Система питания карбюраторных двигателей

• неисправность электрической части (обрыв обмотки катушки, межвитковое замыкание, замыкание обмотки на массу, ненадёжное соединение штекерного подключения и др.);
• засорение (сетчатого фильтра, сопла, отверстий распыливателя);
• негерметичность (клапана, уплотнительных колец, и др.)
• износ клапана и седла

Неисправность форсунки приводит к неравномерной работе и снижению мощности двигателя. Определить неисправную форсунку без её демонтажа  с мотора можно несколькими простыми способами. Например, последовательным отключением форсунок из работы с одновременным отслеживанием баланса мощности по цилиндрам двигателя, прослушиванием работы форсунок стетоскопом, измерением сопротивления обмотки соленоида форсунки и т.п.  
Засорение фильтра, сопла и отверстий распыливателя приводит к перебоям в работе цилиндра. Неисправности форсунки определяются визуально по наличию загрязнения или, например, при проливке форсунки на установке по очистке, по изменению формы струи топлива, её искривлению или распылению. Засорение форсунок устраняется их промывкой специальной жидкостью (сольвентом и т.п.) на промывочных установках. 
Неисправные форсунки подлежат замене.

Пусковые электромагнитные форсунки применяются повсеместно в механических и электромеханических системах впрыска бензина, а также в ранних версиях систем L – Jetronic с датчиком – распределителем зажигания. С внедрением системы управления двигателем Motronic надобность в применении пусковой форсунки отпала, так как её функции взяли на себя электромагнитные рабочие форсунки. Конструкция пусковой форсунки практически ничем не отличается от рабочей форсунки, но угол конуса распыливания много больше – 50 - 80°, против 10 - 50°, у рабочих. Форсунка устанавливается на впускном коллекторе за дроссельной заслонкой и служит для обеспечения пуска холодного двигателя и его работы в режиме прогрева. Для управления пусковой форсункой используется термореле.

Термореле управляет пусковой форсункой в зависимости от температуры двигателя и продолжительности времени пуска. Корпус термореле на резьбе устанавливается в рубашку охлаждения двигателя. В корпусе располагается контактная группа (1) из биметаллической пластины  (вывод G) и электрической спирали подогрева биметаллической пластины (вывод W). Нормальное состояние контактов – замкнутое. Концы обмотки спирали подключены к клеммам источника тока.  Вывод «W» соединяется с клеммой «+» АКБ через клемму «50» реле стартера или через клемму т.н. «послестартового» реле. В первом случае подогрев работает только при пуске двигателя, во втором случае, также при работе двигателя в режиме прогрева, до достижения двигателем заданной температуры. Другой конец спирали подогрева соединяется с клеммой «минус» АКБ через «массу». 
При пуске двигателя, когда работает стартер, ток от клеммы «50» реле стартера протекает через спираль подогрева  и замкнутые контакты контактной группы на обмотку катушки пусковой форсунки. Форсунка открывается и работает до тех пор, пока не выключится стартер или спираль подогрева не нагреет биметаллическую пластину настолько, что та деформируется и размыкаются контакты реле. В обоих случаях напряжение на форсунку не подаётся. При длительном (затруднённом) пуске двигателя отключение форсунки из-за размыкания контактов термореле в результате нагрева пластины спиралью, предотвращает «заливание» свечей зажигания. Аналогичным образом система работает с питанием от послестартового реле, с той лишь разницей, что после запуска двигателя (отключения стартера), форсунка будет функционировать до тех пор, пока температура двигателя не достигнет заданного значения (как правило, 35 - 52° C). При этом форсунка будет подавать топливо дискретно, т.е. выключаться, когда перегреется и деформируется с размыканием контактов биметаллическая пластина, и включаться, после того как пластина остынет и примет свою изначальную форму, а контакты вновь сомкнутся. По мере того, как будет прогреваться двигатель (а вместе с ним и само пусковое реле со всем своим содержимым, включая биметаллическую пластину), время срабатывания форсунки будет уменьшаться, а время её «простоя», увеличиваться. 
Ниже приведены примерные впрысковые характеристики «среднестатистической» пусковой форсунки:

• производительность при 4,5 кгс/см2 - 85±20% см3/мин
• угол конуса распыления топлива – 50 - 80°
• продолжительность впрыска:
• при -20°C – примерно 8 секунд
• при  00°C – примерно 5 секунд
• при +20°C – примерно 2 секунды
• при +35°C – 0 секунд

При достижении двигателем температуры 35 - 52°C и выше, контакты термореле станут постоянно разомкнутыми, и пусковая форсунка будет выключена  из работы системы. Работу двигателя  обеспечат рабочие форсунки.

Подсистема измерения количества воздуха.

Существует два  основных способа измерения количества воздуха, это 1) относительный (или косвенный) и 2) абсолютный. 
Для расчёта относительного количества воздуха, поступающего в двигатель необходимо (и достаточно) знать три параметра, это 1) положение дроссельной заслонки, 2) обороты коленчатого вала двигателя и 3) давление воздуха во впускном трубопроводе. Первые два параметра характеризуют нагрузку двигателя. Получая данные от датчика положения дроссельной заслонки, скорости вращения КВ (датчика угловых импульсов) и давления воздуха контроллер (ЭБУ), по несложному алгоритму, обрабатывает информацию и вычисляет объём воздуха. Объём воздуха используется контроллером для определения базовой длительности управляющего импульса (т.е., продолжительности подачи топлива форсункой). Упрощённо можно говорить о том, что базовая длительность управляющего импульса обеспечивает работу прогретого двигателя на частичных нагрузках. Для работы двигателя на других режимах, например, при пуске холодного двигателя, на холостом ходу и пр., в длительность базового импульса необходимо вносить изменения (т.е. увеличивать или уменьшать время впрыска). Корректировку времени впрыска блок управления (контроллер) выполняет, основываясь на данных, полученных от других датчиков, например, датчика температуры охлаждающей жидкости, датчиков температуры воздуха и давления во впускном трубопроводе и пр. 
Абсолютный способ замера количества воздуха осуществляется расходомером воздуха (датчиком – расходомером). Рассмотрим четыре типа расходомеров, используемых в инжекторных системах питания в настоящее время:

• С напорным диском
• Лопастной
• Термоанемометрический
• Вихревой

Расходомер воздуха с напорным диском широко применялся в 70 – 80х годах прошлого столетия на автомобилях с системами впрыска K – Jetronic и KE – Jetronic. Существует два типа таких расходомеров – с нисходящим и восходящим потоком воздуха. Напорный диск  расходомера изготовлен из очень лёгкого металла и соединён с рычагом, подвешенным на оси. Система уравновешена балансиром, закреплённым на противоположном плече рычага. На оси вращения рычага диска закреплён ещё один рычаг с роликом и регулировочным винтом. На ролик рычага опирается плунжер дозатора – распределителя. Регулировочный винт позволяет влиять на состав приготавливаемой топливно-воздушной смеси, изменяя относительное расположение рычагов, а значит и напорного диска относительно чаши напорного диска, а также опорного ролика, относительно плунжера дозатора – распределителя. Настройка винта осуществляется на заводе изготовителе и может подвергаться изменению при необходимости. 
В работе расходомера использован принцип действия известного физического прибора – трубки Вентури, который обеспечивает линейную зависимость перемещения напорного диска от объема воздуха, проходящего через трубку (чашу). При неработающем двигателе система рычагов и противовесов напорного диска находится в уравновешенном состоянии. Воздух, поступающий в корпус расходомера, отклоняет напорный диск, что  приводит к смещению рычагов на оси и вызывает перемещение плунжера дозатора-распределителя. Работа дозатора – распределителя была описана выше. 
«Приспосабливание» двигателя к различным режимам работы (т.е., необходимое обогащение или обеднение топливно-воздушной смеси) осуществляется за счёт изменения управляющего давления, действующего на плунжер. Обогащение смеси при резком открытии дросселя обеспечивается почти мгновенной реакцией напорного диска расходомера и его перемещением на большую величину, нежели это происходит при плавном нажатии на педаль газа. Данный эффект носит название - «overswing» (перескок). 
На двигателе, работающем с закрытыми дроссельными заслонками, воздух в цилиндры поступает в обход заслонок через два обводных канала. Один из каналов используется для подачи воздуха на режиме холостого хода. Сечение этого канала регулируется винтом «качества», позволяющего контролировать состав приготавливаемой смеси и обороты КВ. Через другой канал поступает дополнительное количество воздуха, необходимого для работы двигателя на повышенных оборотах в режиме прогрева. Количество воздуха, поступающего в двигатель через этот канал, регулируется клапаном дополнительного (добавочного) воздуха в зависимости от степени прогрева двигателя. Если двигатель холодный, запорная заслонка удерживается биметаллической пластиной клапана в верхнем открытом положении. Воздух поступает в двигатель. По мере прогрева двигателя на спираль подогрева пластины подаётся ток. Спираль нагревает биметаллическую пластину, пластина деформируется и, воздействуя на запорную заслонку, постепенно перекрывает подачу дополнительного воздуха. Когда двигатель прогреется до температуры 35 - 52° C, клапан полностью перекроет подачу воздуха через канал и далее в управлении работой прогретого двигателя не участвует.  
На части двигателей устанавливались клапаны–термостаты, в которых исполнительный элемент нагревался охлаждающей жидкостью, циркулирующей в корпусе клапана. В поздних версиях систем впрыска клапаны добавочного воздуха были заменены более функциональными регуляторами холостого хода, о которых пойдёт речь ниже.

Лопастной (флюгерный) расходомер широко используется в системах L – Jetronic. Конструкция лопастного расходомера со встроенным датчиком температуры всасываемого воздуха. Внутри корпуса устройства на оси установлены две заслонки прямоугольной формы, нагруженные возвратной спиральной пружиной  и закреплённые относительно друг друга под углом 90 - 120°. На корпусе расходомера смонтирован датчик – потенциометр, представляющий собой цепочку резисторов, включённых параллельно контактной дорожке, по которой, при повороте заслонок, перемещается контакт-ползунок. Поток воздуха, проходящий через корпус расходомера, воздействует на рабочую заслонку и отклоняет её. Угол поворота заслонки (а вместе с ней и контакта-ползунка) тем больше, чем больше воздуха потребляет двигатель. Поворот заслонки преобразуется на выходе из потенциометра в напряжение, величина которого пропорциональна углу поворота (т.е. объёму потребляемого воздуха). Выходная характеристика датчика расходомера, как правило, линейная. Демпферная заслонка  обеспечивает гашение колебаний рабочей заслонки из-за пульсаций воздушного потока и динамического воздействия. 
Поскольку флюгерный расходомер измеряет объёмный расход воздуха, а один и тот же объём воздуха при разной температуре будет иметь разную массу и разное содержание кислорода, для корректировки расчётных данных на входе в расходомер воздуха встроен резистивный датчик температуры воздуха. В верхней части корпуса расходомера выполнен обводной (байпасный) воздушный канал, обеспечивающий подачу воздуха в двигатель в обход рабочей заслонки. Сечение канала регулируется винтом качества  с помощью которого можно управлять составом смеси и оборотами холостого хода. На части расходомеров байпасный канал с винтом отсутствует, а для регулировки используется специальный потенциометр. Отсутствие каких-либо регулировочных винтов указывает на то, что данная система является адаптивной.

Термоанемометрические датчики массового расхода воздуха являются ещё одним видом датчиков, широко используемых на современной технике. В буквальном переводе с греческого языка термин «термоанемометрический» означает – «измеряющий температуру ветра» (термос – температура, анемос – ветер, метрика – измерение). Приборы этого типа в технической литературе часто именуют MAF – метрами (Mass Air Flow Meter). Наибольшее распространение имеют конструкции с проволочными и плёночными измерительными элементами. Принцип действия датчиков основан на изменении сопротивления измерительного элемента (платиновой проволоки или плёночного резистора) охлаждаемого потоком воздуха. Температура измерительного элемента поддерживается на уровне 100 - 150°C выше температуры всасываемого воздуха. Изменение сопротивления приводит к изменению выходного сигнала. Сигнал датчика, как правило, представляет собой напряжение постоянного тока, величина которого зависит как от количества воздуха, так и от направления его движения. При опорном напряжении 5 вольт величина выходного сигнала будет меняться от 1 до 5 вольт, при прямом потоке воздуха (т.е. в двигатель), и от 0 до 1 вольт, при обратном потоке (т.е., из двигателя). 
Проволочный (нитевой) датчик. Нагревательным элементом прибора является платиновая нить диаметром 70 мкм. Регулировочная схема состоит из резисторного моста и усилителя. Нагревательная нить и температурный датчик являются составными частями моста. Ток нагрева образует на выходе с резистора сигнал напряжения, пропорциональный массовому расходу воздуха. На части машин сигнал может быть в виде серии импульсов различной частоты. Сигнал поступает на контроллер. 
С целью предупреждения ошибки в измерениях из-за загрязнения платиновой нити, нить очищается кратковременным нагреванием до высокой температуры (больше 1000°C) после выключения двигателя. 
Плёночный датчик. Нагревательным элементом датчика является плёночный платиновый резистор, который, вместе с другими элементами схемы, размещается на керамической основе. В отличие от проволочного датчика стабильность точности измерений плёночного, сохраняется без прожига. 
Датчик расхода воздуха вихревого типа «Karman» имеет в наличии ультразвуковой излучатель  и приёмник  размещённые в корпусе устройства перпендикулярно направлению движения воздушного потока. На входе в датчик установлен рассекатель воздуха, способствующий созданию турбулентных вихрей, число которых тем больше, чем выше скорость входящего потока. Число вихрей влияет на скорость распространения ультразвуковой волны. Ультразвуковой сигнал преобразуется приёмником в частотный сигнал и передаётся контроллеру. Регулятор холостого хода – специальное исполнительное устройство, которое обеспечивает устойчивую работу двигателя на режиме холостого хода и/или прогрева путём изменения (корректировки) оборотов коленчатого вала. Особенностью работы двигателя в названном режиме является то, что дроссельная заслонка закрыта и не управляется водителем. Управление частотой вращения коленчатого вала осуществляется одним из двух способов: 1) воздух подаётся в обход дроссельной заслонки по обводному каналу, сечение которого может меняться (увеличиваться или уменьшаться) и, 2) положение заслонки может меняться (приоткрываться или прикрываться/закрываться) без участия водителя, воздух в систему подаётся через приоткрытую заслонку. 
Рассмотрим конструкцию регуляторов первого типа на примере  регулятора со шланговыми штуцерами фирмы BOSCH. Штекерный разъём регулятора имеет три контакта. Один контакт соединяется с «массой» автомобиля, на два других контакта приходит управляющий сигнал с блока управления двигателем. В зависимости от того, на какой из двух контактов придёт сигнал, вал электродвигателя с регулирующей заслонкой поворачивается в ту или иную сторону (прикрывает воздушный канал или, наоборот - приоткрывает). От скважности управляющего сигнала будет зависеть, на какой угол повернётся заслонка.  
В двухконтактных конструкциях аналогичных регуляторов вращение заслонки происходит в одну сторону, а её возврат в исходное положение осуществляется спиральной пружиной. Как правило, в системе присутствует упорный (регулировочный) винт начального положения регулирующей заслонки. Положение винта настраивается изготовителем. От самоотворачивания винт фиксируется краской или специальным клеем. Управляющий сигнал поступает на один из двух контактов. Второй контакт при включённом зажигании всегда находится под напряжением 12 вольт. 
Регулятор ХХ с клапаном – соленоидом. Сечение обводного канала управляется запорной «иглой» клапана. На обмотку клапана от блока управления подаётся сигнал, в зависимости от величины которого подвижный якорь запорного устройства втягивается в катушку на ту или иную величину, приоткрывая воздушный канал в большей или меньшей степени. Аналогичным образом работает РХХ с шаговым электродвигателем. 
Регуляторы холостого хода второго типа достаточно широко используются в системах центрального (моно) впрыска. При помощи червячной передачи и зубчатой шестерни вращение якоря электродвигателя преобразуется в поступательное движение штока, воздействующего на рычаг дроссельной заслонки и приоткрывающей её на заданный угол. 
Независимо от конструкции РХХ побуждающим фактором для контроллера подать управляющий сигнал на контакты регулятора является снижение или, наоборот, повышение скорости вращения коленчатого вала относительно некоторого заданного (исходного) значения. «Контроль» над оборотами КВ осуществляет датчик скорости (датчик угловых импульсов - «ДУИ»).

Подсистема улавливания паров топлива, клапаны адсорберы

Подсистема включает в себя угольный адсорбер и клапан адсорбера, устанавливаемый на воздуховод между адсорбером и впускным коллектором  двигателя. Адсорбер является улавливателем  паров топлива. Клапан адсорбера  осуществляет соединение адсорбера  с впускным коллектором. Клапан управляется  ЭБУ. Напряжение питания, как правило, 12 вольт. Сопротивление обмотки соленоида 40 – 60 Ом. Коммутирование осуществляется через «массу». Нормальное состояние  клапана – закрытое. 
При определённых условиях работы двигателя на клапан подаётся управляющее напряжение, клапан открывается, и пары топлива под воздействием разрежения во впускной трубе поступают в двигатель, где участвуют в смесеобразовании.

Контроллер и датчики

Контроллер  является центральным устройством системы управления двигателем. Контроллер получает информацию от датчиков о «текущем состоянии» двигателя, производит расчёт исходящих параметров (времени впрыска, момента зажигания и др.) и управляет исполнительными механизмами, такими как инжекторы, модуль зажигания, регулятор холостого хода, электромагнитный клапан продувки адсорбера, нагреватель датчика кислорода и др. Контроллер также управляет включением и выключением главного реле, через которое напряжение питания поступает от АКБ на элементы системы. На датчики и управляемые устройства поступает напряжение 5 или 12 вольт. 
Контроллер имеет три типа памяти. 
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит непосредственно программу управления двигателем, содержащую последовательность рабочих команд и базовые параметры, на которые контроллер опирается при расчёте времени впрыска, момента зажигания, оборотов ХХ и др. 
Память является энергонезависимой, т.е. её содержимое сохраняется независимо от наличия или отсутствия питания АКБ. 
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется микропроцессором для временного хранения информации, например, измеряемых параметров, результатов вычислений, цифровых кодов неисправностей и пр. 
Память ОЗУ энергозависима. При отключении питания от контроллера хранимая информация стирается. 
Электрическое репрограммируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ) используется для временного хранения кодов-паролей автомобильной противоугонной системы (АПС). Коды принимаются контроллером от блока управления АПС, сравниваются с хранимыми кодами в ЭРПЗУ, меняются микропроцессором по заданному алгоритму и запоминаются для последующего сравнения. 
Память ЭРПЗУ энергонезависима.  
Датчики передают контроллеру текущую информацию о двигателе. Информация передаётся в виде цифрового или аналогового сигнала. По принципу действия следует различать индуктивные, индукционные (генераторные), реостатные, резистивные, фотоэлектрические датчики и датчики, работающие на основе эффекта «Холла». 
Помимо, уже рассмотренных нами, расходомеров воздуха, находят применение следующие типы датчиков.