Система питания. Система питания карбюраторного двигателя Устройство и работа питания двигателя

20.06.2020

Система питания топливом бензинового двигателя ⭐ предназначена для размещения и очистки топлива, а также приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве в соответствии с режимом работы двигателя (за исключением двигателей с непосредственным впрыском, система питания которых обеспечивает поступление бензина в камеру сгорания в необходимом количестве и под достаточным давлением).

Бензин , как и дизельное топливо, является продуктом перегонки нефти и состоит из различных углеводородов. Число атомов углерода, входящих в молекулы бензина, составляет 5 - 12. В отличие от дизелей в бензиновых двигателях топливо не должно интенсивно окисляться в процессе сжатия, так как это может привести к детонации (взрыву), что отрицательно скажется на работоспособности, экономичности и мощности двигателя. Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом. Чем больше оно, тем выше детонационная стойкость топлива и допустимая степень сжатия. У современных бензинов октановое число составляет 72-98. Кроме антидетонационной стойкости бензин должен также обладать низкой коррозионной активностью, малой токсичностью и стабильностью.

Поиск (исходя из экологических соображений) альтернатив бензину как основному топливу для ДВС привел к созданию этанолового топлива, состоящего в основном из этилового спирта, который может быть получен из биомассы растительного происхождения. Различают чистый этанол (международное обозначение - Е100), содержащий исключительно этиловый спирт; и смесь этанола с бензином (чаще всего 85 % этанола с 15 % бензина; обозначение - Е85). По своим свойствам этаноловое топливо приближается к высокооктановому бензину и даже превосходит его по октановому числу (более 100) и теплотворной способности. Поэтому данный вид топлива может с успехом применяться вместо бензина. Единственный недостаток чистого этанола - его высокая коррозионная активность, требующая дополнительной защиты от коррозии топливной аппаратуры.

К агрегатам и узлам системы питания топливом бензинового двигателя предъявляются высокие требования, основные из которых:

герметичность
точность дозирования топлива
надежность
удобство в обслуживании

В настоящее время существуют два основных способа приготовления горючей смеси. Первый из них связан с использованием специального устройства - карбюратора, в котором воздух смешивается с бензином в определенной пропорции. В основу второго способа положен принудительный впрыск бензина во впускной коллектор двигателя через специальные форсунки (инжекторы). Такие двигатели часто называют инжекторными.

Независимо от способа приготовления горючей смеси ее основным показателем является соотношение между массой топлива и воздуха. Смесь при ее воспламенении должна сгорать очень быстро и полностью. Этого можно достичь лишь при хорошем смешении в определенной пропорции воздуха и паров бензина. Качество горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение действительной массы воздуха, приходящейся на 1 кг топлива в данной смеси, к теоретически необходимой, обеспечивающей полное сгорание 1 кг топлива. Если на 1 кг топлива приходится 14,8 кг воздуха, то такая смесь называется нормальной (а = 1). Если воздуха несколько больше (до 17,0 кг), смесь обедненная, и а = 1,10… 1,15. Когда воздуха больше 18 кг и а > 1,2, смесь называют бедной. Уменьшение доли воздуха в смеси (или увеличение доли топлива) называют ее обогащением. При а = 0,85… 0,90 смесь обогащенная, а при а < 0,85 - богатая.

Когда в цилиндры двигателя поступает смесь нормального состава, он работает устойчиво со средними показателями мощности и экономичности. При работе на обедненной смеси мощность двигателя несколько снижается, но заметно повышается его экономичность. На бедной смеси двигатель работает неустойчиво, его мощность падает, а удельный расход топлива возрастает, поэтому чрезмерное обеднение смеси нежелательно. При поступлении в цилиндры обогащенной смеси двигатель развивает наибольшую мощность, но и расход топлива также увеличивается. При работе на богатой смеси бензин сгорает неполностью, что приводит к снижению мощности двигателя, росту расхода топлива и появлению копоти в выпускном тракте.

Карбюраторные системы питания

Рассмотрим сначала карбюраторные системы питания, которые еще недавно были широко распространены. Они более просты и дешевы по сравнению с инжекторными, не требуют высококвалифицированного обслуживания в процессе эксплуатации и в ряде случаев более надежны.

Система питания топливом карбюраторного двигателя включает в себя топливный бак 1, фильтры грубой 2 и тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающий насос 3, карбюратор 5, впускной трубопровод 7 и топливопроводы. При работе двигателя топливо из бака 1 с помощью насоса 3 подается через фильтры 2 и 4 к карбюратору. Там оно в определенной пропорции смешивается с воздухом, поступающим из атмосферы через воздухоочиститель 6. Образовавшаяся в карбюраторе горючая смесь по впускному коллектору 7 попадает в цилиндры двигателя.

Топливные баки в силовых установках с карбюраторными двигателями аналогичны бакам систем питания дизелей. Отличием баков для бензина является лишь их лучшая герметичность, не позволяющая бензину вытечь даже при опрокидывании ТС. Для сообщения с атмосферой в крышке наливной горловины бака обычно устанавливают два клапана - впускной и выпускной. Первый из них обеспечивает поступление в бак воздуха по мере расходования топлива, а второй, нагруженный более сильной пружиной, предназначен для сообщения бака с атмосферой, когда давление в нем выше атмосферного (например, при высокой температуре окружающего воздуха).

Фильтры карбюраторных двигателей аналогичны фильтрам, применяемым в системах питания дизелей. На грузовых автомобилях устанавливаются пластинчато-щелевые и сетчатые фильтры. Для тонкой очистки используют картон и пористые керамические элементы. Кроме специальных фильтров в отдельных агрегатах системы имеются дополнительные фильтрующие сетки.

Топливоподкачивающий насос служит для принудительной подачи бензина из бака в поплавковую камеру карбюратора. На карбюраторных двигателях обычно применяют насос диафрагменного типа с приводом от эксцентрика распределительного вала.

В зависимости от режима работы двигателя карбюратор позволяет готовить смесь нормального состава (а = 1), а также обедненную и обогащенную смеси. При малых и средних нагрузках, когда не требуется развивать максимальную мощность, следует готовить в карбюраторе и подавать в цилиндры обедненную смесь. При больших нагрузках (продолжительность их действия, как правило, невелика) необходимо готовить обогащенную смесь.

Рис. Схема системы питания топливом карбюраторного двигателя:
1 - топливный бак; 2 - фильтр трубой очистки топлива; 3 - топливоподкачивающий насос; 4 - фильтр тонкой очистки; 5 - карбюратор; 6 - воздухоочиститель; 7 - впускной коллектор

В общем случае в состав карбюратора входят главное дозирующее и пусковое устройства, системы холостого хода и принудительного холостого хода, экономайзер, ускорительный насос, балансировочное устройство и ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала (у грузовых автомобилей). Карбюратор может содержать также эконостат и высотный корректор.

Главное дозирующее устройство функционирует на всех основных режимах работы двигателя при наличии разрежения в диффузоре смесительной камеры. Основными составными частями устройства являются смесительная камера с диффузором, дроссельная заслонка, поплавковая камера, топливный жиклер и трубки распылителя.

Пусковое устройств о предназначено для обеспечения пуска холодного двигателя, когда частота вращения проворачиваемого стартером коленчатого вала невелика и разрежение в диффузоре мало. В этом случае для надежного пуска необходимо подать в цилиндры сильно обогащенную смесь. Наиболее распространенным пусковым устройством является воздушная заслонка, устанавливаемая в приемном патрубке карбюратора.

Система холостого хода служит для обеспечения работы двигателя без нагрузки с малой частотой вращения коленчатого вала.

Система принудительного холостого хода позволяет экономить топливо во время движения в режиме торможения двигателем, т. е. тогда, когда водитель при включенной передаче отпускает педаль акселератора, связанную с дроссельной заслонкой карбюратора.

Экономайзер предназначен для автоматического обогащения смеси при работе двигателя с полной нагрузкой. В некоторых типах карбюраторов кроме экономайзера для обогащения смеси используют эконостат. Это устройство подает дополнительное количество топлива из поплавковой камеры в смесительную только при значительном разрежении в верхней части диффузора, что возможно лишь при полном открытии дроссельной заслонки.

Ускорительный насос обеспечивает принудительный впрыск в смесительную камеру дополнительных порций топлива при резком открытии дроссельной заслонки. Это улучшает приемистость двигателя и соответственно ТС. Если бы ускорительного насоса в карбюраторе не было, то при резком открытии заслонки, когда расход воздуха быстро растет, из-за инерционности топлива смесь в первый момент сильно обеднялась бы.

Балансировочное устройство служит для обеспечения стабильности работы карбюратора. Оно представляет собой трубку, соединяющую приемный патрубок карбюратора с воздушной полостью герметизированной (не сообщающейся с атмосферой) поплавковой камеры.

Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливается на карбюраторах грузовых автомобилей. Наиболее широко распространен ограничитель пневмоцентробежного типа.

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Рис. Схема системы питания топливом бензинового двигателя с многоточечным впрыском:
1 - топливная рампа; 2 - форсунки; 3 - регулятор давления; 4 - впускной патрубок двигателя; 5 - фильтр; 6 - замок зажигания; 7 - топливный насос; 8 - топливный бак

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

угол поворота дроссельной заслонки
степень разрежения во впускном коллекторе
частота вращения коленчатого вала
температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
концентрация кислорода в отработавших газах
атмосферное давление
напряжение аккумуляторной батареи
и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
обеспечивается лучшая приемистость двигателя
в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.

Система питания топливом (СПТ) - предназначена для подачи топлива под большим давлением в камеры сгорания цилиндров в определенные моменты времени (характеризуемые углом опережения подачи топлива) и в определенном количестве в зависимости от нагрузки двигателя.

Система питания дизельного двигателя состоит из:

Системы питания топливом (рис. 1);

Системы питания воздухом (рис. 2);

Системы вывода отработавших газов (рис. 3).

Рис. 1. Система питания топливом.

Рис. 2. Система питания воздухом Рис. 3. Системы вывода отработавших газов.

Состав СПТ: топливные баки; топливоподкачивающий насос; топливный насос низкого давления; фильтр грубой очистки (ФГО); фильтр тонкой очистки (ФТО); топливный насос высокого давления (ТНВД); форсунки; трубопроводы низкого давления; трубопроводы высокого давления; сливные трубопроводы.

Рис. 4. Состав системы питания топливом.

Принципиальная схема системы питания.

Топливо из бака через фильтр грубой очистки засасывается топливоподкачивающим насосом и через фильтр тонкой очистки по топливопроводам низкого давления подается к топливному насосу высокого давления, который в соответствии с порядком работы двигателя распределяет топливо по топливопроводам высокого давления к форсункам . Форсунки распыляют и впрыскивают топливо в камеры сгорания. Избыточное топливо, а вместе с ним и попавший в систему воздух через перепускной клапан топливного насоса высокого давления и клапан-жиклер фильтра тонкой очистки по дренажным топливопроводам отводятся в топливный бак. Топливо, просочившееся через зазор между корпусом распылителя и иглой, сливается в бак через сливные топливопроводы.

Топливный насос высокого давления предназначен для подачи в цилиндры двигателя в определенные моменты времени строго дозированных порций топлива под высоким давлением.

В корпусе установлены восемь секций, каждая состоит из корпуса, втулки плунжера, плунжера, поворотной втулки, нагнетательного клапана, прижатого через уплотнительную прокладку к втулке плунжера штуцером. Плунжер совершает возвратно-поступательное движение под действием кулачка вала и пружины. Толкатель от проворачивания в корпусе зафиксирован сухарем. Кулачковый вал вращается в подшипниках, установленных в крышках и прикрепленных к корпусу насоса. Осевой зазор кулачкового вала регулируется прокладками. Величина зазора должна быть не более 0,1 мм.

Для увеличения подачи топлива плунжер поворачивают втулкой, соединенной через ось поводка с рейкой насоса. Рейка перемещается в направляющих втулках. Выступающий ее конец закрыт пробкой. С противоположной стороны насоса находится болт, регулирующий подачу топлива всеми секциями насоса. Этот болт закрыт пробкой и запломбирован.

Топливо к насосу подводится через специальный штуцер, к которому болтом крепится трубка низкого давления. Далее по каналам в корпусе оно поступает к впускным отверстиям втулок плунжеров .

На переднем торце корпуса, на выходе топлива из насоса, установлен перепускной клапан, открытие которого происходит при давлении 0,6-0,8 кгс/см2. Давление открытия клапана регулируется подбором регулировочных шайб внутри пробки клапана.

Смазка насоса циркуляционная, пульсирующая, под давлением от общей системы смазки двигателя.

Топливные баки (рис. 5). Каждый бак состоит из корпуса, заливной горловины и выдвижной трубы с сетчатым фильтром. Заливная горловина закрывается герметичной крышкой 6 с прокладкой. С целью увеличения жесткости бака, а также уменьшения взбалтывания топлива и образования пены в баке имеются перегородки.

Рис. 5. Топливный бак:

I-III - положение крана соответственно при отключенных баках, включенном правом баке, включенном левом баке; 1 - трубка слива топлива в бак; 2 - топливораспределительный кран на линии слива; 3 - топливораспределительный кран на линии подачи топлива; 4 - фланец; 5 - топливозаборная трубка с сетчатым фильтром; 6 - крышка; 7 - заливная горловина; 8 - корпус; 9 - перегородка; 10 - дно; 11 - пробка сливного крана

В нижней части бака имеется пробка сливного крана для слива отстоя. В верхней части левого бака устанавливается топливораспределительный кран, предназначенный для включения подачи топлива из правого бака или левого, а также для отключения баков, и топливораспределительный кран на линии слива, обеспечивающий слив топлива либо в правый, либо в левый бак. Топливораспределительные краны имеют три положения. Для включения подачи топлива из правого бака необходимо установить краны в положение II, из левого бака - в положение III, для отключения баков топливораспределительный кран на линии подачи топлива установить в положение I.

Ручной подкачивающий насос - для предварительного заполнения системы питания топливом и удаления из нее воздуха.

Фильтр грубой очистки топлива КамАЗ-740 - отстойник предварительно очищающий топливо, поступающее в топливоподкачивающий насос низкого давления. Он установлен с левой стороны автомобиля на раме (рис. 6).

Рис. 6. Фильтр грубой очистки топлива дизеля Камаз-740

Фильтр грубой очистки топлива дизеля ЯМЗ-238 (рис. 7) состоит из крышки, корпуса и фильтрующего элемента. Корпус и крышка соединяются четырьмя болтами. Уплотнение между ними обеспечивается резиновой прокладкой. На корпусе имеется пробка сливного отверстия с прокладкой. Фильтр состоит из металлического каркаса с отверстиями, на который навит ворсистый хлопковый шнур.

Рис. 7. Фильтр грубой очистки топлива дизеля ЯМЗ-238

Для центровки фильтрующего элемента имеются розетка, приваренная к корпусу, и выступ на крышке. Фильтрующий элемент плотно зажимается по торцам между крышкой и дном корпуса. Отверстие в крышке, закрытое пробкой с прокладкой, служит для заполнения фильтра топливом.

Фильтр тонкой очистки топлива (рис. 8, 9) окончательно очищает топливо перед поступлением в топливный насос высокого давления, установлен в самой высокой точке системы питания для сбора и удаления в бак проникшего в систему питания воздуха вместе с частью топлива через клапан-жиклер.

Для повышения качества очистки топлива фильтр тонкой очистки снабжен двумя параллельно работающими сменными фильтрующими элементами, изготовленными из специальной бумаги и установленными в одном сдвоенном корпусе.

Фильтр тонкой очистки топлива дизеля ЯМЗ-238 состоит из корпуса с приваренным к нему стержнем, крышки и фильтрующего элемента. Сменный фильтрующий элемент состоит из перфорированного металлического каркаса, на котором сформована фильтрующая масса.

Рис. 8. Фильтр тонкой очистки топлива дизеля КамАЗ-740

1 - корпус; 2 - болт; 3 - уплотнительная шайба; 4 - пробка; 5 и 6 - прокладки; 7 - фильтрующий элемент; 8 - колпак; 9 - пружина фильтрующего элемента; 10 - пробка сливного отверстия; 11 - стержень

Рис. 9. Фильтр тонкой очистки топлива дизеля ЯМЗ-238

1 - пробка сливного отверстия; 2 - прокладка; 3 - пружина; 4 - шайба; 5 - прокладка; 6 - фильтрующий элемент; 7 - корпус; 8 - стержень; 9 - прокладка: 10 - крышка: 11 - коническая пробка; 12 - прокладка: 13 - жиклер; 14 - болт; 15 - прокладка; 16 - прокладка

Топливоподкачивающий насос . Насос по конструкции одинаковый для дизеля КамАЗ-740.11 и для ЯМЗ-238, он предназначен для подачи топлива из топливного бака к насосу высокого давления. Топливоподкачивающий насос поршневого типа приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала насоса высокого давления. Насос установлен на корпусе ТНВД.

Рис. 10. Схемы топливоподкачивающего и топливопрокачивающего насосов: (СЛАЙД № 11)

А - полость нагнетания топливоподкачивающего насоса; Б - полость всасывания топливоподкачивающего насоса; В - к фильтру тонкой очистки топлива; Г - полость всасывания топливопрокачивающего насоса; Д - от фильтра грубой очистки топлива; 1 - поршень; 2 - впускной клапан; 3, 7 - пружины клапанов; 4 - пружина поршня; 5 - насос топливоподкачивающий; 6 - нагнетательный клапан; 8 - пружина толкателя; 9 - эксцентрик; 10 - толкатель; 11 - нагнетательный клапан; 12 - впускной клапан; 13 - пружина; 14 - топливопрокачивающий насос; 15 - поршень

Топливоподкачивающий ручной насос служит для заполнения системы питания топливом и удаления из нее воздуха. Насос поршневого типа, закреплен на фланце топливного насоса низкого давления болтом с уплотнительной медной шайбой или на фильтре тонкой очистки топлива. Насос состоит из корпуса, поршня, цилиндра, рукоятки в сборе со штоком, опорной тарелки и уплотнения.

При движении поршня 15 вниз впускной клапан 12 закрывается и открывается нагнетательный клапан 11, топливо под давлением поступает в нагнетательную магистраль, обеспечивая удаление воздуха из топливной системы двигателя через клапан 2 фильтра тонкой очистки топлива и перепускной клапан топливного насоса высокого давления.

После прокачивания системы необходимо опустить поршень15 и зафиксировать его поворотом по часовой стрелке. При этом поршень прижимается к торцу цилиндра через резиновую прокладку, уплотнив полость всасывания насоса предпусковой прокачки топлива.

После прокачки рукоятку необходимо навернуть на верхний резьбовой хвостовик цилиндра. При этом поршень прижмется к резиновой прокладке, уплотнив всасывающую полость топливного насоса низкого давления. На многих модификациях автомобилей семейства КамАЗ установлен второй однотипный насос ручной подкачки топлива. Он позволяет подкачивать топливо без опрокидывания кабины, поскольку закреплен через кронштейн на картере

На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.

Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.

Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).

Основным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

положения коленвала;
массового расхода воздуха;
положения дроссельной заслонки;
детонации;
температуры ОЖ;
давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

электрический топливный насос;
топливные магистрали;
фильтр;
регулятор давления;
топливная рампа;
форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная ).

На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:

Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.

Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.

Обратная связь с датчиками

Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.

Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.

На разных режимах обратная связь работает так:

Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.

Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.

Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.

Autoleek

Система питания автомобиля используется для подготовки топливной смеси. Она состоит из двух элементов: топлива и воздуха. Система питания двигателя выполняет сразу несколько задач: очищение элементов смеси, получение смеси и ее подача к элементам двигателя. В зависимости от используемой системы питания автомобиля различается состав горючей смеси.

Типы систем питания

Различают следующие виды систем питания двигателя, отличающиеся местом образования смеси:

внутри двигательных цилиндров;
вне двигательных цилиндров.

Топливная система автомобиля при образовании смеси за пределами цилиндра разделяется на:

топливную систему с карбюратором
с использованием одной форсунки (с моно впрыском)
инжекторную

Назначение и состав топливной смеси

Для бесперебойной работы двигателя автомобиля необходима определенная топливная смесь. Она состоит из воздуха и топлива, смешанных по определенной пропорции. Каждая из этих смесей характеризуется количеством воздуха, приходящегося на единицу топлива (бензина).

Для обогащенной смеси характерно наличие 13-15 частей воздуха, приходящихся на часть топлива. Такая смесь подается при средних нагрузках.

Богатая смесь содержит менее 13 частей воздуха. Применяется при больших нагрузках. Наблюдается увеличенный расход бензина.

У нормальной смеси характерно наличие 15 частей воздуха на часть топлива.
Обедненная смесь содержит 15-17 частей воздуха и применяется при средних нагрузках. Обеспечивается экономный расход топлива. Бедная смесь содержит более 17 частей воздуха.

Общее устройство системы питания

В системе питания двигателя имеются следующие основные части:

бак для топлива. Служит для хранения топлива, содержит насос для закачки топлива и иногда фильтр. Имеет компактные размеры
топливопровод. Это устройство обеспечивает поступление топлива в специальное смесеобразующее устройство. Состоит из различных шлангов и трубок
устройство смесеобразования. Предназначено для получения топливной смеси и подачи в двигатель. Такими устройствами могут быть инжекторная система, моновпрыск, карбюратор
блок управления (для инжекторов). Состоит из электронного блока, управляющего работой системы смешения и сигнализирующего о возникающих сбоях в работе
топливный насос. Необходим для поступления топлива в топливопровод
фильтры для очистки. Необходимы для получения чистых составляющих смеси

Карбюраторная система подачи топлива

Эта система отличительна тем, что смесеобразование происходит в специальном устройстве – карбюраторе. Из него смесь попадает в нужной концентрации в двигатель. Устройство системы питания двигателя содержит такие элементы: бак для топлива, очищающие фильтры для топлива, насос, фильтр для воздуха, два трубопровода: впускной и выпускной, карбюратор.

Схема системы питания двигателя реализуется так. В баке находится топливо, которое будет использоваться для подачи в . Оно попадает в карбюратор через топливопровод. Процесс подачи может быть реализован с помощью насоса или естественным способом с помощью самотека.

Чтобы топливная подача осуществлялась в камеру карбюратора самотеком, то его (карбюратор) необходимо размещать ниже топливного бака. Такую схему не всегда можно реализовать в автомобиле. А вот использование насоса дает возможность не зависеть от положения бака относительно карбюратора.

Топливный фильтр очищает топливо. Благодаря ему из топлива удаляются механические частички и вода. Воздух попадает в камеру карбюратора через специальный фильтр для воздуха, очищающий его от частиц пыли. В камере происходит смешение двух очищенных составляющих смеси. Попадая в карбюратор, топливо поступает в поплавковую камеру. А после направляется в камеру смесеобразования, где соединяется с воздухом. Через дроссельную заслонку смесь поступает во впускной коллектор. Отсюда она направляется к цилиндрам.

После отработки смеси газы из цилиндров удаляются с помощью выпускного коллектора. Далее из коллектора они направляются в глушитель, который подавляет их шум. Из него они поступают в атмосферу.

Подробно об инжекторной системе

В конце прошлого столетия карбюраторные системы питания стали интенсивно заменяться новыми системами, работающими на инжекторах. И не просто так. Такое устройство системы питания двигателя обладало рядом преимуществ: меньшая зависимость от свойств окружающей среды, экономная и надежная работа, выхлопы менее токсичны. Но у них есть недостаток – это высокая чувствительность к качеству бензина. Если этого не соблюдать, то могут возникнуть неполадки в работе некоторых элементов системы.

«Инжектор» переводится с английского, как форсунка. Одноточечная (моновпрысковая) схема системы питания двигателя выглядит так: топливо подается на форсунку. Электронный блок подает на нее сигналы, и форсунка открывается в нужный момент. Топливо направляется в камеру смесеобразования. Далее все происходит как в карбюраторной системе: образуется смесь. Затем она проходит впускной клапан и попадает в цилиндры двигателя.

Устройство системы питания двигателя, организованное с помощью инжекторов, следующее. Эта система характеризуется наличием нескольких форсунок. Данные устройства получают сигналы от специального электронного блока и открываются. Все эти форсунки соединены друг с другом с помощью топливопровода. В нем всегда имеется в наличии топливо. Лишнее топливо удаляется по обратному топливопроводу назад в бак.

Электронасос подает топливо в рампу, где образуется избыточное давление. Блок управления направляет сигнал на форсунки, и, они открываются. Топливо впрыскивается во впускной коллектор. Воздух, проходя дроссельный узел, попадает туда же. Полученная смесь поступает в двигатель. Количество необходимой смеси регулируется с помощью открытия дроссельной заслонки. Как только такт впрыска заканчивается, форсунки снова закрываются, прекращается подача топлива.

Внешний вид карбюратора :
1 - блок подогрева зоны дроссельной заслонки;
2 - штуцер вентиляции картера двигателя;
3 - крышка ускорительного насоса;
4 - электромагнитный запорный клапан;
5 - крышка карбюратора;
6 - шпилька крепления воздушного фильтра;
7 - рычаг управления воздушной заслонкой;
8 - крышка пускового устройства;
9 - сектор рычага привода дроссельных заслонок;
10 - колодка провода датчика-винта ЭПХХ;
11 - регулировочный винт количества смеси холостого хода;
12 - крышка экономайзера;
13 - корпус карбюратора;
14 - штуцер подачи топлива;
15 - штуцер отвода топлива;
16 - регулировочный винт качества смеси холостого хода (по стрелке);
17 - штуцер для подачи разрежения к вакуумному регулятору зажигания

Для работы двигателя необходимо приготовить горючую смесь воздуха и паров топлива, которая должна быть гомогенной , т. е. хорошо перемешанной и иметь определенный состав, чтобы обеспечить наиболее эффективное сгорание. Система питания бензинового ДВС с искровым зажиганием служит для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя и удаления из цилиндров отработавших газов.
Процесс приготовления горючей смеси называют карбюрацией . Долгое время в качестве основного устройства для приготовления смеси бензина и воздуха и подачи ее в цилиндры двигателя использовался агрегат, называемый карбюратором.

Принцип работы простейшего карбюратора :
1 - топливопровод;
2 - игольчатый клапан;
3 - отверстие в крышке поплавковой камеры;
4 - распылитель;
5 - воздушная заслонка;
6 - диффузор;
7 - дроссельная заслонка;
8 - смесительная камера;
9 - топливный жиклер;
10 - поплавок;
11 - поплавковая камера
В простейшем карбюраторе топливо находится в поплавковой камере, где поддерживается постоянный уровень топлива. Поплавковая камера связана каналом со смесительной камерой карбюратора. В смесительной камере имеется диффузор - местное сужение камеры. Диффузор дает возможность увеличить скорость проходящего через смесительную камеру воздуха. В самую узкую часть диффузора выведен распылитель , соединенный каналом с поплавковой камерой. В нижней части смесительной камеры имеется дроссельная заслонка , которая поворачивается при нажатии водителем педали «газа».
Когда двигатель работает, через смеситель карбюратора проходит воздух. В диффузоре скорость воздуха увеличивается, а перед распылителем образуется разрежение, которое приводит к стеканию топлива в смесительную камеру, где оно смешивается с воздухом. Таким образом, карбюратор, работающий по принципу пульверизатора, создает топливно-воздушную горючую смесь . Нажимая педаль «газа», водитель поворачивает дроссельную заслонку карбюратора, изменяет количество смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, его мощность и обороты.
Из-за того что бензин и воздух имеют различную плотность, при повороте дроссельной заслонки изменяется не только количество подаваемой в камеры сгорания горючей смеси, но и соотношение между количеством топлива и воздуха в ней. Для полного сгорания топлива смесь должна быть стехиометрической .
При пуске холодного двигателя необходимо обогащать смесь, поскольку конденсация топлива на холодных поверхностях камеры сгорания ухудшает пусковые свойства двигателя. Некоторое обогащение горючей смеси требуется при работе на холостом ходу, при необходимости получения максимальной мощности, резких ускорениях автомобиля.
По принципу своей работы простейший карбюратор по мере открытия дроссельной заслонки постоянно обогащает топливно-воздушную смесь, поэтому его невозможно использовать для реальных двигателей автомобилей. Для автомобильных двигателей используются карбюраторы, имеющие несколько специальных систем и устройств: систему пуска (воздушная заслонка), систему холостого хода, экономайзер или эконостат, ускорительный насос и др.
По мере повышения требований к экономии топлива и снижению токсичности отработавших газов карбюраторы существенно усложнялись, в последних вариантах карбюраторов появились даже электронные устройства.