Устройство и принцип действия ke-jetronic

Введение

Автомобили с системой впрыска KE-jetronic выпускались с 1982 по 1993 год такими известными фирмами, как Mercedes, Ford, AUDI, Volkswagen. Подобные машины достаточно широко распространены и в России. Вследствие того, что производитель и разработчик KE-jetronic фирма Bosch давала гарантию на свои компоненты на 8 лет, даже самые свежие автомобили с этой системой имеют проблемы с впрыском.
KE-jetronic является механическим системой впрыска с электронной коррекцией. Поэтому для правильного понимания работы КЕ необходимо в первую очередь разобраться с механической частью, а именно с давлениями топлива в разных частях дозатора и иметь начальное представление о теории регулирования. КЕ настраивается в первую очередь по гидравлике, а электронные регулировки лишь уточняют работу дозатора, но никак наоборот. По мнению автора, подавляющее большинство ремонтников слишком увлекаются электроникой, «накручивая» регулировки дозатора и доводя его порой до полной неработоспособности. Можно смело сказать, что специалистов, умеющих чинить KE, единицы, что создает большие проблемы для владельцев. Доказательством этому служит то, что на момент написания пособия количество просмотров в Интернете темы о ремонте КЕ на одном форуме Audi-club составило 50000! Скорее всего, причина этого в том, что отсутствует информация о работе механики впрыска. Для восполнения этого пробела предназначена эта работа. Подразумевается, что читатель имеет начальное представление об устройстве дозатора.

Принцип работы K-jetronic

Нажатие на педаль акселератора активирует дроссельную заслонку, которая открывается. Воздух, поступающий через заслонку, воздействует на напорный диск воздушного расходомера. Диск при этом смещается, что обеспечивает движение плунжера дозатора-распределителя.

Под неизменным давлением, которое гарантируется наличием в системе регулятора давления, топливо подается к распределительному дозатору. Через кинематическую связь плунжера дозатора и диска воздушного расходомера осуществляется регулировка давления топливной смеси, поступающей в форсунки.

При постоянстве диаметра каналов впрыска форсунок, объем подаваемого топлива зависит от давления, развиваемого на входе в форсунки. Топливная дозировка реализована через синхронизированную работу воздушного расходомера и топливного дозатора и напрямую связана с режимом работы силового агрегата.

Увеличение оборотов двигателя в момент пуска и при работе в режиме холостого хода обеспечивается за счет подачи дополнительной порции воздуха, проходящего во впускной коллектор через специальный клапан (доп. подачи воздуха), и одновременно с воздухом подается и дополнительная порция топлива. За подачу топлива отвечает пусковая форсунка.

Устройство системы K-jetronic

Традиционной дроссельной заслонкой;
Воздушным расходомером;
Топливным дозатором-распределителем;
Регулятором, управляющим давлением;
Пусковой форсункой;
Впрыскивающими форсунками;
Термическим реле;
Клапаном добавочного воздуха.

Назначение дроссельной заслонки, которая управляется с помощью механического привода, связывающего ее с педалью акселератора (газа), заключается в регулировании подачи объема воздуха, идущего на образование рабочей топливной смеси.

При помощи воздушного расходомера осуществляется замер порций воздуха, отмеряемых за счет пропорционального смещения напорного диска, соединенного системой из двух рычагов с поршнем дозаторного распределителя.

После открывания заслонки дросселя во впускной коллектор поступает ограниченный объем воздуха, смещающий нагнетательный (напорный) диск, зафиксированный на рычаге. На этом же рычаге, через ось, закреплен упорный рычаг поршня распределения топлива, роликом опирающийся на поршень и имеющий на своем конце винт регулирования качества подготавливаемой к впрыску смеси.

Распределительный дозатор служит для реализации перераспределения полученной смеси топлива с воздухом по форсункам при разнообразных двигательных нагрузках. Поскольку снизу на поршень оказывается воздействие со стороны рычага напорного диска, а сверху – давление, создаваемое в регуляторе управляющего давления, согласующим результатом этих воздействий оказывается подготовка топливно-воздушной смеси в стехиометрическом соотношении (1 к 14.7), необходимом для качественной работы катализатора. Следствием использования такого конструкционного решения оказывается увеличенный срок его службы.

Вместе с тем регулятор, управляющий давлением, служит для сохранения в системе неизменного по своей величине давления топлива. Он создает необходимые условия для поддержания подпорного давления на верхушке плунжера, вследствие чего создаются предпосылки для формирования обогащенной, либо обедненной воздушно-топливной смеси. Что, в свою очередь, гарантирует безотказную работу двигателя в различных режимах, в частности:

при его холодном запуске;
при прогреве в режиме холостого хода;
при пиковой нагрузке.

Чтобы добиться беспроблемного запуска двигателя в условиях пониженных наружных температур (менее 10 °C), система K-Jetronic содержит два конструкционных элемента: пусковую форсунку и клапан добавочного воздуха.

Благодаря наличию форсунки пуска, когда двигатель только запускается или работает в режиме прогрева на холостых оборотах, осуществляется подача дополнительной порции топлива во впускной коллектор двигателя. Работает эта форсунка в паре с термическим реле, которое исполняет ее управляющую роль.

Термореле монтируется на блоке цилиндров силового агрегата и служит для контроля температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей по его рубашке. Как понятно из вышесказанного, при низкой температуре окружающего воздуха, реле подает сигнал на пусковую форсунку. При достижении запрограммированного уровня температуры охлаждающей жидкости форсунка прекращает свою работу.

Для того, чтобы обеспечить постоянную подачу топлива под давлением, используются индивидуальные для каждого цилиндра форсунки впрыска.

Клапан добавочного воздуха служит для подачи дополнительной воздушной порции, когда осуществляется запуск мотора без задействования дроссельной заслонки. При холодном двигателе клапан полностью открыт, как только мотор начинает прогреваться, клапан, под воздействием биметаллической пластины, связанной с клапанной диафрагмой, постепенно прикрывается вплоть до полного перекрытия подачи воздуха.

В качестве регулировочных инструментов холостого хода завод-производитель силовой установки использует специальные регулировочные винты:

Первый из них используется для установки частоты вращения коленчатого вала при холостом ходе;
Второй – для регулирования качественных характеристик смеси, влияющих на концентрацию в выхлопе угарного газа.

Измерение остаточного давления

После выключения бензонасоса системное давление должно упасть до величины остаточного давления (ОД) и не падать несколько десятков минут. Так, на Mercedes давление при выключении зажигания «упадет ниже давления закрытия форсунок примерно до 2.8 бара. Через 30 мин давление должно быть не менее 2.5 бара (заводская инструкция — diagnost)».

Если давление падает быстро за несколько секунд, виноват обратный клапан бензонасоса. При этом машина не будет заводиться на горячую. Топливо, разогреваясь от тепла горячего (хоть и выключенного) двигателя, при отсутствии давления будет испаряться в бензопроводе. Пары топлива за 1-2 минуты дойдут до бензонасоса и при подаче на него напряжения давление не будет создаваться.

Если давление падает за несколько минут, виноват регулятор системного давления. Машина будет плохо заводиться на горячую.

Естественно, манометр при измерении остаточного давления подключается так же, как и при измерении системного давления (см. )

Принцип действия системы впрыска топлива

Начнем с принципа функционирования. Как сказано выше, система KE-Jetronic позволяет обеспечить наиболее стабильный впрыск за счет дозаторного управления подачи топлива в непрерывном цикле. Воздушный поток попадает в систему с улицы, проходя через воздушный фильтрующий элемент. Попадая в фильтр, воздух очищается от пыли, после чего направляется в воздушный расходомер. В результате давления производится регулировка объема топливной смеси и ее дозировка.

После этого уже очищенный воздушный поток идет на заслонку дроссельного узла, при этом ее открытие регулируется путем нажатия на педаль газа. Далее воздух поступает во впускные магистрали для разбрызгивания смеси. Что касается непосредственно топлива, то оно передается из бака в двигатель благодаря работающему насосу под давление.

Параметр давления для нормальной работы мотора должен составлять не меньше 1.5 бар. Далее, горючее передается в аккумулятор давления, а отсюда — через фильтрующий компонент на дозатор. Последний, в свою очередь, уже настроен воздушным потоком благодаря корректору.

Схема функционирования системы KE-Jetronic

После этого по отдельным магистралям бензин передается на форсунки, при этом дозировка осуществляется дросселем. Замер объема воздушного потока осуществляется благодаря специальному девайсу — расходомеру. Расходомер вместе с дозатором является собой один блок, эта система зовется регулятором состава горючей смеси. Здесь же, внутри конструкции, располагается распределительное устройство — ротаметр. Сам ротаметр может отклоняться под воздействием воздуха, который перемещается по магистралям.

Устройство обладает механической связью и регулируется благодаря рычагам с золотником. Поскольку узел перемещается вверх, он должен пропускать незначительную часть топлива, передающегося через дифференциальные клапаны на форсунки мотора. Последние, в свою очередь, осуществляют передачу готовой смеси на цилиндры. Поскольку температура воздуха снаружи может быть разной, условия функционирования агрегата в целом могут изменяться с учетом этого показателя. Системы KE-Jetronic оснащаются вспомогательным механизмом — регуляторным устройством давления.

Чтобы произвести регулировку оборотов силового агрегата при движении на холостых оборотах, применяется специальный клапан, который, в свою очередь, регулирует положение дросселя. Помимо этого, для обеспечения более стабильного пуска двигателя используется еще одна вспомогательная форсунка, управляющаяся термическим реле. В данном случае продолжительность ее открытого положения полностью зависит от температуры силового агрегата. Когда двигатель запускается, бензин одновременно начинает поступать на все составляющие элементы системы и в конечном итоге он попадает в золотник. Посредством воздействия силы топливо поднимается и попадает в узел, обеспечивающий регулировку.

Составляющие элементы системы

На транспортных средствах с силовыми агрегатами, оборудованными трехкомпонентыми каталитическими нейтрализаторами система может быть дополнена некоторыми вспомогательными элементами.

В частности, речь идет о:

контроллере уровня кислорода или лямбда-зонде;
управляющим механизмом;
специальным дроссельным устройством переменного типа, вместо него может использоваться тактовый клапан;
регуляторе положения дросселя.

Помимо этого, в узлы KE-Jetronic могут быть добавлены изменения, касающиеся устройства регулировки качества горючей смеси. В целом узел управляется электроникой, то есть для него предусмотрены отдельные «мозги».

Азы теории регулирования

Мы видим в разных частях КЕ три однотипных узла — подпружиненную мембрану, регулирующую количество топлива над ней. Этот узел находится в РСД, в дозаторе (мембрана между верхней и нижней камерой) и в форсунке (правда, в ней не мембрана, но идея ее работы такая же).

В теории автоматического регулирования подобный узел называется П-регулятором, где П означает «Пропорциональный». В подобном регуляторе невозможно полностью устранить отклонение регулируемого параметра от нормы. Отклонение можно только уменьшить. Во сколько раз уменьшается отклонение, определяет т.н. коэффициент пропорциональности.

Рисунок 6 — П-регулятор давления. Сигнал в норме. Пример

Задача регулятора — обеспечить равенство заданию давления на выходе вне зависимости от изменений давления на входе.

Рисунок 7 — П-регулятор давления. Отклонение от нормы. Пример

Как видно из рисунка 7, при отклонении входного давления от задания на 1 атм, на выходе отклонение получается меньше в 10 раз, но не устраняется полностью.

Рисунок 8 — П-регулятор давления в KE-jetronic

Элементы П-регулятора в РСД показаны на рис.3. Множитель К зависит от конструктивных особенностей регулятора (в случае РСД множитель К определяет влияние зазора между шариком и серым штоком на системное давление)

Регулятор системного давления

Рисунок 3 — Регулятор системного давления

Регулятор системного давления (РСД) должен поддерживать системное давление неизменным при любом расходе топлива на любых оборотах — от ХХ до максимальной нагрузки.

Топливо под давлением, развиваемым насосом, поступает на РСД. В РСД давление понижается до системного. Внутри регулятора находится подпружиненная мембрана (аналогично мембране дозатора между верхней и нижней камерами). При превышении давления топлива выше нормы происходит сдвиг мембраны вниз (по рис.3) и излишек топлива сливается через отверстие в штоке над шариком в обратку. Системное давление зависит от нижней пружины (по рис.3). Равновесие давлений наступает, когда

Рниж.пружины = Рсист

В процессе работы подвижный шток оранжевого цвета под действием верхней пружины опускается вниз до упора в серый неподвижный стакан и всегда находится в упоре, пока давление насоса превышает системное давление. При выключении зажигания, когда давление насоса упадет ниже системного, под действием нижней пружины мембрана пойдет вверх, толкая собой шарик и шток. Мембрана будет перемещаться вверх, пока шток не перекроет слив и не установится равновесие

Рнижн.пружины = Рверх.пружины + Рост.

где Рост — остаточное давление топлива после выключения бензонасоса, при котором наступает равновесие давлений.

Из двух предыдущих формул следует, что

Рсист= Рверх.пружины + Рост

Следовательно

Рост = Рсист — Рверх.пружины

Остаточное давление мы можем изменить винтом регулировки остаточного давления в РСД. Вкручивая винт, мы увеличиваем усилие верхней пружины и уменьшаем остаточное давление. Выкручивая винт, мы ослабляем усилие верхней пружины и увеличиваем остаточное давление.
После выключения зажигания топливо в зоне между верхней камерой дозатора и форсунками не будет изолировано от РСД плунжером дозатора, ведь как бы ни было точно изготовлено сопряжение плунжер — гильза (букса), зазор в этом сопряжении все равно присутствует и топливо с верхней камеры медленно стравится через этот зазор до остаточного давления.
При пониженном остаточном давлении после выключения двигателя происходит следующее. Топливо, находящееся в дозаторе и подводящем бензопроводе, при разогреве от еще горячего двигателя испаряется. Паровые топливные пробки, расширяясь, могут дойти до бензонасоса. Насос из-за низкой плотности паров бензина не сможет создать давление при запуске двигателя и поэтому запуск будет плохим. Возможно, двигатель вообще не заведется, пока не остынет.
Давление топлива, находящегося в дозаторе и подводящем бензопроводе, при разогреве от еще горячего двигателя увеличивается. Если остаточное давление повышенное, возможно его увеличение от нагрева до давления открывания форсунок и подтекание топлива через форсунки.

Рисунок 4 — График изменения давления после выключения двигателя.

1 — системное давление; 2 — остаточное давление; 3 — рост давления от нагрева двигателя;
4 — давление открывания форсунок

Проверка и регулировка баланса топлива форсуночных каналов

Ниже изложенный метод проверки и регулировки был взят с мерседесовского форума
и незначительно переработан

При легком троении двигателя на холостом ходу, если компрессия и зажигание (искрообразование и свечи) в норме и подсос воздуха отсутствует, логично предположить, что количество топлива, поступающего к разным форсункам, неодинаково. Различие в количестве поступающего топлива может быть вызвано многими причинами, например засорением дозировочного отверстия. Если вы уверены, что дозатор исправен и чист, можно попытаться добиться равномерности подачи топлива к форсункам. Количество топлива, поступающего к форсункам, зависит от усилия пружин 4 () в нижних камерах дозатора. Усилие пружин можно регулировать при помощи соответствующих винтов.

Нам понадобится запасной комплект трубок от дозатора к форсункам, чтобы не гнуть свои трубки (я купил такой комплект за 200 рублей) и мерный стакан (в магазинах по покраске автомобилей стакан на 400 мл стоит 25 рублей).

Отворачиваем трубки форсунок от дозатора. Устанавливаем перемычку в реле бензонасоса для принудительной работы бензонасоса. Снимаем разъем с ЭГРД.
Подсоединяем запасные трубки к дозатору. Свободные концы трубок опускаем в пластиковые бутылки
Нажимаем на напорный диск расходомера примерно на четверть или треть его хода и наполняем бутылки бензином так, чтобы налитое количество можно было измерить мерным стаканом. Мы добиваемся равномерной подачи на режимах, близких к ХХ.
Отпускаем НД, снимаем перемычку с реле бензонасоса и меряем количество налитого бензина в каждой бутылке. Запоминаем, с какой трубки (из какого форсуночного канала) сколько бензина налилось
Если количество налитого бензина в каждой бутылке сильно отличается, необходимо найти и устранить причину неисправности, но ни в коем случае не регулировать подачу бензина винтами, так как рассогласование в подаче из-за винтов не может быть большим
Если количество налитого бензина в каждой бутылке не сильно, но отличается, надо снять дозатор и открутить заглушки в нижней части дозатора. Под заглушками располагаются винты регулировки пружин
Рисунок 26 — Заглушки винтов регулировки пружин нижних камер.
Дозатор — вид снизу
Для того канала, с которого слилось больше всего бензина, винт регулировки надо немного вкрутить, для того канала, с которого слилось меньше всего бензина — немного выкрутить.
Произвести еще замеры и регулировки до достижения равного количества истекаемого бензина из каждого канала.

Регулируя винтами сжатие пружин, мы регулируем дифдавление для каждого форсуночного канала дозатора (и соответственно для каждого цилиндра — подачу топлива). Каждая пружина должна оказывать давление на мембрану со стороны нижней камеры величиной 0.2 атм (см. ). Конечно, проверить это непросто, но если и будет какое-либо отклонение от заданной величины, оно компенсируется регулировкой ЭГРД. Главное, чтобы мы достигли одинаковой подачи топлива к каждой форсунке.

Другой способ регулировки баланса каналов форсунок — добиться одинакового равномерного появления топлива в форсуночных каналах при медленном нажатии на НД. Естественно, регулировку надо вести теми же винтами. В том канале, в котором топливо появилось в первую очередь, надо винт регулировки немного вкрутить, а в котором в последнюю очередь — немного выкрутить. Это более простой, но менее точный способ, так как при этом регулировка ведется, когда НД находится фактически в крайнем положении и расхода нет. Правильнее вести регулировки, когда расход не равен нулю и НД находится в «рабочем положении».

Естественно, после регулировки баланса топлива имеет смысл проверить и при необходимости отрегулировать дифдавление.

Начальное (базовое) положение плунжера

При легком нажатии на напорный диск на незаведенном двигателе должен ощущаться свободный ход НД величиной 1-2 мм. Это происходит потому, что существует зазор между плунжером и рычагом расходомера.

Рисунок 14. Расходомер AUDI. Базовые установки

Правильное начальное положение плунжера определяют по величине свободного хода НД.

Если свободный ход НД менее 1 или более 2 мм, начальное положение плунжера надо регулировать перемещением втулки. Вворачивая (выворачивая) винтовую втулку на 0,1 мм, мы увеличиваем (уменьшаем) свободный ход НД примерно на 0,7 мм

Рисунок 15 — Плунжер и гильза в разрезе (упрощенно)

Отсутствие свободного хода НД из-за неправильного начального положения НД (зазор между плунжером и рычагом дозатора равен нулю) приводит к тому, что на незаведенном двигателе НД через рычаг давит на плунжер и поэтому щели гильзы в начальном положении не перекрываются плунжером, топлива будет слишком много и машина не будет заводиться.

Если свободный ход велик, а начальное положение НД правильное, значит, винтовая втулка установлена слишком высоко и щели гильзы в начальном положении также не перекрываются плунжером, топлива будет слишком много и машина не будет заводиться.

Проверить правильность базового (начального) положения плунжера можно, подключив на незаведенной машине принудительно бензонасос и открутив трубки, идущие на форсунки от дозатора. Топливо не должно литься из отверстий дозатора.

Рисунок 16 — Дозатор Mercedes — регулировки

Методика выставления начального положения плунжера от Urgubab’a на Audi (с небольшой коррекцией терминов — diagnost):

«Откручиваем дозатор от расходомера, чтобы можно было добраться до винтовой втулки плунжера. Запускаем принудительно насос. Из каналов дозатора не должно вытекать топливо. Начинаем медленно закручивать винтовую втулку и наблюдать за выходом топлива. Как только уровень топлива в каналах дозатора начнет повышаться, значит, кромка плунжера чуть приоткрыла щель гильзы. Чуть выворачиваем винтовую втулку и проверяем, подключив принудительно бензонасос. Топливо не должно выходить. Но при малейшем нажатии на плунжер, уровень должен повыситься. Можно с подключенными форсунками потом проверить по звуку. При подключении бензонасоса, форсунки не должны пищать».

Рисунок 17 — винтовая втулка регулировки базового положения плунжера
(дозатор перевернут)

Рисунок 18 — регулировка базового положения плунжера

Бывают особенно тяжелые случаи, когда дозатор полностью разрегулирован (после вмешательства непрофессионала). Проблема осложняется тем, что на свободный ход НД влияет не только начальное положение плунжера, но и в некоторой степени винт регулировки СО. Двигатель после подобного вмешательства обычно не заводится. В подобном случае в условиях полной неопределенности на AUDI поступают следующим образом.

Демонтируем дозатор и без него устанавливаем начальное положение НД
Выкручиваем (или вкручиваем) винтовую втулку, добиваясь, чтобы винтовая втулка была вровень (заподлицо) с гайкой, крепящей гильзу плунжера (см. ). В этой позиции гарантированно плунжер перекрывает щели гильзы и топливо не потечет через форсунки на незаведенном двигателе.
Отсоединяем дозатор от расходомера
Рычаг расходомера находится в начальном положении. Глубиномером (колумбусом — штангенциркулем) меряем расстояние от ролика рычага расходомера (над ним располагался плунжер дозатора) до плоскости крепления дозатора с тремя отверстиями. Добиваемся, крутя винт регулировки СО, расстояния 22,2-22,4 мм.
При подобных настройках двигатель уже должен заводиться (свободный ход плунжера будет отсутствовать, ведь винтовая втулка слишком выкручена, но это не помешает завестись). Все собираем. Заводим двигатель, разогреваем его и регулируем СО на ХХ винтом регулировки СО.
Осталось добиться свободного хода плунжера. Для этого снимаем дозатор, вкручиваем винтовую втулку на 0,6 мм. При этом свободный ход плунжера будет близок к норме.
Монтируем дозатор, подсоединяем подвод топлива и обратку. Включаем принудительно БН. Меряем свободный ход плунжера. Если необходимо, корректируем величину свободного хода, вворачивая/выворачивая винтовую втулку.

Небольшое изменение начального (базового) положения плунжера не влияет на СО, если свободный ход НД расходомера в допуске при условии правильного выставления начального положения напорного диска.

Схема электрогидравлического регулятора давления

1 — подача топлива под давлением в системе, 2 — сопло; 3— заслонка; 4—отвод топлива к нижним камерам дифференциальных клапанов; 5—полюс магнита, 6— обмотка магнита; 7— магнитный поток постоянного магнита; 8 — постоянный магнит; 9 — винт регулировки предварительной загрузки заслонки, 10—магнитный поток электромагнита; 11—заслонка, L1, L2, L3, 4—немагнитные зазоры

В корпусе регулятора, состоящего из немагнитного материала, между двумя двойными полюсами магнита на эластичной ленточной растяжке подвешен якорь. К якорю крепится заслонка. Через магнитные полюса и относящиеся к ним немагнитные зазоры проходят силовые линии электромагнита и постоянного магнита, которые замыкаются через якорь. В двух расположенных диагонально относительно друг друга немагнитных зазорах (L2, L3) магнитные потоки постоянного магнита и электромагнита суммируются, в двух других немагнитных зазорах (L1, L4) эти магнитные потоки вычитаются. На якорь, который перемещает заслонку, в каждом немагнитном зазоре действует сила, которая пропорциональна квадрату магнитного потока, т. е., изменяя силу и направление тока в обмотках электромагнита, можно управлять отклонением заслонки в ту или иную сторону. В канале подачи топлива к электрогидравлическому регулятору давления устанавливается дополнительный фильтр тонкой очистки с магнитной ловушкой для ферромагнитных загрязнений. Слева поступает топливо, справа находится патрубок слива из дозатора. Вверху подключен сливной трубопровод, идущий к баку.

ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКИ

Датчик посылает сигналы в ЭБУ о режимах холостого хода и полной нагрузки. Датчик закреплен на дроссельной заслонке. Подвижный контакт датчика закреплен на оси вращения заслонки и замыкает соответствующие контакты в режимах холостого хода и полной нагрузки.

РЕГУЛЯТОР ХОЛОСТОГО ХОДА

Регулятор холостого хода, так же как и клапан дополнительной подачи воздуха который используется в системе впрыска K-JETRONIC может изменять проходное сечение байпасного канала Регулятор холостого хода, ниже на рисунках.