Особенности и требования к конструкции систем питания бензиновых ДВС
Анализ систем питания бензиновых двигателей и технические требования к ним • Система питания бензиновых двигателей обеспечивает приготовление и подачу в цилиндры двигателя горючей топливовоздушной смеси требуемого состава и в необходимом для данного режима количестве, а также осуществляет отвод отработавших газов.
• эффективное протекание процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием возможно только при условии образования в цилиндрах достаточно гомогенной бензовоздушнои смеси, все компоненты которой находятся в паровой и газовой фазе. При этом скорость распространения фронта пламени и полнота сгорания, а следовательно и эффективность теплоиспользования в значительной степени зависят от степени насыщения воздушного заряда парами топлива, т. е. от состава или качества горючей смеси.
• Гомогенная горючая смесь требуемого состава может быть получена путем точного дозирования и полного испарения вводимого в двигатель топлива при интенсивном перемешивании его паров с поступающим в цилиндры воздухом. • Дозирование, дробление и частичное испарение топлива может осуществляться в отдельных приборах - карбюраторах, либо путем впрыскивания бензина в воздушный заряд. • Дальнейшее испарение капель бензина и смешение его паров с воздухом продолжается во впускном трубопроводе и заканчивается в цилиндрах двигателя. Поэтому для достижения высоких энергетических показателей силовой установки очень важно обеспечить эффективность функционирования всего комплекса приборов системы питания: карбюратора или системы впрыскивания, впускного трубопровода и других приборов.
система питания двигателей с принудительным воспламенением должна обеспечить: • оптимизацию состава горючей смеси на всех режимах работы двигателя; • гомогенизацию смеси, равномерное ее распределение по цилиндрам двигателя и циклам; • количественное регулирование подачи смеси в зависимости от требуемого режима работы двигателя; • надежную подачу топлива и приготовление смеси в течение длительной наработки.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОСТАВУ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ • Полное и своевременное сгорание топлива, являющееся основным условием эффективного протекания рабочего процесса в двигателях с принудительным воспламенением, определяется качеством топливовоздушной смеси, которую должна приготовить система питания. Бензовоздушная смесь, способная надежно воспламеняться от искры и быстро сгорать в цилиндре двигателя, называется горючей смесью.
• Горючая смесь характеризуется соотношением воздуха и бензина, т. е. составом смеси, а также степенью однородности по фазовому состоянию этих компонентов - гомогенностью.
коэффициент избытка воздуха • Количество воздуха Gв, теоретически необходимое для полного сгорания одного кг топлива, называют стехиометрическим и обозначают lо кг воздуха/кг топлива. • Расчеты показывают, что стехиометрическое количество воздуха для бензина среднего состава (85% С и 15% Н ) составляет lо = 14, 93 кг воздуха/кг топлива или примерно 15 кг воздуха/кг топлива. • Горючая смесь, в которой на один кг топлива приходится - 15 кг воздуха, также называется стехиометрической или нормальной. • Реальный состав горючей смеси GТ, приготавливаемой карбюратором, может отличаться от стехиометрического. • Это отличие учитывается введением понятия коэффициент избытка воздуха α , равного Если то
• Если же в смеси имеется избыток воздуха, т. е. >lо , то коэффициент α превышает единицу. При α = 1, 1. . . 1, 2 (16, 6. . . 18 кг воздуха на один кг топлива) горючая смесь называется обедненной, а в случае, если α >1, 2 (более 18 кг воздуха на кг топлива) - бедной. • При избытке топлива значение коэффициента избытка воздуха становится меньше единицы. При α = 0, 8. . 0, 95 (12. . . 14, 2 кг воздуха на кг топлива) смесь называют обогащенной, а в случае α =0, 7. . . 0, 8 (менее 12 кг воздуха на кг топлива) - богатой. • В зависимости от состава горючей смеси, оцениваемого коэффициентом α, ее сгорание протекает по разному. С наибольшей скоростью сгорает обогащенная смесь (α = 0, 85. . . 0, 95). Однако, вследствие недостатка воздуха окисление топлива оказывается неполным и частично протекает с образованием токсичного оксида углерода (угарного газа) • смесь, обогащенная до α = 0, 85. . . 0, 95, называется мощностной. При работе на такой смеси двигатель на номинальном режиме развивает наибольшую мощность. • Обедненная смесь при α = 1, 1. . . 1, 2, называется экономичной, обеспечивающей при полных нагрузках двигателя максимальную топливную экономичность.
СИСТЕМА ПИТАНИЯ С КАРБЮРАТОРНЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ 1 - топливный бак; 2 - топливозаборник; 3 - фильтр-отстойник; 4 - бензонасос; 5 - топливный фильтр тонкой очистки; 6 - карбюратор; 7 - впускной трубопровод; 8 - выпускной трубопровод; 9 -двигатель
Карбюратор • Карбюратор является прибором системы питания, осуществляющим приготовление горючей смеси путем дозированного насыщения впускаемого в двигатель воздуха распыленным топливом и регулирования качества и количества смеси в зависимости от режима работы.
в 1897 году появился карбюратор, работающий с использованием принципа эжекции. В чем же состоит сущность явления эжекции? Схема, поясняющая возникновение эффекта эжекции: С 1, С 2, - скорости воздушного потока на входе в канал и в его сужающей части; Рд — давление в минимальном сечении диффузора fмин Схема карбюратора с корректированием смеси методом понижения разрежения у жиклера 1 - главный жиклер; 2 эмульсионный канал 3 - главный воздушный жиклер; 4 – распылитель; 5 - воздушный жиклер холостого хода; 6 - топливный жиклер холостого хода; 7 - верхнее выходное отверстие системы холостого хода; 8 - нижнее регулируемое выходное отверстие системы холостого хода; 9 -
• На бензиновых двигателях автомобилей ГАЗ и ЗИЛ устанавливаются карбюраторы эжекционного типа моделей KI 26, K-I 35, К-88 АМ, К-90. • Все они достаточно схожи по своей схеме и включают в себя кроме описанных элементов простейшего карбюратора дополнительные системы, исключающие отмеченные недостатки последнего. • Во-первых, изменение претерпевает основная схема. В ней появляется главная дозирующая система, включающая в себя главный топливный жиклер, распылитель, воздушный жиклер и колодец, сообщенный с распылителем. • Главная дозирующая система с воздушным жиклером обеспечивает корректирование дозирующей характеристики карбюратора в сторону обеднения смеси с ростом нагрузки - расхода воздуха, сопровождающейся увеличением открывания дроссельной заслонки.
Обеспечение карбюратором требуемых режимов работы двигателя № п/п Режимы работы двигателя Требования к режимам Состав горючей смеси Устройства и системы, обеспечивающие работу двигателя Воздушная заслонка с клапаном 1 Пуск холодного ДВС надежность богатая α=0, 05 - 0, 075 2 Холостой ход устойчивость обогащенная α=0, 9 - 0, 95 Система холостого хода обедненная α=1, 05 - 1, 2 Главная дозирующая система 3 4 5 Частичные нагрузки экономичность Полные нагрузки Максимальная мощность Ускорение Беспровальны й равномерный разгон обогащенная α=0, 7 - 0, 9 экономайзер богатая α=0, 5 - 0, 6 Ускорительны й насос
Гомогенизации смеси способствует применение сдвоенных и строенных диффузоров, а также использование многокамерных карбюраторов. Схема карбюратора двигателя ВАЗ-2108 (солекс)
• • • Карбюратор, выпускаемый по лицензии фирмы Солекс, двухкамерный с падающим потоком и с последовательным открыванием дроссельных заслонок первичной и вторичной камер Вторичная камера и ее главная дозирующая система начинает работать при открывании дроссельной заслонки первичной камеры на 80. . . 85%. В данном карбюраторе использовано корректирование состава смеси в диапазоне средних нагрузок методом понижения разрежения у главных топливных жиклеров, называемого также пневматическим торможением. Обеднение смеси по мере роста расхода воздуха через карбюратор обеспечивается уменьшением интенсивности роста разрежения в эмульсионном колодце за счет увеличения поступления в него воздуха через главный воздушный жиклер.
Схема карбюратора Pirburg • • С появлением систем нейтрализации отработавших газов потребовалось более точное регулирование состава смеси. В связи с этим в период перехода от карбюраторного смесеобразования к электронноуправляемым системам впрыскивания бензина применялись карбюраторы с электронным управлением. Одним из них является карбюратор Pirburg 2 EE. Корректирование состава смеси в этих карбюраторах осуществляется на основании сигналов блока управления путем изменения сечения байпасного канала в обход дроссельной заслонки, а также за счет изменения проходного сечения воздушных жиклеров, подающих дополнительный воздух.
• • Карбюратор снабжен электронным блоком, на вход которого подаются сигналы датчиков частоты вращения коленчатого вала, положения дроссельной заслонки, содержания кислорода в отработавших газах, температуры охлаждающей жидкости. Выходные сигналы электронного блока используются для управления электромагнитными клапанами пневмопривода дроссельной заслонки и дискретным двигателем привода воздушной заслонки. В карбюраторах Pirburg предусмотрен электрический обогрев эмульсионного канала холостого хода, регулирование проходного сечения воздушного жиклера системы холостого хода, устройство, перекрывающее топливные жиклеры главной дозирующей системы для ограничения максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя
Системы впрыскивания топлива в двигатели с принудительным воспламенением и их классификация Способ карбюраторного смесеобразования, наиболее распространенный в бензиновых двигателях, имеет ряд существенных органически присущих ему недостатков. 1. При карбюраторном смесеобразовании не обеспечивается необходимая точное дозирование топлива особенно при изменяющихся внешних условиях и тепловом состоянии двигателя. Карбюратор как автоматическое дозирующее подачу бензина устройство реагирует только на разрежение в диффузоре, Корректирование состава смеси в широком диапазоне рабочих режимов существенно отличающейся от оптимальной. Состав смеси значительно отличается от требуемого при изменении атмосферного давления, температуры окружающей среды и теплового состояния двигателя. 2. Для качественного распыливания топлива необходимо, чтобы скорость воздуха в диффузорах карбюратора была бы достаточно высокой (100. . . 150 м/с на номинальном режиме работы), что влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления впускного тракта как следствие, снижение наполнения цилиндров свежим зарядом. 3. В случае локального приготовления горючей смеси одним карбюратором не удается обеспечить равномерное ее распределение и идентичный состав в отдельных цилиндрах. Это вынуждает регулировать состав смеси и опережение зажигания по цилиндрам, в которые поступает наиболее обедненный состав смеси, в результате чего остальные работают при неоптимальных регулировках. 4. В карбюраторном двигателе на отдельных режимах работы до 50% топлива оседает во впускном трубопроводе. 5. Для уменьшения пленкообразования необходимо вводить подогрев впускного трубопровода
Общая классификация систем впрыскивания • Отмеченные недостатки в значительной мере устраняют применении взамен карбюрации смесеобразования, осуществляемого путем впрыскивания легкого топлива. впрыскивание может осуществляться либо непосредственно в цилиндр двигателя, либо во впускной трубопровод.
Непосредственное впрыскивание • • • При применении непосредственного впрыскивания легкого топлива, осуществляемого в процессе сжатия, удается обеспечить высокую равномерность распределения топлива по цилиндрам, максимально повысить коэффициент наполнения. Последнее происходит как за счет отсутствия диффузора, увеличенного сечения впускного трубопровода и его настройки, обеспечивающей инерционный наддув, так и вследствие организации наполнения «чистым» воздухом, не содержащим паров топлива. Непосредственное впрыскивание позволяет также использовать охлаждающий эффект от испарения топлива в цилиндре, что дает возможность повысить степень сжатия и благоприятно влияет на снижение образования токсических оксидов азота. Однако системы непосредственного впрыскивания могут работать только при достаточно высоких давлениях впрыскивания (5. . . 12 МПа), что требует применения дорогостоящей прецизионной топливной аппаратуры. Поэтому такие системы использовались только в отдельных образцах автомобильной техники высокого класса, а также на спортивных машинах и в авиационных двигателях.
• Большее распространение получили системы впрыскивания бензина во впускной трубопровод - центральные и распределенные. В этом случае требуемое давление впрыскивания снижается до 0, 2. . . 0, 4 МПа и является легко реализуемым. • Системы впрыскивания во впускной трубопровод имеют минимальное гидравлическое сопротивление впускного тракта, а за счет подбора длин впускного трубопровода могут осуществлять инерционный наддув, что существенно повышает коэффициент наполнения.
Системы центрального впрыскивания • • Системы центрального впрыскивания применяются преимущественно на европейских двигателях автомобилей малого и особо малого классов Peugeot, Porsche, Opel, Volkswagen и др. На этих двигателях применяются системы Mono-Jetronic фирмы Bosch, Opel Multec и GM (General Motors). Системой центрального впрыскивания GM комплектовались двигатели экспортных модификаций автомобилей Волжского автомобильного завода - ВАЗ-21214, 21074, 21044. В этих системах впрыскивание бензина осуществляется центральной форсункой под давлением, создаваемым электрическим топливоподающим насосом, размещенном в топливном баке. Форсунка установлена в блоке с дроссельной заслонкой непосредственно на впускном трубопроводе взамен обычного карбюратора. Избыточное давление топлива перед форсункой поддерживается встроенным в блок регулятором на уровне 0, 2 МПа. Дозирование регулируется с помощью электронного блока управления, воспринимающего информацию датчика положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, температуры поступающего в двигатель воздуха и сигналов системы зажигания. Предусмотрена установка кислородного преобразователя (а-зонда).
Система центрального впрыскивания бензина GMBA 3 1 - двигатель; 2 - воздухоочиститель; 3 - блок центрального впрыскивания; 4 - форсунка; 5 - клапан продувки адсорбера; 6 - двухходовый клапан; 7 - гравитационный клапан; 8 - предохранительный клапан; 9 - сепаратор; 10 - топливный фильтр; МЗ - модуль зажигания; НТ- нейтрализатор; АДС -адсорбер; ТБ - топливный бак; ЭН - электробензонасос; ДК - диагностическая колодка; КЗ - потенциометр коррекции зажигания; ЭБУ - электронный блок управления; 33 - замок зажигания; АКБ -аккумуляторная батарея
Системы распределенного впрыскивания с непрерывной подачей топлива Одной из наиболее распространенных систем этого типа является разработанная е 1973 году система K-Jetronic фирмы Bosch (буква «К» в наименовании системы обозначает сокращение немецкого слова Kontinnerlich - непрерывный).
Системы распределенного впрыскивания бензина с электронным управлением цикловой подачей
Система впрыскивания бензина L-Jetronic и ее модификации Одной из наиболее распространенных на европейских двигателях являются системы распределенного впрыскивания бензина с электронным управлением LJetronic, которая разработана в 1974 году фирмой Bosch, и ее дальнейшие модификации. В своем названии система получила букву «L» от немецкого слова Luft (воздух), что свидетельствует о применении датчика расхода воздуха, как информационной основы для программного управления цикловой подачей топлива. Фирма Bosch разработала и выпускает систему LH-Jetronic (буква «Н» является начальной в немецком слове Heiss, которое означает горячий, тепло). Эта система в своей основе аналогична L-Jetronic, но содержит кроме иного расходомера воздуха и ряд других усовершенствований.
Схема системы впрыскивания LH-Jetronic 1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - фильтр; 4 - блок управления; 5 - форсунка; 6 - коллектор-распределитель топлива; 7 - регулятор давления; 8 - впускная труба; 9 - датчик положения дроссельной заслонки; 10 - датчик массового расхода воздуха; 11 - а-зонд; 12 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 13 распределитель зажигания; 14 - регулятор холостого хода; 15 — аккумуляторная
Система управления работой двигателя Motronic • Дальнейшее развитие систем электронного управления двигателями привело к выводу том, что необходимо не только оптимизировать дозирующие характеристики топливопитания, но и более точно регулировать угол опережения зажигания на всех эксплуатационных режимах, чем это допускают традиционные центробежные и вакуумные регуляторы. • Такое комплексное регулирование бензиновых двигателей по оптимальным программам осуществляет разработанная в 1987 году система фирмы Bosch Motronic. Эта система предназначена в первую очередь для двигателей с повышенной степенью сжатия, работающих на обедненных смесях. Привлечению внимания потребителей к этой системе способствовал также отказ от применения этилированных бензинов, потребовавший осуществлять дополнительную регулировку угла опережения зажигания.
Система управления двигателями Motronic: 1 - кислородный преобразователь (а-зонд); 2 - электронный блок управления; 3 - клапан продувки адсорбера; 4 - адсорбер; 5 - катушка зажигания; 6 - форсунка; 7 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 8 - датчик детонации; 9 - датчик угла поворота коленчатого вала; 10 - датчик положения дроссельной заслонки; 11 - регулятор давления топлива; 12 - датчик температуры воздуха; 13 регулятор холостого хода; 14 - фильтр; 15 - топливный насос; 16 - датчик абсолютного давления
Схема системы электронного управления работой двигателя автомобиля ВАЗ-21083 1 - двигатель; 2 - впускной трубопровод; 3 - форсунка; 4 - коллектор-распределитель; ЭВ - эле вентилятор; МЗ - модуль зажигания; ДПДЗ - датчик положения дроссельной заслонки; ДМР датчик массового расхода воздуха; ВО - воздухоочиститель; РХХ- регулятор холостого хода; РДТ-регулятор давления топлива; ТФ - топливный фильтр; ТБ - топливный бак; ЭЕН— электробензонасос СО - СО-корректор; «Check Engine» - диагностическое табло; ДК - диагностическая колодка; ЭБУ - электронный блок управления; РБН- реле бензонасоса; РЗ - реле зажигания; АКБ— аккумуляторная батарея; ДТОЖ - датчик температуры охлаждающей жидкости; ДПКВ - датчик угла поворота коленчатого вала; ДСА - датчик скорости автомобиля; ДД- датчик детонации
Системы непосредственного впрыскивания в двигателях с принудительным воспламенением • Двигатель Toyota D-4 с непосредственным впрыскиванием бензина
Скачать презентацию Особенности и требования к конструкции систем питания бензиновых
система пит БД.ppt