Системы питания автомобильных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Система питания карбюраторного двигателя

1.1 Характеристика идеального карбюратора

1.2 Главная дозирующая система карбюратора

1.3 Система компенсации состава горючей смеси с уменьшением разрежения у топливного жиклера

1.4 Вспомогательные устройства карбюраторов

2. Система впрыскивания бензина

2.1 Система распределенного впрыскивания

3. Система питания газовых двигателей

3.1 Характеристика

3.2 Топливо для газовых двигателей

3.3 Конструкции систем питания газовых двигателей и их работа

4. Система питания дизелей

4.1 Конструкция и работа системы питания дизеля топливом

4.2 Конструкция и работа системы питания дизеля воздухом

Библиографический список

1. Система питания карбюраторного двигателя

Система питания предназначена для приготовления горючей смеси определенного состава и в необходимом количестве в соответствии с режимом работы двигателя. Она включает устройства для хранения топлива, очистки и подачи воздуха, дозирования воздуха и топлива при образовании горючей смеси и подачи ее в цилиндры, приборы контроля за расходом топлива.

На рис. 1 представлена типичная принципиальная схема системы питания автомобильного карбюраторного двигателя.

Рис. 1. Принципиальная схема системы питания

карбюраторного двигателя:

1 ? указатель уровня топлива; 2 ? топливный бак; 3 ? фильтр-отстойник;

4 ? топливопровод; 5 - фильтр тонкой очистки топлива; 6 - карбюратор;

7 - впускной трубопровод; 8 ? топливоподкачивающий насос

Основной узел этой системы ? карбюратор, предназначен для распыливания, частичного испарения и смешивания воздуха и топлива, обеспечения определенного для каждого режима работы двигателя состава топливовоздушной смеси и изменения в соответствии с изменением режима количества поступающей в цилиндры двигателя смеси.

По принципу дозирования и смесеобразования выделяют два типа систем для карбюраторов: с непосредственной подачей топлива к распыливающему устройству; с предварительным эмульсированием топлива в каналах.

Системы первого типа применяются в карбюраторах автомобильных двигателей в качестве самостоятельных дозирующих систем, например, на режимах больших нагрузок для обогащения смеси (экономайзер, эконостат и т.п.).

Системы второго типа подразделяют на двухжиклерные (воздушные и топливные), многожиклерные и с эмульсионным колодцем. Двухжиклерные используются для холостого хода, эконостата, а также в главных дозирующих системах на карбюраторах старых моделей.

Большинство автомобильных карбюраторов выполняются по типовой схеме с некоторыми конструктивными изменениями. В таких карбюраторах главная дозирующая система включает в себя эмульсионный колодец, который соединен, с одной сторыны, с поплавковой камерой через главный топливный жиклер, а с другой - с распылителем в диффузоре через канал с большим проходным сечением. К главной дозирующей системе через каналы малого диаметра подсоединены переходная система и система холостого хода. Процесс смесеобразования начинается в каналах карбюратора. В большинстве карбюраторов эмульсирование топлива осуществляется подачей воздуха через воздушный жиклер (обычно в системах холостого хода и эконостата), а в главную дозирующую систему ? через воздушный жиклер и эмульсионный колодец. Процесс смесеобразования продолжается в диффузоре карбюратора, где топливовоздушная эмульсия, попадая в поток воздуха, перемешивается с ним.

В зависимости от конструктивных особенностей воздушного канала, его назначения и режимов работы карбюратор может иметь от одного до трех диффузоров. Известно, что карбюраторы с одним диффузором и распылителем на многих режимах не могут обеспечить заданную равномерность состава горючей смеси по цилиндрам. Одна из причин этой неравномерности ? попадание частиц топлива на стенку, противоположную каналу распылителя. На некоторых режимах возможно стекание топливной пленки по указанной стенке. Поэтому большинство современных карбюраторов в каждом воздушном канале имеет два диффузора, при этом нижняя кромка малого диффузора с распылителем расположена внутри суженной части большого диффузора. На выходе из малого диффузора топливовоздушная смесь подается в воздушный поток, что уменьшает количество топлива, попадающего на стенки смесительной камеры. По сравнению с однодиффузорным карбюратором в малом диффузоре поток воздуха приобретает повышенную скорость, что позволяет улучшить качество распыливания топлива при равном аэродинамическом сопротивлении.

Карбюраторы с тремя диффузороми в настоящее время не находят распространения, т.к. приемлемое качество распыливания обеспечивается в более простом двухдиффузорном карбюраторе в сочетании с комплексом других мероприятий.

При уменьшении нагрузки скорость воздуха в диффузоре снижается, что может привести к ухудшению дробления капель топлива. Процесс распыливания топлива переносится в зону двух щелей, образуемых кромкой дроссельной заслонки и стенками смесительной камеры карбюратора. Высокая интенсивность процесса испарения топлива в этой зоне подтверждается тем, что при низкой температуре воздуха и повышенной влажности на кромке дроссельной заслонки образуется ледяная корка, нарушающая нормальную работу карбюратора.

Для карбюраторных двигателей основные требования к системам смесеобразования сводятся к обеспечению:

– норм на выбросы токсичных веществ с отработавшими газами;

– надежного пуска как холодного, так и прогретого двигателя в широком интервале изменения температуры окружающей среды;

– оптимального состава смеси, близкого к оптимальному, на всех режимах для получения приемлемых индикаторных показателей рабочего процесса;

– возможности устранения отказов, связанных с загрязнением дозирующих систем;

– минимальных затрат на изготовление, диагностирование, обслу-живание и ремонт систем топливоподачи;

– стабильности характеристик карбюратора в различных условиях эксплуатации с учетом климатических условий, износа двигателя и т.п.;

– предельной унификации карбюраторов, бензиновых насосов, фильтров как для различных модификаций двигателей одной модели, так и для различных типов двигателей;

– автоматизации работы подсистем, исключению неквалифицированного вмешательства в их регулировку.

Рассмотрим основные факторы, влияющие на процесс смесеобразования и условия работы двигателя, с точки зрения выполнения перечисленных требований.

Особенностью автомобильного двигателя является широкий диапазон нагрузочных и скоростных режимов. Современный карбюратор обеспечивает: процессы смесеобразования, близкие к оптимальным, на любых режимах и при переходе с одного из них на другой; надежный пуск двигателя, его прогрев при минимальных выбросах токсичных веществ и расходе топлива, а в случае крайней необходимости ? переход на непрогретом двигателе на нагрузочные режимы. При торможении автомобиля необходимо отключать подачу топливовоздушной смеси и в нужный момент переходить на нагрузочный режим или режим холостого хода.

Смесеобразование в карбюраторных двигателях является одним из важнейших факторов, определяющих основные эффективные показатели двигателей. Протекание процесса смесеобразования и равномерность распределения смеси (по составу) и антидетонационных присадок по цилиндрам, динамические качества двигателя зависят в основном от следующих факторов:

– фракционного состава бензина, температур испарения отдельных фракций топлива и антидетонатора;

– температуры топлива и воздуха, интенсивности подогрева смеси;

– относительной скорости воздуха и скорости капель топлива, степени турбулентности потока, площади поверхности испарения (капель или слоя пленки топлива), что в значительной степени зависит от дисперсности дробления топлива в распылителе, продолжительности испарения.

1.1 Характеристика идеального карбюратора

Идеальный карбюратор предназначен обеспечивать приготовление смеси такого оптимального состава, который необходим по условиям работы двигателя. Требуемую закономерность изменения состава смеси устанавливают по регулировочным характеристикам, представляющим собой изменение показателей работы двигателя в зависимости от коэффициента б при постоянных частоте n вращения коленчатого вала и положении дроссельной заслонки. На рис. 2 изображены такие характеристики при n=const и других неизменных граничных условиях.



Рис. 2. Регулировочные характеристики двигателя

При этом для каждого режима устанавливается оптимальный угол опережения зажигания. По оси ординат отложены удельный расход топлива в процентах минимального его значения и мощность, выраженная в процентах максимальной мощности, достигаемой при данной частоте вращения вала и полностью открытой дроссельной заслонке. Кривые I и Iґ соответствуют работе двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке; кривые II и II', III и III' ? работе при частичном ее открытии. Из графика видно, что коэффициент б, соответствующий максимальной мощности (точки 1-3), меньше б при наименьшем расходе g_e (точки 5-7), т.е. при максимальной экономичности.

Наибольшая мощность при всех положениях дроссельной заслонки получается при б <1. С переходом на работу с прикрытой дроссельной заслонкой коэффициент б, соответствующий режиму максимальной мощности, уменьшается. При полном открытии дроссельной заслонки наименьший расход топлива получается при несколько обедненном составе смеси ().

С прикрытием дроссельной заслонки коэффициент б, соответствующий наиболее экономичной работе, уменьшается и при значительном прикрытии становится меньше единицы. Таким образом, с прикрытием дроссельной заслонки горючая смесь для получения как максимальной мощности, так и наибольшей экономичности должна обогащаться. Если соединить на кривых I, II и III точки 1, 2 и 3, соответствующие максимальной мощности, и точки 8, 9 и 10, характеризующие работу двигателя на наиболее экономичных режимах, то получим две кривые изменения состава смеси: кривую а, соответствующую регулировке карбюратора на максимальную мощность, и кривую б, соответствующую регулировке карбюратора на максимальную экономичность. Область, заключенная между двумя этими кривыми, и является той областью значений коэффициента б, в которой целесообразна регулировка карбюратора.

Для каждой кривой I, II и III изменения мощности, положение дроссельной заслонки, а следовательно, разрежение в диффузоре и расход воздуха постоянны. Поэтому кривые а и б изменения состава смеси можно легко построить в координатах б - G_в или б - Др_д. На рис. 3 для определенной частоты вращения приведены кривые изменения , соответствующие максимальной мощности (кривая 2) и наименьшему удельному расходу g_e (кривая 3), в зависимости от расхода воздуха, выраженного в процентах расхода при полном открытии дроссельной заслонки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Характеристики карбюратора (n=const)

Для лучшего использования двигателя желательно, чтобы при полном открытии дроссельной заслонки, когда он развивает максимальную мощность при данной частоте n, карбюратор обеспечивал коэффициент б, соответствующий максимальной мощности. При переходе на работу с прикрытой дроссельной заслонкой необходимо, чтобы карбюратор приготавливал смесь, соответствующую наиболее экономичной работе. Наиболее рациональная зависимость коэффициента б от расхода воздуха выразится кривой 4 (рис. 3). Эта зависимость представляет характеристику идеального карбюратора.

Проведя аналогичные опыты для других частот вращения вала, можно для любого скоростного режима получить подобную характеристику. Совместив на одном графике такие характеристики для различных частот n, можно получить совокупность характеристик идеального карбюратора.

Сравнение характеристик элементарного и идеального карбюраторов показывает, что элементарный карбюратор не обеспечивает приготовление смеси необходимого состава. Поэтому для исправления характеристики элементарного карбюратора и приближения ее к характеристике идеального в его конструкцию вводят дополнительные устройства. При этом для упрощения конструкции карбюратора характеристики, соответствующие различным частотам n, заменяют усредненной характеристикой, при выборе которой учитываются разброс характеристик при их производстве и продолжительность работы двигателя на различных режимах в условиях эксплуатации.

1.2 Главная дозирующая система карбюратора

Главной дозирующей системой карбюратора принято называть систему, подающую топливо в цилиндры двигателя на большинстве режимов его работы с нагрузкой.

С ростом нагрузки горючую смесь необходимо обеднять. Для получения горючей смеси необходимого состава при работе двигателя на средних нагрузках этот состав необходимо корректировать.

В карбюраторах применяются несколько систем компенсации состава горючей смеси (корректирования характеристики элементарного карбюратора):

– уменьшением разрежения у топливного жиклера;

– регулированием разрежения в диффузоре;

– регулированием проходного сечения топливного жиклера;

– путем использования комбинированных средств компенсации горючей смеси.

1.3 Система компенсации состава горючей смеси с уменьшением разрежения у топливного жиклера

На рис. 4 изображена схема главной дозирующей системы карбюратора с уменьшением разрежения у жиклера (с пневматическим торможением топлива), где H и ?h - характерные перепады уровней.

Топливо из поплавковой камеры через главный топливный жиклер 1 попадает в камеру 2, а из нее через распылитель 5 - в диффузор. С камерой 2 соединен воздушный колодец 3, который через воздушный жиклер 4 сообщается с атмосферой.

При не работающем двигателе в воздушном колодце устанавливается уровень топлива, одинаковый с уровнем в поплавковой камере. На работающем двигателе разрежение в диффузоре через распылитель 5 передается к главному жиклеру 1 и уровень топлива в воздушном колодце понижается. Вследствие поступления воздуха в воздушный колодец 3 через воздушный жиклер 4 разрежение у топливного жиклера уменьшается.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Схема карбюратора с уменьшением разрежения у топливного жиклера

Попадающий в воздушный колодец воздух подмешивается к топливу и образует с ним эмульсию. За счет этого происходит обеднение горючей смеси - увеличение коэффициента б.

Простота конструкции и компактность, хорошее распыливание топлива и высокие стабильность и надежность работы обеспечили широкое распространение данного способа компенсации смеси.

1.4 Вспомогательные устройства карбюраторов

Главная дозирующая система карбюратора приготавливает смесь необходимого состава только на средних нагрузках при установившемся режиме работы двигателя. Карбюратор, имеющий только одну такую дозирующую систему, отрегулированную на экономичную работу двигателя, не обеспечивает получения максимальной мощности при полном открытии дроссельной заслонки, надежной работы двигателя на холостом ходу при минимальной частоте вращения n, а также его хорошей приемистости и надежного пуска при различных температурах окружающей среды.

Для устранения указанных недостатков карбюратор снабжают специальными вспомогательными устройствами: экономайзером, эконостатом, ускорительным насосом, системами холостого хода и пуска. Кроме того, современные карбюраторы часто имеют ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя. Карбюраторы двигателей автомобилей, работающих в высокогорных условиях, могут быть оборудованы высотными корректорами.

Экономайзер карбюратора представляет собой устройство, обогащающее горючую смесь до состава, необходимого для получения максимальной мощности при полном или близком к нему открытии дроссельной заслонки.

Действие экономайзера основано на изменении сопротивления топливной системы при помощи особого клапана, открывающегося при положении дроссельной заслонки, близком к полному открытию. Изменение сопротивления топливной системы иногда достигается путем увеличения или уменьшения проходного сечения жиклера дозирующей иглой.

Во всех случаях дополнительное количество топлива подается в смесительную камеру или через главную дозирующую систему, либо через отдельный распылитель.

Подача дополнительного количества топлива производится через жиклер экономайзера, устанавливаемый параллельно или последовательно с главным жиклером.

При параллельной установке жиклера экономайзера и главного жиклера топливо подводится в распылитель при открытом клапане экономайзера сразу через два жиклера: главный и жиклер экономайзера. В этом случае сечение главного жиклера подбирают так, чтобы на средних нагрузках, когда клапан закрыт, получалась смесь экономичного состава. Через жиклер экономайзера подается дополнительное количество топлива, необходимое для обогащения смеси.

Суммарная подача топлива при полном открытии дроссельной заслонки должна быть такой, чтобы состав смеси обеспечивал получение максимальной мощности.

При последовательной установке жиклера экономайзера и главного жиклера топливо из поплавковой камеры проходит последовательно через жиклер главной дозирующей системы и жиклер полной мощности (с бомль-шим, чем первый, проходным сечением). Когда дроссельная заслонка открывается полностью, клапан экономайзера тоже открывается, и часть топлива, минуя жиклер главной дозирующей системы, через жиклер полной мощности поступает в распылитель. Сопротивление потоку топлива уменьшается, расход топлива увеличивается и смесь обогащается.

Привод клапана экономайзера может быть пневматическим или механическим. Наиболее распространен первый из них.

Момент включения экономайзера с пневматическим приводом определяется разрежением за дроссельной заслонкой. Открытие клапана осуществляется поршневым или диафрагменным устройством. Отличительная особенность рассматриваемого экономайзера ? он включается в работу не при одном и том же положении дроссельной заслонки, а при различных, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Эконостат представляет собой отдельную систему, включающую топливный жиклер и распылитель, а иногда, кроме того, воздушный и эмульсионный жиклеры.

Ускорительный насос. При необходимости быстрого увеличения мощности резко открывают дроссельную заслонку. При этом происходит заметное обеднение смеси, приемистость двигателя ухудшается. В отдельных случаях обеднение смеси может быть настолько значительным, что двигатель может перестать работать.

Резкое открытие дроссельной заслонки сопровождается увеличением разрежения в диффузоре карбюратора и приводит к повышению расходов топлива и воздуха. Расход воздуха растет быстрее расхода топлива, в результате чего горючая смесь обедняется. Этому способствует также повышение давления во впускном трубопроводе, являющееся следствием увеличения открытия дроссельной заслонки. С повышением этого давления ухудшается испарение топлива и увеличивается образование пленки на стенках впускного трубопровода. Такое же действие вызывает понижение температуры смеси, происходящее вследствие повышения количества поступающего воздуха. В случае, когда питание системы холостого хода осуществляется из главной дозирующей системы, обеднению горючей смеси при резком открытии дроссельной заслонки способствует недостаточное количество топлива в главной дозирующей системе после главного жиклера.

Для предотвращения обеднения горючей смеси при резком открытии дроссельной заслонки в карбюраторах применяется специальное устройство - ускорительный насос, подающий дополнительное количество топлива на указанных режимах.

Насосы-ускорители могут иметь механический или пневматический привод. Нередко их объединяют с экономайзером. Опыты показывают, что впрыск топлива насосом-ускорителем должен продолжаться в течение 1-2 с. Для получения такой затяжной подачи топлива в приводе к поршню или диафрагме ускорительного насоса предусматривается установка пружины.

Система холостого хода. Дроссельная заслонка при работе двигателя на холостом ходу (ХХ) с минимальной частотой вращения n_min почти полностью закрыта. Разрежение в диффузоре уменьшается до нескольких миллиметров водяного столба. Подача топлива через распылитель главной дозирующей системы прекращается.

Для получения смеси, обеспечивающей устойчивую работу двигателя на ХХ при n_min, используется разрежение за дроссельной заслонкой.

Топливо в систему холостого хода обычно поступает через топливный жиклер главной дозирующей системы. После прохождения топлива через топливный жиклер холостого хода к нему, пройдя через воздушный жиклер холостого хода, подмешивается воздух, образуя эмульсию (смесь топлива с воздухом).

При работе двигателя на ХХ при n_min к эмульсии дополнительно подмешивается воздух через отверстие, расположенное выше кромки дроссельной заслонки, после чего эмульсия поступает в задроссельное пространство через регулируемое винтом качества смеси проходное сечение, выходящее в задроссельное пространство отверстия. Назначение верхнего отверстия (отверстия переходной системы) - не допустить переобеднения смеси в первые моменты открывания дроссельной заслонки при переходе от n_min ХХ к большей частоте вращения.

При открывании дроссельной заслонки оба отверстия оказываются в зоне больших разрежений. Подача воздуха через верхнее отверстие прекращается. Эмульсия поступает через оба отверстия, что обеспечивает состав смеси, необходимый для плавного перехода с режима n_min ХХ к работе при большей частоте вращения как без нагрузки, так и с нагрузкой.

Регулировочным винтом качества смеси и упорным винтом, ограничивающим закрытие дроссельной заслонки при работе двигателя на ХХ при n_min, регулируют устойчивую минимальную частоту вращения холостого хода.

Пусковое устройство. При пуске холодного двигателя скорость воздуха в диффузоре карбюратора незначительна и вытекающее из распылителя топливо плохо распыливается и испаряется. По этой причине и по причине отсутствия подогрева топлива от стенок значительное количество его оседает на стенках впускного коллектора в виде пленки.

Истинный коэффициент б, соответствующий доле легких фракций бензина, успевающих испарится при таких неблагоприятных условиях, высок, и горючая смесь часто оказывается невоспламеняемой. Чтобы она воспламенялась, необходимо уменьшить усредненное значение б, тогда состав смеси по легким фракциям окажется оптимальным, обеспечивающим ее надежное воспламенение.

Наиболее распространенным пусковым устройством является воздушная заслонка, устанавливаемая в приемном патрубке карбюратора. Во время пуска двигателя она вручную или автоматически прикрывается, вследствие чего разрежение в диффузоре значительно возрастает, интенсивность истечения топлива через жиклеры увеличивается, и горючая смесь обогащается. При полностью закрытой воздушной заслонке дроссельная заслонка автоматически открывается на определенный угол. Когда двигатель запустился с прикрытой воздушной заслонкой, ее проходное сечение автоматически увеличивается с помощью дополнительных устройств с целью предотвращения переобогащения горючей смеси.

2. Система впрыскивания бензина

Быстрое и широкое распространение этих систем объясняется их преимуществами по сравнению с карбюраторными. В значительной степени этому способствовал прогресс электронной техники.

К указанным преимуществам систем относятся:

– более точное дозирование топлива на всех эксплуатационных режимах с учетом многих факторов;

– хорошая приспособленность системы к диагностированию и объединению с другими системами управления двигателем и автомобилем (например, зажиганием, наддувом, трансмиссией, тормозной системой);

– улучшение экономических, экологических и мощностных показателей двигателя.

На рис. 5 представлена классификация наиболее распространенных в настоящее время систем впрыскивания бензина.

Рис. 5. Классификация систем впрыскивания бензина

При фазированном впрыскивании момент подачи топлива форсункой согласовывается с открытием впускных клапанов. При нефазированном подача топлива в зону впускных клапанов осуществляется одновременно всеми форсунками или группами из нескольких форсунок. При этом цикловая подача разделяется на две равные части, впрыскиваемые с интервалом 360є поворота коленчатого вала, что способствует выравниванию условий смесеобразования в разных цилиндрах.

2.1 Система распределенного впрыскивания

Основными преимуществами этой системы являются: возможность увеличения степени сжатия на 0,5... 1,5 единицы вследствие отсутствия подогрева впускного коллектора и испарения большей части топлива в цилиндре; уменьшение количества бензина, находящегося во впускной системе в виде пленки, а следовательно, и повышение качества протекания рабочего процесса в цилиндpax при работе на неустановившихся режимах; увеличение массового наполнения цилиндров воздухом вследствие отсутствия потребности в подогреве впускного коллектора и снижения гидравлического сопротивления впускного тракта; относительно хорошее сочетание с различными системами наддува. Вследствие этого в настоящее время эта система получила наиболее широкое распространение.

Система распределенного впрыскивания обеспечивает подачу топлива в зону впускных клапанов электромагнитными форсунками. Главным командным параметром для программного электронного управления цикловой подачей топлива служит цикловой расход воздуха. Сигналы датчиков расхода воздуха, частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, положения дроссельной заслонки обрабатываются коммутатором - электронным блоком управления (ЭБУ), который в соответствии с заложенной в него программой выдает электрические импульсы, управляющие открытием клапанов форсунок. Продолжительность импульсов определяется режимом работы двигателя. Использование в системе впрыскивания л-зонда (датчика, следящего за содержанием кислорода в ОГ) позволяет корректировать продолжительность импульсов, обеспечивая на большинстве режимов работы двигателя близкий к стехиометрическому состав горючей смеси.

Структурная схема системы распределенного впрыскивания с программным управлением представлена на рис. 6, функциональные схемы (с нефазированным и с фазированным впрыском) - на рис. 7. Основными элементами системы являются датчики, контроллер, электробензонасос с реле включения, регулятор холостого хода, электромагнитные форсунки и модуль зажигания. Схема системы распределенного впрыскивания бензина с обратной связью представлена на рис. 8, где отражены основные элементы (позиции 1-37) типичной системы впрыскивания бензина (инжекторной системы).

Рис. 6. Структурная схема системы впрыскивания бензина

Рис. 7. Функциональные схемы систем впрыскивания топлива:

а - с нефазированным (попарным) впрыскиванием; б - с фазированным

(последовательным) впрыскиванием; ДПКВ - датчик положения коленчатого вала;

ДС - датчик скорости автомобиля; ДТ - датчик температуры охлаждающей жидкости;

ДД - датчик детонации; ДРВ - датчик расхода воздуха; ДПДЗ - датчик положения

дроссельной заслонки; ДК - датчик кислорода (л-зонд); СО-П - СО-потенциометр;

ДФ - датчик фаз; Ф - форсунка; ЭБН - электробензонасос;

РХХ - регулятор холостого хода; ВСОЖ - вентилятор системы охлаждения двигателя;

КОНД - кондиционер; СУПБ - система улавливания паров бензина;

МЗ - модуль зажигания; Св - свечи зажигания

Бензин из бака (рис. 8) нагнетается электрическим бензонасосом 28 через фильтр тонкой очистки 23 в рампу форсунок. Для обеспечения постоянного избыточного давления топлива перед форсунками относительно давления воздуха во впускном коллекторе предусмотрен стабилизатор давления 25.

Из рампы (распределителя) форсунок топливо подводится к индивидуальным электромагнитным форсункам 26. Факел распыленного форсункой топлива направляется в патрубок впускного клапана.

Количество поступающего в цилиндры воздуха регулируется дроссельной заслонкой. Между воздушным фильтром и шлангом впускного патрубка установлен датчик 3 массового расхода воздуха.



Рис. 8. Схема системы распределенного впрыскивания бензина с обратной связью ВАЗ-2110, 2111,2112:

1 - аккумуляторная батарея; 2 - воздушный фильтр; 3 - датчик массового расхода

воздуха; 4 - колодка диагностики; 5 - контрольная лампа «CHECK ENGINE»;

6 - регулятор холостого хода; 7 - датчик положения дроссельной заслонки;

8 - дроссельный патрубок; 9 - тахометр; 10 - спидометр; 11 - указатель уровня топлива; 12 - маршрутный компьютер; 13 - блок управления иммобилизатором;

14 - модуль зажигания; 15 - контроллер (ЭБУ); 16 - реле включения электровентилятора; 17 - электровентилятор системы охлаждения;

18 - предохранительный клапан; 19 - гравитационный клапан; 20 - реле включения электробензонасоса; 21 - двухходовой клапан; 22 - адсорбер; 23 - топливный фильтр;

24 - датчик фаз; 25 - регулятор давления топлива; 26 - форсунка;

27 - датчик детонации; 28 - электробензонасос с датчиком указателя уровня топлива;

29 - датчик скорости автомобиля; 30 - датчик положения коленчатого вала;

31 - свеча зажигания; 32 - датчик температуры охлаждающей жидкости;

33 - адсорбер с электромагнитным клапаном продувки; 34 - датчик концентрации

кислорода; 35 - нейтрализатор; 36 - выключатель зажигания; 37 - реле зажигания

Измерение расхода воздуха осуществляется термоанемометром. Чувствительный элемент датчика представляет собой платиновую нить толщиной 70...100 мкм, натянутую поперек воздушного канала датчика. Нить и термокомпенсационный резистор включены в цепь измерительного моста сопротивлений. При работе нить подогревается электрическим током до постоянной температуры 150 °С. С изменением расхода воздуха изменяется электрическая мощность, затрачиваемая на поддержании температуры нити на указанном уровне, которая является параметром для определения количества проходящего через датчик воздуха.

В процессе работы датчика нить термоанемометра постепенно загрязняется. Поэтому после каждой остановки двигателя предусмотрена кратковременная подача повышенной величины тока для выжигания загрязнений с этой нити при разогреве ее до 1000 °С.

При возникновении неисправностей этого датчика или его цепей контроллер переходит на резервный режим работы по заложенным в его память данным. О возникшей неисправности датчика контроллер сигнализирует включением контрольной лампы «CHECK ENGINE» (проверка двигателя).

Обогащение горючей смеси при работе двигателя по внешней скоростной характеристике и на режимах разгона обеспечивается по сигналам датчика положения дроссельной заслонки, механически с нею связанного. Датчик представляет собой потенциометр, на один вывод которого подается напряжение +5 В, а другой вывод соединен с массой. С третьего вывода (от ползунка) выходной сигнал идет к контроллеру. В датчике предусмотрена контактная пара, сигнал которой позволяет отключать подачу топлива на режиме принудительного холостого хода при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения составляет не менее 1500 мин^-1. При n ниже 900 мин^-1 подача топлива возобновляется. Порог отключения подачи топлива корректируется в зависимости от температурного режима двигателя.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя на холостом ходу с заданной n предусмотрено автоматическое регулирование количества поступающего в двигатель воздуха в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Контроллер управляет частотой n на режиме холостого хода, подавая импульсы напряжения на шаговый электродвигатель регулятора холостого хода (РХХ), который управляет подачей воздуха через обводной канал. Необходимая частота n при закрытой дроссельной заслонке для нормальных условий работы запрограммирована в контроллере. В зависимости от условий работы двигателя контроллер, управляя регулятором холостого хода, увеличивает или уменьшает частоту n. Кроме того, при работе двигателя в режиме принудительного холостого хода при полностью закрытой дроссельной заслонке РХХ увеличивает подачу воздуха, обеспечивая обеднение горючей смеси, что способствует снижению токсичности отработавших газов.

3. Система питания газовых двигателей

3.1 Характеристика

Газовыми называются двигатели, работающие на газообразном топливе - сжатых и сжиженных газах. Особенностью таких двигателей является их способность работать также и на жидких топливах, например, бензине.

Система питания газовых двигателей имеет специальное газовое оборудование. Предусмотрена также дополнительная резервная система, обеспечивающая при необходимости работу двигателя на бензине.

По сравнению с бензиновыми двигателями газовые модели обычно более экономичны, менее токсичны, работают без детонации в цилиндрах, имеют меньший износ деталей ЦПГ, КШМ и др., срок их службы больше в 1,5-2 раза. Однако полная мощность при =const и прочих одинаковых условиях, снижается на 10-20 %, т.к. теплотворность горючей смеси снижается на 10-20 %. Система питания газовым топливом более пожароопасна, для ее технического обслуживания требуется специальное оборудование.

3.2 Топливо для газовых двигателей

Применяются две разновидности газовых топлив.

Сжатые газы - газы, которые при обычной температуре окружающего воздуха и высоком давлении (до 20 МПа) сохраняют газообразное состояние. В качестве топлива для газовых двигателей обычно используется природный газ на основе метана.

Сжиженные газы - газы, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре воздуха и относительно небольшом давлении (до 1,6 МПа). Это преимущественно нефтяные газы.

Для газовых двигателей используются сжиженные газы следующих марок: СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя; СПБТЛ - смесь пропана и бутана техническая летняя; БТ - бутан технический.

Газообразное топливо менее токсично, имеет более высокое октановое число (около 100 и более единиц), дает меньшее нагарообразование в цилиндрах и не разжижает масло в картере двигателя.

3.3 Конструкции систем питания газовых двигателей и их работа

В систему питания двигателя, работающего на сжатом газе (рис. 9), входят баллоны 1 для сжатого газа, наполнительный 5, расходный 6 и магистральный 18 вентили, подогреватель 17 газа, манометры высокого 8 и низкого 9 давления, редуктор 11 с фильтром 10 и дозирующим устройством 12, газопроводы высокого 3 и низкого 13 давления, карбюратор-смеситель 14 и трубка 19, соединяющая разгрузочное устройство с впускным трубопроводом двигателя.

Рис. 9. Схема системы питания

двигателя, работающего на сжатом газе:

1 - баллон; 2 - тройник; 3, 13 - газопроводы; 4 - крестовина; 5, 6, 18 - вентили; 7 - топливный бак; 8, 9 - манометры; 10 - газовый фильтр;

11 - газовый редуктор; 12 - дозирующее устройство; 14 - карбюратор-смеситель; 15 - топливопровод; 16 - топливный насос; 17 - подогреватель; 19 - трубка; 20 - двигатель

При работе двигателя вентили 6 и 18 открыты. Сжатый газ из баллонов поступает в подогреватель 17, обогреваемый горячими ОГ или охлаждающей жидкостью двигателя - для исключения замерзания (закупорки) дросселирующих проходных сечений данной газовой системы питания. Из подогревателя газ через фильтр 10 проходит в двухступенчатый газовый редуктор 11, где давление газа снижается до 0,9-1,15 МПа. Из редуктора через дозирующее устройство 12 газ проходит в карбюратор-смеситель 14, где образуется горючая (газовоздушная) смесь. Она под действием вакуума поступает в цилиндры двигателя. Процесс сгорания данной смеси и отвода ОГ происходит аналогично процессам в бензиновом двигателе.

Редуктор 11, кроме уменьшения давления газа, изменяет его количество в зависимости от режима работы двигателя. Указанный редуктор быстро выключает подачу газа при остановке двигателя.

Кроме основной, имеется резервная система питания топливом, обеспечивающая работу двигателя на бензине в необходимых случаях (при неисправности газовой системы, израсходовании газа в баллонах и других случаях). При этом длительная работа двигателя на бензине не рекомендуется, т.к. в резервной системе питания отсутствует воздушный фильтр, что может привести к повышенному износу двигателя. Оптимальные углы И опережения зажигания, установленные при использовании газового топлива, чаще всего не соответствуют оптимальным И бензинового двигателя.

В резервную систему питания входят топливный бак 7, топливный фильтр, топливный насос 16 и топливопровод 15.

Схема системы питания двигателя, работающего на сжиженном газе, показана на рис. 10.



Рис. 10. Схема системы питания двигателя, работающего на сжиженном газе: 1 - топливный фильтр; 2 - топливный насос; 3 - карбюратор; 4 - смеситель; 5 - испаритель; 6 - газовый фильтр; 7 - дозирующее устройство; 8 - газовый редуктор; 9, 10 - манометры; 11, 13 - вентили; 12 - баллон; 14 - двигатель; 15 - топливный бак

Сжиженный газ под давлением из баллона 12 поступает через расходный 13 и магистральный 11 вентили в испаритель 5, где он подогревается горячей жидкостью системы охлаждения двигателя. Затем газ очищается в фильтре 6, поступает в двухступенчатый редуктор 8, где давление газа снижается до атмосферного. Из редуктора газ через дозирующее устройство 7 проходит в смеситель 4, в котором готовится горючая смесь в соответствии с режимом работы двигателя.

Газовый баллон имеет предохранительный клапан, открывающийся при давлении 1,68 МПа, наполнительный вентиль и датчик уровня сжиженного газа. Баллон заполняется сжиженным газом только на 90 % объема. Это необходимо для возможности расширения газа при нагреве.

Кроме основной системы питания, двигатель, работающий на сжиженном газе, имеет резервную систему питания, аналогичную резервной системе двигателя, работающего на сжатом газе, для кратковременной работы на бензине. В резервную систему входят топливный бак 15, топливный фильтр 1, топливный насос 2 и карбюратор

4. Система питания дизелей

Система питания дизеля состоит из систем питания топливом и воздухом.

4.1 Конструкция и работа системы питания дизеля топливом

Эта система служит для очистки топлива от вредных примесей и равномерного его распределения дозированными порциями в цилиндры двигателя. В данную систему входят топливный бак 2, фильтры грубой 4 и тонкой 8 очистки, топливоподкачивающий насос 7, ТНВД 5, форсунки 11 и топливопроводы 7, 9, 10 (рис. 11).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Схема системы питания дизеля топливом: 1 - топливоприемник; 2 - бак; 3, 9, 10 - топливопроводы; 4, 8 - фильтры; 5,7 - насосы; 6 - рукоятка;11 - форсунка; 12 - цилиндр

Топливоподкачивающий насос 7 (рис. 11) подает топливо из бака 2 через фильтры грубой 4 и тонкой 8 очистки к ТНВД 5. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя насос высокого давления подает топливо к форсункам 11, которые распыляют и впрыскивают топливо в цилиндры 12 двигателя. Топливоподкачивающий насос 7 подает к ТНВД топлива больше, чем необходимо для работы двигателя. Избыточное топливо отводится по топливопроводу 3 в топливный бак или обратно на вход подкачивающего насоса. По топливопроводу 10 в бак отводится топливо, просочившееся из форсунок через прецизионные пары распылителя. ТНВД служит для подачи через форсунки в цилиндры двигателя под большим давлением (20...50 МПа) требуемых порций топлива в определенные моменты времени.

Типичный ТНВД состоит из одинаковых по конструкции секций, число которых равно числу цилиндров двигателя. Каждая секция насоса соединена топливопроводом 13 (рис. 12) с форсункой 16. Плунжер 6 и гильза 5 секций насоса изготовлены с высокой точностью и чистотой поверхности. Зазор между ними часто не превышает двух микрон. На плунжере имеются вертикальный паз 9, винтовая кромка 11 и кольцевая проточка 7. Зубчатый венец 2, закрепленный на плунжере, находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3, перемещением которой поворачивается плунжер в гильзе. Пружина 4 прижимает плунжер к кулачку 1 кулачкового вала насоса, который приводится во вращение от коленчатого вала. В гильзе имеются впускное 8 и выпускное (отсечное) 10 отверстия, а в верхней ее части установлен нагнетательный клапан 12, предназначенный для поддержания в трубопроводе высокого давления определенного остаточного давления.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12. Схема подачи топлива в цилиндр дизеля: 1 - кулачок; 2 - зубчатый венец; 3 - рейка; 4, 14 - пружины; 5 - гильза; 6 - плунжер; 7 - проточка; 8, 10 - отверстия; 9 - паз;

11 - кромка; 12 - клапан; 13 - топливопровод; 15 - игла; 16 - форсунка; 17 - полость; 18 - сопло

Пружина 14 через штангу (на схеме не показана) прижимает иглу 15 форсунки к седлу сопла 18 и закрывает полость 17, которая заполнена топливом. При нижнем положении плунжера 6 отверстия 8 и 10 открыты и через них над плунжером циркулирует топливо. Нагнетательный клапан 12 в этом случае закрыт и в полости 17 форсунки поддерживается избыточное давление топлива. При движении плунжера вверх при вращении кулачка перекрывается выпускное отверстие 10, а затем впускное отверстие 8. Под давлением топлива открывается клапан 12 и в полости 17 форсунки создается высокое давление. При этом игла 15 форсунки преодолевает сопротивление пружины 14, поднимается вверх, и через открывшееся сопло 18 или несколько сопловых отверстий топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.

Впрыск топлива заканчивается, когда кромка 11 открывает выпускное отверстие 10. При этом давление топлива над плунжером резко уменьшается, игла 15 опускается вниз на седло и закрывает сопло 18. Закрывается клапан 12, и в полости 17 форсунки топливо остается под избыточным давлением.

Поворотом плунжера 6 в гильзе 5 изменяют момент конца топливоподачи (ее продолжительность) и, следовательно, количество топлива, подаваемого за один ход плунжера при его движении из нижнего крайнего положения в верхнее. Подача топлива прекращается при совмещении вертикального паза 9 с выпускным отверстием 10, и двигатель останавливается.

С ТНВД соединены муфта опережения впрыска топлива, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя и топливоподкачивающий насос с насосом ручной подкачки топлива.

Муфта опережения впрыска топлива служит для автоматического изменения угла И - опережения впрыска топлива в зависимости от частоты n. Эта муфта позволяет улучшить экономичность дизеля при различных режимах работы и улучшает его пуск. Она устанавливается на переднем конце кулачкового вала топливного насоса высокого давления и через нее ТНВД приводится в действие.

На взаимное положение ведущих и ведомых частей муфты оказывают влияние грузы 2 (рис. 13), находящиеся в корпусе 1. Эти грузы установлены на осях 3 и поджимаются пружинами 4, которые упираются в проставки 5. При работе двигателя и увеличении частоты n грузы под действием центробежных сил преодолевают сопротивление пружин и расходятся, поворачивая при этом кулачковый вал насоса высокого давления по ходу его вращения. В результате этого увеличивается угол И опережения впрыска топлива, и оно поступает в цилиндры раньше (относительно ВМТ). При уменьшении частоты n грузы сходятся под действием пружин и поворачивают кулачковый вал насоса в сторону, противоположную его вращению, что уменьшает угол И.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Всережимный регулятор служит для автоматического поддержания постоянной частоты n при положении педали подачи топлива в неизменном положении и различной нагрузке двигателя. Регулятор также обеспечивает минимальную частоту n на холостом ходу и ограничивает максимальную частоту вращения. Он приводится в действие от кулачкового вала ТНВД.

Педаль 6 (рис. 14) подачи топлива соединена с рычагом 2 управления рейкой 1 ТНВД через растянутую пружину 3, действующую на рычаг с усилием Р_пр. При работе двигателя на рычаг 2 через подпятник 7 передается центробежная сила Q_гр от вращающихся грузов, шарнирно закрепленных на валу 9, который соединен с кулачковым валом ТНВД.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14. Всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала:

1 - рейка; 2 - рычаг; 3 - пружина; 4, 5 - упоры; 6 - педаль; 7 - подпятник; 8 - груз; 9 - вал

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если двигатель работает с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали 6, то сила Q_гр грузов 8 уравновешивается усилием Р_пр пружины При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы регулятора расходятся. Они преодолеют сопротивление пружины и переместят рейку 1 влево. При этом подача топлива уменьшится, и частота вращения восстанавливается n=const. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала грузы будут сходиться, рейка 1 усилием Р_пр пружины переместится в обратном направлении, и подача топлива увеличится, а частота n возрастет до значения, заданного положением педали 6.

Минимальная частота n при работе на холостом ходу и максимальная частота n вала двигателя ограничиваются соответственно регулируемыми упорами 5 и 4.

Топливоподкачивающий насос служит для создания требуемого давления топлива и подачи его в необходимом количестве к ТНВД. Это обычно насос поршневого типа. Он приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала ТНВД. В корпусе насоса находится поршень 1 (рис. 15), который прижат к штоку 7 пружиной 5. Шток через ролик опирается на эксцентрик 8 кулачкового вала. В корпусе насоса имеются впускной 4 и нагнетательный 9 клапаны.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Когда под действием пружины 5 поршень перемещается к эксцентрику, топливо из полости Б вытесняется в фильтр тонкой очистки и насос высокого давления. Одновременно увеличивающаяся полость А заполняется топливом, которое поступает из топливного бака через фильтр грубой очистки и впускной клапан 4. При движении поршня в противоположном направлении под действием эксцентрика 8 часть топлива из полости А через нагнетательный клапан 9 поступает в полость Б.

На неработающем двигателе топливо в ТНВД подкачивают поршнем 2 ручного насоса при помощи его рукоятки, например при удалении воздуха из топливной системы.

Форсунки служат для впрыскивания под определенным давлением и распыливания топлива в цилиндре двигателя. Их устанавливают и закрепляют в головке цилиндров.

Упрощенная схема топливной форсунки показана на рис. 12. На рис. 16 представлена в полной комплектации типичная форсунка автомобильного дизеля. Корпус 4 и распылитель 1 форсунки соединены гайкой 2. Внутри распылителя находится игла 9, закрывающая его сопловые отверстия. На иглу через штангу 3 действует нажимная пружина 8, затяжку которой регулируют шайбами 7 или специальным винтовым устройством.

Топливо подается к форсунке через сетчатый фильтр 6 и поступает в полость иглы 9. Под давлением топлива игла, преодолевая усилие пружины 8, перемещается вверх, открывает сопловые отверстия распылителя, и через них топливо впрыскивается в цилиндр двигателя. При этом топливо, просочившееся между иглой и распылителем, отводится из форсунки по каналам в ее корпусе.

Одной из прогрессивных разновидностей топливоподач дизелей является система Common Rail. Ее особенностью стало использование аккумуляторного узла (резервуара), который содержит распределительный трубопровод (общая рампа), линии подачи топлива и форсунки. Электронный блок управления (ЭБУ) по заданной программе передает управляющий сигнал к соленоиду форсунки, которая подает топливо в камеру сгорания двигателя. Использование иных узлов (насоса высокого давления и электромагнитной форсунки) обеспечивает повышение качества процесса сгорания.

Систему Common Rail фирмы Bosch отличают следующие особенности:

– возможность установки системы без радикального изменения конструкции самого дизельного двигателя;

– давление топлива поддерживается на необходимом уровне, независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Это дает возможность увеличить величину крутящего момента при малых оборотах двигателя;

– электронное управление топливоподачей позволяет оптимизировать характеристики впрыска топлива и тем самым улучшить индикаторные параметры двигателя;

– топливо впрыскивается под давлением около 135 МПа. Такое высокое давление обеспечивает получение очень мелко распыленного топлива, что способствует полному сгоранию топлива на всех режимах работы двигателя.

Рис. 17. Схема системы Common Rail [16]

В отличие от других систем питания дизелей, управляющих работой кулачковых механизмов, система Common Rail является аккумуляторной, в которой топливо находится под высоким давлением в аккумуляторном узле (Rail).

Система Common Rail состоит из трех основных частей: контура низкого давления, контура высокого давления и системы датчиков.

В контур низкого давления входят: топливный бак, подкачивающий насос, топливный фильтр и соединительные трубопроводы.

Контур высокого давления состоит из насоса высокого давления (заменяющего традиционный ТНВД) с контрольным клапаном, аккумуляторного узла высокого давления (рампы) с датчиком, контролирующим в ней давление, форсунок и соединительных трубопроводов высокого давления. Аккумуляторный узел представляет собой длинную трубу с поперечно расположенными штуцерами для подсоединения форсунок и выполнен двухслойным (внутренний слой изготовлен из химически инертного материала).

Насос высокого давления (рис. 18) приводится в действие от коленчатого вала двигателя посредством зубчатой, цепной или ременной передачи. Насос смазывается и охлаждается самим топливом. На входе в насос установлен предохранительный клапан, не допускающий падения давления в системе.

Три плунжера приводятся в действие эксцентриком, установленным на вале насоса. При движении плунжера вниз под действием пружины открывается клапан, и топливо заполняет пространство над плунжером. При ходе плунжера вверх клапан закрывается, и топливо сжимается плунжером.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 18. Схема устройства ТНВД:

а) продольный разрез: 1 - вал привода; 2 - эксцентриковый кулачок;

3 - плунжер со втулкой; 4 - камера над плунжером; 5 - впускной клапан;

6 - электромагнитный клапан отключения плунжерной секции; 7 - выпускной клапан; 8 - уплотнение; 9 - штуцер магистрали, ведущей к аккумулятору высокого давления;

10 - клапан регулирования давления; 11 - шариковый клапан;

12 - магистраль обратного слива топлива; 13 - магистраль подачи топлива к ТНВД;

14 - защитный клапан с дроссельным отверстием;

15 - перепускной канал низкого давления; б) поперечный разрез: 1 - вал привода;

2 - эксцентриковый кулачок; 3 - плунжер с втулкой; 4 - впускной клапан;

5 - выпускной клапан; 6 - подача топлива

Аккумуляторный узел является общим для всех цилиндров двигателя. Применение аккумуляторного узла соответствующего объема снижает пульсации давления топлива. Изготавливается узел из высокопрочной стали.