Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

С увеличением частоты вращения уменьшается время теплооб-

мена между рабочим телом и стенками цилиндра.

При прогреве двигателя расширение сопровождается больши-

ми потерями теплоты в стенки камеры сгорания и цилиндров.

При использовании

керамических

материалов с низкими ко-

эффициентами теплопроводности для деталей, формирующих

надпоршневое

пространство, тепловые

цотери

в систему охлаж-

дения снижаются.

Контрольные

вопросы

1. Для чего необходимо открывать выпускной клапан не доходя до

НМТ?

2. Что такое перекрытие

клапанов?

Для чего оно используется?

3. Как влияют на наполнение цилиндров свежим зарядом фазы газо-

распределения, частота

вращения,

состояние фильтра очистки воздуха?

Сформулируйте

принципы выбора

степрни

сжатия для двигателя с

искровым зажиганием и для дизеля.

5. Охарактеризуйте проблемы,

возникающие

при смесеобразрвании в

двигателе с искровым зажиганием.

Охарактеризуйте

состав топливовоздушной смеси, движущейся во

впускном трубопроводе.

7. Какие характерные фазы

сгорания

можно

выделить

в рабочем про-

цессе

дизеля

8. Укажите основные виды

нарушения

сгорания

в двигателе с искро-

вым зажиганием и причины, их

вызывающие.

9. Сравните различные способы смесеобразования в дизелях.

10. Какие характерные фазы сгорания можно выделить в

рабрчем

про-

цессе двигателя с искровым

зажиганием?

Глава 4

ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

4.1.

Индикаторные показатели

Индикаторные показатели двигателя характеризуют

работу,

ююрая

совершается газами и цилиндре двигателя. Они зависят от

Полноты и своевременности сгорания, а также от тепловых по-

терь в систему охлаждения и с отработавшими газами.

Влияние различных

факторов

на индикаторные показатели дви-

Фателя

с искровым зажиганием. Степень сжатия двигателей с ис-

кровым

зажиганием составляет от 7 до П. Увеличение степени

сжатия

существенно повышает индикаторные показатели

р„

улучшает условия воспламенения, что позволяет на частичных на-

I рузках обеднять смесь. С ростом е уменьшается

поверхность

каме-

ры сгорания, но возрастает

трмпература

в цилиндре, поэтому

теп-

|К>обмен

между рабочим телрм и стенками камеры сгорания мо-

JKer

проходить более интенсивно. При увеличении е

растут

меха-

гИические

тепловые

нагрузки на детали двигателя, выбросы

СН,

повышаются требования к октановому числу топлива.

Размеры цилиндра

влияюу

на процессы теплообмена. С увели-

чением диаметра цилиндра для обеспечения работы без детона-

1ши

следует использовать

трпливр

с более высоким октановым

числом. Увеличение D при нризменной е из-за снижения

тегоюот-

иода

в стенки повышает

г),.

Состав смеси существенно влияет на процесс сгорания и на

индикаторные

показатели (рис.

4.|,

а). Максимальные значения

т|/

р,

зависят от протекания

процесса

сгорания, конструкции дви-

Пр

,/ct

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

Л/

(

м^*,^*"

л„

«np

Tb/

Q,36

p,32

P,28

0,24

h/K

Л,

«пр

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1 а

а б

Рис. 4,1.

Зависимости

индикаторного КПД от коэффициента избытка

воздуха для двигателя с

искровым

зажиганием (а) и дизеля (б)

гателя, а также от частоты вращения и положения дроссельной

заслонки.

Максимум л, достигается при обедненных смесях (а = 1,05... 1,1),

что обусловлено улучшением полноты сгорания и ростом доли в

продуктах сгорания двухатомных газов. При этом получается оп-

тимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотво-

дом в стенки. Дальнейшее обеднение смеси приводит к существен-

ному снижению скорости

ее

сгорания и к возникновению про-

пусков

воспламенения.

По этой причине сгорание будет заканчи-

ваться позже, а отвод теплоты в стенки увеличится.

Максимальное значение

р,

достигается при несколько обога-

щенных смесях, при которых сгорание происходит с максималь-

ной скоростью.

При полностью открытой дроссельной заслонке

г\,

достигает

максимума при

сс=

1,1...1,3,

ар,—

при

0,85...0,95.

Угол опережения зажигания определяет положение процесса

сгорания топлива относительно

ВМТ.

Каждому режиму работы

двигателя (сочетанию степени открытия дроссельной заслонки,

коэффициента избытка воздуха

ос

и частоты вращения

п)

соответ-

ствует свое оптимальное значение угла

опт

при котором одно-

временно

досгигают

максимума

г|,

р,.

При

з >

з опт (раннее зажигание) интенсивно увеличива-

ются максимальная температура

и давление цикла

Это вызы-

вает повышенные тепловые потери в систему охлаждения, а так-

же утечки газов через поршневые кольца.

При

зопт

(позднее

зажигание)

сгорание переносится

на линию расширения и выделившаяся теплота превращается в

работу в течение меньшей части хода поршня, а тепловые по-

тери с отработавшими газами и в систему охлаждения возрас-

тают.

Частота

вращения

(при ее увеличении) интенсифицирует в

цилиндре движение рабочего заряда и сгорание. При этом время,

отводимое на цикл,

уменьшается,

цродолжительность

сгорания

в градусах

ПКВ

несколько увеличивается. Для оптимизации про-

цесса приходится увеличивать

что

выполняет центробежный

регулятор опережения зажигания или микропроцессорная систе-

ма управления. При увеличении

кррме

того сокращаются утечки

газов через кольца и

теплоотвод

в систему охлаждения. Поэтому

р,

несколько возрастают (рис.

4.2,

а).

Нагрузка двигателя при прикрытии дроссельной заслонки и

постоянной частоте вращения снижается. Условия воспламенения

и сгорания в двигателе ухудшаются из-за повышения доли оста-

точных газов в рабочей смеси и снижения давления в цилиндре.

Кроме того возрастают относительные тепловые потери в систему

охлаждения ц с отработавшими газами. Для компенсации умень-

шения скорости сгорания увеличивают угол опережения

зажига-

500 600 700 800 900

1000

п,

мин"

Гшс.

4.2. Зависимости индикаторных показателей от частоты вращения

коленчатого вала (а) ц нагрузки (б)

1 — двигатель с искровым зажиганием, 2 — дизель

имя.

Эту операцию выполняет вакуум-регулятор или микропро-

цессорная система управления.

В зависимости от нагрузки система питания

двигателя

форми-

рует состав смеси. На средних нагру

жах

л, достигает наибольшего

значения при

зк

1,1...

1,3. Максимум

р,

получают при полностью

открытой дроссельной заслонке при

0,8...0,95.

По мере при-

крытия засдонки количество свежей смеси

уменьшается

(количе-

ств,енное

регулирование нагрузки) и

Р,

снижается.

Скорости

движения заряда должна иметь на каждом режиме

работы двигателя определенное оптимальное значение. Для этого

используются профилированные (тангенциальные или вихревые)

впускные каналы, а также

специальные

заслонки, изменяющие

направление потока. Если скорость заряда превышает

оптима^ль-

ную,

то из-за увеличения

теплоотдачи

в стенки л/ уменьшается.

Влияние различных факторов на индикаторные

показатели

ди~

зеця.

Топливо в зависимости от испаряемости и

воспламеняемости

оказывает влияние на процессы впрыскивания и

распыливания

и, следовательно, на индикаторные показатели дизеля. При уве-

личении в топливе доли легких фракций (цетановое число при

этом уменьшается) индикаторные показатели в зависимости от

способа смесеобразования могут или ухудшаться, или улучшаться.

При этом повышается надежность пуска, а на рабочих режимах

увеличивается период задержки воспламенения и скорость

тепло-

вьщеления

во второй фазе быстрого сгорания, что вызывает рост

скорости нарастания давления и максимального давления сгора-

ния, особенно при объемном

смесеобразовании.

При подаче в цилиндры мелкодисперсного топлива с низким

цетановым

числом его смесь за

длительный

период задержки вос-

пламенения может стать однородной и даже не

воспламенится.

Состав

<;меси

позволяет регулировать нагрузку дизеля. Макси-

мальная

нагрузка

для дизеля

достигается

при несколько

обеднен-

ной, а максимальная экономичность — при сильно обедненной

смеси (рис.

4.1,

б). Это обусловлено

принципами

организации в

дизеле смесеобразования и сгорания неоднородной смеси.

Однако, дизель никогда не

регулируется

на получение макси-

мума

р,

из-за необходимости

снижения

дымности

его отработав-

ших газов и тепловой напряженности

деталей.

При увеличении а до

п/

max

происходит

рост

п.,

из-за уменьше-

ния потерь неполноты и несвоевременности сгорания и увеличе-

ние термодинамического КПД из-за увеличения доли двухатом-

ных газов в заряде. При а >

n/max

ухудшается

распыливание

топлива

цовышается

относительное количество теплоты, теряемой в

ох-

лаждающую среду.

Уменьшение потерь теплоты в систему охлаждения позволяет

повысить

г],.

Это достигается

соответствующей

организацией

ох-

лаждения, разработкой специальных конструкций деталей и при-

менением для их изготовления материалов с низкой

теплопро-

водностью, использованием теплозащитных покрытий на стен-

ках, формирующих камеру сгорания.

Степень сжатия выбирается из условия надежного пуска

хо-

лодного дизеля. При ее дальнейшем повышении прирост

-р,

неве-

лик, но при этом повышаются утечки заряда

*ерез

кольца в

кар-

тер, потери теплоты в охлаждающую среду, доля воздуха в

«мер-

твых» зонах камеры сгорания. Также

существенно

возрастают

ме-

ханические нагрузки на детали и требуются большие затраты

мощ-

ности на

прокручивание

дизеля при пуске.

Тип камеры сгорания определяет характер протекания

процес-

са смесеобразования.

Разделенное

камеры сгорания в сравнении

с неразделенными имеют большую поверхность стенок, что обус-

ловливает повышенные тепловые

потери,

том\

же перетекание

заряда

через

горловину увеличивает газодинамические потери. Все

это

обусловливает

снижение

ч/

Однако разделенные камеры сгорания позволяют форсировать

дизель по частоте вращения, так

как

требования к качеству

смесе-

образования для них ниже. Такой дизель может

работать

бездымно

и с

меньше|1

токсичностью отработавших газов при относительно

малых значрниях а.

Характеристики впрыскивания и

распиливания

для получения

высокого л/ должны обеспечивать завершение тепловыделения

че-

рез

35...40°

после

ВМТ.

Они не должны иметь в конце

впрыскива-

ния медленного снижения его скорости или

подвпрыскивания,

так как это приводит к снижению

ч/

сильному

дымлению и

за-

коксовыванию

расиыливающих

отверстир.

При малой

скоррсти

нарастания давления в начале

впрыскива^

ния обеспечивается «мягкая» работа дизеля.

При увеличении угла опережения впрыскивания

<р

вп

растут мак-

симальное давление сгорания, скорость нарастания давления,

по-

тери теплоты в охлаждающую среду, температура головки и ци-

линдра, а температура отработавших газов снижается.

Скорость движения заряда, создаваемая при впуске, обусловлена

типом смесеобразования, количеством

распыливающих

отверстий в

форсунке и диаметром камеры сгорания. Увеличение этих отверстий

и уменьшение диаметра камеры сгорания приводит к уменьшению

необходимой скорости движения заряда и, следовательно, к росту

коэффициента наполнения

г\

Увеличение скорости движения заря-

да вызывает повышение

р,

Однако в случае большего количества

сопловых отверстий при определенной скорости дальнейшее ее по-

вышение приводит к перезавихрению. Это вызывает увеличение не-

полноты сгорания топлива и повышение дымления.

Увеличение

частоты вращения при неизменном а приводит к

некоторому

росту

TI,

благодаря уменьшению неполноты сгорания

снижению

потерь теплоты в охлаждающую среду, которые обус-

ловлены улучшением

распыливания

топлива при повышении ин-

тенсивност|1

движения заряда.

Угол опережения впрыскивания при повышении частоты враще-

нщ

должен увеличиваться для компенсации возрастания продол-

жительности впрыскивания и периода задержки воспламенения,

выраженных в градусах ПКВ. Изменение

вп

в дизелях осуществ-

ляется автоматическим устройством.

Состав

смеси при повышении частоты вращения определяется

изменением

скоростных характеристик

топливоподачи,

г\

у, а для

дизелей с наддувом — изменением плотности воздуха

Для обес-

печения требуемого характера изменения

экономичной и без-

дымной работы дизеля регулируют состав смеси.

Параметры окружающей среды влияют на массовое наполне-

ние цилиндров дизеля воздухом. С увеличением температуры и

снижением давления атмосферного воздуха оно уменьшается. Если

подача топлива неизменна, снижается а и, следовательно, умень-

шатся

Г\,

р,.

Работа дизелей с газотурбинным наддувом мало зависит от ат-

мосферных условий.

4.2. Механические потери в двигателе

Механические

(внутренние) потери состоят из потерь всех ви-

дов механического трения, потерь на привод

вспомогательных

меха-

низмов (жидкостного, масляного, топливного насосов, вентиля-

тора, генератора и др.), на осуществление газообмена,

вентиляци-

онных потерь, возникающих при движении подвижных деталей

двигателя при больших скоростях в воздушно-масляной среде, а

также на привод компрессора. Газодинамические потери на перете-

кание заряда между полостями разделенной камеры сгорания также

относят к механическим потерям.

3 Балла

Цотери

на трение в общем объеме механических потерь дости-

гают

Потери на трение между поршневой группой и цилин-

дром составляют

45...55%,

а в подшипниках — до

20%

от всех

механических

потерь.

Факторы, влияющие на уровень механических

пощерь:

рилы,

нагружающие трущиеся подвижные сочленения двигателя;

средние по времени

значения

сил инерции, действующих в под-

видных

сопряжениях, определяют потери на

трецие;

рилы упругости поршневых колец не зависят от режима работы

двигателя; они особенно велики при сгорании в области

ВМТ,

когда

мала скорость движения кольца, что изменяет режим тре-

ния и вызывает

повышенный

износ

верхней

част^

гильзы;

тепловой режим двигателя влияет на вязкость смазочного мас-

ла и, следовательно, на характер трения;

частота вращения (при ее увеличении) вызывает рост сил инерции

и относительных скоростей трущихся пар, повышает температуру и

снижает вязкость масла, обусловливая увеличение потерь на трение;

нагрузка (при ее увеличении) приводит к росту газовых сил и

повышению температуры двигателя, что вызывает

снижение

вяз-

корти масла; однако потери на трение сравнительно мало зависят

от нагрузки;

эксплуатация двигателя — на начальной стадии жизненного

ццкла

двигателя в процессе приработки деталей потери на трение

пдстепенно

снижаются, затем стабилизируются, а на завершаю-

щей стадии растут.

Потери на газообмен связаны с неодинаковыми величинами

работ впуска и выпуска,

сумма

которых в

основнс»м

отрицательна.

Она

может быть положительной при наддуве четырехтактного дви-

гателя от компрессора, приводимого коленчатым валом, а также

на отдельных режимах при газотурбинном наддуве. Потери на

га-

3qo6MeH

возрастают:

при увеличении сопротивления впускной и выпускной систем

и скорости движения газов;

с ростом частоты вращения;

при уменьшении нагрузки в двигателе с

искровым

зажиганием

ю-за

прикрытия дроссельной заслонки (растет сопротивление

системы впуска и

снижается

положительная рабрта при впуске).

В высокооборотных двигателях с газотурбинным наддувом по-

тери на газообмен могут составлять более 25 % от механических

пртерь. Это обусловлено ростом работы выталкивания при уста-

новке на выпуске газовой турбины,

Вентиляционные потери в двигателе незначительны. Они зави-

сят от частоты вращения

растут пропорционально п

Потери на привод вспомогательных

механизмов

зависят от

час-

трты

вращения пропорционально

и обычно

составляют

5...

10 %

механических потерь.

Практически на все рассмотренные составляющие механичес-

ких потерь существенно влияет повышение частоты вращения п.

Увеличение числа цилиндров или рабочего объема при сохране-

нии отношения S/D ведет к снижению механических потерь.

4,3. Эффективные показатели двигателя

Эффективные показатели характеризуют работу двигателя, пе-

редаваемую потребителю. К числу эффективных показателей от-

носят эффективную мощность, эффективный крутящий момент,

удельный

эффективный

расход топлива, эффективный КПД и

среднее эффективное давление. Последнее определяется соотно-

шением

р,г\

Эффективные

показатели двигателя формируются при совмест-

ном воздействии на них индикаторных и механических показателей.

Рассмотрим влияние различных факторов на эффективные по-

казатели двигателя.

Среднее давление механических потерь

уменьшается при вы-

полнении следующих требований:

выбор оптимальных температурных параметров системы

охлаждения и их поддержание в эксплуатации на всех режимах

работы двигателя;

2) формирование рациональной конструкции двигателя и его

агрегатов, включающее:

использование минимального количества поршневых колец;

обеспечение при проектировании и производстве требуемых

жесткости и формы, а также качества поверхностей деталей тру-

щихся пар;

обеспечение надежного жидкостного трения трущихся пар за

счет

согласования

соответствующих параметров системы смазы-

вания, трущихся пар и смазочного масла;

оптимизация производительности в зависимости от режима

работы двигателя, его вспомогательных механизмов и агрегатов

(жвдкостнрго

и масляного насосов, вентилятора и т.п.);

выбор

крнструкции,

размеров впускной и выпускной систем

для минимизации потерь на газообмен, а также обеспечение в

эксплуатации неизменного их сопротивления;

3) выбор современных материалов и

технологи^

изготовления

деталей

дл^

улучшения смазывания трущихся пар в целях повы-

шения

долговечности

и снижения потерь на трение;

подбор

качественного смазочного материала, который при

минимально возможной вязкости, жидкостном трении и прием-

лемом угаре обеспечивает надежную работу двигателя в течение

длительногр

срока службы;

5) оптимизация типа, размеров, частоты вращения и характе-

ристик компрессора под заданные расход газа и степень

повыше-

"е

max "разн

Рис. 4.3. Зависимости индикаторных,

эффективных

и механических пока-

зателей

двигателя

от частоты

вращения

коленчатого вала

ния давления во всем диапазоне режимов работы двигателя путем

регулирования, например, на малых нагрузках — перепуская часть

•

воздуха или

изменяя

частоту вращения компрессора;

6) переход в дизелях от разделенных к неразделенным (одно-

полостным) камерам сгорания для исключения газодинамичес-

ких потерь на перетекание заряда.

Механический

КПД представляет собой

соотношение

г|

Ре/р, = (А -

рм)/л

1 - (РМ/А)-

При снижении нагрузки уменьшается

т\

так как при этом

(

падает, а

изменяется мало. Более интенсивно

т|

снижается в

двигателях с искровым

зажиганием,

что

обусловлено

увеличени-

Таблица

Значения

индикаторных

и эффективных показателей

4.1

Показатель

А,

МПа

ч,

г/(кВт

• ч)

МПа

Чм

Че

гДкВт

• ч)

кВт/л

Двигатели с

искровым

зажиганием

0,9..

1,2

0,3

...0,4

273.

..205

0,75.

..0,85

0,75.

..0,85

0,25

...0,35

327.

..234

20...50

Дизели

без наддува

0,75

...1,05

0,42.

..0,5

202... 170

0,05.

..0,8

0,7... 0,8

0,36... 0,42

235... 202

Ц...20

Дизели

с наддувом

До 2,5

0,42,

..0,5

202.,.

170

до 2,0

0,78.

..0,88

0,38. .0,45

223... 188

16.

..28

ем

потерь на газообмен при прикрытии дроссельной заслонки. На

холостом ходу

0, т.е.

р,

и, следовательно,

Чм

= 0.

С повышением частоты вращения

уменьшается из-за более

интенсивного роста

при

небольшом

изменении

р,.

На рис. 4.3 представлено изменение основных индикаторных и

эффективных показателей двигателей в зависимости от частоты

вращения. Значения индикаторных и эффективных показателей

автотракторных четырехтактных двигателей для номинального

режима приведены в

табл.

4.1.

Литровая мощность современных

двигателей легковых автомобилей для двигателей с искровым

за-

жигацием

приближается к 65 кВт/л, а для дизелей с наддувом — к

кВг/л.

Контрольные вопросы

1. Что характеризуют индикаторные, механические и эффективные

показатели двигателя?

2. Как изменяются индикаторные ц механические показатели по на-

грузочной характеристике дизеля?

3. Как изменяются индикаторные

механические показатели по на-

грузочной характеристике двигателя с искровым зажиганием?

4. Как изменяются индикаторные и механические показатели по ско-

ростной характеристике

двигателя

5. Как и почему могут изменяться индикаторные и механические по-

казатели двигателя в процессе его эксплуатации?

Глава 5

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

5.1. Общие положения

Основными функциями системы питания являются: хранение

запаса топлива; приготовление горючей смеси (дозирование топ-

лива и воздуха, их смешение); подача в цилиндр компонентов

горючей смеси в определенный момент рабочего цикла; регули-

рование состава и количества горючей смеси.

Система питания должна обеспечивать получение на всех ре-

жимах работы двигателя требуемых

мощностных

и экономических

показателей при допустимой токсичности отработавших газов.

Обычно это достигается при совместной работе систем питания,

впуска, наддува и регулирования.

К системе питания предъявляются следующие требования: обес-

печение на всех режимах работы двигателя необходимого состава

и количества горючей смеси; быстрое и плавное изменение соста-

ва смеси при переходе двигателя с одного режима работы на дру-

гой; обеспечение равномерного распределения состава смеси по

цилиндрам; надежный пуск и быстрый прогрев холодного двигате-

ля, надежный пуск горячего двигателя; сохранение стабильности

регулировок в процессе эксплуатации; коррекция работы системы

питания при изменении сопротивления воздушного фильтра, тем-

пературы и давления окружающей среды, технического состояния

в процессе эксплуатации; минимальные габариты и масса.

5.2. Система питания двигателей с искровым зажиганием

Наивыгоднейшая характеристика смеси. Для каждого режима

работы двигателя характерны свои значения

эк

соответ-

ствующие максимальной мощности и наилучшей экономичности.

Наибольшая мощность достигается при полностью открытой дрос-

сельной заслонке и обогащенных смесях, т.е. при

< 1, а наи-

лучшая экономичность — в случае сгорания смесей при

эк

По

мере открытия дроссельной заслонки уменьшается разрежение

перед дроссельной заслонкой

А/?

и улучшается эффективность сго-

рания, что требует повышения

<х

эк

(рис.

5.1).

На полной нагрузке, когда необходима наибольшая мощность,

целесообразно работать на а =

(точка С), а на частичных на-

грузках переходить на экономичный состав смеси а =

эк

(линия

АВ).

Для каждой частоты вращения характеристики будут отли-

чаться, так как с ростом п изменяется

А/7

Рис.

5.1.

Наивыгоднейшая характе-

ристика карбюратора:

— экономичный состав смеси; 2 —

мощностной состав смеси

Таким образом, при коли-

чественном управлении на-

грузкой необходимо готовить

состав смеси в соответствии

с кривой ABC и обеспечивать

получение наилучших энерге-

тических или экономических

показателей.

В ряде случаев уп-

равление составом смеси тре-

бует отступления от

или

эк

для обеспечения нормируе-

мых экологических показа-

телей.

Приготовление

топливовоздушной

смеси, состоящей из бен-

зина и воздуха возможно с помощью системы впрыскивания бен-

зина 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 эксплуата-

ционных 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 управле-

ния двигателем;

повышение мощностных, экономических и экологических по-

казателей двигателя.

Классифицировать системы впрыскивания бензина можно сле-

дующим образом:

впрыскивание бензина во впускной трубопровод или непосред-

ственно в

цилиндр',

при распределенном впрыскивании форсунки впрыскивают бен-

зин в зону впускных клапанов каждого цилиндра, а при цент-

ральном работает одна форсунка, установленная на участке до

разветвления впускного трубопровода по цилиндрам двига-

теля;

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 осуще-

ствляется синхронно всеми форсунками.

Системы впрыскивания по сравнению с карбюраторной доро-

же и сложнее при производстве и в эксплуатации. Однако в насто-

ящее время только они используются на современных двигателях

с искровым зажиганием.

Рис. 5.2. 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;

— регулятор давления топ-

лива, 12 — топливная магистраль; 13 — датчик частоты вращения коленчатого

вала, 14 — датчик температуры; 75 — электромагнитная форсунка; 16 — кисло-

родный датчик

Система распределенного впрыскивания обеспечивает подачу

топлива с помощью электромагнитных форсунок в

зон

впускных

клапанов.

Бензин из бака 7 (рис. 5.2) всасывается электрическим бензо-

насосом 2 и нагнетается через фильтр 3 тонкой очистки в маги-

страль 12. Регулятор 77 поддерживает постоянное

избыточное

(от-

носительно давления воздуха во впускном трубопроводе) давле-

ние топлива на входе в индивидуальные электромагнитные фор-

сунки 75, подающих его в зону впускных клапанов. Избыток топ-

лива из регулятора

возвращается обратно в бак. При использо-

вании двух впускных клапанов на цилиндр форсунка впрыскивает

топливо на перемычку между клапанами.

Воздух в цилиндры поступает через

воздухоочиститель,

изме-

ритель 6 расхода воздуха и впускной трубопровод

10,

а его коли-

чество регулируется дроссельной заслонкой.

Управление дозированием топлива осуществляется электронной

системой, которая начинает работать при включении замка 7 за-

жигания и питается от аккумуляторной батареи 8.

Электронный блок 4 управления воспринимает сигналы измери-

теля 6 расхода воздуха и датчика 13 частоты вращения коленчато-

го вала. После обработки этих сигналов и получения значения

циклового расхода воздуха по заданному алгоритму в соответствии

с режимом работы двигателя блок управления выдает управляю-

щие электрические импульсы необходимой длительности для от-

крытия клапанов форсунок в целях обеспечения необходимой

цикловой дозы топлива. Она корректируется блоком управления в

зависимости от положения и скорости нажатия на дроссельную

заслонку на основании сигналов датчика 5, механически соеди-

ненного с ее осью, а также от температуры охлаждающей жидко-

сти, регистрируемой датчиком 14 температуры.

На режимах принудительного холостого хода при закрытой

дроссельной заслонке (в датчике 5 срабатывает соответствующая

контактная пара) и частоте вращения больше 1500

мин'

подача

топлива отключается, а возобновляется при частоте вращения ниже

900

мин~'.

Порог отключения подачи топлива корректируется в

зависимости от температуры двигателя.

На холостом ходу для обеспечения устойчивой работы двига-

теля с заданной частотой вращения предусмотрено, в зависимос-

ти от температуры охлаждающей жидкости, автоматическое регу-

лирование количества воздуха, поступающего в двигатель.

У непрогретого двигателя на холостом ходу при закрытой дрос-

сельной заслонке воздух поступает через верхний и нижний кана-

лы регулятора 9 дополнительного воздуха. По мере прогрева дви-

гателя, начиная с температуры охлаждающей жидкости

50...70

°С,

регулятор прекращает подачу воздуха и он поступает только через

верхний канал, сечение которого изменяется винтом регулирова-

ния частоты вращения на холостом ходу.

Кислородный датчик

(Х-зонд)

16, установленный в выпускном

трубопроводе, позволяет системе управления по его сигналам обес-

печить поддержание стехиометрического состава смеси при рабо-

те двигателя с нейтрализатором отработавших газов.

Количество поступающего воздуха определяется измерителем 6

расхода воздуха. Он представляет собой термоанемометр — чувстви-

тельный элемент из платиновой проволоки толщиной 70 мкм, рас-

положенной в впускном трубопроводе. Проволока подогревается

электрическим током до постоянной температуры 150

°С.

С увели-

чением расхода воздуха возрастает количество теплоты, отведен-

ной им от проволоки и, следовательно, сила тока подогрева долж-

на повышаться. Она пропорциональна расходу воздуха, непрерыв-

но измеряется и ее значения передаются на блок управления.

Для очистки нити термоанемометра от загрязнений, которые

могут искажать сигнал о расходе воздуха, после остановки двига-

теля по команде блока управления ее кратковременно разогрева-

ют до повышенной температуры в целях выжигания отложений.

6 7

1 —

наконечник

Рис. 5.3. Электромагнитная форсунка:

:; 2 — клапан; 3 — седло; 4 — пружина; 5 —

6 — контакт; 7 — фильтр

электромагнит;

В качестве чувствительного элемента термоанемометра может при-

меняться пленочный датчик.

Электромагнитная форсунка предназначена для впрыскивания

топлива. Бензин по шлангу подводится к форсунке, дополнитель-

но очищается в фильтре 7 (рис. 5.3) и поступает через магистраль

к клапану 2 с

распыливающим

наконечником 7, который прижи-

мается пружиной 4 к седлу 3. При поступлении управляющего

импульса на изолированные от корпуса контакты 6 концов об-

мотки быстродействующего электромагнита 5 втягивается якорь,

и клапан открывается примерно на

0,1

мм. Быстродействие фор-

сунки (время запаздывания открытия и закрытия клапана) зави-

сят от конструкции форсунки, масс подвижных деталей, конст-

рукции и материала магнитопровода. С уменьшением подачи топ-

лива точность дозирования снижается.

Топливный насос с электрическим приводом обеспечивает дав-

ление бензина в системе. Насос и электромотор размещают в еди-

ном герметичном корпусе, погруженном в бензин, находящийся

в топливном баке, в целях отвода теплоты и снижения шума. На-

сос может быть роликовым или шестеренным и может распола-

гаться и вне топливного бака. Он включается и выключается вме-

сте с системой зажигания. Для защиты насоса от

перегрузки

ис-

пользуется предохранительный клапан.

Электропривод насоса обеспечивает давление в системе при

неработающем двигателе. Наличие в системе обратного клапана

позволяет сохранять в ней остаточное давление после выключе-

ния насоса, что обеспечивает надежный пуск двигателя при вы-

сокой температуре окружающей среды.

Регулятор перепада давления топлива обеспечивает постоянство

перепада давления на входе и выходе форсунки с погрешностью

±1

... 2

Если давление топлива превысит на определенную вели-

чину давление во впускном трубопроводе, то в регуляторе откро-

ется клапан и избыток топлива будет слит.

Основные преимущества распределенного впрыскивания

бензина:

лучшая экономичность и несколько большая мощность за счет

повышения качества смесеобразования, наполнения и управле-

ния процессами рабочего цикла в зависимости от режима работы

двигателя;

лучший разгон автомобиля благодаря сокращению пути бензи-

на от форсунки до цилиндра;

лучшее наполнение цилиндров из-за меньшего гидравличес-

кого сопротивления впускного тракта без карбюратора, нецеле-

сообразности подогрева впускного трубопровода и возможности

применения динамического наддува;

степень сжатия можно повысить на

0,5...

1,5 единицы из-за от-

сутствия подогрева впускного трубопровода;

бо'лылие

возможности применения наддува.

Система центрального впрыскивания обеспечивает подачу топ-

лива одной форсункой 2 (рис. 5.4) во впускной трубопровод. Воз-

дух поступает из воздухоочистителя, проходит через измеритель 1

расхода воздуха и, смешиваясь с бензином, образует

топливовоз-

душную

смесь. Бензин из топливного бака с помощью электри-

ческого насоса 7 через фильтр 6 под давлением

100...

150 кПа,

подается в электромагнитную форсунку.

Рис. 5.4. Схема системы центрального впрыскивания топлива:

— 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

Управление форсункой осуществляет электронный блок 4 уп-

равления на основании информации, полученной от измерителя 1

расхода воздуха, датчика 8 положения и скорости открытия дрос-

сельной заслонки и датчика 9 температуры охлаждающей жидко-

сти. Питание блока управления обеспечивается аккумуляторной

батарей 5. Впрыскивание бензина происходит под давлением око-

ло 100 кПа прерывисто с частотой, связанной с частотой враще-

ния коленчатого вала.

Форсунка 2 объединена с регулятором 3 перепада давлений,

дроссельной заслонкой и регулятором 10 холостого хода в одном

блоке.

Достоинствами системы центрального впрыскивания являют-

ся простота, надежность и дешевизна. Поэтому она находит при-

менение на более дешевых автомобилях, грузовиках и микроавто-

бусах.

Недостатки системы центрального впрыскивания (в сравне-

нии с распределенным впрыскиванием):

низкие показатели, что связано с образованием пленки топли-

ва на стенках впускного трубопровода и возникающей при этом

неравномерностью составов смеси по цилиндрам;

на режимах разгона работа двигателя ухудшается из-за большо-

го расстояния между форсункой и впускными клапанами;

значительное гидравлическое сопротивление впускной систе-

мы из-за размещения в ней форсунки больших габаритных разме-

ров затрудняет организацию динамического наддува.

Система впрыскивания бензина в цилиндр обеспечивает внут-

реннее смесеобразование. Насос низкого давления с электричес-

ким приводом, находящийся в топливном баке, через фильтр

подает бензин к плунжерному насосу высокого давления, кото-

рый создает в аккумуляторе давление 5... 13

МПа.

Регулятор под-

держивает давление в аккумуляторе, перепуская избыточную часть

топлива на вход насоса высокого давления. Давление в аккумуля-

торе регистрируется датчиком давления и передается на элект-

ронный блок системы управления. Бензин из аккумулятора пода-

ется к электромагнитным форсункам, которые работают по ко-

мандам микропроцессора системы управления и обеспечивают

требуемую подачу за счет определенной длительности управляю-

щего импульса, подаваемого к каждой форсунке.

Недостатки непосредственного впрыскивания в сравнении с

распределенным:

высокая стоимость системы из-за необходимости работы при

больших давлениях;

сложные температурные условия работы форсунки;

в камере сгорания требуется сложная система управления, при-

менение бензинов с очень низким содержанием серы и специаль-

ных нейтрализаторов

DeNO

1 2

789

18 17

Рис. 5.5. Схема системы питания карбюраторного двигателя:

7 — горловина; 2 — крышка; 3 — датчик, 4 — указатель;

10,

к 15 —

топливопроводы; 6 — воздушный фильтр, 7 — карбюратор; 8, 9, 14 и 77 —

газопроводы; 72 — насос; 13 — топливный фильтр; 16 — глушитель; 18 — топ-

ливный бак

Такие системы сейчас применяются на некоторых престижных

автомобилях и считаются перспективными.

Система питания с карбюратором. Принцип работы системы

питания с карбюратором заключается в следующем.

Воздух поступает через воздухоочиститель

(рис. 5.5), который

является одновременно глушителем шума, возникающего при

впуске, в карбюратор 7.

Топливо из топливного бака 18 с помощью насоса 12 подается

по трубопроводу в фильтр тонкой очистки, а затем в карбюратор 7.

Чтобы исключить образование в системе питания паровых про-

бок, часть топлива, подводимого к карбюратору, перепускается по

трубопроводу 5 обратно в топливный бак. Повышенная циркуляция

топлива обеспечивает снижение его температуры. Топливный бак

включает заливную горловину 7 и ее крышку 2, а также датчик 3 с

указателем 4 уровня для контроля количества топлива в баке.

В карбюраторе образуется требуемая

топливовоздушная

смесь,

которая по впускному трубопроводу подается к цилиндрам. Про-

цесс подготовки смеси продолжается вплоть до ее перемещения в

цилиндр.

Карбюратор является центральным элементом системы, обес-

печивающим получение необходимых экономических и мощност-

ных

показателей на всех режимах работы двигателя при допусти-

мой токсичности отработавших газов. К нему предъявляются сле-

дующие требования:

точное дозирование подачи топлива во впускной тракт двига-

теля;

смешение топлива с воздухом (в начальной стадии) в целях

образования горючей смеси нужного состава;

изменение количества горючей смеси в соответствии с режи-

мом работы двигателя.

Простейший карбюратор включает в себя входной патрубок 7

(рис. 5.6), диффузор 2, смесительную камеру 9, дроссельную зас-

лонку 10, топливный жиклер 8 (калиброванное отверстие), рас-

пылитель 11, поплавковую камеру 4. Последняя содержит топливо

и имеет отверстие для подвода топлива из фильтра тонкой очист-

ки, седло 5 клапана, игольчатый клапан 6, поплавок 7.

Простейший карбюратор работает следующим образом. Воздух

из воздухоочистителя через входной патрубок 1 поступает в диф-

фузор 2. Проходное сечение в первой части диффузора вначале

сужается. Этим достигается рост скорости воздуха и уменьшение

давления в потоке. Оно становится меньше, чем в поплавковой

камере, и вызывает истечение топлива через распылитель

поток воздуха.

Во второй части диффузора происходит смешение топлива и

воздуха. Топливо

распыливается

в воздухе и далее движется в виде

паров, капель в объеме потока и пленки по стенкам смесительной

камеры 9, а затем по впускному трубопроводу поступает к клапа-

нам и в цилиндр двигателя.

Разность уровней между носком распылителя и топлива в по-

плавковой камере АЛ при неработающем двигателе составляет

4... 8 мм. Этим обеспечивается предотвращение вытекания топли-

ва из распылителя при наклоне двигателя.

В процессе эксплуатации двигателя происходит постепенное

засорение воздухоочистителя, повышается его сопротивление и

растет разрежение в диффузоре. Для предотвращения возникаю-

кг/с

Рис. 5.6. Простейший карбюратор:

а — изменение давления в диффузоре и смесительной камере; б — схема карбю-

ратора; в — характеристика карбюратора;

— патрубок; 2 — диффузор; 3 —

балансировочная трубка (отверстие); 4 — поплавковая камера; 5 — седло; 6 —

клапан; 7 — поплавок; 8 — жиклер; 9 — смесительная камера; 10 — дроссельная

заслонка; 11 — распылитель

щего при этом обогащения смеси, поплавковая камера соединена

через отверстие 3 с входным патрубком 1.

Количество горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигате-

ля, регулируется дроссельной заслонкой. При этом состав смеси

изменяется автоматически. По мере ее открытия возрастает расход

воздуха и топлива, а смесь обогащается.

Рассмотрим зависимость состава смеси от разрежения в диф-

фузоре, которую называют характеристикой простейшего карбю-

ратора (рис. 5.6, в).

По мере увеличения расхода воздуха

растет разрежение в диф-

фузоре

Д/?

топливо поднимается по трубке распылителя. С опреде-

ленного момента начинается истечение топлива из распылителя.

При этом а постепенно уменьшается — смесь обогащается от а =

«э

до некоторого значения. В зависимости от размера проходного сече-

ния жиклера смесь может быть как богатой, так и бедной.

Для обеспечения автоматического изменения состава смеси в

соответствии с наивыгоднейшей характеристикой дозирования,

называемого корректированием (компенсацией) состава смеси, кар-

бюратор оборудован специальными системами.

Главная дозирующая система корректирует состав смеси, изме-

няя разрежение у топливного жиклера. Система включает главный

топливный жиклер 16 (рис. 5.7, а), колодец с эмульсионной труб-

кой 75 (с отверстиями) и воздушный жиклер 14, который сооб-

щается с входным патрубком или с атмосферой.

При повышении в диффузоре разрежения

Д/?

(рис. 5.7, б) топ-

ливо в распылителе поднимается. Как только

А/?

Д/ф

(где

—

плотность топлива), начинается истечение топлива. При увеличе-

нии разрежения, пока

Др

+A/i)p

давление воздуха в ко-

лодце равно атмосферному. В результате карбюратор работает как

элементарный. При этом из распылителя бензина вытекает боль-

ше, чем поступает в колодец через топливный жиклер 16, что

вызывает уменьшение его уровня в колодце. Как только уровень

топлива опустится до верхнего радиального отверстия в трубке 75

(Д/?д

Д/>д),

распылитель вместе

топливом начнет

из

колодца

поступать воздух, который, перемешиваясь с топливом, образует

эмульсию. Так как воздушный жиклер 14 ограничивает поступле-

ние воздуха, то в колодце возникает разрежение

Д/?

а истечение

•

топлива из жиклера 16 происходит под действием перепада дав-

ления

Д/ф

+Д/?

При

дальнейшем

возрастании

Д/7

уровень топлива в колодце и в

эмульсионной трубке 75 понижается, что приводит к открытию но-

вых отверстий и увеличению разрежения

А/>

Однако оно растет вме-

сте с расходом топлива медленнее, чем увеличивается расход возду-

ха, что приводит к обеднению смеси. Требуемую степень обеднения

смеси с учетом наивыгоднейшей характеристики смеси достигают

подбором сочетания размеров жиклеров 14 и 16, а также высоты Л.