Системы и механизмы двигателя I: Система питания двигателя

Система питания двигателя

Основными функциями системы питания являются: хранение запаса топлива; приготовление горючей смеси (дозирование топлива и воздуха, их смешение); подача в цилиндр компонентов горючей смеси в определенный момент рабочего цикла; регулирование состава и количества горючей смеси.

Система питания должна обеспечивать получение на всех режимах работы двигателя требуемых мощностных и экономических показателей при допустимой токсичности отработавших газов. Обычно это достигается при совместной работе систем питания, впуска, наддува и регулирования.

Приготовление топливовоздушной смеси, состоящей из бензина и воздуха возможно с помощью системы впрыскивания бензина во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндр, или же с помощью карбюраторной системы.

Системы впрыскивания бензина. Основные достоинства систем впрыскивания бензина:

возможность точного дозирования топлива на всех эксплуатационных режимах работы двигателя;

раздельное дозирование воздуха и топлива позволяет изменять качество топливовоздушной смеси при одной и той же подаче воздуха;

хорошая приспособленность к включению в систему управления двигателем;

повышение мощностных, экономических и экологических показателей двигателя.

Классифицировать системы впрыскивания бензина можно следующим образом:

впрыскивание бензина во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндр;

при распределенном впрыскивании форсунки впрыскивают бензин в зону впускных клапанов каждого цилиндра, а при центральном работает одна форсунка, установленная на участке до разветвления впускного трубопровода по цилиндрам двигателя;

при фазированном впрыскивании каждая форсунка впрыскивает топливо в строго определенный момент времени, согласованный с открытием впускных клапанов цилиндра. При нефазированном впрыскивании подача топлива в зону впускных клапанов осуществляется синхронно всеми форсунками. Системы впрыскивания по сравнению с карбюраторной дороже и сложнее при производстве и в эксплуатации. Однако в настоящее время только они используются на современных двигателях с искровым зажиганием. 

Система распределенного впрыскивания обеспечивает подачу топлива с помощью электромагнитных форсунок в зону впускных клапанов.

Схема системы распределенного впрыскивания топлива

1 — топливный бак; 2 — насос; 3 — фильтр; 4 — электронный блок управления;
5 — датчик положения дроссельной заслонки; 6 — измеритель расхода воздуха;
7 — замок зажигания; 8 — аккумуляторная батарея, 9 — регулятор дополнитель-
ной подачи воздуха; 10 — впускной трубопровод; 11 — регулятор давления топ-
лива, 12 — топливная магистраль; 13 — датчик частоты вращения коленчатого
вала, 14— датчик температуры; 75 — электромагнитная форсунка; 16— кисло-
родный датчик

Электромагнитная форсунка предназначена для впрыскивания топлива.

Электромагнитная форсунка

1 — наконечник; 2 — клапан; 3 — седло; 4 — пружина; 5 — электромагнит;
6 — контакт; 7 — фильтр

Основные преимущества распределенного впрыскивания бензина:

лучшая экономичность и несколько большая мощность за счет повышения качества смесеобразования, наполнения и управления процессами рабочего цикла в зависимости от режима работы двигателя;

лучший разгон автомобиля благодаря сокращению пути бензина от форсунки до цилиндра;

лучшее наполнение цилиндров из-за меньшего гидравлического сопротивления впускного тракта без карбюратора, нецелесообразности подогрева впускного трубопровода и возможности применения динамического наддува;

степень сжатия можно повысить на 0,5... 1,5 единицы из-за отсутствия подогрева впускного трубопровода;

большие возможности применения наддува.

Система центрального впрыскивания обеспечивает подачу топлива одной форсункой 2 во впускной трубопровод.

Схема системы центрального впрыскивания топлива

1 — измеритель расхода воздуха; 2 — форсунка; 3 — регулятор давления топлива;
4 — электронный блок управления; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — фильтр;
7 — насос; 8 — датчик положения дроссельной заслонки; 9 — датчик температу-
ры охлаждающей жидкости; 10 — регулятор холостого хода

Достоинствами системы центрального впрыскивания являются простота, надежность и дешевизна. Поэтому она находит применение на более дешевых автомобилях, грузовиках и микроавтобусах.

Недостатки системы центрального впрыскивания (в сравнении с распределенным впрыскиванием):

низкие показатели, что связано с образованием пленки топлива на стенках впускного трубопровода и возникающей при этом неравномерностью составов смеси по цилиндрам;

на режимах разгона работа двигателя ухудшается из-за большого расстояния между форсункой и впускными клапанами;

значительное гидравлическое сопротивление впускной системы из-за размещения в ней форсунки больших габаритных размеров затрудняет организацию динамического наддува.

Система питания с карбюратором.

Схема системы питания карбюраторного двигателя

1— горловина; 2 — крышка; 3 — датчик, 4 — указатель; 5, 10, 11 к 15 —
топливопроводы; 6 — воздушный фильтр, 7 — карбюратор; 8, 9, 14 и 17 —
газопроводы; 12 — насос; 13 — топливный фильтр; 16 — глушитель; 18 — топ-
ливный бак

Карбюратор является центральным элементом системы, обеспечивающим получение необходимых экономических и мощностных показателей на всех режимах работы двигателя при допустимой токсичности отработавших газов. К нему предъявляются следующие требования:

точное дозирование подачи топлива во впускной тракт двигателя; смешение топлива с воздухом (в начальной стадии) в целях образования горючей смеси нужного состава;

изменение количества горючей смеси в соответствии с режимом работы двигателя.

Простейший карбюратор

а — изменение давления в диффузоре и смесительной камере; б — схема карбю-
ратора; в — характеристика карбюратора; 1 — патрубок; 2 — диффузор; 3 —
балансировочная трубка (отверстие); 4 — поплавковая камера; 5 — седло; б —
клапан; 7—поплавок; —жиклер; 9 — смесительная камера; 10 — дроссельная
заслонка; 11 — распылитель

Главная дозирующая система корректирует состав смеси, изменяя разрежение у топливного жиклера.

Схема главной дозирующей системы карбюратора (а) и ее характеристика (б)

1 — дроссельная заслонка; 2...4 — отверстия; 5 и 17— регулировочные винты; 6,
8 и 9— каналы; 7 — топливный жиклер холостого хода; 10— воздушный жиклер
холостого хода; 11— предохранительный клапан; 12 — патрубок, 13 — воздуш-
ная заслонка; 14 — воздушный жиклер главной дозирующей системы; 15— эмуль-
сионная трубка, 16 — главный топливный жиклер

Экономайзер принудительного холостого хода отключает подачу топлива через систему холостого хода при торможении автомобиля двигателем, когда дроссельная заслонка закрыта, а повышенная частота вращения двигателя обеспечивается за счет энергии трансмиссии автомобиля. Если не отключать подачу топлива, то на этом режиме выделяется большое количество токсичных веществ и возрастает расход масла.

Для устранения данного явления применяется электромагнитный клапан, который перекрывает подачу эмульсии к выходным отверстиям системы холостого хода.

Схема экономайзера

1— клапан, 2 и 4 — жиклеры, 3 — распылитель

Эконостат предотвращает переобеднение смеси главной системой при большом расходе воздуха. В этом случае у его распылителя, установленного значительно выше диффузора, создается достаточное разрежение и через него начинает поступать топливо от жиклера к поплавковой камере.

Ускорительный насос начинает работать, когда дроссельная заслонка открывается резко и возможно временное обеднение смеси. Причинами этого являются: большая разница плотности воздуха и горючего (расход воздуха увеличивается значительно быстрее, чем истечение топлива); повышение давления во впускном трубопроводе ухудшает условия распыливания топлива и часть его выпадает в пленку; снижение температуры уменьшает испарение топлива. Все это может вызвать пропуски воспламенения в отдельных циклах, резкое снижение мощностных и экономических показателей. Двигатель будет работать с замедленным повышением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Во избежание обеднения смеси ускорительный насос подает дополнительное количество топлива.

Схема ускорительного насоса

1— патрубок, 2 — жиклер; 3 — распылитель, 4— нагнетательный клапан, 5 — пластина, 6— пружина; 7 — поршень, 8 — обратный клапан; 9— рычаг, 10 — дроссельная заслонка

Системы питания газом. В автомобильных двигателях в качестве топлива используют сжатые природные (СПГ) и сжиженные нефтяные (СНГ) газы. 

Схема питания сжиженным газом

1и 2 — регулировочные винты; 3 и 5 — газопроводы; 4 — клапан второй ступени
редуктора; 6 — газовый редуктор; 7 — дозирующее экономайзерное устройство;
8 и 10— пружины; 9— клапан экономайзера; 11 — магистральный фильтр; 12 —
подогреватель; 13 — манометр давления газов первой ступени; 14 — указатель
уровня газов в баллоне; 15 — расходный вентиль газовой фазы; 16 — баллон;
17— датчик указателя уровня; 18 — расходный вентиль жидкой фазы; 19 —
наполнительный вентиль; 20— бензиновый бак; 21 — фильтр; 22— карбюратор;
23 — дроссельная заслонка; 24— обратный клапан; 25— газовая форсунка, 26 —
пружина второй ступени; 27 — смеситель; 28— бензонасос, 29 — магистральный
вентиль; 30— предохранительный клапан; 31 — вентиль контроля максимального
наполнения бака

Топливные системы дизелей

Особенности рабочих процессов топливных систем дизелей. Топливные системы дизелей подразделяют на системы непосредственного впрыскивания и аккумуляторные. Они могут иметь как традиционные механические устройства управления, так и электрические с электронным управлением.

К топливным системам непосредственного впрыскивания относятся:

системы разделенного типа, у которых секции топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунки выполнены отдельно и соединены топливопроводом высокого давления. Такие системы получили наибольшее распространение;

системы с насос-форсунками, у которых секция насоса и форсунка выполнены в одном узле, а топливопровод высокого давления отсутствует.

Схема топливной системы разделенного типа:
1— кран; 2 — приемный фильтр; 3 — сливной кран; 4 — заливная горловина;
5— фильтр заливной горловины; 6 — форсунка; 7 — топливопровод высокого
давления; 8 — топливный насос высокого давления; 9 — фильтр тонкой очистки
топлива; 10 — фильтр грубой очистки топлива; 11 — трубка отвода топлива к
фильтру грубой очистки; 12 — топливоподкачивающий насос; 13 — трубка отво-
да топлива к топливоподкачивающему насосу; 14 — топливный бак; 15 — трубка
отвода топлива в бак

Важнейшей функцией топливной системы разделенного типа является дозирование топлива, подаваемого в цилиндры

Схема работы секции топливного насоса высокого давления:
а — вытеснение; б — впрыск (активный ход); в — отсечка; г — наполнение; 1—
впускное окно; 2 — втулка; 3 — плунжер; 4 — штуцер; 5 — нагнетательный
клапан; 6 — отверстие; 7— отсечное окно; 8— отсечная кромка

Топливные насосы высокого давления классифицируют по следующим признакам:

по количеству плунжеров — многоплунжерные (на каждый цилиндр приходится один плунжер) и распределительного типа (секция подает топливо в несколько цилиндров);

по способу привода плунжера — с жестким (механическим) и с гибким (гидравлическим, газовым или пружинным) приводом;

по методам дозирования топлива — с регулированием цикловой подачи отсечкой и дросселированием на впуске (изменением наполнения топливом надплунжерного объема с помощью дросселирующего устройства в канале, подводящем топливо к впускному окну; применяется в распределительных насосах).

Распределительные ТНВД подразделяют на плунжерные и роторные. По типу привода плунжеров они бывают: с внешним цилиндрическим кулачковым профилем, торцовым кулачковым профилем (используют в плунжерных насосах) и внутренним цилиндрическим профилем (применяют в роторных насосах).

ТНВД аккумуляторных топливных систем бывают двух видов: с аккумулятором большой емкости и постоянным давлением, в который топливо нагнетается под давлением одним или несколькими плунжерами и из него поступает к управляемым форсункам; с аккумулятором малой емкости, в который топливо поступает в начале нагнетательного хода плунжера, а затем, после создания в аккумуляторе большого давления, подается к форсункам.

В аккумуляторных системах питания используют электронное регулирование. В настоящее время эти системы находят все более широкое применение.

Многоплунжерные топливные насосы с механическим приводом и регулированием отсечкой наиболее распространены в автотракторных дизелях.

Многоплунжерный топливный насос высокого давления:
1 — пружина, 2 — рейка, 3 — поворотная втулка, 4 — втулка плунжера; 5 — нагнетательный клапан; 6 — штуцер; 7 — плунжер; 8 — толкатель; 9 — кулачок

Топливные насосы распределительного типа имеют наилучшие показатели по габаритам и массе и являются основным типом насосов в дизелях легковых автомобилей и на тракторах малой мощности.

Одноплунжерные насосы с торцовым кулачковым профилем получили наибольшее распространение.

Распределительный одноплунжерный насос

1— приводной вал; 2 — рычаг регулятора; 3 — плунжер, 4 — дозатор; 5 — пружина; 6 — кулачковая шайба, 7 — ролик; 8 — насос

Отличительной особенностью таких насосов является то, что в них оси приводного вала 7 и плунжера 3 совпадают и вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Схема работы распределительного одноплунжерного насоса:
а — наполнение; б —активный ход; в — отсечка; 1 — дозатор, 2 — корпус, 3 —
плунжер; А — распределительный паз; Б — нагнетательный канал; В — впускное
окно; Г— выточка; Д— надплунжерная полость; Е — окно; Ж— радиальный
канал

Роторные распределительные насосы по сравнению с одноплунжерными имеют меньшие массу и габаритные размеры, однако создают меньшие давления впрыскивания.

Распределительный роторный насос:
а — наполнение; б — активный ход; 7 — ротор; 2 — втулка; 3 — кулачковая
шайба; 4— толкатель; 5 — плунжеры; A и Б — окна

Форсунки обеспечивают подачу топлива в цилиндр дизеля, распыливание и распределение топлива по его камере сгорания.

В автотракторных дизелях применяют закрытые форсунки, в которых проходное сечение распылителя между впрыскиваниями топлива закрывается иглой под действием пружины или давления жидкости (в гидрозапорных форсунках).

Закрытая форсунка с пружинным запиранием

1 — штуцер, 2 — защитный фильтр; 3 —
пружина; 4 — игла распылителя, 5 — кор-
пус распылителя, 6 — корпус форсунки;
А и Б — подводящий и отводящий топ-
ливные каналы

Во время отсечки топлива в ТНВД давление топлива в форсунке резко снижается, а игла под действием пружины опускается, закрывая отверстия в распылителе.

Распылители закрытых форсунок:
1— корпус; 2 — игла; 3 — штифт