Efi что это в автомобиле
Система Впрыска EFI(Electronic Fuel Injection).
EFI — электронная система впрыска топлива(Electronic Fuel Injection).
В 1958-м году компания Chrysler предложила свою систему Electrojector на автомобилях Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Dodge D-500 и Plymouth Fury. Это были первые серийные автомобили оснащенные системой EFI. Эта система EFI была совместно разработана компаниями Chrysler и Bendix. Большинство из 35 автомобилей изначально оборудованные электронной системой впрыска были переоборудованы с 4-карбюраторных систем. Патенты системы впрыска Electrojector впоследствии были проданы компании Bosch.
Компания Bosch разработала электронную систему впрыска топлива D-Jetronic, которая впервые была применена на автомобиле VW 1600TL/E в 1967 году. Это была первая электронная система впрыска топлива, которая для расчета топливо-воздушной смеси использовала показания датчиков частоты вращения двигателя и плотности воздуха во впускном коллекторе. Эта система была адаптирована для автомобилей таких производителей, как VW, Mercedes-Benz, Porsche, Citroën, Saab и Volvo. В 1974-м году Bosch модернизировала систему D-Jetronic до систем K-Jetronic и L-Jetronic, хотя некоторые автомобили (например Volvo 164) продолжали использовать систему D-Jetronic еще на протяжении несколько лет. В 1970 году компания Isuzu вместе с Bosch адаптировали систему впрыском топлива D-Jetronic для автомобиля Isuzu 117 Coupe, которая продавалась только в Японии.
В 1975-м году на автомобиле Cadillac Seville появилась система EFI разработанная компанией Bendix и смоделированная практически аналогична Bosch D-Jetronic. Система L-Jetronic впервые появилась в 1974-м году на автомобиле Porsche 914, которая использует механический счетчик расхода воздуха. Этот подход требует дополнительных датчиков для измерения атмосферного давления и температуры, для того чтобы в конечном итоге вычислить «воздушную массу». L-Jetronic получила широкое распространение на европейских автомобилей того периода, и несколько японских моделей спустя некоторое время.
В Японии в январе 1974-м году Toyota впервые установила систему EFI на двигатель 18R-E, которым опционально оснащался автомобиль Toyota Celica. Система EFI установленная на двигатель 18R-E являлась многоточечной системой впрыска топлива. Nissan предложил электронную многоточечную систему впрыска топлива в 1975 году. Это была система компании Bosch L-Jetronic, установленной на двигатель Nissan L28E и Nissan Fairlady Z, Nissan Cedric и Nissan Gloria. Вскоре Toyota последовала той же технологии в 1978 году, которую опробовала на двигателе 4M-E, устанавливающимся на Toyota Crown, Toyota Supra и Toyota Mark II. В 1980 году в качестве стандартного оборудования Isuzu Piazza и Mitsubishi Starion оснастили электронной системой впрыска топлива, разработанных отдельно обеими компаниями дизельных двигателей. В 1981 году Mazda продемонстрировала систему EFI на автомобиле Mazda Luce с двигателем Mazda FE, а в 1983 Subaru оснастила ею свой двигатель EA81, установленный на автомобиль Subaru Leone. Honda в 1984 разработала собственную систему PGM-FI для Honda Accord и Honda Vigor (двигатель Honda ES3).
В 1980 году Motorola представила первый электронный блок управления двигателем(ECU) ЕЭС III. Он тесно интегрирован с системами управления двигателем, например, впрыском топлива и зажиганием. На сегодняшний день это стандартный подход для управления системами впрыска топлива.
Основные типы электронного впрыска
SPFI (Single Point Fuel Ijection) − Одноточечный инжектор устанавливается в корпусе дроссельной заслонки, в том месте, где в раньше устанавливался карбюратор. Таким образом электронный впрыск выполняется при помощи одной форсунки сразу для всех цилиндров.
Такая схема впрыска была введена в 1940-х годах на больших авиационных двигателях. В автомобильной промышленности на двигателях легковых автомобилях одноточечный инжектор стали устанавливать в 1980-е годы. У разных производителей система имела разные названия, например TBI у General Motors, CFI у Ford, EGI у Mazda. Из-за того, что топливо впрыскивается во впускные каналы, такая схема имеет общее название «мокрый впрыск».
Самый главный плюс системы SPFI состоит в низкой стоимости самой системы. Большинство вспомогательных компонентов карбюратора, таких как воздушный фильтр, впускной коллектор и воздушный тракт могут использоваться совместно с системой SPFI без дополнительных доработок. Система SPFI широко использовалась на американском рынке с 1980-го по 1995-й год, на европейском же была популярна в начале и середине 1990-х годов.
CFI (Continuous Fuel Injection) − Непрерывный впрыск топлива. Топливо впрыскивается непрерывно при помощи одной или нескольких форсунок, но с переменной скоростью. Это главное отличие от большинства систем впрыска, в которых топливо впрыскивается короткими импульсами различной продолжительности каждого импульса.
Непрерывный впрыск может быть, как одноточечным так и многоточечный, но не может быть непосредственным.
Самая распространенная система непрерывного впрыска K-Jetronic производства Bosch, который появился в 1974-м году. Система K-Jetronic использовалась на протяжении многих лет с 1974-го до середины 1990-х годов такими авто-производителями, как BMW, Lamborghini, Ferrari, Mercedes-Benz, Volkswagen, Ford, Porsche, Audi, Saab, DeLorean, Volvo и Toyota.
CPFI (Central Port Fuel Injection) − Центральный впрыск топлива. Эту систему использовала General Motors с 1992-го по 1996-й год. В ней используются каналы с тарельчатыми клапанами от центрального инжектора для распыления топлива в каждый впускной канал, а не в корпус дроссельной заслонки, как в системе SPFI. Давление топлива аналогично системе SPFI.
MPFI (Multi Point Fuel Injection) − Многоточечный(Мультиточечный) впрыск топлива. Впрыск топлива осуществляется во впускной канал чуть выше от впускного клапана каждого цилиндра, а не в центральной точке впускного коллектора. Система MPFI (или MPI) может быть одновременной или последовательной, т.е. все форсунки работают ассинхронно, каждая из них управляется отдельно CPU двигателя и подает импульс в необходимый момент для каждой форсунки каждого цилиндра.
Многие современные системы EFI используют последовательную систему впрыска топлива MPFI. Но в новых бензиновых двигателях систему MPFI уверенно начинают заменять системы прямого(непосредственного) впрыска.
DFI (Direct Fuel Injection) − Прямой(Непосредственный) впрыск топлива. В двигатель с непосредственным впрыском, в отличие от всех других систем впрыска, топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.
Впервые система непосредственного впрыска топлива DFI была применена на двигателе Mitsubishi (GDI − Gasoline Direct Injection). Сегодня эта система впрыска активно применяется на новых двигателях автомобильных производителей Audi (TFSI), Volkswagen (FSI, TSI), Toyota D4 и т.д.
Использование непосредственного впрыска позволяет достичь 15% топливной экономичности и повысить экологичный класс двигателя.
Система DFI достаточно дорога относительно других систем электронного впрыска топлива за счет того, что для обеспечения ее нормальной работы требуется достичь большое давление в топливной магистрали. Для этого используется специальный топливный насос высокого давления(ТНВД). В свою очередь форсунки подвергаются более высокому давлению и температуре, из-за чего для их производства применяются более дорогостоящие материалы. А так же требуются высокоточные электронные системы, чтобы впрыск топлива в цилиндры происходил в строго определенное время. С такой системой весь впускной коллектор становится сухим, что позволяет содержать систему впуска в идеально чистом состоянии.
5.11. Система электронного впрыска топлива (EFI-система)
| ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ |
Система электронного впрыска топлива ( EFI-система) для двигателей 1,6 и 1,8 л ( двигатели 1,3 л оборудованы аналогичной системой)
15. Щиток приборов
16. Реле включения фар
17. Переключатель обогревателя заднего стекла
18. Выключатель стоп-сигнала
19. Стартер
20. Электронный блок управления
21. Каталитический нейтрализатор
22. Регулятор давления топлива
23. Датчик абсолютного давления во впускном клапане
24. Топливный фильтр
25. Контрольный воздушный клапан холостого хода
26. Датчик угла поворота дроссельной заслонки
27. Усилитель кондиционера
Топливный насос, расположенный в баке, обеспечивает подачу топлива под постоянным давлением в распределитель, из которого топливо равномерно распределяется по форсункам. Из распределителя топливо подается во впускные каналы цилиндров через форсунки. Количество впрыскиваемого топлива строго контролируется электронным блоком управления (ЕСМ-блоком). Регулятор давления топлива обеспечивает изменение давления топлива в соответствии с разрежением на всасывающем коллекторе. Топливный фильтр смонтирован между топливным насосом и распределителем топлива и предназначен для очистки бензина и защиты агрегатов системы впрыска от выхода из строя.
СИСТЕМА ЗАБОРА ВОЗДУХА
ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ (ECM-БЛОК)
Управление электронным впрыском топлива и другими системами обеспечивается электронным блоком управления, который в свою очередь является частью центральной компьютерной системы управления (ССS—системы). В состав ЕСМ—блока входит микропроцессор.
На блок управления поступают сигналы от целого ряда датчиков, которые отслеживают такие параметры как температура воздуха на входе в цилиндры, угол поворота дроссельной заслонки, температура охлаждающей жидкости, число оборотов двигателя, скорость движения автомобиля и содержание кислорода в отработанных газах.
На основании этих данных блок управления определяет длительность впрыска топлива, при которой обеспечивается поддержание оптимального соотношения бензина и воздуха в горючей смеси. Некоторые из этих датчиков и соответствующие реле, срабатывающие от блока управления, не входят в состав системы электронного впрыска топлива, однако смонтированы по всему пространству моторного отсека.
В подразделе 6.2 приводится более подробное описание блока управления и управляемых от этого блока систем электрооборудования двигателя.
Настройка двигателя, основы EFI.
EFI — electric fuel injection — это и есть элетронные «мозги», управляющие работой наших двигателей, пришедшие на смену карбюраторным системам.
Когда я только начал вникать в настройку ЭБУ VEMS, столкнулся с тем, что профильная литература по ДВС на русском языке имеет больше академический характер, описывает базовые устройство и процессы в ДВС глубоко научным языком, а литературы по EFI на русском языке практически и нет. Книг по EFI на английском языке в достатке, но она доступна только на всяких Амазонах в бумажном виде, к тому же, как правило, ориентирована на людей, которые уже имеют какое-то представление о теме и владеют всей массой отраслевых терминов.
Поэтому когда мне попался мануал по настройке ЭБУ MegaSquirt, я ему очень обрадовался, для меня он и стал тем самым стартовым «Тюнинг EFI для тупых».
MegaSquirt — это проект открытого (как open source) блока управления ДВС. Вы можете сами потравить плату, напаять на нее детальки, прошить прошивку и получить свой собственный ЭБУ практически под любой двигатель. VEMS — это более продвинутый коммерческий клон проекта MegaSquirt, поэтому можно сказать, что проекты родственные.
Тут я выложу вольный перевод этого мануала. Специалистам текст ничего нового не расскажет, но, уверен, поможет тем, кто решится на аналогичный шаг, к тому же и мне самому для себя не помешает лишний раз какие-то вещи еще раз проговорить и обмыслить.
И опять же — даже тем, кто не собирается сам настраивать двигатель, даст еще одно понимание об устройстве автомобиля.
Это не учебник с рекомендациями, как получить лучшую производительность ДВС. Это вводный текст для понимания, что такое тюнинг EFI.
Ссылка на оригинальный мануал будет в конце поста. Если знаете английский, переходите сразу к нему.
И еще раз оговорюсь — я не являюсь проф. мотористом, если заметите какие-то неточности, прошу указывать, буду поправлять текст.
Итак.
1. Как работают двигатели внутреннего сгорания (ДВС).
ДВС так называются, потому что топливо сгорает внутри рабочего пространства двигателя, в отличие от, например, паровых двигателей. Самолетные двигатели — тоже ДВС, но топливо в них не зажигается искрой, там топливо горит все время. Мы начнем с объяснения, как работает 4-х тактный ДВС.
Процесс работы ДВС имеет три базовых составляющих, которыми мы можем манипулировать и тем самым оптимизировать работу ДВС в разных условиях:
— Объем воздуха, поступающего в двигатель
— Объем топлива, поступающего в двигатель, которое будет смешано с воздухом
— Момент возникновения искры, которая инициирует горение воздушно-топливной смеси.
ДВС может иметь один и больше цилиндров. Цилиндр содержит движущийся поршень, поршень через шатун соединен с коленчатым валом, движение поршня вращает коленвал. Это мы знаем.
Работа каждого цилиндра ДВС делится на 4 такта (залипалка с демонстрацией).
Такт #1. Intake — впуск.
За этот такт воздух через впускной клапан и топливо через форсунку поступают в цилиндр.
Объем поступающего топлива зависит от объема поступающего воздуха в пропорциях, необходимых данным условиям работы ДВС.
Процесс выяснянения оптимального соотношения воздух/топливо (также угла зажигания) — это и есть наш тюнинг.
Отсюда термин AFR — air/fuel ratio — соотношение воздух/топливо.
Также тут надо запомнить термин WOT — wide open throttle — полностью открытый дроссель. Проще говоря — газ в пол, и в двигатель поступает столько воздуха, сколько он может впустить.
Такт #2. Compression — cжатие.
На этом этапе клапан впуска закрыватся, и по мере движения вверх поршень сжимает воздушно-топливную смесь. Смесь лучше горит сжатой, и тут играет роль та самая степень сжатия, за которую переживают владельцы ДВС.
— Spark! — тут возникает искра —
Само по себе тактом не является, но очень важное событие.
Такт #3. Power stroke — такт рабочего хода
Топливо горит, газы нагреваются, расшираются и толкают поршень.
Топливо сгорает не мгновенно, поэтому искра происходить чуть раньше, чем поршень окажется в верней точке. Поэтому момент возникновения искры называется УОЗ — угол опережения зажигания.
Здесь запоминаем две аббревиатуры — BTDC — before top dead center — до верхней мертвой точки. И ADTC — after top dead — после верхней мертвой точки. Это обозначает, когда происходит событие — до или после того, как поршень окажется в самом верху.
Такт #4. Exhaust — выпуск.
Поршень поднимается вверх, открывается клапан выпуска и отработанные газы покидают цилиндр в выхлопную трубу.
В определенный срез времени цилиндры выполняют разные такты, приводят в движение коленвал, создают крутящий момент, который передается на маховик, с маховика на КПП и дальше до колёс.
Такты работы клапанов впуска и выпуска определяются распредвалом, который механический связан с коленвалом.
В каком положении находятся валы и цилиндры в данный момент — определяется по ротору на колевале, который выглядит, как шестерня с зубъями и пропусками между ними.
Сузуковский M13A имеет ротор 36-2-2-2 (произносится 36 минус 2 минус 2 минус 2), что роднит его с субаровскими двигателями. Что именно это означает — пропустим. Достаточно запомнить, что это просто конфигурационная особенность двигателя, которая определяет события для «мозгов», типа азбука морзе, по которой «мозги» знают, что в каком положении находятся валы. Сигналы этой азбуки называются триггеры (trigger), на коленвале — primiry trigger, на распредвале — secondary trigger.
Еще один важный термин, который надо освоить, это стехиометрия, он из химии.
Стехиометрической смесью — stoichiometric AFR — называют такое соотношение воздуха и топлива, при котором топливо сгорает полностью. Для бензина это 14.7:1, а для пропана, например, 15.7:1.
То есть надо 14.7 порций воздуха на одну порцию бензина, чтобы в выхлопе не осталось бензина. Такая вот кулинария.
Для чего это нужно? Это нужно для понимания, какую именно мы имеем смесь — богатую или бедную, и насколько именно.
С этим связана работа того самого лямбда зонда, который видит избыток воздуха или бензина в выхлопе. Если воздуха больше, то AFR больше 14.7, значит смесь бедная.
Если бензина больше, AFR меньше 14.7, значит смесь богатая.
Существует два вида лямбда зондов — узкополосные (NBO2) и широкополосные (WBO2).
Первый тип стоит, как правило, в обычных гражданских автомобилях и показывает значения в узком диапазоне. Обычным машинам и не нужно знать больше.
Второй тип — WBO2 — позволяет показать точное значение AFR в широком диапазоне. Вот он и является инструментом #1 при тюнинге или просто замерах смеси ДВС. Только по нему и можно точно настроить топливную карту и карту углов опережения зажигания (они взаимо зависимы).
Однако, стехиометрическая смесь 14.7 не является самой оптимальной для всех режимов работы двигателя, иногда нам нужно богатить, чтобы получить больше мощности под нагрузкой. Иногда нужно обеднять смесь, когда нагрузки нет и нужно поэкономить топливо.
График, отображающий максимальную отдачу смеси воздух-бензин.
Reach — богато.
Lean — бедно.
График, отражающий условную оптимальность(экономичность) смеси.
Важно — графики(как эти, так и другие) показаны для понимания и не являются асболютной истиной. Какие именно значения нужны Вашему двигателю для максимальной мощности и максимальной экономии — это совокупность массы факторов — от строения двигателя до прочих настроек и режимов нагрузки. Например, излишне забеднив смесь, можно получить детонацию — это когда смесь в цилиндре не сгорает, а взрывается, разрушая двигаель.
Как было сказано выше, смесь сгорает не мгновенно (это сгорание, а не взрыв). Поэтому искру на свечу надо подавать так, чтобы пик давления в цилиндре пришелся на самое оптимальное положения цилиндра. Поэтому искра подется еще до того, как поршень достиг верхней мертвой точки.
График, отображающий момент зажигания и давление в цилиндре
TDC — верхняя мертвая точка.
Peak pressure point — пик максимального давления.
Для понимания оптимальной точки PPP представьте, что вы раскручиваете колесо движением руки вниз. И самой оптимально точкой, где вам надо ухватиться за него, будет где-то на 13-14 часов(около 20-25″ ATDC). Принцип тот же.
Поскольку на разных оборотах, на разной нагрузке и на разном AFR — с разной скоростью сгорает топливо и достигается PPP, нам нужно иметь карту УОЗ, где будут указаны разные углы зажигания для всех режимов работы ДВС.
График скорости сгорания топлива в зависимости от AFR
3. Крутящий момент и лошадиные силы.
Если коротко, крутящий момент — это то, с какой силой поршень вращает коленвал. Лошадинные силы — это то, какую работу может произвести двигатель на интервал времени(кол-во оборотов двигателя).
Предлагаю факультативно разобрать этот момент. Об этом написано достаточно много, в том числе и на русском языке.
Весь смысл разгонного тюнинга можно обозначить как поиск таких настроек, при которых Ваш ДВС проявит максимальную силу(крутящий момент) и как можно быстрее достигнет максимальной мощности(лошадинные силы).
4. Tuning — процесс настройки.
Подошли к самому интересному.
Процесс настройки начинается с установки базовых значений и дальше идет поиск новых настроек для лучшей производительности — это понятно.
5. Рабочие режимы и условия.
Можно выделить несколько основных режимов работы ДВС и условий, в которых они протекают:
— Запуск: очень богатая смесь, маленький УОЗ.
— Прогрев: богатая смесь, «легкий» УОЗ, не создаем лишней нагрузки.
— Холостые: может быть богатая или бедная смесь, зависит от многих факторов, УОЗ зависит от требуемого качества сгорания, обычно от 5″ до 15″.
— Круиз (поддержание скорости без нагрузки): смесь бедная, от 14.8 до 16, УОЗ высокий.
— Минимальный выхлоп: 14.7, умеренный УОЗ
— Ускорение: богатая смесь, УОЗ увеличивается в диапазоне 2500-3500 оборотов.
— WOT, газ в пол: смесь 12-13, УОЗ в зависимости от топлива, формы камеры сгорания и прочего
— Замедление: смесь бедная, УОЗ большой
Можно еще добавить торможение двигателем — тут форсунки можно выключить вообще.
Ну, и нужно понимать, что режимы перекрывают друг друга, жесткой границы нет.
На матрицах карт это размытые области, и двигатель плавно перетекает из одной в другую.
Условно эти области можно представить так на карте топлива:
По осям: RPM — обороты, kPa — разряжение воздуха во впуске, чем больше открыта заслонка, тем выше его давление. Над уровнем моря атмосферное давление около 100 kPa, поэтому на атмосферных двигателеях выше этого значения не бывает, на турбированных — бывает.
Аналогичным образом выглядит карта УОЗ — обороты и разряжение по осям таблицы и ячейки со значениями.
Цветами условно отмечены области, где бывает двигатель в пределах одной карты топлива в зависимости от оборотов, педали газа и нагрузки на двигатель.
Idle — холостые.
Wide open throttle (WOT) — полностью открытая заслонка или газ в пол.
Cruise — круиз, поддержание скорости на малой нагрузке.
Deceleration — замедление.
Если Вы стоите на месте и газуете, двигатель будет развивать обороты в нижней области, поскольку нагрузки на цилиндры нет и на впуске будет высокое разряжение(низкое давление воздуха). Чем больше нагрузки на двигатель, тем меньше будет разряжение на впуске (выше давление воздуха).
И, вот так, наблюдая работу двигателя в разных режимах, мы повышаем и понижаем значения ячеек матрицы топлива и УОЗ в нужной нам области, добиваясь максимальной мощности в областях, где двигателю надо развивать максимальную мощность, и экономичности в областях, где максимальная мощность не нужна.
В современных ЭБУ используется так называемая моментная модель. Здесь уже основной становится карта крутящего момента, которая является как бы новым уровнем абстракции.
Такой подход, скорее, просто упрощает работу настройщику. Прогресс такого рода можно сравнить с языками программирования — написание кода на ЯП высокого уровня проще, чем на ЯП, которые ближе к «железу», однако это делает более сложным код интерпретатора или компилятора ЯП высокого уровня.
Так или иначе, ничего принципиального это не меняет — законы физики те же, и баланс смеси и УОЗ все равно остаются главными факторами работы ДВС, не важно, карбюратор ли у нас, или самый современный ЭБУ ДВС.
Некоторые негативные симптомы, которые могут возникнуть при настройке ДВС.
Наблюдаем детонацию или при запуске случается kick-back(PPP приходится на BDTC, и поршень толкает в другую сторону) — значит слишком ранний УОЗ, поздним.
Раскаленный выпуск и перегрев — слишком поздний УОЗ, повышаем.
Темный дым из выхлопной, плохая реакция на газ, медленный прогрев, топливо попадает в масло, нагар на свечах — слишком богатая смесь, повышаем AFR(бедним).
Плохая реакция на газ, побеление свечей, прострелы в выхлопной трубе — бедная смесь, понижаем AFR(богатим).
Если двигатель выдает максимальну мощность, есть хороший отклик на педаль газа, смуглые свечи, нет детонации и большого расхода — значит все настроено правильно.
Надо заметить, что описанные выше симптомы проявляются на слишком крайних значениях и убираются на начальной настройке. В безопасных пределах решается показаниями датчиков, замерами и субъективной оценкой — едет лучше или хуже.
Как выглядит ПО для настройки ЭБУ VEMS можно посмотреть здесь.