Volkswagen - Система непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED 7 Устройство и принцип действия

Service. «v
Программа самообучения 253
Система непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED 7
Устройство и принцип действия
у ^^^^^^^
Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и соответствующее ему уменьшение выброса вредных веществ.
В трехкомпонентных нейтрализаторах удается преобразовать в безвредные вещества до 99% выбрасываемых с отработавшими газами углеводородов, оксидов азота и оксида углерода.
Выбросы образуемого при сгорании диоксида углерода (СО2), способствующего образованию парникового эффекта, могут быть снижены только в результате уменьшения расхода топлива.
Однако, у двигателей с внешним смесеобразованием (с впрыском бензина во впускной трубопровод) резервы снижения расхода топлива практически отсутствуют.
Поэтому автомобили Lupo FSI и Golf FSI впервые были оснащены двигателями с непосредственным впрыском бензина в цилиндры, осуществляемым посредством системы Bosch Motronic MED 7.
Эти двигатели позволяют экономить до 15% топлива по сравнению с сопоставимым двигателем с впрыском бензина во впускной трубопровод.

253.135
В данной программе самообучения мы представляем вам возможность ознакомиться с компонентами системы непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED 7, используемой на двигателях автомобилей Lupo FSI и Golf FSI.
НОВИНКА

Внимание Указание
В Программе самообучения приведено описание конструкции и работы новейших устройств и систем!
Содержание Программы не содержит 2  детального описания конструкции.
Подробные указания по проведению контрольных, регулировочных и ремонтных работ приведены в соответствующей технической литературе по ремонту и обслуживанию двигателя и автомобиля.
Введение ................................ 4
Основы теории смесеобразования...............8
Система управления двигателем...........16
Общие сведения..............................16
Электронный блок управления двигателем.......18
Впускная система.............................21
Топливная система............................31
Система зажигания.......... ..................40
Выпускная система............................41
Функциональная схема оборудования двигателя. .54 Система самодиагностики......................56
Проверьте ваши знания..................58
Введение
Зачем нужен непосредственный впрыск бензина?
Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и уменьшение выброса вредных веществ.
При этом должны быть получены следующие результаты:
снижение благодаря экономии топлива затрат на эксплуатацию автомобиля и получение поощрительных налоговых льгот для автомобилей с низкими выбросами вредных веществ, снижение загрязнения среды обитания вредными веществами, экономия сырьевых ресурсов.
На диаграмме показана эффективность различных мероприятий, позволяющих снизить расход
о с[ о
X и О Q-Ф
и ф о
го О СО
253 087
Электронное регулирование системы охлаждения, регулируемые фазы газораспределения и рециркуляция отработавших газов уже нашли применение на многих двигателях.
Ввиду необходимости сохранения достаточной равномерности вращения коленчатого вала отключение цилиндров имеет смысл применять только на многоцилиндровых двигателях. Для снижения вибраций четырехцилиндровых двигателей целесообразно применять уравновешивающие валы.
Переменная степень сжатия и изменяемые фазы газораспределения реализуются только
посредством достаточно мощных механических приводов.
Дальнейшая разработка различных способов сжигания бедных смесей прекращена в ползу создания двигателей с непосредственным впрыском.
Непосредственный впрыск бензина принят концерном Volkswagen как наиболее эффективное средство экономии топлива, обеспечивающее его снижение до 20%.
Почему концерн Volkswagen начал применять непосредственный впрыск бензина только в последнее время?
Одной из основных проблем при применении непосредственного впрыска бензина является очистка отработавших газов. Образующиеся при сгорании бедных послойной и гомогенной смесей оксиды азота не могут быть полностью восстановлены до азота в традиционном трехкомпонентном нейтрализаторе. Только благодаря вновь разработанному нейтрализатору, способному аккумулировать оксиды азота, удается выполнить нормы Евро IV при сжигании бедных смесей. Этот нейтрализатор накапливает оксиды азота, которые переводятся затем в азот применением ряда целенаправленных мероприятий.
Послойное смесеобразование
Бедные гомогенные смеси
Гомогенная смесь -1-1-1-►
253.040
Основы теории смесеобразования
Способы смесеобразования Помимо бедной послойной и стехиометрической гомогенной смесей в двигателе FSI (1,6 л; 81 кВт) используется смесь третьего вида, а именно, бедная гомогенная смесь. Этот вид смеси позволяет получить меньший расход топлива, чем смесь стехиометрического состава с добавкой перепускаемых отработавших газов.
Выбор того или иного способа смесеобразования производится блоком управления двигателем в зависимости от крутящего момента и мощности двигателя с учетом требований к выбросу вредных веществ и требований безопасности.
Работа двигателя при послойном Работа двигателя на бедной гомогенной
смесеобразовании смеси
Послойное смесеобразование используется На промежуточных режимах, расположенных
при работе двигателя при малых и средних между режимами работы двигателя на по-
нагрузках и частотах вращения. слойной смеси и гомогенной стехиометриче-
ской смеси, используются бедная гомогенная Благодаря послойному распределению смесь, топлива в камере сгорания двигатель работает
при общем коэффициенте избытка воздуха от Коэффициент избытка воздуха бедной гомо-
1,6 до 3. генной, т. е. однородной во всем объеме каме-
ры сгорания, смеси приблизительно равен
- В средней части камеры сгорания, вблизи 1,55. свечи зажигания, находится легко
воспламеняемая рабочая смесь. Работа двигателя на гомогенной смеси
- Эта смесь окружена оболочкой, состоящей в стехиометрического состава идеальном случае из чистого воздуха и
перепускаемых отработавших газов. Двигатель работает на гомогенной смеси
стехиометрического состава при выходе на режимы больших нагрузок и высоких частот вращения. Коэффициент избытка воздуха этой смеси равен (согласно определению) единице.
Нагрузка
Работа на гомогенной стехиометрической смеси
Работа на бедной гомогенной \ смеси
Работа при послойн^>м^^\ \ смесеобразовании \
253_085 Частота вращения
Рабочий процесс
Рабочий процесс определяется способом смесеобразования и процессами преобразования энергии в камере сгорания.
Работа двигателя на гомогенных смесях
При работе двигателя на гомогенных смесях топливо впрыскивается в цилиндр на такте впуска и равномерно распределяется по всей массе засасываемого воздуха.
Работа двигателя при послойном смесеобразовании
Послойная смесь формируются около свечи зажигания с помощью поршня специальной формы и за счет вихревого движения воздуха. Форсунка расположена так, что впрыскиваемое ею топливо направляется на выемку в днище поршня и отклоняется ее стенкой в направлении свечи зажигания.
С помощью установленной во впускном канале заслонки и аэродинамической выемки в поршне в цилиндре двигателя создается вихревое движение воздуха, которое поддерживает перенос топлива к свече зажигания. Таким образом горючая смесь образуется в процессе движения топлива и воздуха.
красная стрелка

Воздушная выемка
синий линии
угол отклонения струи топлива на 20° струя топлива с углом конуса 70°
253 039
Основы теории смесеобразования
Работа двигателя при послойном смесеобразовании
Переход двигателя на режим работы с использованием послойной смеси осуществляется при следующих условиях:
- нагрузка и частота вращения двигателя соответствуют режимам, на которых эффективно использование послойного смесеобразования;
- системой не зарегистрирована неисправность, из-за которой может повыситься выброс вредных веществ;
- температура охлаждающей жидкости выше 50 °С,
- датчик окислов азота исправен;
- температура накопительного нейтрализатора находится в пределах от 250°С до 500°С.
Если эти предпосылки выполнены, можно перейти на послойное смесеобразование. Процесс впуска
При работе на послойной смеси дроссельную заслонку открывают по возможности больше, чтобы до максимума снизить потери на дросселирование.
При этом установленная во впускном канале вспомогательная заслонка (называемая в дальнейшем впускной заслонкой) перекрывает его нижнюю часть. В результате повышается скорость проходящего через верхнюю часть канала потока воздуха, который закручивается затем в цилиндре.


Дроссельная заслонка не должна открываться полностью, так как для нормального функционирования адсорбера и системы рециркуляции отработавших газов всегда необходимо определенное разрежение во впускной системе.
Движение воздуха в цилиндре двигателя
Специальная форма выемки в днище поршня способствует образованию и усилению вихря в цилиндре двигателя.

253.038
Впрыск топлива
Топливо впрыскивается в последней трети такта сжатия. Впрыск начинается приблизительно за 60° и заканчивается приблизительно за 45° до в. м. т. такта сжатия.
Начало впрыска оказывает значительное влияние на расположение облачка смеси относительно свечи зажигания.

Аэродинамическая выемка ^j в поршне
253 039
Топливо впрыскивается в направлении топливной выемки в поршне.
Желаемые размеры облачка смеси достигаются подбором геометрических параметров форсунки.

253.086
Специальная форма топливной выемки и движение поршня к в. м. т. способствуют отклонению движения капель топлива к свече зажигания. Это движение топлива поддерживается вихревым движением воздуха. В процессе движения к свече зажигания топливо смешивается с поступившим в цилиндр воздухом.

253.086
Основы теории смесеобразования
Процесс смесеобразования
Для образования послойной смеси предоставляется время, соответствующее повороту коленчатого вала на 40° - 50°. От продолжительности этого процесса зависит способность смеси к воспламенению. Если время между впрыском и моментом подачи искры слишком мало, смесь оказывается не подготовленной к воспламенению. При слишком большом промежутке времени между этими процессами смесь распределяется по всему объему камеры сгорания.
При выполнении указанных выше условий в центре камеры сгорания, т. е. вблизи свечи, образуется легко воспламеняемая смесь. Эта смесь окружена оболочкой, состоящей из свежего воздуха и перепущенных отработавших газов.

смесеобразования
253 040
Общий коэффициент избытка воздуха в камере сгорания может быть равен при этом от 1,6 до 3.
Процесс сгорания
После поступления топливо-воздушной смеси к свече зажигания она поджигается искрой. При этом воспламеняется только облако смеси, в то время как остальные газы образуют его оболочку. Благодаря изолирующему действию этой оболочки снижаются потери тепла в стенки камеры сгорания и соответственно увеличивается термический к. п. д. двигателя.
Зажигание смеси должно производиться в конце такта сжатия в пределах достаточно узкого угла поворота коленчатого вала, ограниченного моментом окончания впрыска топлива и промежутком времени, необходимого для образования смеси.

253 041
При использовании послойного смесеобразования крутящий момент двигателя зависит главным образом от количества впрыскиваемого топлива. Поступающая в цилиндры масса воздуха и угол опережения зажигания влияют на него в небольшой степени.
Работа двигателя на бедной гомогенной смеси
Эта смесь используется на режимах, которые находятся в поле многопараметровой характеристики между режимами работы двигателя при послойном смесеобразовании и режимами его работы на гомогенной смеси стехиометрического состава. Коэффициент избытка воздуха этой смеси равен практически 1,55. Двигатель может эффективно работать на этой смеси при тех же условиях, которые предписаны для послойной смеси.
Процесс впуска
Как при послойном смесеобразовании, работа двигателя на бедной гомогенной смеси осуществляется с максимально открытой дроссельной заслонкой при закрытых впускных заслонках. При этом снижаются потери на дросселирование и создается интенсивное движение воздуха в цилиндре двигателя.

253 037
Процесс впрыска топлива
Впрыск топлива осуществляется непосредственно в цилиндр в процессе впуска. Он начинается приблизительно за 300° до в. м. т. такта сжатия. При этом блок управления двигателем регулирует подачу топлива таким образом, чтобы коэффициент избытка воздуха был равен приблизительно 1,55.

253.106
Процесс смесеобразования
Благодаря раннему моменту впрыска предоставляется достаточно большое время до момента зажигания для образования гомогенной смеси во всем объеме камеры сгорания.

253 138
Процесс сгорания
Как и при работе на любой гомогенной смеси момент зажигания не зависит от процесса смесеобразования. Смесь горит при этом во всем объеме камеры сгорания.

Основы теории смесеобразования
Работа двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава
Работу двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава можно сравнить с работой двигателя с впрыском бензина во впускной трубопровод.
Существенное различие заключается только в месте впрыска топлива, который производится в данном случае непосредственно в цилиндры двигателя.
Крутящий момент двигателя может быть изменен как смещением угла опережения зажигания (кратковременно), так и изменением поступающей в цилиндры массы воздуха (долговременно). При этом впрыскивается такое количество топлива, которое необходимо для образования стехиометрической смеси, коэффициент избытка воздуха которой (по определению) равен единице.
Процесс впуска
Дроссельная заслонка открывается соответственно перемещению педали акселератора.
Впускная заслонка может быть открыта или закрыта в зависимости от режима работы двигателя.
- При частичных нагрузках и в среднем
диапазоне частот вращения эта заслонка
закрыта, в результате чего входящий в
цилиндр поток воздуха закручивается,
253_042
улучшая смесеобразование.
- По мере увеличения нагрузки и частоты вращения поступление воздуха только через верхнюю часть впускного канала оказывается недостаточным. Поэтому заслонку поворачивают, открывая нижнюю часть впускного канала.
Впрыск топлива
Впрыск топлива производится непосредственно в цилиндр на такте впуска приблизительно за 300° до в. м. т. такта сжатия.



253.1 17
Необходимое для испарения топлива тепло отбирается у поступившего в цилиндр воздуха, в результате чего этот воздух охлаждается. Благодаря этому можно поднять степень сжатия против ее значения у двигателя с впрыском топлива во впускные каналы.
Процесс смесеобразования
Так как впрыск топлива производится на такте впуска, на процесс смесеобразования отводится относительно много времени. Благодаря этому впрыснутое в цилиндр топливо равномерно распределяется по всему объему поступившего в него воздуха.
Коэффициент избытка воздуха смеси в камере сгорания равен единице.

253.044
Процесс сгорания
Крутящий момент двигателя, расход топлива и выброс вредных веществ при работе на гомогенной смеси зависят от угла опережения зажигания.

253.126
Система управления двигателем
Общая схема системы
Измеритель массового расхода воздуха G70, fC^lffl Js^4
Датчик температуры воздуха на впуске G42 ^^^ч//^|Р
Датчик давления во впускном трубопроводе G71 ^^^1^ ^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^
Датчик частоты вращения коленчатого вала G28 |^^\^ ^^^^^^^     ^^^^^^^ ^^^^^^^^^^
Датчик Холла G40 (датчик положения распределительного ^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^     ^^^^^^^ ^^^'^^
Блок управления дроссельной заслонкой J338 jCZZ^^ с датчиками ее положения G187 (1) и G188 (2) ^^^^^^^Г        ^^"^^^ ^^^^^^^
Датчики положения педали акселератора G79 (1) Vwf ^^^^^^^^^^^^^Ь» ^^^^^ь*
HG185 (2) |1г 1
Выключатель сигнала торможения F щ/ ^^^^^^^ и датчик на педали тормоза F47
Датчик на педали сцепления F36* ^^^^
Датчик давления топлива G247 ^^^^^^^    ^^^^^^     ^^^^^^^ ^^^^^
Потенциометр впускных заслонок G336 ^^^^^^                                            ^                        ^^^^^^ I
Датчик детонации G61 (^^^^                        ^^Ш^^^ l
Датчик температуры охлаждающей жидкости G62 1^^^^                                                 ^^^^^^ ^^^^^
Датчик температуры охлаждающей жидкости ДО! j==^|     ^^^^^^ ^^^^^^
на выходе из радиатора G83
Потенциометр задатчика температуры в салоне G267* ^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^ ^^^^^
Потенциометр системы управления рециркуляцией ОГ G212 ^^^j^   ^^^^^^ ^^^^^^
Датчик кислорода G39 ^^^^^           ^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^
Датчик температуры отработавших газов G235 ^^^^^^^    ^^^^^^^ ^^^^^^^
Датчик оксидов азота G295,     1=::::;ч'~^^ \ Л
блок его управления J583 Qfe^   I    |     ^^^^^^
Датчик давления в магистрали усилителя (^^^^^\        ^^^^^^^ ^Ш^^^^^
тормозного привода G294 ^^^^^^
Дополнительные входные сигналы ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^р
253.023
Блок управления системой Motronic J220


Реле топливного насоса Л 7, топливный насос G6
Форсунки цилиндров 1-4 N30, N31, N32 и N33
Катушки зажигания цилиндров 1-4 N70, N127, N291 и N292
Блок управления дроссельной заслонкой J338, привод дроссельной заслонки G186
Реле в цепи питания системы Motronic J271
Клапан регулятора давления топлива N276
Клапан управления подачей топлива N290
Электромагнитный клапан продувки адсорбера N80
Клапан управления впускными заслонками N316
Блок управления подушками безопасности J234
Клапан управления поворотом распределительного вала по фазе N205
Термостат с электронным управлением системой охлаждения двигателя F265
Клапан управления рециркуляцией отработавших газов N18
Элемент обогревателя датчика кислорода Z19

Блок управления с дисплеем в комбинации приборов J285

Элемент обогревателя датчика оксидов азота Z44
Блок управления АБС J104
Дополнительные выходные сигналы
Диагностическая колодка
- В зависимости от комплектации автомобиля
253.024
253.024
Система управления двигателем
Блок управления двигателем
Блок управления двигателем установлен в воздухоприемном отсеке, его внешний разъем содержит 121 контакт.
- На 1,4-литровом двигателе мощностью 77 кВт применяется система управления Bosch Motronic MED 7.5.10.
- На 1,6-литровом двигателе мощностью 81 кВт применяется система управления Bosch Motronic MED 7.5.11.
Эти системы различаются главным образом блоком управления: в системе управления Bosch Motronic MED 7.5.11 предусмотрен более быстрый процессор.
Обе эти системы отличаются от системы управ­ления Bosch Motronic ME 7.5.10 тем, что в качестве дополнительной функции они обес­печивают управление непосредственным впрыском бензина.
Помимо этого система бортовой диагностики этих систем расширена и контролирует следующие дополнительные компоненты:
- датчик оксидов азота (G295),
- датчик температуры отработавших газов (G235),
- потенциометр управления перепуском отработавших газов (G212),
- потенциометр впускных заслонок (G336),
- датчик давления топлива (G247),
- клапан управления поворотом распределительного вала по фазе (N205),
- элементы диагностики при работе двигателя на бедных смесях.

Обозначение системы MED 7.5.10/11 расшифровывается так:
М = Motronic
Е = электрический привод дроссельной заслонки D =  непосредственный впрыск 7. = вариант исполнения 5.10/11=фаза разработки
Управление двигателем по величине крутящего момента
Система Bosch Motronic MED 7.5.10/1 1 так же, как система Bosch Motronic ME 7.5.10, управляет двигателем по величине крутящего момента. Это означает, что крутящий момент двигателя приводится в соответствие с отдельными потребностями в нем, которые выявляются, обрабатываются и суммируются.
Потребности в крутящем моменте возникают в соответствии с внутренними затратами двигателя:
- на преодоление сопротивлений при пуске,
- на нагрев нейтрализатора,
- на поддержание холостого хода,
- при ограничении мощности,
- при ограничении частоты вращения,
- при регулировании смеси по сигналам датчика кислорода;
с отдаваемой мощностью:
- на привод автомобиля по желанию водителя,
- на вращение первичного вала автоматической коробки передач в процессе ее переключения,
- на торможение автомобиля (при работе противобуксовочной системы и при торможении двигателем),
- на привод компрессора кондиционера,
- на привод автомобиля под контролем системы регулирования скорости.
После расчетного определения требуемого крутящего момента двигателя осуществляется его изменение одним из двух способов: 
Первый способ заключается в изменении наполнения цилиндров. Он применяется для относительно медленного изменения крутящего момента. При работе на послойных смесях этот способ малоэффективен, так как при этом дроссельная заслонка должна быть возможно больше открыта для снижения потерь на дросселирование.
Второй способ используется для быстрого изменения крутящего момента и действует независимо от величины наполнения. При работе на послойных смесях крутящий момент изменяется в результате регулирования подачи топлива, а при работе на гомогенных бедных и стехиометрических смесях его изменение вызывается смещением момента зажигания.
Требуемый крутящий момент
Первый(медленный) способ
Второй (быстрый) способ

253.082
Система управления двигателем
Реализация крутящего момента при непосредственном впрыске топлива
Блок управления двигателем рассчитывает величину требуемого крутящего момента, суммируя внутренние потери с внешними потребностями в нем, и обеспечивает его реализацию.
Реализация крутящего момента при послойном смесеобразовании
При работе двигателя на послойных смесях требуемый крутящий момент получается за счет впрыска соответствующего ему количества топлива.
При этом наполнение двигателя имеет второстепенное значение, так как дроссельная заслонка открывается возможно больше, чтобы снизить потери на дросселирование.
Из-за поздней подачи топлива опережение зажигания также не оказывает большого влияния на величину крутящего момента.

253J10
Реализация крутящего момента при работе двигателя на бедной и стехиометрической гомогенных смесях
При работе двигателя на этих смесях быстрое изменение крутящего момента производится за счет смещения момента зажигания, а относительно медленное, но долговременное его изменение осуществляется путем регулирования наполнения цилиндров воздухом.
Коэффициент избытка воздуха бедной смеси равен 1,55, а стехиометрической - 1,0, поэтому количество впрыскиваемого топлива определяется поступающей в цилиндры массой воздуха. При этом регулирование крутящего момента только за счет изменения подачи топлива не производится.

253 109
Система впуска
В противоположность двигателям с системой Bosch Motronic ME 7.5.10 у двигателей с непосредственным впрыском бензина система впуска была изменена в соответствии с их потребностями. Ее особенностью является целенаправленное воздействие на потоки воздуха в цилиндрах двигателя в зависимости от режимов его работы.
Следующие новые или измененные компоненты вошли в состав системы впуска:
1 Пленочный измеритель массового расхода воздуха (G70) сдатчиком температуры воздуха на впуске (G42) для более точного определения нагрузки двигателя.
2 Датчик давления во впускном трубопроводе (G71) для расчета количества перепускаемых отработавших газов.
3 Система заслонок во впускных каналах (N316, G336) для целенаправленного управления потоками воздуха на входе в цилиндры двигателя.
4 Электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов (G212, N1 8) с увеличенными проходными сечениями для перепуска большего количества газов.
5 Датчик давления (G294) для регулирования разрежения в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода.

6 Блок управления дроссельной заслонкой (J338).
7 Клапан продувки адсорбера (N80).
8 Блок управления системой Motronic (J220).
Система управления двигателем
Электропривод дроссельной заслонки
Электропривод дроссельной заслонки для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяется в обязательном порядке. Этот привод позволяет управлять дроссельной заслонкой независимо от положения педали акселератора и открывать ее при переходе на режимы с использованием послойного смесеобразования и применения бедной гомогенной смеси.
Такой способ управления двигателем обеспечивает его работу практически без потерь на дросселирование. То есть двигатель не должен расходовать энергию на преодоление сопротивлений потоку всасываемого воздуха, что выражается в снижении расхода топлива.

Блок управления системой Motronic J220
Датчики положения дроссельной заслонки G79 (1) и G1 85 (2)

Блок управления дроссельной заслонкой J338 с ее приводом G1 86

Блок управления с дисплеем в комбинации приборов J285

Блок управления дроссельной заслонкой J338 с датчиками ее положения G1 87 (1) и G1 88 (2)
Контрольная лампа электропривода дроссельной заслонки К1 32
Дополнительные входные сигналы

253 035
<<< Предыдущая страница  1  2    Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я