с подпружиненной диафрагмой. Под действием пружины клапан закрыт. Диафрагма делит полость регулятора на две изолированные камеры - "топливную" и "воздушную". "Воздушная" соединена вакуумным шлангом с ресивером, а "топливная" - непосредственно с полостью рампы. При работе двигателя разрежение, преодолевая сопротивление пружины, стремится втянуть диафрагму, открывая клапан. С другой стороны на диафрагму давит топливо, также сжимая пружину. В результате клапан открывается, и часть топлива стравливается через сливной трубопровод обратно в бак. При нажатии на педаль "газа" разрежение за дроссельной заслонкой уменьшается, диафрагма под действием пружины прикрывает клапан - давление топлива возрастает. Если же дроссельная заслонка закрыта, разрежение за ней максимально, диафрагма сильнее оттягивает клапан - давление топлива снижается. Перепад давлений задается жесткостью пружины и размерами отверстия клапана, регулировке не подлежит. Регулятор давления - неразборный, при выходе из строя его заменяют.

Форсунки крепятся к рампе через уплотнительные резиновые кольца. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан, пропускающий топливо при подаче на него напряжения, и запирающийся под действием возвратной пружины при обесточивании. На выходе форсунки имеется распылитель, через который топливо впрыскивается во впускной коллектор. Управляет форсунками контроллер системы впрыска. При обрыве или замыкании в обмотке форсунки ее следует заменить. При засорении форсунок их можно промыть без демонтажа на специальном стенде СТО.

В системе впрыска с обратной связью применяется система улавливания паров топлива. Она состоит из адсорбера, установленного в моторном отсеке, сепаратора, клапанов и соединительных шлангов. Пары топлива из бака частично конденсируются в сепараторе, конденсат сливается обратно в бак. Оставшиеся пары проходят через гравитационный и двухходовой клапаны. Гравитационный клапан предотвращает вытекание топлива из бака при опрокидывании автомобиля, а двухходовой препятствует чрезмерному повышению или понижению давления в топливном баке.

Затем пары топлива попадают в адсорбер, где поглощаются активированным углем. Второй штуцер адсорбера соединен шлангом с дроссельным узлом, а третий - с атмосферой. Однако на выключенном двигателе третий штуцер перекрыт электромагнитным клапаном, так что в этом случае адсорбер не сообщается с атмосферой. При запуске двигателя контроллер системы впрыска начинает подавать управляющие импульсы на клапан с частотой 16 Гц. Клапан сообщает полость адсорбера с атмосферой и происходит продувка сорбента: пары бензина отсасываются через шланг в ресивер. Чем больше расход воздуха двигателем, тем больше длительность управляющих импульсов и тем интенсивнее продувка.

В системе впрыска без обратной связи система улавливания паров топлива состоит из сепаратора с двухходовым обратным клапаном. Воздушный фильтр установлен в передней левой части моторного отсека на трех резиновых держателях (опорах). Фильтрующий элемент - бумажный, при установке его гофры должны располагаться параллельно оси автомобиля. После фильтра воздух проходит через датчик массового расхода воздуха и попадает во впускной шланг, ведущий к дроссельному узлу. Дроссельный узел закреплен на ресивере. Нажимая на педаль "газа", водитель приоткрывает дроссельную заслонку, изменяя количество поступающего в двигатель воздуха, а значит, и горючей смеси - ведь подача топлива рассчитывается контроллером в зависимости от расхода воздуха. Когда двигатель работает на холостом ходу и дроссельная заслонка закрыта, воздух поступает через регулятор холостого хода - клапан, управляемый контроллером. Последний, изменяя количество подаваемого воздуха, поддерживает заданные (в программе компьютера) обороты холостого хода. Регулятор холостого хода - неразборный, при выходе из строя его заменяют.

.2 Анализ факторов, влияющих на стабильность работы автомобильного двигателя

Электромагнитные форсунки являются исполнительными элементами системы впрыскивания бензина, которые распределяют и дозируют топливо по цилиндрам двигателя. Форсунка представляет собой гидравлический клапан с приводом от высокоскоростного электромагнита. Клапан работает в импульсном режиме и имеет два положения - полностью открытое и полностью закрытое. Время движения клапана в процессе дозировке можно считать постоянным, так как время движения клапана из одного положения в другое гораздо меньше, чем время открытого состояния. Поэтому при заданном перепаде давления на клапане форсунки, управление цикловой подачей может регулироваться путем изменения времени открытого состояния клапана. Длительность открытого состояния клапана напрямую зависит от длительности управляющего импульса, подающегося на концы обмотки электромагнита форсунки.

В процессе эксплуатации на седлах форсунок и на концах запорных элементов появляются твердые смолистые отложения. Они - причина ухудшения эксплуатационных характеристик форсунок. Процесс образования отложений очень прост. После остановки горячего двигателя из пленки топлива, оставшегося на штифтах и внутренних поверхностях распылителя, испаряется легкая фракция. Тяжелая же остается на деталях, так как смывать их уже нечем - новая порция топлива топлива не поступает и запорные клапана форсунки закрыты. К тому же отсутствует дополнительное охлаждение топливом. Корпус форсунки дополнительно нагревается от впускного коллектора двигателя. С тяжелых фракций, которые остались, и образуются отложения. Накапливаясь, они мешают запорному конусу плотно сесть в седло, в следствии чего нарушается герметичность форсунки. Остаточное давление бензина в рейке после остановки двигателя остается. Оно постепенно проталкивает топливо через негерметичные клапана и процесс закоксовывания идёт ещё интенсивнее. Потеря герметичности ведет к усложнению пуска двигателя, из-за потери давления в рейке и возможности образования паровых пробок. Кроме того ухудшается впрыск топлива. Вместо того чтобы резко оборвать факел и отправить всю порцию во впускной канал, впрыскивание происходит плавно. Последние капли топлива не влетают во впускной тракт, а беспомощно остаются на конце распылителя.

Проходное сечение клапана - кольцевидная щель, образуемая корпусом распылителя и запорным клапаном. С появлением отложений походное сечение уменьшается. Соответственно уменьшается и количество топлива, дозируемое форсункой за каждый рабочий такт. Если система управления без обратной связи, это приведет к обеднению рабочей смеси. Последствия этого проявляются в потере мощности, появлении детонации и т.д. Если на автомобиле установлена система с обратной связью по сигналу лямбда - зонда, при небольшом отклонении компенсировать это изменение путем увеличения времени открытого состояния клапана, однако у такого увеличения есть граница, называемая границей адаптации.

Даже если средняя продуктивность комплекта форсунок снизится незначительно, но разница между отдельными форсунками будет значительной, то это приведет к нестабильной работе системы. В современных системах нет достаточно быстрой обратной связи, которая позволяет регулировать время впрыскивания для каждой форсунки отдельно. К тому же много систем применяют по - парный или одновременный впрыск, при котором несколько форсунок управляются ЕСU одним выходным ключом. Нарушается и форма факела - выходит, порция топлива поступит не в просвет впускного канала, а, например, на стенки впускного коллектора. В таком случае топливо попадет в цилиндр не в виде однородной смеси, а в виде топливной пленки. Также отложения ухудшают качество распыла, с форсунок полетят более крупные капли, которые не успевают испарится, перемешаться с воздухом и сгореть в цилиндрах.

Подведем итог - загрязнение форсунок приводит к :

нарушению герметичности;

понижению продуктивности;

ухудшению качества распыла;

значительной разбежности в производительности каждой форсунки.

Всё это приводит к нестабильной работе двигателя.

В основном это происходит из-за таких факторов как, плохое качество топлива, несвоевременное техническое обслуживание. Загрязнение топливной системы является основной проблемой в роботе двигателя.

Основными показателями есть:

повышенный расход топлива;

тяжелый пуск двигателя;

плохая приёмистость, наличие провалов и рывков при увеличении нагрузки на двигатель, недостаточная мощность развиваемая двигателем;

завышенные показатели токсичности отработавших газов (СО, СН);

неустойчивая работа двигателя на малых оборотах, в том числе и на холостом ходу;

быстрый выход из строя датчика кислорода (лямбда - зонд) и каталитического нейтрализатора.

Эти все проблемы могут быть вызваны не только загрязнением топливной системы, но и десятком других неисправностей системы зажигания и др. Поэтому перед тем как перейти к дорогостоящему процессу очистки, необходимо произвести объем работ по диагностированию, чтобы убедиться что очистка - это то, что необходимо.

Механизм появления этой проблемы очень прост - загрязнения внутри форсунки приводят не только к тому, что в камеру сгорания не попадает нужное количество топлива, которое должно было попасть (нарушается состав топливовоздушной смеси), но и к тому, что топливо недостаточно хорошо распыляется и испаряется, что приводит к нарушению равномерности топливовоздушной смеси. В сумме эти факторы приводят к увеличенному расходу топлива, потере мощности двигателя и другим негативным факторам.

2 КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОРСУНОК СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВПРЫСКА БЕНЗИНА

.1 Конструкции дозирующих элементов электромагнитных форсунок

Дозировка топлива электромагнитной форсункой основывается на изменении продолжительности открытого состояния управляемого электромагнитного клапана. Поданное форсункой топливо определяется интервалом времени вытекания топлива через открытый клапан и перепадом давления на клапане, которое зависит от давления топлива в системе и давлении во впускном коллекторе двигателя. В большинстве современных систем впрыска с электронным управлением топливоподачи ведется по давлению во впускном коллекторе, поэтому его изменения высчитываются автоматически. Необходимое давление в топливной системе поддерживается редукционным клапаном, который перепускает избыток топлива назад в бак. Чтобы не усложнять регулировку подачи бензина и обеспечить точность дозировки, принимают постоянным давление топлива в системе, или перепад давления на клапанах форсунок. Во втором случае редукционный клапан соединяют не с атмосферой а с разряжением во впускном коллекторе двигателя за дроссельной заслонкой.

Применяемые в современных системах впрыска с электронным управлением электромагнитные форсунки выполнены по единой принципиальной схеме, но отличаются большим разнообразием конструктивных элементов.

Наиболее распространены два вида форсунок.

Первая вид выполнен по солиноидной системе, поверхность клапана коническая, а распылительное отверстие является конечную щель, созданную цапфой клапана и его седлом.

Второй вид - типичное исполнение плоского клапана с распылителем- пластиной с одним или несколькими калиброванными отверстиями.

Таблица 2.1 - Основные параметры форсунок

.2 Структурные параметры электромагнитных форсунок

Продольный разрез форсунки показан на рис. 2.1. В корпусе форсунки 6 вмонтирован распылитель 14 с запорной иглой 17 и электромагнит, который втягивает якорь 11, который соединен с иголкой. Обратный ход якоря совершается пружиной 9. Топливо попадает в корпус форсунки через штуцер 2, в котором расположен фильтрующий элемент. При включении обмотки электромагнита 8 в цепь (концы обмотки соединены с разъемом) якорь 11 поднимает иглу, открывая путь топливу к распылителю. Ход иглы равный 0.15 мм, ограничен упором бурта в шайбу 13.такая конструкция гарантирует сохранение зазора между якорем 11 и сердечником электромагнита, что предотвращает износу деталей, изготовленных из мягких металлов, а также улучшает временные характеристики форсунок. Для увеличения быстродействия сердечник имеет продольные прорези, которые уменьшают вихревые токи. Дозирующее отверстие распылителя представляет собой кольцевидную щель, шириной 0.085мм, созданную зазором между распылителем 14 и штифтом иглы 17. Объем заклапанного пространства небольшой и составляет примерно 0.6-0.8мм3. Для настройки форсунок на идентичность цикловых подач предусмотрен регулировочный винт 14, который изменяет усилие поворотной пружины 9. Особенностью форсунок есть их неразборность. По данным фирм изготовителей форсунки ремонту не подлежат. В них используется система бронированного типа с втяжным якорем и плунжерный клапан с коническими запорными элементами. Такое решение обеспечивает хорошее распыление топлива, но изготовление этого узла очень сложно в производстве.

Большинство форсунок имеют такую упрощенную схему. В корпусе форсунки размещен клапан и электромагнит. В обесточенном состоянии клапан прижат пружиной к седлу клапана. Концы обмотки электромагнита выведены наружу через изолированные от корпуса электрические контакты. Топливо поступает в корпус по рейке через фильтр, который защищает внутреннюю полость форсунки от загрязнений.

В идеальном, с точки зрения регулировки, случае время открытого состояния клапана должен быть равным продолжительности электрического импульса, подающемуся на концы обмотки. Однако в реальной форсунке клапан открывается и закрывается не одновременно с подачей импульса. Это обусловлено тем, что магнитный поток достигает своего максимума не мгновенно, а через промежуток времени, примерно равный (4-5)L/r, где L - индуктивность обмотки, r - активное сопротивление обмотки. С возрастанием магнитного потока увеличивается сила, с которой якорь клапана притягивается к сердечнику магнитопровода. С течением некоторого времени, усилие достигает величины, достаточной для трогания якоря с места и клапан открывается. Таким образом время срабатывания состоит из времени трогания и времени движения якоря.

Рисунок 2.1 - Продольный разрез электромагнитной форсунки

После окончания действия управляемого импульса магнитный поток не исчезает мгновенно. Таким образом, усилие, с которым якорь притягивается к сердечнику уменьшается постепенно. Через промежуток времени, который называют временем «залипания», усилие падает до значения отпускания и клапан закрывается. Время «залипания» и время обратного хода якоря в сумме составляют время опускания клапана. Как время срабатывания, так и время опускания не зависят от времени управляющего импульса, значит для данной конструкции неуправляемыми есть временные параметры характеристики время движения клапана.