Система питания ДВС назначение устройство принцип действия

Назначение и устройство системы питания топливом двигателей внутреннего сгорания. (50 мин.)

Организационная часть (15 мин.).

Занятие 6. Система питания топливом двигателя Rotax 912

ТЕМА 4. Система питания топливом силовой установки Rotax 912.

Астана 2012 г.

УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ

КОНСТРУКЦИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

ТЕМА 4. Система питания топливом двигателя Rotax 912

1. Ознакомить курсантов с устройством системы питания топливомдвигателя внутреннего сгорания, с общим назначением ее агрегатов и систем.

2. Напомнить курсантам некоторые данные по физике.

3. Ознакомить курсантов с основными техническими данными системы питаниятопливом двигателя Rotax 912.

4. Привить курсантам способность грамотно действовать при возможных отказах системы питания топливомдвигателя Rotax 912.

ВРЕМЯ:3 часа

МЕТОД:лекция

МЕСТО:учебная аудитория

РАЗРАБОТАЛ: МОЗГОВОЙ Н.Н.

Изучаемые вопросы:

6.1. Организационная часть (15 мин.).

6.2. Назначение и устройство системы питания топливом двигателей внутреннего сгорания. (50 мин.).

6.3. Состав, общая схема и работа системы питания топливом двигателя Rotax 912. (45 мин.).

6.4. Основные данные системы питания двигателя Rotax 912 (20 мин.).

6.5. Заключительная часть (5 мин.).

Опрос по теме №3.

Порядок изучения темы № 4.

Система питания топливом двигателя внутреннего сгорания двигателя предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи её в цилиндры двигателя. На различных режимах работы двигателя количество и качество горючей смеси должно быть различным, и это тоже обеспечивается системой питания топливом. Поскольку мы рассматриваем работу карбюраторного бензинового двигателя, то в дальнейшем, под топливом будет подразумеваться именно бензин.

Ри.с. 6.1. Схема расположения элементов системы питания
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 — топливные насосы; 8 — поплавковая камера карбюратора с поплавком; 9 — воздушный фильтр; 10 — смесительная камера карбюратора; 11 — впускной клапан; 12 — впускной трубопровод; 13 — камера сгорания

Система питания (см.рис. 6.1.) состоит из:

фильтров очистки топлива;

Топливный бак — это емкость для хранения топлива. Обычно он размещается в более безопасной части самолета (в фюзеляже, в крыле). От топливного бака к карбюратору бензин поступает по топливопроводам. У рачительного водителя первая ступень очистки бензина происходит при заливке его в топливный бак. Для этого в заливной горловине бака следует установить сетчатый или какой-либо другой фильтр. Вторая ступень очистки топлива — сетка на топливозаборнике внутри бака. Она не дает возможности оставшимся примесям и воде, попасть в систему питания двигателя. Наличие и количество бензина в баке контролируется по показаниям указателя уровня топлива. При минимальном остатке топлива на щитке прибора загорается соответствующая красная лампочка — лампа резерва. Расход топлива контролируется по показаниям расходомера, выводимого на прибор контроля параметров двигателя.

Топливный фильтр — следующий, третий этап очистки топлива. Фильтр располагается в моторном отсеке и предназначен для тонкой очистки бензина, поступающего к топливному насосу (возможна установка фильтра и после насоса).

Топливный насос — предназначен для принудительной подачи топлива из бака в карбюратор. Насос состоит из (см. рис. 6.2.):

корпуса, диафрагмы с пружиной и механизмом привода, впускного и нагнетательного (выпускного) клапанов. В нем также находится сетчатый фильтр для очередной — четвертой ступени очистки бензина. Топливный насос приводится в действие от от распределительного вала двигателя. При вращении вала, 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 ней 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 отправляется к карбюратору. При очередном набегании эксцентрика на шток, бензин всасывается и процесс повторяется. Обратите внимание на то, что подача бензина в карбюратор происходит только за счет усилия пружины, которая поднимает диафрагму. А это означает, что когда поплавковая камера карбюратора будет заполнена и игольчатый клапан (см. рис. 6.1.) перекроет путь бензину, диафрагма топливного насоса останется в нижнем положении. И до тех пор, пока двигатель не израсходует часть топлива из карбюратора, пружина будет не в состоянии «вытолкнуть» из насоса очередную порцию бензина.

Рис. 6.2. Схема работы топливного насоса а) всасывание топлива, б) нагнетание топлива

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 для очистки топлива

Так как топливный бак расположен ниже карбюратора, то возникает необходимость в принудительной подаче бензина. При этом используется электрическая помпа для подкачки топлива.

Воздушный фильтр (рис. 6.3.) предназначен для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Фильтр устанавливается на верхней части воздушной горловины карбюратора. При загрязнении фильтра возрастает сопротивление движению воздуха, что может привести к повышенному расходу топлива, так как горючая смесь будет слишком обогащаться бензином.

Рис. 6.3. Воздушный фильтр

Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. В зависимости от режимов работы двигателя карбюратор меняет качество (соотношение бензина и воздуха) и количество этой смеси. Карбюратор – это один 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. 6.4.).

Рис. 6.4. Схема работы простейшего карбюратора

1 — топливная трубка; 2 — поплавок с игольчатым клапаном; 3 — топливный жиклер; 4 — распылитель; 5 — корпус карбюратора; 6 — воздушная заслонка; 7 — диффузор; 8 — дроссельная заслонка

Простейший карбюратор состоит из: поплавковой камеры, поплавка с игольчатым запорным клапаном, распылителя, смесительной камеры, диффузора, воздушной и дроссельной заслонок, топливных и воздушных каналов с жиклерами.

Как же все-таки готовится горючая смесь? При движении поршня в цилиндре от верхней мертвой точки к нижней (такт впуска), над ним создается разрежение. Поток воздуха через воздушный фильтр и карбюратор, устремляется в освободившийся объем цилиндра. При прохождении воздуха через карбюратор, из поплавковой камеры через распылитель, который расположен в самом узком месте смесительной камеры – диффузоре, высасывается топливо. 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 уже готовая горючая смесь поступает в цилиндры.

Из схемы работы простейшего карбюратора (см. рис.6.4.) можно понять, что двигатель не будет работать нормально, если уровень топлива в поплавковой камере выше нормы, так как в этом случае бензина будет выливаться больше, чем надо. Если же уровень бензина будет меньше нормы, то и его содержание в смеси будет меньше, что опять нарушит правильную работу двигателя. Исходя из этого, количество бензина в камере должно быть неизменным. Уровень топлива в поплавковой камере карбюратора регулируется специальным поплавком, который, опускаясь вместе с игольчатым запорным клапаном, позволяет бензину поступать в камеру. Когда же поплавковая камера начинает наполняться, поплавок всплывает и закрывает своим клапаном проход для бензина.

Дроссельная заслонка, посредством рычагов или троса, связана с ручкой управления двигателем. В исходном положении заслонка закрыта. при открытии дроссельной заслонки, 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» разрежение увеличивается. При закрытии дроссельной заслонки, поток воздуха уменьшается, и в цилиндры поступает все меньше и меньше горючей смеси. Двигатель «теряет обороты», уменьшается крутящий момент двигателя. При полном закрытии дроссельной заслонки двигатель работает на холостом ходу, в карбюраторе есть свои каналы, по которым воздух все-таки может попасть под дроссельную заслонку, смешиваясь по пути с бензином (см.рис.6.5.).

Рис. 6.5. Схема работы системы холостого хода

1 — топливный канал системы холостого хода; 2 — топливный жиклер системы холостого хода; 3 — игольчатый клапан поплавковой камеры карбюратора; 4 — топливный жиклер; 5 — дроссельная заслонка; 6 — винт «качества» системы холостого хода; 7 — воздушный жиклер системы холостого хода; 8 — воздушная заслонка

При закрытой дроссельной заслонке воздуху не остается другого пути, кроме как проходить в цилиндры по каналу холостого хода. А по пути, он высасывает бензин из топливного канала и, смешиваясь с ним, опять же, превращается в горючую смесь. Почти готовая к «употреблению» смесь попадает в поддроссельное пространство, там окончательно перемешивается и затем поступает в цилиндры двигателя.

При запуске холодного двигателя используется ручка управления дроссельной заслонкой (ручка подсоса), которая управляетвоздушной заслонкой карбюратора. Если прикрывать эту заслонку (вытягивать на себя рукоятку «подсоса»), то будет увеличиваться разрежение в смесительной камере карбюратора. Вследствие этого топливо из поплавковой камеры начинает высасываться более интенсивно и горючая смесь обогащается, что необходимодля запуска холодного двигателя.

Горючая смесь называетсянормальной, если на одну часть бензина приходится 15 частей воздуха (1:15). Это соотношение может меняться в зависимости от различных факторов, и соответственно будет менятьсякачество смеси. Если воздуха будет больше, то смесь называетсяобедненной или бедной. Если же воздуха меньше –обогащенной или богатой.Обедненная и бедная смеси — это голодная пища для двигателя, в ней топлива меньше нормы. Обогащенная и богатая смеси – слишком калорийная пища, так как топлива в ней больше, чем надо.

Дизельная, инжекторная, карбюраторная системы питания ДВС

Система питания современного автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания (далее – ДВС) не зря считается сердцем автомобиля. Именно производимый им крутящий момент является первоисточником всех механических и электрических процессов, происходящих в транспортном средстве. Однако мотор не может существовать обособленно от обслуживающих его систем – смазки, питания, охлаждения и выпуска газов. Наиболее значимую роль при функционировании ДВС играет система питания двигателя (или топливная система).

Функции, устройство и принцип функционирования

Каждый автомобиль характеризуется таким понятием, как «запас хода». Он определяется расстоянием, которое автомобиль способен преодолеть на полном топливном баке без дополнительных заправок. На данный показатель оказывают влияние самые различные факторы: сезонные, погодные и природные условия движения, характер дорожного покрытия, степень загруженности автомобиля, индивидуальные особенности водителя при управлении транспортным средством и т.д.). Однако главенствующую роль в определении «аппетита» автомобиля играет система питания и ее правильная работа.

Система питания выполняет функции:

1. подачи топлива, его очистки и хранения;
2. очистки воздуха;
3. приготовления специальной горючей смеси;
4. подачи смеси в цилиндры ДВС.

Классическая система питания автомобиля состоит из следующих структурных элементов:

• топливного бака, предназначенного для хранения горючего;
• топливного насоса, выполняющего функции создания давления в системе и принудительной подачи топлива;
• топливопроводов – специальных металлических трубок и резиновых шлангов для транспортировки горючего из топливного бака к ДВС (а излишков топлива – в обратном направлении);
• фильтра (или фильтров) очистки топлива;
• воздушного фильтра (для очистки воздуха от примесей);
• устройства приготовления топливно-воздушной смеси.

Система питания имеет достаточно простой принцип работы: под воздействием специального топливного насоса горючее из бака, предварительно пройдя процедуру очистки топливным фильтром, по топливопроводам подается к устройству, предназначенному для приготовления топливно-воздушной смеси. И уже затем смесь подается в цилиндры двигателя.

Варианты системы питания

Основными видами горючего для ДВС являются бензин и дизельное топливо («солярка»). Газ (метан) так же относится к видам современного топлива, но, несмотря на широкую применяемость, пока не получил актуальности.
Вид топлива является одним из критериев классификации систем питания ДВС.

В этой связи выделяют силовые агрегаты:

1. бензиновые;
2. дизельные;
3. основанные на газообразном топливе.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология систем питания двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливно-воздушной смеси. Следуя данному принципу классификации, различаются, во-первых, система питания карбюраторного двигателя, во-вторых, система питания с впрыском топлива (или инжекторного двигателя).

Карбюратор

Карбюраторная система основана на действии технически сложного устройства – карбюратора. Карбюратор – это прибор, осуществляющий приготовление смеси топлива и воздуха в необходимых пропорциях. Несмотря на разнообразие видов, в автомобильной практике наибольшее применение получил поплавковый всасывающий карбюратор, принципиальная схема которого включает:

• поплавковую камеру и поплавок;
• распылитель, диффузор и смесительную камеру;
• воздушную и дроссельную заслонки;
• топливные и воздушные каналы с соответствующими жиклерами.

Подготовка топливно-воздушной смеси в карбюраторе осуществляется по пассивной схеме. Движение поршня в такте впуска (первом такте) создает в цилиндре разряженное пространство, в которое и устремляется воздух, проходя через воздушный фильтр и сквозь карбюратор. Именно здесь и происходит формирование горючей смеси: в смесительной камере, в диффузоре топливо, вырывающееся из распылителя, дробится воздушным потоком и смешивается с ним. Наконец, через впускной коллектор и впускные клапаны горючая смесь подается в конкретный цилиндр двигателя, где в необходимый момент и воспламеняется искрой от свечи зажигания.

Таким образом, система питания карбюраторного двигателя представляет собой преимущественно механический способ приготовления топливно-воздушной смеси.

Впрыск топлива

Эпоха карбюратора сменяется эпохой инжекторного двигателя, система питания которого основана на впрыске топлива. Ее основными элементами являются: электрический топливный насос (расположенный, как правило, в топливном баке), форсунки (или форсунка), блок управления ДВС (так называемые «мозги»).

Принцип работы указанной системы питания сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемым топливным насосом. Качество смеси варьируется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления.
Важным компонентом такой системы является форсунка. Типология инжекторных двигателей основывается именно на количестве используемых форсунок и места их расположения.

Так, специалисты склонны выделять следующие варианты инжектора:

1. с распределенным впрыском;
2. с центральным впрыском.

Система распределенного впрыска предполагает использование форсунок по количеству цилиндров двигателя, где каждый цилиндр обслуживает собственная форсунка, участвующая в подготовке горючей смеси. Система центрального впрыска располагает только одной форсункой на все цилиндры, расположенной в коллекторе.

Особенности дизельного двигателя

Как бы особняком стоит принцип действия, на котором основывается система питания дизельного двигателя. Здесь топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры в распыленном виде, где и происходит процесс смесеобразования (смешивания с воздухом) с последующим воспламенением от сжатия горючей смеси поршнем.
В зависимости от способа впрыска топлива, дизельный силовой агрегат представлен тремя основными вариантами:

• с непосредственным впрыском;
• с вихрекамерным впрыском;
• с предкамерным впрыском.

Вихрекамерный и предкамерный варианты предполагают впрыск топлива в специальную предварительную камеру цилиндра, где оно частично воспламеняется, а затем перемещается в основную камеру или собственно цилиндр. Здесь горючее, смешиваясь с воздухом, окончательно сгорает. Непосредственный же впрыск предполагает доставку топлива сразу же в камеру сгорания с последующим его смешиванием с воздухом и т.д.

Еще одна особенность, которой отличается система питания дизельного двигателя, заключается в принципе возгорания горючей смеси. Это происходит не от свечи зажигания (как у бензинового двигателя), а от давления, создаваемого поршнем цилиндра, то есть путем самовоспламенения. Иными словами, в этом случае нет необходимости применять свечи зажигания.

Однако холодный двигатель не сможет обеспечить должный уровень температуры, требуемый для воспламенения смеси. И использованием свечей накаливания позволит осуществить необходимый подогрев камер сгорания.

Режимы работы системы питания

В зависимости от целей и дорожных условий водитель может применять различные режимы движения. Им соответствуют и определенные режимы работы системы питания, каждому из которых присуща топливно-воздушная смесь особого качества.

1. Состав смеси будет богатым при запуске холодного двигателя. При этом потребление воздуха минимально. В таком режиме категорически исключается возможность движения. В противном случае это приведет к повышенному потреблению горючего и износу деталей силового агрегата.
2. Состав смеси будет обогащенным при использовании режима «холостого хода», который применяется при движении «накатом» или работе заведенного двигателя в прогретом состоянии.
3. Состав смеси будет обедненным при движении с частичными нагрузками (например, по равнинной дороге со средней скоростью на повышенной передаче).
4. Состав смеси будет обогащенным в режиме полных нагрузок при движении автомобиля на высокой скорости.
5. Состав смеси будет обогащенным, приближенным к богатому, при движении в условиях резкого ускорения (например, при обгоне).

Выбор условий работы системы питания, таким образом, должен быть оправдан необходимостью движения в определенном режиме.
» alt=»»>

Неисправности и сервисное обслуживание

В процессе эксплуатации транспортного средства топливная система автомобиля испытывает нагрузки, приводящие к ее нестабильному функционированию или выходу из строя. Наиболее распространенными считаются следующие неисправности.

Недостаточное поступление (или отсутствие поступления) горючего в цилиндры двигателя

Некачественное топливо, длительный срок службы, воздействие окружающей среды приводят к загрязнению и засорению топливопроводов, бака, фильтров (воздушного и топливного) и технологических отверстий устройства приготовления горючей смеси, а также поломке топливного насоса. Система потребует ремонта, который будет заключаться в своевременной замене фильтрующих элементов, периодической (раз в два-три года) прочистке топливного бака, карбюратора или форсунок инжектора и замене или ремонте насоса.

Потеря мощности ДВС

Неисправность топливной системы в данном случае определяется нарушением регулировки качества и количества горючей смеси, поступающей в цилиндры. Ликвидация неисправности связана с необходимостью проведения диагностики устройства приготовления горючей смеси.

Утечка горючего

Утечка горючего – явление весьма опасное и категорически не допустимое. Данная неисправность включена в «Перечень неисправностей…», с которыми запрещается движение автомобиля. Причины проблем кроются в потере герметичности узлами и агрегатами топливной системы. Ликвидация неисправности заключается либо в замене поврежденных элементов системы, либо в подтягивании креплений топливопроводов.

Таким образом, система питания является важным элементом ДВС современного автомобиля и отвечает за своевременную и бесперебойную подачу топлива к силовому агрегату.

Система питания топливом бензинового (карбюраторного) двигателя

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

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 устройство 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.

Устройство автомобилей

Система питания двигателя

Общие сведения

Система питания предназначена для хранения топлива, подачи в цилиндры топлива и воздуха раздельно, либо приготовления топливно-воздушной (горючей) смеси с последующей подачей ее в цилиндры двигателя, отвода из цилиндров продуктов сгорания, а также для снижения уровня шума из-за выхлопа отработавших газов при работе двигателя.

Важной функцией современных систем питания является снижение токсичности выхлопных газов, содержащих вредные для живой природы вещества. Соблюдение этой функции требует ощутимых затрат мощности двигателя и приводит к удорожанию автомобилей, однако, требования к экологичности автотранспорта с каждым годом возрастают, и конструкторам автомобилей приходится учитывать эти требования при проектировании систем питания.

В зависимости от выполняемых функций элементы системы питания делятся на три составные группы:

• приборы, обеспечивающие подготовку и подачу воздуха (воздушная группа);
• приборы, обеспечивающие подготовку и подачу топлива (топливная группа);
• приборы, обеспечивающие отвод отработавших газов в окружающую среду (группа отвода и глушения отработавших газов).

Исходя из назначения, система питания должна обеспечить:

• точное дозирование топлива (подачу необходимого количества);
• подачу в цилиндры чистого воздуха в необходимом количестве;
• качественное приготовление горючей смеси;
• своевременную подачу топлива или горючей смеси в цилиндры двигателя;
• удаление продуктов сгорания и их глушение при выхлопе в окружающую среду;
• нейтрализацию вредных веществ, содержащихся в отработавших газах.

Мощность, экономичность двигателя и токсичность отработавших газов зависят от полного и быстрого сгорания топлива. Во многом это определяется работой системы питания.

Классификация систем питания

В зависимости от используемого вида топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания, наиболее широко применяемые на современных автомобилях, подразделяют на дизельные, бензиновые (карбюраторные и с впрыском топлива) и газовые. Термодинамические процессы и циклы этих типов двигателей подробно рассмотрены в разделе «Термодинамика».

В дизельных двигателях системы питания подразделяют по следующим признакам:

• по способу движения топлива — тупиковые и с циркуляцией;
• по типу механизма подачи – с объединенным насосом и форсункой (этот механизм называют насос-форсунка, см. рис. 1) и с разделенными насосом и форсунками;
• аккумуляторные (типа Common Rail).

В двигателях с искровым (принудительным) зажиганием применяют системы питания карбюраторные и с впрыскиванием бензина, а также газовые системы питания.

Состав смеси

Для полного сгорания 1 кг топлива необходимо примерно 15 кг воздуха (точнее, для бензина – 14,8 кг, для дизельного топлива – 14,4 кг), или для 1 грамма топлива примерно 15 грамм воздуха.
В цилиндр двигателя за один цикл при полной нагрузке (в зависимости от объема цилиндра и режима работы) подается 40…80 мг топлива. Это количество называют цикловой подачей топлива .
Следовательно, для сгорания цикловой подачи требуется точное количество воздуха, примерно равное 600…1200 мг. Это количество называют цикловой подачей воздуха .

Состав смеси оценивают по коэффициенту избытка воздуха α , определяемому, как отношение количества воздуха Gдв , действительно поступившего в цилиндр, к теоретически необходимому количеству воздуха Gвт :

Теоретически необходимое количество воздуха – это количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, поступившего в цилиндр двигателя.
Более полно процессы горения топлива описаны в разделе сайта «Термодинамика».

По составу различают смесь нормальную (α = 1), бедную (α > 1) и богатую (α 1,6 смесь не воспламеняется. Дизели работают на бедных смесях α = 1,4…2,0.

Различают пять режимов работы двигателя: основной, перегрузки, холостого хода, пуска и ускорения (например, при трогании с места, обгоне и разгоне). Для работы на каждом из этих режимов двигателю требуется различная мощность и, соответственно, горючая смесь разного состава.

Наиболее экономичная работа двигателя достигается на обедненной смеси (1,05 ≤ α ≤ 1,15), а наибольшую мощность он развивает на обогащенных составах (0,8 ≤ α ≤ 0,95). Чем беднее состав горючей смеси, тем вероятность полного сгорания топлива больше, и наоборот. Поэтому режимы работы двигателя, требующие обогащенной горючей смеси, а тем более богатой, являются неэкономичными. Они же становятся причиной наибольшего загрязнения окружающей среды продуктами неполного сгорания топлива, среди которых есть отравляющие и канцерогенные вещества.

Любой из составов горючей смеси должен отвечать требованиям, обеспечивающим качество смеси:

• мелкое распыление топлива в слоях воздуха;
• тщательное перемешивание частиц топлива с воздухом (качественное смесеобразование);
• однородность, т. е. равномерное распределение топлива в воздухе по всему объему смеси.

Изменяя количество топлива при неизменной подаче воздуха (в дизелях) или и количество воздуха, и количество топлива (в бензиновых и газовых двигателях), можно получить смесь разного состава – это качественное регулирование горючей смеси .
Изменение количества смеси одного состава (в бензиновых и газовых двигателях) называют количественным регулированием горючей смеси .

Дозирование топлива

Мощность двигателя зависит от количества топлива (цикловой подачи), сгорающего в цилиндрах в рабочем цикле, и частоты вращения коленчатого вала. Так как для выполнения конкретной работы двигателю автомобиля требуется различная мощность, то возникает необходимость изменения цикловой подачи во времени. Каждому режиму нагрузки должна соответствовать точная цикловая подача топлива.
Это означает, что система питания должна обеспечить ее регулирование в процессе работы машины, а также равномерность подачи топлива по цилиндрам.

Огромное значение для повышения динамических характеристик двигателя имеет наполняемость цилиндров воздухом. Чем больше воздуха в процессе впуска успеет зайти в цилиндры, тем большую порцию топлива можно впрыснуть при прочих равных условиях. Наполняемость напрямую зависит от аэродинамического сопротивления впускного и выпускного трактов системы питания.
В качестве примера: значительная часть потенциала мощности теряется в диффузорах карбюратора и в глушителе, поскольку эти элементы системы питания оказывают существенное сопротивление воздушным и газовым потокам. В двигателях, оборудованных системами питания с впрыском топлива аэродинамическое сопротивление впускного тракта меньше, чем в карбюраторных двигателях. Для улучшения наполняемости цилиндров воздухом на многих мощных двигателях устанавливают специальные компрессоры.

Момент зажигания (впрыскивания) топлива

В карбюраторных (бензиновых) двигателях топливо подается в цилиндр в процессе впуска, в дизелях оно впрыскивается через форсунку в самом конце процесса сжатия. От момента начала впрыскивания топлива зависят динамические и экономические показатели работы дизеля, также как и от момента зажигания смеси – показатели работы бензинового двигателя.
Угол поворота коленчатого вала до ВМТ, при котором подается искра (или начинается впрыск топлива – у дизеля), называют углом опережения зажигания – УОЗ (углом опережения впрыскивания – УОВ) и обозначают буквой θ .

Испытания двигателей показывают, что каждый двигатель на конкретном режиме работы имеет оптимальный угол опережения зажигания (впрыскивания) θ_опт , при котором мощность максимальная, а удельный расход топлива минимальный. Поэтому в системе питания должны быть предусмотрены специальные устройства для регулировки угла опережения зажигания (впрыскивания).