В карбюраторном двигателе в качестве топлива применяется бензин. Бензин представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость, которая получается из нефти путем прямой перегонки, или крекинга. Бензин является одним из главных компонентов горючей смеси. При нормальных условиях сгорания рабочей смеси происходит постепенное увеличение давления в цилиндрах двигателя. При применении топлива более низкого качества, чем этого требуют технические параметры автомобильного двигателя, скорость сгорания рабочей смеси может увеличиться в 100 раз и составлять 2000 м/с, такое быстрое сгорание смеси называют детонацией. Склонность бензина к детонации условно характеризуется октановым числом, чем выше октановое число бензина, тем менее он склонен к детонации. Бензин с более высоким октановым числом применяют в автомобильных двигателях с более высокой степенью сжатия. Для снижения детонации в бензин добавляют этиловую жидкость.
В цилиндрах автомобильного двигателя рабочий процесс протекает достаточно быстро. Например, если коленчатый вал вращается со скоростью 2000 об./мин., то каждый такт совершается за 0,015 с. Для этого необходимо, чтобы скорость сгорания топлива составляла 25-30 м/с. Однако горение топлива в камере сгорания происходит медленнее. Для того чтобы повысить скорость сгорания, топливо размельчается на мельчайшие частицы и смешивается с воздухом. Установлено, что для нормального сгорания 1 кг топлива необходимо 15 кг воздуха, смесь с таким соотношением (1:15) называется нормальной. Однако при таком соотношении не происходит полного сгорания топлива. Для полного сгорания топлива необходимо больше воздуха и соотношение топлива к воздуху должно быть 1:18. Такая смесь называется обедненной. При увеличении соотношения скорость сгорания резко снижается, и при соотношении 1:20 воспламенения не происходит вообще. Но наибольшая мощность двигателя достигается при соотношении 1:13, в этом случае скорость сгорания близка к оптимальной. Такая смесь называется обогащенной. При таком составе смеси не происходит полного сгорания топлива, поэтому с увеличением мощности увеличивается расход топлива.
При работе двигателя выделяют следующие режимы:
1) пуск холодного двигателя;
2) работа на малой частоте вращения коленчатого вала (режим холостого хода);
3) работа при частичных (средних) нагрузках;
4) работа при полных нагрузках;
5) работа при резком увеличении нагрузки или частоты вращения коленчатого вала (разгон).
При каждом отдельном режиме состав горючей смеси должен быть разным.
Система питания двигателя предназначена Для приготовления и подачи в камеры сгорания горючей смеси, кроме этого система питания регулирует количество и состав рабочей смеси.
Система питания карбюраторного двигателя
включает в себя следующие элементы:
1) топливный бак;
2) топливопроводы;
3) топливные фильтры;
4) топливный насос;
5) карбюратор;
6) воздушный фильтр;
7) выпускной коллектор:
8) впускной коллектор;
9) глушитель шума выпуска отработанных газов.
На современных автомобилях вместо карбюраторных систем питания все чаще применяют инжекторные системы впрыска топлива . На двигателях легковых автомобилей может быть установлена система распределительного впрыска топлива или система центрального одноточечного впрыска топлива.
Инжекторные системы впрыска топлива
имеют ряд преимуществ перед карбюраторными системами питания:
1) отсутствие добавочного сопротивления потоку воздуха в виде диффузора карбюратора, что способствует лучшему наполнению камер сгорания цилиндров и получению более высокой мощности;
2) улучшение продувки цилиндров за счет использования возможности более длительного периода перекрытия клапанов (при одновременно открытых впускных и выпускных клапанах);
3) улучшение качества приготовления рабочей смеси за счет продувки камер сгорания чистым воздухом без примеси паров топлива;
4) более точное распределение топлива по цилиндрам, что дает возможность использования бензина с более низким октановым числом;
5) более точный подбор состава рабочей смеси на всех стадиях работы двигателя с учетом его технического состояния.
Кроме достоинств инжекторная система имеет один существенный недостаток. Инжекторная система впрыска топлива имеет более высокую степень сложности изготовления деталей, а также эта система включает в себя множество электронных компонентов, что приводит к удорожанию автомобиля и к сложности его обслуживания.
Система распределительного впрыска топлива является наиболее современной и совершенной. Основным функциональным элементом этой системы является электронный блок управления (ЭБУ). ЭБУ по существу представляет собой бортовой компьютер автомобиля. ЭБУ осуществляет оптимальное управление механизмами и системами двигателя, обеспечивает наиболее экономичную и эффективную работу двигателя с максимальной защитой окружающей среды на всех режимах.
Система распределительного впрыска топлива состоит из:
1) подсистемы подачи воздуха с дроссельной заслонкой;
2) подсистемы подачи топлива с форсунками по одной на каждый цилиндр;
3) системы дожигания доработанных газов;
4) системы улавливания и сжижения паров бензина.
Кроме управляющих функций ЭБУ имеет функции самообучения, функции диагностики и самодиагностики, а также он закладывает в память предыдущие параметры и характеристики работы двигателя, изменение его технического состояния.
Система центрального одноточечного впрыска топлива отличается от системы распределительного впрыска тем, что в ней отсутствует отдельный для каждого цилиндра (распределительный) впрыск бензина. Подача топлива в этой системе осуществляется при помощи центрального модуля впрыска с одной электромагнитной форсункой. Регулировка подачи топливовоздушной смеси осуществляется дроссельной заслонкой. Распределение рабочей смеси по цилиндрам осуществляется, как и в карбюраторной системе питания. Остальные элементы и функции данной системы питания такие же, как и в системе распределительного впрыска.
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
сервиса и экономики
Автотранспортные средства
«Конструкция и работа системы питания бензинового двигателя»
Выполнил студент 3-ого курса
Специальность 100.101
Иванов В.И.
Санкт-Петербург
Введение
1. Работа двигателей на рабочей смеси
2. Система питания карбюраторного двигателя
3. Конструкция и работа системы питания карбюраторного двигателя
4. Система питания бензинового двигателя с впрыском топлива
5. Техника безопасности
Список использованной литературы
Введение
Системой питания называется совокупность приборов и устройств, обеспечивающих подачу топлива и воздуха к цилиндрам двигателя и отвод от цилиндров отработавших газов.
Система питания служит для приготовления горючей смеси, необходимой для работы двигателя.
Горючей называется смесь топлива и воздуха в определенных пропорциях.
1.Работа двигателей на рабочей смеси
Рабочей называется смесь топлива, воздуха и отработавших газов, образующаяся в цилиндрах при работе двигателя.
В зависимости от места и способа приготовления горючей смеси двигатели автомобилей могут иметь различные системы питания (рис. 1).
Рис. 1. Типы систем питания двигателей, классифицированных по различным признакам
Система питания с приготовлением горючей смеси в специальном приборе - карбюраторе - применяется в бензиновых двигателях, которые называются карбюраторными. Для приготовления горючей смеси в карбюраторе используется пульверизационный способ. При этом способе капельки бензина, попадая из распылителя в движущийся со скоростью 50... 150 м/с поток воздуха в смесительной камере карбюратора, размельчаются, испаряются и, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь. Полученная горючая смесь поступает в цилиндры двигателя.
Система питания с приготовлением горючей смеси во впускном трубопроводе также применяется в бензиновых двигателях. Для приготовления горючей смеси в быстро движущийся поток воздуха во впускном трубопроводе под давлением из форсунок впрыскивается мелкораспыленное топливо. Топливо перемешивается с воздухом, и образованная горючая смесь поступает в цилиндры двигателя.
Система питания с приготовлением горючей смеси непосредственно в цилиндрах двигателя применяется как в дизелях, так и в бензиновых двигателях. Приготовление горючей смеси происходит внутри цилиндров двигателя путем впрыска из форсунок под давлением мелкораспыленного топлива в сжимаемый в цилиндрах воздух. При этом, если в дизелях происходит самовоспламенение образованной рабочей смеси от сжатия, то в бензиновых двигателях рабочая смесь в цилиндрах воспламеняется принудительно от свечей зажигания. Система питания с впрыском топлива обеспечивает лучшее наполнение цилиндров двигателя горючей смесью и лучшую их очистку от отработавших газов. При этом впрыск топлива позволяет повысить степень сжатия и максимальную мощность у бензиновых двигателей, уменьшить расход топлива и снизить токсичность отработавших газов. Однако системы питания с впрыском топлива сложнее по конструкции и по обслуживанию в эксплуатации.
2. Система питания карбюраторного двигателя
Топливо. Для бензиновых двигателей автомобилей топливом является бензин различных марок - А-80, АИ-93, АИ-95, АИ-98, где буква А означает автомобильный; И - метод определения октанового числа бензина (исследовательский); 93, 95, 98 - октановое число, характеризующее стойкость бензина против детонации. Чем выше октановое число, тем выше может быть степень сжатия двигателя.
Детонация - процесс сгорания рабочей смеси с взрывом ее отдельных объемов в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, в то время как при нормальном сгорании рабочей смеси скорость распространения пламени 30...40 м/с. Сгорание при детонации приобретает взрывной характер. Ударная волна распространяется в цилиндрах двигателя со сверхзвуковой скоростью. Резко повышается давление газов и ухудшаются показатели двигателя по мощности и экономичности. Появляются звонкие стуки в двигателе, черный дым из глушителя, и происходит перегрев двигателя. При этом быстро изнашиваются детали кривошипно-шатунного механизма и обгорают головки клапанов.
Для повышения антидетонационных свойств в бензины добавляют антидетонатор ТЭС - тетраэтилсвинец. Такие бензины называются этилированными, они имеют отличительные обозначение и окраску - АИ-93-этил (оранжево-красного цвета) и АИ-98-этил (синего цвета). Этилированные бензины очень ядовиты, и при обращении с ними необходимо соблюдать осторожность - не применять для мытья рук и деталей, не засасывать ртом при переливании и т. п.
Использование этилированных бензинов для автомобилей в крупных городах запрещено.
3. Конструкция и работа системы питания карбюраторного двигателя
Система питания двигателя автомобиля состоит из топливного бака, топливного насоса, воздушного фильтра, карбюратора, топливопроводов, впускного и выпускного трубопроводов, трубы глушителей, основного и дополнительного глушителей (рис. 2).
Топливо из бака 6 подается насосом 7 по топливопроводам 5 в карбюратор 4. Через воздушный фильтр 1 в карбюратор поступает воздух. Приготовленная в карбюраторе горючая смесь подается в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу 2. Отработавшие газы отводятся из цилиндров двигателя в окружающую среду через выпускной трубопровод 3, трубу 8 глушителей, основной 10 и дополнительный 9 глушители.
Рис. 2. Система питания двигателя:
1 - воздушный фильтр; 2,3 - трубопроводы; 4 - карбюратор; 5 - топливопровод; 6 - бак; 7 - насос; 8 - труба; 9, 10 - глушители
В системе питания двигателя часто установлен фильтр тонкой очистки топлива. Топливный бак соединен шлангом с сепаратором (специальным устройством), служащим для конденсации паров бензина, и сливным трубопроводом с карбюратором. На шланге сепаратора и сливном трубопроводе установлены обратные клапаны. Один клапан исключает слив топлива из бака через карбюратор при опрокидывании автомобиля, а другой клапан связывает внутреннюю полость бака с атмосферой. Топливо подается в систему с обратным сливом его части из карбюратора (через калиброванное отверстие) в топливный бак, что обеспечивает постоянную циркуляцию топлива в системе. Постоянная циркуляция топлива исключает воздушные пробки в системе, улучшает ее работу и способствует дополнительному охлаждению двигателя.
Топливный бак служит для хранения запаса топлива, необходимого для определенного пробега автомобиля. На автомобилях применяют сварные, штампованные из стали топливные баки с покрытием из свинца для предохранения от коррозии, или пластмассовые. Наполненный бензином бак обеспечивает пробег автомобиля 350...400 км.
Топливный бак (рис. 3) сварен из двух корытообразных половин 1. В верхней части бак имеет наливную горловину, состоящую из приемной 13 и наливной 10 труб с уплотнителем 8 и резинового соединительного шланга 11. Наливная горловина закрывается резьбовой герметичной пробкой 6 с прокладкой 7. В нижней части бака находится сливное отверстие с резьбовой пробкой 14. Количество топлива в баке контролируют указателем, датчик 3 которого установлен внутри бака. Топливо забирается из бака через топливоприемную трубку 2, имеющую сетчатый фильтр, и через шланг 4 и топливопровод 5 поступает в топливный насос. Связь внутренней полости бака с окружающей средой и ее вентиляция осуществляются через воздушную 12 и вентиляционную 9 трубки.
Рис. 3. Топливный бак:
1 - половина бака; 2, 9, 12 - трубки; 3 - датчик; 4, 11 - шланги; 5 - топливопровод; 6, 14 - пробки; 7 - прокладка; 8 - уплотнитель; 10, 13 - трубы
В топливных баках автомобилей часто для увеличения жесткости и уменьшения колебаний топлива при движении внутри имеются специальные перегородки. Кроме того, в нижней части бака размещается противоотливное устройство, изготовленное в виде стакана диаметром 150 и высотой 80 мм. Это устройство предназначено для исключения перебоев в работе двигателя и его остановки при резком трогании с места или резком торможении, а также при движении автомобиля на больших скоростях на поворотах.
Форма топливного бака во многом зависит от его размещения на автомобиле. Бак может располагаться под полом кузова, в багажнике, под задним и за задним сиденьем, т.е. в местах, более защищенных от ударов при столкновениях. Прикрепляется топливный бак к кузову автомобиля.
Топливный насос служит для подачи топлива из топливного бака в карбюратор. На двигателях автомобилей устанавливают топливные насосы саморегулирующиеся, диафрагменного типа.
В топливном насосе (рис. 4) между верхней 7 (с крышкой 9) и нижней 1 частями корпуса установлен блок диафрагм 3, который соединен со штоком 11. Шток охватывается вильчатым концом балансира 15 рычага 16 привода насоса. На штоке установлена пружина 2 блока диафрагм. В верхней части корпуса насоса находятся всасывающий 10 и нагнетательный 4 клапаны. Привод насоса осуществляется толкателем от эксцентрика вала привода масляного насоса. Под воздействием эксцентрика толкатель нажимает на верхнюю часть рычага 16, а балансир 15 через шток 11 перемещает блок диафрагм 3 вниз. При этом пружина 2 сжимается. Объем полости над блоком диафрагм увеличивается, и топливо под действием разрежения из бака поступает в насос через всасывающий патрубок 8, сетчатый фильтр б и всасывающий клапан 10. Нагнетательный клапан насоса при этом закрыт. Вверх блок диафрагм перемещается под действием пружины 2, когда балансир 15 не удерживает шток 11.
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.
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.
Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания на одной заправке топливом может проехать 500–600 и более километров. Это расстояние называется запасом хода автомобиля. Конечно, максимальный пробег машины "на одном баке" зависит от многих факторов, но основным из них является правильная работа системы питания двигателя. Система питания двигателя предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. На различных режимах работы двигателя количество и качество горючей смеси должно быть различным, и это тоже обеспечивается системой питания.
Поскольку в этой книге мы рассматриваем работу бензинового двигателя, то в дальнейшем под топливом будет подразумеваться именно бензин.
Рис. 13. Схема расположения элементов системы питания карбюраторного двигателя: 1 – заливная горловина с пробкой; 2 – топливный бак; 3 – датчик указателя уровня топлива с поплавком; 4 – топливозаборник с фильтром; 5 – топливопроводы; 6 – фильтр тонкой очистки топлива; 7 – топливный насос; 8 – поплавковая камера карбюратора с поплавком; 9 – воздушный фильтр; 10 – смесительная камера карбюратора; 11 – впускной клапан; 12 – впускной трубопровод; 13 – камера сгорания
Система питания состоит из (рис. 13):
· топливного бака;
· топливопроводов;
· фильтров очистки топлива;
· топливного насоса;
· воздушного фильтра;
· карбюратора.
Топливный бак – это емкость для хранения топлива. Обычно он размещается в задней, более безопасной при аварии части автомобиля. От топливного бака к карбюратору бензин поступает по топливопроводам, которые тянутся вдоль всего автомобиля, как правило, под днищем кузова.
Первая ступень очистки топлива – это сетка на топливозаборнике внутри бака. Она не дает возможности содержащимся в бензине крупным примесям и воде попасть в систему питания двигателя.
Количество бензина в баке водитель может контролировать по показаниям указателя уровня топлива, расположенного на щитке приборов (см. рис. 67).
Емкость топливного бака среднестатистического легкового автомобиля обычно составляет 40–50 литров. Когда уровень бензина в баке уменьшается до 5–9 литров, на щитке приборов загорается соответствующая желтая (или красная) лампочка – лампа резерва топлива. Это сигнал водителю о том, что пора подумать о заправке.
Топливный фильтр (как правило, устанавливается самостоятельно) – второй этап очистки топлива. Фильтр располагается в моторном отсеке и предназначен для тонкой очистки бензина, поступающего к топливному насосу (возможна установка фильтра и после насоса). Обычно применяется неразборный фильтр, при загрязнении которого требуется его замена.
Топливный насос – предназначен для принудительной подачи топлива из бака в карбюратор.
Насос состоит из (рис. 14): корпуса, диафрагмы с пружиной и механизмом привода, впускного и нагнетательного (выпускного) клапанов. В нем также находится сетчатый фильтр для очередной третьей ступени очистки бензина.
Рис. 14. Схема работы топливного насоса: 1 – нагнетательный патрубок; 2 – стяжной болт; 3 – крышка; 4 – всасывающий патрубок; 5 – впускной клапан с пружиной; 6 – корпус; 7 – диафрагма насоса; 8 – рычаг ручной подкачки; 9 – тяга; 10 – рычаг механической подкачки; 11 – пружина; 12 – шток; 13 – эксцентрик; 14 – нагнетательный клапан с пружиной; 15 – фильтр очистки топлива.
Топливный насос приводится в действие от валика привода масляного насоса или от распределительного вала двигателя. При вращении вышеуказанных валов, имеющийся на них эксцентрик набегает на шток привода топливного насоса. Шток начинает давить на рычаг, а тот, в свою очередь, заставляет диафрагму опускаться вниз. Над диафрагмой создается разряжение и впускной клапан, преодолевая усилие пружины, открывается. Порция топлива из бака засасывается в пространство над диафрагмой.
При сбегании эксцентрика со штока диафрагма освобождается от воздействия рычага и за счет жесткости пружины поднимается вверх. Возникающее при этом давление закрывает впускной клапан и открывает нагнетательный. Бензин над диафрагмой поступает к карбюратору. При очередном набегании эксцентрика на шток процесс повторяется.
Обратите внимание на то, что подача бензина в карбюратор происходит лишь за счет усилия пружины, которая поднимает диафрагму. Это означает, что когда поплавковая камера карбюратора будет заполнена и игольчатый клапан (см. рис. 16) перекроет путь бензину, диафрагма топливного насоса останется в нижнем положении. До тех пор, пока двигатель не израсходует часть топлива из карбюратора, пружина будет не в состоянии "вытолкнуть" из насоса очередную порцию бензина.
Так как топливный бак расположен ниже карбюратора, то возникает необходимость в принудительной подаче бензина. Если предположить, что бак находится на крыше автомобиля, то потребность в насосе отпадает. В этом случае бензин будет поступать в карбюратор самотеком, что и используют некоторые водители в "безвыходной" ситуации при отказе насоса в работе. Закрепив канистру с бензином в положении, явно выше карбюратора и соединив их между собой, можно продолжить поездку (не забывая при этом правил противопожарной безопасности).
Воздушный фильтр (рис. 15) – необходим для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Фильтр устанавливается на верхней части воздушной горловины карбюратора.
Рис. 15. Воздушный фильтр: 1 – крышка; 2 – фильтрующий элемент; 3 – корпус; 4 – воздухозаборник.
При загрязнении фильтра возрастает сопротивление движению воздуха, что может привести к повышенному расходу топлива, так как горючая смесь будет слишком обогащаться бензином. Чем это грозит кроме лишних финансовых затрат, вы узнаете через несколько страниц.
Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. В зависимости от режима работы двигателя карбюратор меняет качество (соотношение бензина и воздуха) и количество смеси.
Карбюратор, это одно из самых сложных устройств автомобиля. Он состоит из множества деталей и имеет несколько систем, которые принимают участие в приготовлении горючей смеси, обеспечивая бесперебойную работу двигателя. Давайте разберемся с устройством и принципом работы карбюратора на несколько упрощенной схеме.
Рис. 16. Схема устройства и работы простейшего карбюратора: 1 – топливная трубка; 2 – поплавок с игольчатым клапаном; 3 – отверстие для связи поплавковой камеры с атмосферой; 4 – воздушная заслонка; 5 – распылитель 6 – диффузор; 7 – дроссельная заслонка; 8 – корпус карбюратора; 9 – топливный жиклер.
Простейший карбюратор состоит из (рис. 16):
· поплавковой камеры;
· поплавка с игольчатым запорным клапаном;
· распылителя;
· смесительной камеры;
· диффузора;
· воздушной и дроссельной заслонок;
· топливных и воздушных каналов с жиклерами.
При движении поршня в цилиндре от верхней мертвой точки к нижней (такт впуска), над ним создается разряжение. Поток воздуха с улицы, через воздушный фильтр и карбюратор, устремляется в освободившийся объем цилиндра (см. рис. 13).
При прохождении воздуха через карбюратор, из поплавковой камеры через распылитель, который расположен в самом узком месте смесительной камеры (диффузоре), вытекает топливо (рис. 16). Это происходит по причине разности давлений в поплавковой камере карбюратора, которая связана с атмосферой, и в диффузоре, где создается значительное разрежение.
Поток воздуха дробит вытекающее из распылителя топливо и смешивается с ним. На выходе из диффузора происходит окончательное перемешивание бензина с воздухом, и затем эта горючая смесь поступает в цилиндр.
Каждый из вас периодически пользуется каким-либо устройством, где применен принцип пульверизации. Не важно, что это – флакон с духами, банка с краской и насадкой к пылесосу или бачок-опрыскиватель для увлажнения цветов. В любом случае, за счет разности давлений из некой емкости высасывается жидкость, которая затем дробится и смешивается с воздухом.
Для примера можно взять даже обычный чайник, который вместе со своим носиком очень похож на поплавковую камеру с распылителем.
Нальем в чайник воду так, чтобы уровень в его носике не доходил до края примерно на 1–1,5 мм. Если вы создадите сильный поток воздуха (например, вентилятором или феном), то он будет высасывать воду из носика чайника, смешиваться с ней и "увлажнять" пол в вашей квартире. Примерно так это происходит и в карбюраторе, но здесь тщательно распыленный и смешанный с воздухом бензин попадает в цилиндры двигателя.
Из схемы работы простейшего карбюратора (рис. 16) можно понять, что двигатель не будет работать нормально, если уровень топлива в поплавковой камере (воды в чайнике) выше нормы, так как в этом случае бензина будет выливаться больше чем надо. Если уровень бензина будет меньше нормы, то и его содержание в смеси будет тоже меньше, что опять-таки нарушит правильную работу двигателя. Следовательно, количество бензина в камере всегда должно быть неизменным.
Уровень топлива в поплавковой камере карбюратора регулируется специальным поплавком (рис. 16), который, опускаясь вместе игольчатым запорным клапаном, позволяет бензину поступать в камеру. Когда поплавковая камера начинает наполняться, поплавок всплывает и закрывает игольчатым клапаном проход для бензина.
В салоне автомобиля у водителя под правой ногой имеется педаль "газа", предназначенная для управления карбюратором. А на что конкретно, на какую деталь карбюратора передается усилие ноги?
Когда водитель "давит на газ", на самом деле он управляет той заслонкой, которая обозначена на рисунке 16 как дроссельная.
Дроссельная заслонка связана с педалью "газа" посредством рычагов или троса. В исходном положении заслонка закрыта. Когда водитель нажимает на педаль, заслонка начинает открываться и поток воздуха, проходящего через карбюратор, увеличивается. При этом чем больше открывается дроссельная заслонка, тем больше высасывается топлива, так как повышаются объем и скорость потока воздуха, проходящего через диффузор и "высасывающее" разряжение увеличивается.
Когда водитель отпускает педаль "газа", заслонка под воздействием возвратной пружины начинает закрываться. Поток воздуха уменьшается, и в цилиндры поступает все меньше и меньше горючей смеси. Двигатель теряет обороты, уменьшается скорость вращения колес автомобиля, и соответственно, мы с вами едем медленнее.
А если совсем убрать ногу с педали "газа"?
Тогда дроссельная заслонка закроется полностью. И тут же возникает вопрос. А как теперь со смесеобразованием? Ведь мотор заглохнет!
Оказывается, для поддержания работы двигателя на холостом ходу в карбюраторе есть свои каналы, по которым воздух может попасть под дроссельную заслонку, смешиваясь по пути с бензином (рис. 17 а, поз. 6).
Рис. 17а. Схема работы системы холостого хода: 1 – игольчатый клапан поплавковой камеры карбюратора; 2 – топливный жиклер системы холостого хода; 3 – топливный канал системы холостого хода; 4 – воздушная заслонка; 5 – воздушный жиклер системы холостого хода; 6 – канал системы холостого хода; 7 – винт "качества" системы холостого хода; 8 – дроссельная заслонка; 9 – топливный жиклер.
При закрытой дроссельной заслонке воздуху не остается другого пути, кроме как проходить в цилиндры по каналу холостого хода. По пути он высасывает бензин из топливного канала и, смешиваясь с ним, превращается в горючую смесь. Почти готовая к "употреблению" смесь попадает в поддроссельное пространство и затем через впускной трубопровод поступает в цилиндры.
