1. Описание системы
- Под аббревиатурой D-4*1 скрывается двигатель, топливо в котором впрыскивается непосредственно в цилиндры.
- Для впрыска топлива в цилиндры с высоким давлением необходим топливный насос, который бы создавал в топливной системы высокое давление (примерно 12 МПа/1740,5 фунт/кв. дюйм*2). Топливо к насосу высокого давления подается насосом низкого давления (примерно 0,4 МПа/58,0 фунт/кв. дюйм), расположенным в топливном баке.
- Высокоточный впрыск топлива под давление в цилиндры осуществляется топливными форсунками. Они отвечают не только за продолжительность впрыска, но и за угол опережения впрыска.
*1 D-4: 4-тактный бензиновый двигатель с системой непосредственного впрыска топлива
*2 Заданное давление в топливной системе зависит от типа двигателя и режима работы.
Впрыск топлива непосредственно в цилиндры и во впускной канал
2. Условия сгорания и режимы работы системы
- Поскольку система D-4 способна впрыскивать топливо непосредственно в цилиндры, процесс сгорания ТВС может быть трех видов.
- В данном разделе описывается система D-4 со стехиометрическим процессом сгорания, которая не поддерживает стратифицированный процесс сгорания.
* Стехиометрический процесс сгорания: образование стехиометрического состава топливовоздушной смеси для оптимизации процесса сгорания.
[1] Стратифицированное сгорание
- Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр во второй половине хода сжатия, благодаря чему в зоне свечи образуется воспламеняемый слой при одновременном впуске воздуха.
- Воспламеняемый слой, состав которого максимально приближен к стехиометрическому уровню, окружен слоем воздуха. В результате общий состав получается обедненным, что, однако, не ухудшает воспламенение смеси.
- По сравнению с однородным сгоранием в процессе стратифицированного сгорания сокращаются насосные потери. Испарение впрыскиваемого топлива способствует охлаждению сжатого воздуха и повышает коэффициент наполняемости.
- В процессе стратифицированного сгорания существенно повышается содержание кислорода в отработавших газах, поэтому обычный трехкомпонентный нейтрализатор не способен очищать газы от оксидов азота (Nox). Поэтому он заменен специальным каталитическим нейтрализатором, который хранит оксиды азота, образованные на этапе стратифицированного сгорания, и сокращает их количество перед очищением на этапе однородного сгорания.
- В это же самое время для снижения температуры процесса сгорания подается большое количество рециркулируемых газов, что способствует снижению образования оксидов азота (Nox).
[2] Слабое стратифицированное сгорание
- При слабом стратифицированном сгорании топливо впрыскивается в два этапа: в начале такта впуска и в конце такта сжатия.
- Процесс слабого стратифицированного сгорания в системе D-4 со стратифицированным сгоранием служит своего рода мостом между стратифицированным и однородным сгоранием, а в системе D-4 со стехиометрическим сгоранием средством улучшения прогрева каталитического нейтрализатора сразу же после запуска холодного двигателя (благодаря высокой температуре процесса сгорания).
[3] Однородное сгорание
- В процессе однородного сгорания топливо впрыскивается в такте впуска, благодаря чему достигается образование однородной топливовоздушной смеси в также сжатия.
- В одном из двух прямых каналов установлен клапан завихрения воздуха (SCV), который призван улучшить коэффициент наполняемости и производительность процесса сгорания.
- При низкой частоте вращения клапан SCV полностью закрыт, и воздух поступает только по одному каналу. Такой подход улучшает перемешивание воздуха и топлива, а также ускоряет прохождение воздуха, что повышает коэффициент наполняемости.
- При высокой частоте вращения клапан SCV открывается для повышения расхода воздуха, что также повышает коэффициент наполняемости.
[4] Краткий обзор условий сгорания и режимов работы системы
- В следующих таблицах представлен краткий обзор основных операций управления, которые осуществляются при различных типах сгорания.
Система D-4 со стратифицированным сгоранием, двигатель 1AZ-FSE 
Система D-4 со стехиометрическим сгоранием, двигатель 1AZ-FSE
3. Узлы и детали системы
[1] Топливный насос высокого давления
- Установленный на крышке головки блока цилиндров топливный насос высокого давления приводится в действие кулачком распределительного вала впускных клапанов.
- Управление насосом осуществляется ЭБУ двигателя и ЭБП форсунок (блок EDU). Они управляют электромагнитным клапаном в зависимости от режима работы двигателя, чтобы сбросить необходимое количество топлива для доведения фактического давления в топливной системе до заданного уровня.
Управление топливным насосом высокого давления
- За счет подъема или опускания топливо подается, а давление в системе повышается.
- За счет закрытия электромагнитного клапана, расположенного на впуске топливного насоса, необходимое количество топлива возвращается в топливный бак. Клапан задействуется в оптимально подобранный момент в такте сжатия.
- При раннем закрытии электромагнитного клапана увеличивается эффективный ход плунжера, в результате чего сбрасывается большее количество топлива.
[2] Топливный перепускной клапан
- Клапан установлен на топливной рампе. Он открывается для уменьшения давления топлива, когда давление в топливной системе поднимается выше определенного
уровня.
- Давление в топливной системе поддерживается в диапазоне 8 — 13 МПа/1160,3 — 1885.5 фунт/кв. дюйм. Обычно перепускной клапан закрыт и открывается, только когда давление поднимается выше определенного уровня.
* Диапазон давления зависит от двигателя.
[3] Форсунка для впрыска топлива в цилиндр
- Впрыскивает топливо под высоким давлением в течение короткого промежутка времени для образования в цилиндре оптимального состава ТВС. Форсунка приводится в действие с помощью системы, в которой используется высоковольтный конденсатор, поддерживающий высокое напряжение и постоянный ток.
[4] Электронный блок привода форсунок (блок EDU)
- Данный блок предназначен для высокоточного управления форсунками для непосредственного впрыска топлива в цилиндры при высокой частоте вращения.
- Поступаемый от ЭБУ двигателя сигнал впрыска преобразуется в сигнал высокого напряжения и большой силы тока. При подаче сигнала форсунка впрыскивает топливо в цилиндр, при отсутствии — закрывается
Примечание
Блок EDU
- EDU — это собирательное название цепь управления.
- Если исполнительному механизму для задействования необходимо высокое напряжение или большая сила тока, цепь привода отделяется от цепи управления и, благодаря блоку EDU, противодействует образованию тепла, шума и энергопотерям.
(Работа: впрыск форсункой №1)
- ЭБУ двигателя посылает сигнал запроса на впрыск
 через цепь формирования сигнала в выключатель
высокого напряжения (через одновибратор) и в цепь управления.
- Выключатель подает высокое напряжение, усиливаемое преобразователем постоянного
тока, на клемму COM-1 в соответствии с сигналом
запроса на впрыск.
- Соединяя клемму INJ1 с массой, цепь управления регулирует продолжительность впрыска топлива и
угол опережения зажигания.
- После того как сила тока возрастает примерно до 8 А, значение стабилизируется в рамках 1,9 — 2,6 A.
- При соблюдении следующих условий ЭБП форсунок посылает в ЭБУ двигателя сигнал подтверждения INJF.
[5] Датчик давления в топливной системе
- Данный датчик закреплен на топливной рампе и измеряет в ней давление.
4. Способ управления
5. Сопутствующие параметры
[1] Таблица данных
[2] Режим активной диагностики
Переключение между режимами сгорания и таблица данных (система D-4 со стратифицированным сгоранием: 1AZ-FSE)
6. Особые случаи использования диагностического прибора
[1] Проверка вероятности пропуска зажигания (для системы D-4 со стратифицированным зажиганием)
- Если форсунка для впрыска топлива непосредственно в цилиндр распыляет топливо несоответствующим образом, происходит пропуск зажигания или другая подобная неисправность.То же самое может происходить, если поток воздуха в цилиндр ограничен из-за образования нагара в системе впуска, например, во впускном коллекторе.
- С помощью функции Control the Injection Timing можно проверить вероятность пропуска зажигания в отдельных цилиндрах (стойкость к пропуску зажигания).
Данная проверка основывается на том, что момент впрыска изменяется в зависимости от
несоответствующего распыления топлива, а вероятность пропуска зажигания увеличивается по сравнению с исправным двигателем.
(1) Увеличивать угол опережения впрыска с шагом 1 ° п.к.в. и записать изменение угла, которое привело к появлению пропусков зажигания, а также частоту пропусков зажигания (в течение 10 секунд).
Примечание 1: проверку следует выполнять при несоответствующем сгорании (например,
однородном).
Примечание 2: следует соблюдать осторожность, так как при чрезмерной частоте пропусков
повышается вероятность оплавления каталитического нейтрализатора.
Результат проверки: при появлении пропусков зажигания наблюдается детонация.
(2) Выполнить аналогичную проверку, уменьшая угол опережения зажигания с шагом 1 ° п.к.в.
(3) Выполнить аналогичную проверку на исправном автомобиле и сравнить результаты. Сравнить угол опережения, при котором появляются пропуска зажигания, и частоту пропусков, чтобы выяснить, снизилась ли стойкость к появлению пропусков зажигания.
* Возможные причины: образование нагара, несоответствующее распыление топлива форсункой и пр.
[2] Проверка работоспособности топливного насоса высокого давления
- Если для автомобиля предусмотрено отображение параметра скважности сигнала привода топливного насоса высокого давления, можно проверить исправность насоса. Для этого необходимо сравнить скважность сигнала, необходимого для поддержания заданного давления в топливной системе, на исправном и неисправном автомобилях.
ДЛЯ СПРАВКИ
Скважность сигнала привода топливного насоса высокого давления и его форма (на примере двигателя 3GS-FSE)
[3] Проверка герметичности участков высокого давления
- Если системы впрыска топлива под высоким давлением исправна, давление поддерживается на постоянном уровне.
- Однако если в системе имеется утечка или неисправность, при выключении двигателя давление в топливной системе резко падает.
- При появлении неисправности следует проверить давление в топливной системе следующим образом.
(1) Выключить двигатель и сразу же включить зажигание (ON), после чего проверить параметр Fuel Press в таблице данных.
(2) С определенной периодичность проверять давление в топливной системе, чтобы проверить, какими темпами оно падает.
Нормальное состояние: давление не должно резко падать
Возможные причины: утечка топлива из перепускного клапана, форсунки и пр.
Нормальное состояние (система D4 со стратифицированным сгоранием) 1AZ-FSE)
|
