Загальна схема системи безпосереднього впорскування бензину
(на прикладі системи Bosch Motronic MED 7)

Блок керування двигуном

Система безпосереднього впорскування керує двигуном за величиною крутного моменту. Це означає, що крутний момент двигуна приводиться у відповідність з окремими потребами в ньому, які виявляються, обробляються та підсумовуються.

Потреби у крутному моменті виникають відповідно до внутрішніх витрат двигуна:

• на подолання опорів під час пуску,

• на нагрівання нейтралізатора,

• на підтримку холостого ходу,

• при обмеженні потужності,

• при обмеженні частоти обертання,

• при регулюванні суміші за сигналами датчика кисню;

з потужністю, що віддається:

• на привід автомобіля за бажанням водія,

• на обертання первинного валу автоматичної коробки передач у процесі її перемикання,

• на гальмування автомобіля (при роботі протибуксувальної системи та при гальмуванні двигуном),

• на привід компресора кондиціонера,

• на привід автомобіля під контролем системи регулювання швидкості.

Після розрахункового визначення необхідного крутного моменту двигуна здійснюється його зміна одним із двох способів:

Перший спосіб полягає у зміні наповнення циліндрів. Він застосовується для відносно повільної зміни крутного моменту. При роботі на пошарових сумішах цей спосіб малоефективний, так як при цьому дросельна заслінка повинна бути якнайбільше відкрита для зниження втрат на дроселювання.

Другий спосіб використовується для швидкої зміни крутного моменту і діє незалежно від величини наповнення. При роботі на пошарових сумішах крутний момент змінюється в результаті регулювання подачі палива, а при роботі на гомогенних бідних і стехіометричних сумішах його зміна викликається зміщенням моменту запалювання.

Блок керування двигуном розраховує величину необхідного крутного моменту, підсумовуючи внутрішні втрати із зовнішніми потребами в ньому, і забезпечує його реалізацію.

Система впуску

На противагу двигунам із системою розподіленого впорскування у впускний колектор, у двигунів із безпосереднім упорскуванням бензину система впуску була змінена відповідно до їхніх потреб. Її особливістю є цілеспрямована дія на потоки повітря в циліндрах двигуна в залежності від режимів його роботи.

Електропривід дросельної заслінки для двигунів з безпосереднім упорскуванням бензину застосовується обов'язково. Цей привід дозволяє керувати дросельною заслінкою незалежно від положення педалі акселератора та відкривати її при переході на режими з використанням пошарового сумішоутворення і застосування бідної гомогенної суміші. Такий спосіб керування двигуном забезпечує його роботу практично без втрат на дроселювання. Тобто двигун не повинен витрачати енергію на подолання опорів потоку всмоктуваного повітря, що виражається в зниженні витрати палива.

Положення педалі акселератора, встановлене водієм, реєструється за допомогою датчиків, сигнали яких передаються на вхід блоку управління двигуном. За цими та іншими додатковими сигналами блок управління розраховує необхідний крутний момент і видає відповідні команди на виконавчі пристрої.

При використанні пошарового сумішоутворення величина крутного моменту двигуна визначається кількістю палива, що впорскується.

При цьому дросельна заслінка відкрита майже повністю. Вона прикривається тільки настільки, щоб забезпечити розрідження для продування адсорбера, для перепуску відпрацьованих газів і для створення необхідного розрідження у вакуумному підсилювачі гальмівного приводу.

При роботі двигуна на гомогенних бідній і стехіометричній сумішах крутний момент двигуна залежить від кута випередження запалювання і кількості повітря, що надходить в циліндри двигуна.

При цьому дросельна заслінка відкривається відповідно до необхідного крутного моменту.

Впускні заслінки та їх привід розташовані в нижній та верхній частинах впускної системи. Заслінки служать для керування потоками повітря, що надходить у циліндри двигуна, в залежності від режимів роботи двигуна.

Робота двигуна із закритими впускними заслінками

При роботі двигуна на пошарових і бідних гомогенних сумішах, а також на деяких режимах з використанням гомогенних сумішей стехіометричного складу заслінки перекривають нижні частини впускних каналів, розташованих у головці циліндрів. При цьому повітря проходить у циліндри лише через верхні частини впускних каналів. Форма верхньої частини впускного каналу підібрана таким чином, щоб повітря, що впускається в циліндр, закручувалося на вході в нього. Крім цього підвищена швидкість повітря, що проходить через звужений канал, сприяє сумішоутворенню.

Реалізуються дві переваги:

• При пошаровому сумішоутворенні вихровий рух повітря забезпечує перенесення палива до свічки запалювання. Утворення суміші здійснюється у процесі цього руху.

• Вихровий рух повітря створює умови для утворення гомогенних бідної та стехіометричної сумішей. Завдяки йому підвищується займистість і досягається стабільне горіння бідних сумішей.

Робота двигуна з відкритими впускними заслінками

При роботі двигуна на режимах з високим навантаженням та при високих частотах обертання повітряні заслінки відкриті і повітря проходить у циліндри через обидві частини впускних каналів. Великий переріз впускного каналу забезпечує наповнення циліндра, необхідне для отримання високої потужності і крутного моменту.

Елементи системи керування

Датчик положення впускних заслінок - потенціометр, що встановлений на нижній частині системи впуску. Він з'єднаний з валом приводу впускних заслінок. 

Датчик служить для визначення положення впускних заслінок. Його сигнали передаються на вхід блоку керування двигуном. Це необхідно, оскільки положення впускних заслінок впливає на займистість суміші, вміст відпрацьованих газів в ній і на коливання повітря у впускній системі. Так як положення впускних заслінок впливає на рівень викидів шкідливих речовин, воно має контролюватись системою бортової діагностики.

За відсутності сигналів з потенціометра двигун може працювати лише на гомогенній суміші стехіометричного складу.

Клапан керування впускними заслінками встановлений на верхній частині системи впуску. 

Цей клапан з'єднує вакуумний привід впускних заслінок з вакуумним ресивером по командам блоку управління двигуном. Відкриття клапана призводить до закриття впускних заслінок за допомогою вакуумного приводу.

Якщо клапан несправний, двигун може працювати лише на гомогенній суміші стехіометричного складу.

Датчик витрати повітря та датчик температури розташовані у загальному корпусі, встановленому у впускному тракті перед блоком дросельної заслінки.

Для точного вимірювання витрати повітря по масі застосовується термоанемометричний датчик плівкового типу, який може розпізнавати зворотні потоки. Таким чином він вимірює не тільки кількість повітря, що проходить в напрямку до циліндрів, але і його масу, що переміщується у зворотному напрямку в результаті коливального процесу, який виникає внаслідок відкривання і закривання клапанів. Температура повітря враховується для корекції виміряного значення його витрати.

Сигнали з датчика витрати повітря використовуються у всіх процесах, в яких навантаження двигуна є визначальним параметром. Це, наприклад, початок і тривалість упорскування, випередження запалювання та робота системи уловлювання парів палива.

При виході з ладу датчика витрати повітря навантаження двигуна визначається сигналом датчика тиску у впускному трубопроводі.

Датчик тиску у впускному трубопроводі встановлений на верхній частині системи впуску. Він служить для вимірювання тиску у впускному трубопроводі. Відповідний тиску сигнал з цього датчика надходить на вхід блоку управління двигуном.

Цей сигнал використовується у блоці управління двигуном спільно з сигналами датчика масової витрати повітря і датчика температури повітря на впуску для точного розрахунку кількості газів, що перепускаються. Крім цього за цим сигналом визначається навантаження двигуна під час пуску, так як датчик витрати повітря працює на цьому режимі недостатньо точно через сильні пульсації у впускній системі.

Кількість відпрацьованих газів, що перепускаються, визначаються блоком управління двигуном за допомогою датчика масової витрати повітря, що надходить в циліндри, і розраховує відповідний її величині тиск у впускному трубопроводі. При рециркуляції відпрацьованих газів їх маса додається до маси свіжого повітря і відповідно підвищується тиск у впускному трубопроводі. Датчик тиску у впускному трубопроводі реагує на це зміною напруги з його виході, яка передається на вхід блоку управління двигуном. За величиною цього сигналу визначається сумарна кількість повітря та відпрацьованих газів, що надходять у циліндри двигуна. Кількість відпрацьованих газів визначається відніманням кількості свіжого повітря з сумарної величини.

Перевагою такого методу визначення кількості відпрацьованих газів є можливість збільшення їх частки в робочій суміші і наближення до межі займистості суміші.

При виході з ладу датчика тиску у впускному трубопроводі блок управління визначає кількість газів, що перепускаються, розрахунковим шляхом і знижує перепуск відповідно до значень багатопараметрової характеристики.

Датчик тиску в магістралі вакуумного підсилювача гальмівного приводу встановлений на трубопроводі між впускним трубопроводом та вакуумним підсилювачем гальмівного приводу. Він вимірює тиск у цьому трубопроводі та відповідно в підсилювачі гальмівного приводу.

По напрузі на виході датчика блок керування двигуном визначає, чи достатньо розрідження для нормальної роботи підсилювача гальмівного приводу.

Для нормальної роботи підсилювача гальмівного приводу необхідно певне розрідження, що забезпечує можливе швидке досягнення встановленого гальмівного зусилля. При роботі двигуна на пошарових та бідних сумішах дросельна заслінка відкрита практично повністю, тому розрідження у впускному трубопроводі невелике. При багаторазовому гальмуванні створене у вакуумному підсилювачі розрідження виявляється недостатнім. Щоб підтримати розрідження на потрібному рівні, дросельна заслінка прикривається. Вона буде закриватися доти, доки розрідження не знизиться до необхідного рівня. При необхідності двигун буде переведений на роботу на гомогенній суміші стехіометричного складу.

За відсутності сигналу датчика двигун може працювати лише на гомогенній суміші стехіометричного складу.