Электронные системы автомобильных двигателей

 
 
 
А. В. Пузаков 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ 
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 629.33 
ББК 39.3 
П88  
Рекомендовано учёным советом федерального государственного 
бюджетного образовательного учреждения высшего  
образования «Оренбургский государственный университет»  
для обучающихся по образовательной программе высшего  
образования по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация 
транспортно-технологических машин и комплексов» 
 
 
 
 
Рецензенты: 
 
профессор кафедры автомобильного транспорта Оренбургского государственного  
университета, д-р техн. наук, профессор Р. Ф. Калимуллин; 
 
профессор кафедры «Автомобильный транспорт», заведующий лабораторией ОНИЛ  
автомобильной электроники Южно-Уральского государственного университета,  
д-р техн. наук, доцент А. В. Гриценко 
 
 
 
 
 
 
 
 
Пузаков, А. В. 
П88  
Электронные системы автомобильных двигателей : учебное пособие / 
А. В. Пузаков. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 244 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-1823-2 
 
Рассмотрены устройство и принцип работы электронных систем бензиновых и 
дизельных двигателей автотранспортных средств. Основное внимание уделено описанию конструкции датчиков и исполнительных устройств систем впрыска топлива, газообмена, наддува, очистки отработавших газов, охлаждения, смазки и т. д., обеспечивающих снижение расхода топлива и соблюдение экологических норм. 
Для обучающихся по образовательной программе высшего образования по 
направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может быть использовано обучающимися по специальности 
23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства». 
 
УДК 629.33 
ББК 39.3 
 
 
ISBN 978-5-9729-1823-2 
” Пузаков А. В., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
.......................................................................................................... 6 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 8 
1. Системы впрыска топлива бензиновых двигателей .......................................... 11 
1.1. Система впрыска «L-Jetronic» 
....................................................................... 13 
1.2. Система впрыска «KE-Jetronic» .................................................................... 15 
1.3. Система впрыска «Mono-Jetronic» 
................................................................ 16 
1.4. Система впрыска «M-Motronic» ................................................................... 17 
1.5. Система впрыска «ME-Motronic» ................................................................. 19 
1.6. Система впрыска «MED-Motronic» .............................................................. 20 
1.7. Комбинированный (двойной) впрыск топлива 
............................................ 23 
1.8. Контрольные вопросы 
.................................................................................... 25 
2. Датчики системы впрыска топлива бензиновых двигателей 
............................ 26 
2.1. Датчики положения коленчатого вала 
.......................................................... 28 
2.2. Датчик положения распределительного вала .............................................. 32 
2.3. Датчики расхода воздуха ............................................................................... 33 
2.4. Датчик (абсолютного) давления воздуха ..................................................... 37 
2.5. Датчики температуры двигателя 
................................................................... 39 
2.6. Датчики детонации 
......................................................................................... 40 
2.7. Датчики положения дроссельной заслонки и педали акселератора ......... 44 
2.8. Датчики уровня топлива ................................................................................ 47 
2.9. Контрольные вопросы 
.................................................................................... 49 
3. Исполнительные механизмы системы впрыска бензиновых двигателей 
........ 50 
3.1. Электрические топливные насосы ............................................................... 50 
3.2. Топливные форсунки ..................................................................................... 56 
3.2.1. Топливные форсунки низкого давления ............................................... 56 
3.2.2. Топливные форсунки высокого давления ............................................. 57 
3.2.3. Пьезофорсунка высокого давления ....................................................... 59 
3.3. Катушки зажигания ........................................................................................ 61 
3.4. Регулятор холостого хода .............................................................................. 63 
3.5. Изменение геометрии впускного трубопровода ......................................... 66 
3.6. Электронная дроссельная заслонка 
.............................................................. 71 
3.7. Контрольные вопросы 
.................................................................................... 72 
4. Электронные системы дизельных двигателей 
.................................................... 73 
4.1. Системы впрыска топлива дизельных двигателей 
...................................... 73 
4.2. Электронная система управления Common Rail ......................................... 74 
4.3. Топливные форсунки дизельных двигателей .............................................. 77 
4.4. Системы предпускового подогрева дизельных двигателей ....................... 82 
4.4.1. Свечи накаливания .................................................................................. 82 
4.4.2. Системы электрофакельного пуска дизельных двигателей ................ 86 
4.4.3. Решетчатый нагреватель для дизельных двигателей  
грузовых автомобилей ...................................................................................... 87 
4.5. Контрольные вопросы 
.................................................................................... 89 
 
 
3 

5. Электронные системы регулирования газообмена ............................................ 90 
5.1. Системы изменения фаз газораспределения ............................................... 90 
5.1.1. Поворот распределительного вала ........................................................ 91 
5.1.2. Системы с кулачковым механизмом управления 
................................. 93 
5.1.3. Система Valvetronic ................................................................................. 94 
5.1.4. Электрогидравлические системы .......................................................... 96 
5.1.5. Система VarioCam Plus ........................................................................... 98 
5.1.6. Система Valve Lift ................................................................................... 99 
5.1.7. Электромеханические системы 
............................................................ 101 
5.2. Электронные системы отключения цилиндров двигателя 
....................... 102 
5.2.1. Отключение цилиндров ........................................................................ 102 
5.2.2. Конфигурация отключения цилиндров 
............................................... 103 
5.2.3. Условия отключения цилиндра ............................................................ 104 
5.2.4. Реализации отключения цилиндров двигателя .................................. 105 
5.3. Контрольные вопросы 
.................................................................................. 108 
6. Системы наддува автомобильных двигателей ................................................. 110 
6.1. Нагнетатели воздуха автомобильных двигателей 
..................................... 110 
6.2. Датчики в системе турбонаддува 
................................................................ 114 
6.3. Регулирование давления наддува ............................................................... 118 
6.3.1. Регулирование давления отработавших газов 
.................................... 118 
6.3.2. Регулирование давления воздуха 
......................................................... 122 
6.4. Способы снижения инерционности турбонаддува 
................................... 125 
6.4.1. Раздельный турбокомпрессор .............................................................. 126 
6.4.2. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией 
...................................... 128 
6.4.3. Power Pulse ............................................................................................. 131 
6.5. Наддув с электронагнетателем 
.................................................................... 132 
6.6. Комплексные системы наддува ДВС 
.......................................................... 134 
6.6.1. Параллельное включение турбокомпрессоров 
................................... 135 
6.6.2. Последовательное подключение турбокомпрессоров ....................... 138 
6.6.3. Тройной турбонаддув ........................................................................... 143 
6.7. Комбинированный наддув 
........................................................................... 144 
6.8. Контрольные вопросы 
.................................................................................. 146 
7. Системы снижения токсичности отработавших газов .................................... 148 
7.1. Состав отработавших газов 
......................................................................... 148 
7.2. Компоненты системы очистки отработавших газов 
................................. 150 
7.3. Принципы каталитической очистки отработавших газов 
........................ 151 
7.4. Каталитические нейтрализаторы 
................................................................ 153 
7.5. Сажевые фильтры 
......................................................................................... 157 
7.5.1. Устройство сажевого фильтра 
.............................................................. 157 
7.5.2. Методы регенерации сажевого фильтра ............................................. 158 
7.5.3. Обнаружение заполнения сажевого фильтра ..................................... 161 
7.5.4. Сажевый фильтр для бензиновых двигателей 
.................................... 161 
7.6. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота 
.................. 162 
7.6.1. Принцип селективного каталитического восстановления ................ 162 
7.6.2. Дозирование восстановителя ............................................................... 163 
4 

7.6.3. Датчики системы селективного каталитического восстановления .... 165 
7.7. Датчики систем снижения токсичности отработавших газов ................. 169 
7.7.1. Датчики кислорода 
................................................................................ 169 
7.7.2. Датчик оксидов азота ............................................................................ 172 
7.7.3. Датчик температуры отработавших газов .......................................... 173 
7.7.4. Датчик частиц сажи .............................................................................. 175 
7.7.5. Датчик перепада давления 
.................................................................... 177 
7.8. Рециркуляция отработавших газов 
............................................................. 178 
7.8.1. Рециркуляция отработавших газов бензиновых двигателей ............ 178 
7.8.2. Рециркуляция отработавших газов в дизельных двигателях 
............ 179 
7.8.3. Компоненты системы рециркуляции отработавших газов ............... 182 
7.9. Система подачи вторичного воздуха .......................................................... 187 
7.10. Система улавливания паров топлива 
........................................................ 188 
7.11. Контрольные вопросы 
................................................................................ 190 
8. Электронные системы охлаждения автомобильных двигателей 
.................... 192 
8.1. Принципы управления температурным режимом .................................... 192 
8.2. Насосы охлаждающей жидкости с электроприводом............................... 194 
8.3. Система охлаждения с электронным управлением .................................. 199 
8.4. Система терморегулирования ..................................................................... 203 
8.5. Дополнительный ПТК-подогреватель 
........................................................ 206 
8.6. Контрольные вопросы 
.................................................................................. 211 
9. Электронные системы смазки двигателей внутреннего сгорания ................. 212 
9.1. Регулируемое охлаждение поршней 
........................................................... 212 
9.2. Электронная система контроля уровня масла ........................................... 213 
9.3. Масляный насос с управляемой производительностью 
........................... 217 
9.4. Контрольные вопросы 
.................................................................................. 220 
10. Системы изменения степени сжатия ............................................................... 221 
10.1. Примеры разработок систем изменения степени сжатия 
....................... 222 
10.2. Серийная разработка компании Infiniti .................................................... 224 
10.3. Контрольные вопросы 
................................................................................ 226 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .............................................. 227 
ГЛОССАРИЙ ........................................................................................................... 228 
 
 
 
 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Автомобильный двигатель – это ключевой агрегат транспортного средства, 
который преобразует энергию какого-либо рода в механическую работу, необходимую для приведения автомобиля в движение. 
Автомобильным двигателем может быть двигатель внутреннего сгорания 
или электрическая машина. Электрические двигатели обладают простой конструкции и управления, меньшей по сравнению с двигателями внутреннего сгорания стоимостью и большей надёжностью. В последние годы наметился тренд 
в постепенном отказе от новых разработок двигателей внутреннего сгорания. 
Причиной этого стало неуклонное ужесточение экологических норм, соблюдение 
которых приводит к усложнению, а, следовательно, и удорожанию конструкции 
двигателей внутреннего сгорания. Некоторые компании заявили об окончании 
выпуска автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в ближайшей перспективе (2025–2035 годы). 
Однако на территории Российской Федерации электрификация заметно отстает от мировых трендов, что вызвано целым рядом факторов. В долгосрочной 
перспективе автомобили с двигателями внутреннего сгорания сохранят большинство в структуре автопарка нашей страны. Это подтверждает отчет ОПЕК, согласно 
которому доля автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2045 году составит около 76 %. 
В конструкции двигателей внутреннего сгорания, которым и посвящено 
учебное пособие, можно выделить ряд систем, выполняющих определенную 
функцию (топливная система, система зажигания и т. д.). С момента совершенствования механической конструкции двигателей (70 годы прошлого века) происходящие изменения так или иначе вызваны попыткой автоматизировать рабочие процессы с помощью электрических, гидравлических или пневматических 
(вакуумных) актуаторов (устройств, которые воздействуют на объект управления, изменяя поток энергии или материалов). 
Начиная с 90 годов прошлого века процесс значительно ускорился и практически полностью перешел на электромеханические и электрогидравлические 
устройства, управляемые централизованно, или с помощью собственных блоков 
управления. Необходимая для управления информация уже не просто передается 
в блок управления в аналоговой форме, но предварительно усиливается и преобразуется в цифровой вид. 
Все эти изменения появляются в первую очередь на автомобилях представительского класса, и актуальная информация по этим разработкам зачастую не доступна. В пособии предпринята попытка систематизации и актуализация сведений, касающихся конструкции и принципа действия датчиков и исполнительных 
устройств электронных систем автомобильных двигателей внутреннего сгорания, отвечающих за рабочие процессы и оптимизацию их протекания по критериям минимальной токсичности отработавших газов, максимальной экономичности и эффективной мощности. 
 
 
6 

В результате изучения пособия обучающийся должен: 
знать: 
 основные понятия и определения в области сбора, обработки и передачи 
информации в электронных систем автомобильных двигателей; 
 принципы построения и функционирования датчиков и исполнительных 
устройств электронных систем автомобильных двигателей; 
 принципы управления цифровыми исполнительными устройствами электронных систем автомобильных двигателей; 
 требования к размещению датчиков и исполнительных устройств электронных систем автомобильных двигателей; 
уметь: 
 классифицировать датчики и исполнительные устройства электронных 
систем автомобильных двигателей по различным признакам; 
 читать и разрабатывать схемы размещения датчиков и исполнительных 
устройств электронных систем автомобильных двигателей в соответствии со 
стандартами на их составление; 
 подбирать необходимый тип датчиков и исполнительных устройств с учётом особенностей автомобильных двигателей и условий их эксплуатации; 
 оценивать техническое состояние электронных систем автомобильных 
двигателей с помощью информации штатных датчиков; 
владеть: 
 навыками исследования выходных характеристик и сигналов датчиков и 
исполнительных устройств при моделировании процессов, происходящих в электронных системах автомобильных двигателей; 
 навыками сравнения датчиков и исполнительных устройств электронных 
систем автомобильных двигателей по критериям информативности, чувствительности и экономичности. 
Автор выражает признательность рецензенту издания,профессору кафедры 
автомобильного транспорта, доктору технических наук, профессору Руслану 
Флюровичу Калимуллину, замечания и пожелания которого позволили улучшить 
форму представления материала. 
О замеченных недостатках в тексте просьба сообщать на кафедру технической эксплуатации и ремонта автомобилей ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» (460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, tera@mail.osu.ru). 
Автор с благодарностью примет и рассмотрит любые предложения, направленные на улучшение издания. 
 
7 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Электрооборудование двигателей внутреннего сгорания можно разделить на 
первичное: обеспечивающее запуск и работу двигателя и вторичное, появившееся в результате совершенствования конструкции (рисунок 1). В учебном пособии рассматриваются преимущественно электронные системы вторичного электрооборудования, интегрированного с системой бортовой диагностики, формирующей коды неисправностей при возникновении неисправностей. 
 
Рисунок 1 – Электрооборудование двигателей внутреннего сгорания: 
АКБ – аккумуляторная батарея; КЗ – катушка зажигания; СЗ – свеча зажигания; 
ЭБН – электробензонасос; ЭБУ – электронный блок управления;  
ЭДЗ – электронная дроссельная заслонка; ЭМФ – электромагнитная форсунка; 
ЭПГ – электронная педаль газа 
 
На рисунке 2 приведена классификация систем автомобильных двигателей 
внутреннего сгорания. 
 
8 

 
Рисунок 2 – Классификация электронных систем  
автомобильных двигателей 
 
В процессе работы электронных систем они собирают информацию от штатных датчиков и передают её в электронный блок управления, микропроцессор 
которого на основании занесённых в память табличных данных формирует команды, сообщаемые на исполнительные устройства. Иногда информация датчика 
одной системы может использоваться другими системами путем обмена информации по шинам передачи данных. 
На рисунке 3 представлены типичные датчики и исполнительные устройства современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания и обозначен 
процесс передачи информации в электронных системах. 
 
9 

 
Рисунок 3 – Передача информации в электронных системах  
автомобильных двигателей 
 
 
 
10