Лекция 4

Тема лекции


Система питания бензинового двигателя

см. также Презентацию к лекции 4



План лекции 

4.1 Назначение системы питания карбюраторного двигателя. Общее устройство и работа системы питания.
4.2 Определение понятий «горючая смесь», «рабочая смесь», «состав горючей смеси», «коэффициент избытка воздуха».
4.3 Режимы работы двигателя и составы горючей смеси на этих режимах.
4.4 Системы впрыска бензина. Их преимущества по сравнению с карбюраторными системами питания.
4.5 Общее устройство и работа систем распределенного впрыска топлива.


Содержание лекции 

    4.1 Назначение системы питания карбюраторного двигателя. Общее устройство и работа системы питания

    Система питания карбюраторного двигателя предназначена для приготовления в определенной пропорции из топлива и воздуха горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода из них отработавших газов.

    В систему питания двигателя автомобиля входят топливный бак, топливопроводы от бака к фильтру-отстойнику и к топливному насосу, карбюратор, воздушный фильтр, приемные трубы, глушитель, выпускная труба глушителя. В систему питания входят также фильтр тонкой очистки топлива, установленный между топливным насосом и карбюратором, впускной трубопровод, на котором укреплен карбюратор, и выпускной трубопровод.

    Во время работы двигателя топливо из бака после предварительной очистки в фильтре-отстойнике насосом подается к карбюратору. При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение, передающееся в карбюратор и в установленный на нем воздушный фильтр. Очищенный воздух проходит в смесительную камеру, где из жиклеров подается топливо. Испаряющееся топливо перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Из карбюратора по впускному трубопроводу горючая смесь поступает в цилиндры двигателя. Газы, образовавшиеся после быстрого сгорания рабочей смеси в цилиндре, расширяются, давят на поршень, и он опускается вниз, совершая рабочий ход. После рабочего хода отработавшие газы через открытый выпускной клапан вытесняются поршнем в выпускной трубопровод. Затем они поступают в приемные трубы глушителя, выпускную трубу и в атмосферу. Топливо наливают в бак через горловину, закрываемую крышкой. Количество топлива, находящегося в баке, контролируют при помощи датчика и указателя уровня топлива. Принципиальная схема системы питания карбюраторного двигателя показана на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Принципиальная схема системы питания карбюраторного автомобильного двигателя 
1 – воздухоочиститель; 2 – глушитель шума впуска; 3 – карбюратор; 4 – впускной трубопровод; 
5 – фильтр тонкой очистки топлива; 6 – топливный насос; 7 – топливопровод; 
8 – топливный фильтр отстойник; 9 – топливный бак; 10 – глушитель шума выпуска 


    4.2 Определение понятий «горючая смесь», «рабочая смесь», «состав горючей смеси», «коэффициент избытка воздуха»


    Смесь топлива с воздухом называется горючей смесью. Горючая смесь, попадая в цилиндр, смешивается с остаточными газами, которые не были удалены при такте выпуска. Образовавшаяся смесь называется рабочей.

    Состав горючей смеси характеризуется определенным соотношением масс топлива и воздуха. Для полного сгорания 1 кг бензина теоретически необходимо 14,9 кг воздуха (обычно принимают 15 кг). Однако количество воздуха, действительно расходуемого на приготовление горючей смеси, может быть больше или меньше теоретически необходимого. Поэтому состав горючей смеси принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха, обозначаемым буквой α. Коэффициент представляет собой отношение действительного количества воздуха Lд, участвующего в процессе сгорания бензина, к теоретически необходимому количеству воздуха Lт, т.е. α =Lд / Lт .

    Если в сгорании 1 кг бензина действительно участвует 15 кг воздуха, т. е. столько, сколько теоретически необходимо, то α = 15/15 = 1, и такую смесь называют нормальной. Горючую смесь, для которой α < 1, называют богатой, так как она содержит воздуха меньше теоретически необходимого Количества. Горючую смесь с коэффициентом α > 1 называют бедной, так как в ней содержится воздуха больше теоретически необходимого количества.


    4.3 Режимы работы двигателя и составы горючей смеси на этих режимах

    Основными режимами при работе автомобильного двигателя являются пуск двигателя, холостой ход и малые нагрузки, средние нагрузки, полные нагрузки, резкие переходы с малых нагрузок на большие. При пуске двигателя необходима очень богатая смесь (α = 0,2…0,6), так как частота вращения коленчатою вала мала, топливо плохо испаряется, а часть его конденсируется на холодных стенках цилиндра.

    Работа двигателя в режимах холостого хода и малой нагрузке возможна при α = 0,7…0,8. Горючая смесь, поступающая в цилиндры двигателя, загрязняется остаточными газами, поэтому обогащение смеси улучшает ее воспламеняемость и способствует устойчивой работе двигателя.

    Автомобильный двигатель большую часть времени работает при режиме средних нагрузок, т.е. с не полностью открытой дроссельной заслонкой. Для этого режима необходима обедненная смесь с коэффициентом избытка воздуха α = 1,05…1,15 (экономическая смесь), обеспечивающая экономичную работу двигателя.

    Литература: [1, с.48-65; 2, с.99-129].


    4.4 Системы впрыска бензина. Их преимущества по сравнению с карбюраторными системами питания

    Первые системы впрыска были механическими, а не электронными, и некоторые из них (например, высокоэффективная система BOSCH) были чрезвычайно остроумными и хорошо работали. Впервые же система механического впрыска топлива была разработана компанией Daimler Benz, а первый серийный автомобиль с впрыском бензина был выпущен еще в 1954 г. Основными преимуществами системы впрыска по сравнению с карбюраторными системами являются следующие:
    — отсутствие дополнительного сопротивления потоку воздуха на впуске, имеющему место в карбюраторе, что обеспечивает повышение наполнения цилиндров и литровой мощности двигателя;
    — более точное распределение топлива по отдельным цилиндрам;
    — значительно более высокая степень оптимизации состава горючей смеси на всех режимах работы двигателя с учетом его состояния, что приводит к улучшению топливной экономичности и снижению токсичности отработавших газов.

    Хотя в конце концов оказалось, что лучше для этой цели использовать электронику, которая дает возможность сделать систему компактнее, надежнее и более адаптируемой к требованиям различных двигателей. Некоторые из первых систем электронного впрыска представляли собой карбюратор, из которого удаляли все «пассивные» топливные системы и устанавливали одну или две форсунки. Такие системы получили название «центральный (одноточечный) впрыск».

    В настоящее время наибольшее распространение получили системы распределенного (многоточечного) электронного впрыска. На изучении этих систем питания необходимо остановиться более подробно.


    4.5 Общее устройство и работа систем распределенного впрыска топлива

    В системе центрального впрыска подача смеси и ее распределение по цилиндрам осуществляются внутри впускного коллектора.

Рис. 4.2. Схема системы питания двигателя 
с распределенным впрыском бензина во впускной трубопровод:
1 – дроссельная заслонка; 2 – топливопровод двигателя; 3 – форсунки (инжекторы); 
4 – впускной трубопровод; 5 – регулятор давления; 6 – бак; 7 – насос; 8 – фильтр

    Наиболее современная система распределенного впрыска топлива отличается тем, что во впускном тракте каждого цилиндра устанавливается отдельная форсунка, которая в определенный момент впрыскивает дозированную порцию бензина на впускной клапан соответствующего цилиндра. Бензин, поступивший в цилиндр, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Двигатели с такими системами питания обладают лучшей топливной экономичностью и пониженным содержанием вредных веществ в отработавших газах по сравнению с карбюраторными двигателями.

    Работой форсунок управляет электронный блок управления (ЭБУ), представляющий собой специальный компьютер, который получает и обрабатывает электрические сигналы от системы датчиков, сравнивает их показания со значениями, хранящимися в памяти компьютера, и выдает управляющие электрические сигналы на электромагнитные клапаны форсунок и другие исполнительные устройства. Кроме того, ЭБУ постоянно проводит диагностику системы впрыска топлива и при возникновении неполадок в работе предупреждает водителя с помощью контрольной лампы, установленной в щитке приборов. Серьезные неполадки записываются в памяти блока управления и могут быть считаны при проведении диагностики.

    Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:
    · система подачи и очистки топлива;
    · система подачи и очистки воздуха;
    · система улавливания и сжигания паров бензина;
    · электронная часть с набором датчиков;
    · система выпуска и дожигания отработавших газов.


Вопросы для самоконтроля

1. Назначение и устройство системы питания.
2. Назначение и расположение на автомобиле каждого прибора системы питания.
3. Какое топливо применяется для карбюраторных двигателей? Маркировка и основные свойства.
4. Что называется детонацией? Признаки детонации и ее влияние на работу двигателей.
5. Что называется горючей и рабочей смесями? Какие требования к ним предъявляются? Где они приготовляются?
6. Какие бывают смеси по составу? Что называется коэффициентом избытка воздуха?
7. Какой состав смеси необходим для различных режимов работы двигателя и почему?
8. Признаки работы двигателя на бедной и богатой смесях.
9. Как влияет состав смеси на мощность и экономичность двигателя?
10. Назначение и устройство простейшего карбюратора.
11. Какие требования предъявляют к простейшему карбюратору?
12. Для чего служит устройство компенсации смеси? Какие способы компенсации смеси применяются в современных карбюраторах?
13. Как осуществляется способ компенсации горючей смеси пневматическим торможением истечения топлива?
14. Назначение, устройство и работа главной дозирующей системы карбюратора.
15. Назначение, устройство и работа системы холостого хода.
16. Назначение, устройство и работа системы пуска и экономайзера.
17. Назначение, устройство и работа ускорительного насоса,
18. Назначение и устройство бензинового насоса двигателя ЗИЛ-130.
19. Назначение, устройство и работа воздушного фильтра.
20. Особенности устройства и работа карбюраторов К-88АМ и К-90.
21. Назначение и устройство топливного бака и фильтров.
22. Назначение и устройство впускного трубопровода изучаемых двигателей.
23. С какой целью производится подогрев горючей смеси? Каким способом подогревается смесь в изучаемых двигателях?
24. Устройство глушителя шума выпуска.
25. Как влияет состав отработавших газов на загрязнение окружающей среды?


    Литература: [1, с.48-65; 2, с.99-130]
Comments