Система питания бензинового двигателя с впрыском топлива. Система распределённого впрыска, состав элементов и работа. Преимущества системы впрыска топлива.

 

Система впрыска топлива — система подачи топлива, устанавливаемая на современных бензиновых двигателях. Основное отличие от карбюраторной системы — подача топлива осуществляется путем непосредственного впрыска топлива с помощью форсунок во впускной коллектор или в цилиндр. Автомобили с данной системой питания часто называют инжекторными.

В инжекторной системе подачи впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками — инжекторами.

Классифицируются по точке установки и количеству форсунок:

• Моновпрыск или центральный впрыск — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). В настоящее время непопулярна.
• Распределённый впрыск — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:
• Одновременный — все форсунки открываются одновременно.
• Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке Датчика Положения Распределительного Вала ДПРВ (так называемой Фазы).
• Фазированный впрыск — каждая форсунка управляется отдельно, и открывается непосредственно перед тактом впуска.
• Прямой впрыск — форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания

Принцип работы

В контроллер, при работе системы, поступает, со специальных датчиков, следующая информация:

• о положении и частоте вращения коленчатого вала,
• о массовом расходе воздуха двигателем,
• о температуре охлаждающей жидкости,
• о положении дроссельной заслонки,
• о содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью),
• о наличии детонации в двигателе,
• о напряжении в бортовой сети автомобиля,
• о скорости автомобиля,
• о положении распределительного вала (в системе с последовательным распределенным впрыском топлива),
• о запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле)

На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:

• топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),
• системой зажигания,
• регулятором холостого хода,
• адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),
• вентилятором системы охлаждения двигателя,
• муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле),
• системой диагностики.

Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также, современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и многие другие характеристики и спецификации.Ранее использовалась механическая система управления впрыском.

Преимущества, по сравнению с двигателями, оборудованными карбюраторной системой подачи топлива:

• Некоторое уменьшение расхода топлива.
• Упрощается запуск двигателя,
• Приближенная к линейной характеристика крутящего момента (улучшаются динамические и мощностные характеристики двигателя).
• Не требует кропотливой ручной регулировки системы впрыска, т.к. выполняет самостоятельную настройку на основе данных, передаваемых датчиками кислорода.
• Поддерживает примерно стехиометрический состав рабочей смеси, что несколько уменьшает выброс несгоревших углеводородов и повышает экологичность (альфа ~ 0.98-1.2).

9. Назначение и общее устройство системы питания дизельного двигателя автомобиля. Смесеобразование в дизелях. Приборы низкого давления их устройство и работа.

Принципиальное отличие системы питания дизеля от карбюратора в том, что воздух и топливо подается в цилиндр двигателя раздельно и горючая воздушная смесь образуется непосредственно в цилиндре двигателя (внутреннее смесеобразование).

Для обеспечения оптимального распыления топлива в слои сжатого воздуха и одновременного его испарения используют давление в 30 – 150 мПа.

В систему питания дизеля входят приборы, обеспечивающие подачу и впрыск топлива, а так же приборы очистки и подачи воздуха.

Приборы, обеспечивающие подачу топлива подразделяются на:

1. Приборы магистрали низкого давления.

- топливный бак

- топливопроводы низкого давления

- фильтр грубой очистки топлива

- фильтр тонкой очистки топлива

- топливоподкачивающий насос

2. Приборы магистрали высокого давления.

- ТНВД

- форсунки, по числу цилиндров двигателя

- трубопроводы высокого давления

К приборам питания магистрали низкого давления дизельных двигателей относятся фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливный насос низкого давления и топливопроводы.

Фильтр грубой очистки топлива служит для удаления из топлива относительно крупных взвешенных частиц инородного происхождения. Фильтр состоит из цилиндрического штампованного корпуса, соединенного фланцем с крышкой. Для уплотнения между корпусом и крышкой установлена прокладка.

Фильтрующий элемент состоит из сетчатого каркаса, на который навит в несколько слоев хлопчатобумажный шнур. В торцовых поверхностях дна корпуса и крышки сделаны кольцевые выступы. При сборке они вдавливаются в фильтрующий элемент, чем обеспечивается уплотнение фильтрующего элемента в корпусе фильтра. Центрирование фильтрующего элемента при сборке фильтра достигается направляющей крестовиной, приваренной к дну корпуса.

Топливо поступает под действием разрежения, создаваемого насосом низкого давления, в наружную полость фильтра между корпусом и фильтрующим элементом. Проходя через фильтрующий элемент, оно очищается от механических примесей и попадает во внутреннюю полость фильтра. Далее очищенное топливо отводится через центральное отверстие в крышке по трубопроводу к насосу низкого давления.

Фильтр тонкой очистки топлива предназначен для очистки топлива от мельчайших частиц, которые не задержались в фильтре грубой очистки. Он имеет корпус, внутри которого на стяжном стержне размещен фильтрующий элемент. Чугунная литая крышка крепится к корпусу фильтра через уплотнительную прокладку стяжным болтом. При сборке фильтра стяжной болт ввертывают в центральный стержень, который приварен к нижней части корпуса.

Фильтрующий элемент состоит из перфорированного металлического каркаса с фланцем по торцам. На сердцевину каркаса наложены слои ткани и набивки из древесной муки или минеральной шерсти, пропитанной клеющим материалом. После обработки набивка фильтрующего элемента представляет пористую массу, хорошо задерживающую мелкие механические примеси и легко пропускающую топливо. Сверху и снизу фильтрующий элемент хорошо уплотнен резиновыми прокладками, которые плотно охватывают центральный стержень и поджимаются в собранном состоянии пружиной.

При работе насоса низкого давления топливо подкачивается через отверстие в крышке и дальше поступает в полость между корпусом и фильтрующим элементом. Проникая через набивку фильтрующего элемента во внутреннюю полость фильтра, топливо очищается и собирается вокруг центрального стержня. Поднимаясь далее вверх, топливо выходит через канал в крышке по трубопроводу к насосу высокого давления.

Отверстие в крышке, закрытое пробкой, служит для выпуска воздуха при прокачке фильтра. Здесь же в крышке установлен жиклер для слива излишков топлива, которое не расходуется в насосе высокого давления. Отстой из фильтра выпускают через отверстие, закрываемое пробкой.

Топливный насос низкого давления подает топливо под давлением около 0,4 МПа к насосу высокого давления. В корпусе насоса размещены поршень со шгоком и роликовым толкателем, впускной и нагнетательный клапаны. Поршень прижимается пружиной к штоку, а другим концом пружина упирается в пробку.

В корпусе насоса имеются каналы, соединяющие подпоршневую и надпоршневую полости с клапанами и сверлениями насоса, служащими для подсоединения его к магистрали. В верхней части корпуса над впускным клапаном расположен ручной подкачивающий насос, состоящий из цилиндра и поршня, связанного с рукояткой.

При работе двигателя эксцентрик набегает на роликовый толкатель и поднимает его вверх. Перемещение толкателя через шток передается поршню и он занимает верхнее положение, вытесняя топливо из надпоршневой полости и сжимая пружину.

Когда эксцентрик сходит с толкателя, поршень под действием пружины опускается. При этом в полости над поршнем создается разрежение, впускной клапан открывается и топливо поступает в надпоршневое пространство. Затем эксцентрик опять поднимает поршень и поступившее топливо вытесняется через нагнетательный клапан в магистраль. Частично оно перетекает по каналу в полость под поршнем, а при опускании поршня опять вытесняется в магистраль, чем достигается более равномерное нагнетание топлива. При малом потреблении топлива в полости под поршнем создается некоторое избыточное давление и пружина оказывается не в состоянии преодолеть это давление. В результате при вращении эксцентрика поршень не доходит до своего нижнего положения и подача топлива насосом автоматически уменьшается.

При работе насоса часть топлива из подпоршневой полости может просочиться по направляющей штока в картер насоса высокого давления и вызвать разжижение масла. Для предотвращения этого в корпусе насоса низкого давления просверлен дренажный канал, по которому отводится просочившееся топливо из направляющей штока во всасывающую полость насоса.

Ручной подкачивающий насос работает следующим образом. При необходимости прокачки магистрали низкого давления с целью удаления воздуха отвертывают рукоятку с цилиндра насоса и делают ею несколько качков. Топливо заполняет магистраль, после чего рукоятку насоса опускают в нижнее положение и плотно навертывают на цилиндр. При этом поршень прижимается к уплотнительной прокладке, что обеспечивает герметичность ручного насоса.

Топливопроводы низкого давления соединяют приборы магистрали низкого давления. К ним относятся также сливные трубопроводы системы питания, свернутые из стальной ленты с медным покрытием, или пластмассовые трубки. Для соединения топливопроводов с приборами питания применяют накидные наконечники с полыми болтами или штуцерные соединения с латунной муфтой и соединительной гайкой.

Приборы высокого давления системы питания дизеля их назначение. Устройство и работа топливного насоса высокого давления (ТНВД).

 

Приборы магистрали высокого давления.

- ТНВД

- форсунки, по числу цилиндров двигателя

- трубопроводы высокого давления

К приборам питания магистрали высокого давления двигателей относятся топливный насос высокого давления, форсунки и топливопроводы.

Топливный насос высокого давления подает в каждый цилиндр двигателя строго дозированные порции топлива в соответствии с порядком работы и заданным режимом.

Топливный насос дизельного двигателя установлен между рядами цилиндров и приводится в действие от шестерни распределительного вала через автоматическую муфту опережения впрыска. Управление работой насоса осуществляется вручную с места водителя и автоматически корректируется всережимным регулятором частоты вращения коленчатого вала в зависимости от нагрузки двигателя. Регулятор встроен в конструкцию насоса и связан с приводом управления им.

Основными частями насоса высокого давления являются корпус, кулачковый вал и нагнетательные секции, число которых равно числу цилиндров двигателя. Основными деталями каждой нагнетательной секции являются плунжер и гильза.

Нагнетательные секции размещены в гнездах верхней части корпуса, насоса, и их гильзы крепятся стопорными болтами. Топливо к гильзам подводится и отводится через продольные каналы, просверленные по всей длине корпуса насоса.

Сбоку от нагнетательных секций в продольном сверлении корпуса размешена зубчатая рейка, зацепленная с зубчатыми секторами каждого плунжера. Ход рейки ограничивается ограничителем. Свободный конец рейки, выходящий из корпуса насоса, соединен серьгой с регулятором частоты вращения коленчатого вала, который управляет количеством подачи топлива.

В нижней перегородке корпуса имеются гнезда для установки роликовых толкателей. От проворачивания толкатели удерживаются удлиненными осями роликов, которые входят в вертикальные пазы, выполненные в гнездах.

Кулачковый вал насоса установлен на двух шариковых подшипниках, которые уплотнены самоподжимными резиновыми сальниками. На кулачковом валу имеются кулачки по числу нагнетательных секций и эксцентрик для привода подкачивающего насоса низкого давления. Свободные концы вала заканчиваются хвостовиками. Передний хвостовик служит для крепления муфты опережения впрыска, через которую осуществляется привод насоса. На заднем хвостовике кулачкового вала закреплена шестерня привода регулятора частоты вращения коленчатого вала.

Со стороны крепления подкачивающего насоса низкого давления на корпусе имеется съемная крышка. Крышка закрывает полость насоса, через которую открывается доступ для регулировки длины толкателей и равномерности подачи по секциям насоса.

Устройство нагнетательной секции. Основой каждой нагнетательной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера и гильзы. Эти детали подбирают селективно друг к другу с зазором 0,001—0,002 мм и в процессе эксплуатации их разукомплектовывать нельзя. Нижним концом плунжер упирается в регулировочный винт, ввернутый в корпус роликового толкателя. От самопроизвольного отвертывания винт контрится контргайкой.

Плунжер насоса перемещается вверх при набегании кулачка на роликовый толкатель. Обратное перемещение плунжера происходит при сбегании кулачка с ролика под воздействием пружины, которая упирается через тарелку на плунжер.

На гильзу свободно надета поворотная втулка, имеющая в верхней части зубчатый сектор, соединенный с рейкой, а в нижней части два паза, в которые входят шлицевые выступы плунжера. Таким образом, плунжер оказывается соединенным с зубчатой рейкой. Над плунжерной парой расположен нагнетательный клапан, который состоит из седла и собственно клапана, закрепленных в посадочном отверстии корпуса с помощью штуцера и пружины. Внутри пружины установлен ограничитель подъема клапана.

Работа нагнетательной секции насоса состоит из следующих процессов: наполнения, обратного перепуска, подачи топлива, отсечки и перепуска в сливной канал.

Наполнение топливом надплунжерной полости в гильзе происходит при движении плунжера вниз, когда он открывает впускное отверстие. С этого момента топливо начинает поступать в полость над плунжером, так как она находится под давлением, созданным топливным насосом низкого давления.

При перемещении плунжера вверх под действием набегающего кулачка вначале происходит обратный перепуск топлива в подводящий канал через впускное отверстие. Как только торцовая кромка плунжера перекрывает впускное отверстие, обратный перепуск топлива прекращается и повышается давление топлива. Под действием резко возросшего давления топлива нагнетательный клапан открывается, что соответствует началу подачи топлива, которое по топливопроводу высокого давления поступает к форсунке.

Подача топлива нагнетательной секцией продолжается до момента, пока отсечная кромка плунжера не откроет перепуск топлива в сливной канал насоса высокого давления через отверстие в гильзе. Поскольку давление в нем значительно ниже, чем в полости над плунжером, происходит перепуск топлива в сливной канал. При этом давление над плунжером резко падает и нагнетательный клапан быстро закрывается, отсекая топливо и прекращая подачу.

Количество топлива, подаваемого нагнетательной секцией насоса за один ход плунжера с момента закрытия впускного отверстия в гильзе до момента открытия выпускного отверстия, называемого активным ходом, определяет теоретическую подачу секции.

Действительно, подаваемое количество топлива — цикловая подача— отличается от теоретической, так как существует утечка через зазоры плунжерной пары, возникают другие явления, влияющие на действительную подачу. Разница между цикловой и теоретической подачами учитывается коэффициентом подачи, который составляет 0,75—0,9.

Во время работы нагнетательной секции при перемещении плунжера вверх давление топлива повышается до 1,2—1,8 МПа, что вызывает открытие нагнетательного клапана и начало подачи. Дальнейшее перемещение плунжера вызывает увеличение давления до 15 МПа, в результате чего открывается игла форсунки и осуществляется впрыск топлива в цилиндр двигателя. Впрыск длится до момента достижения отсечной кромкой плунжера выпускного отверстия в гильзе.

Рассмотренные рабочие процессы нагнетательной секции насоса высокого давления характеризуют его работу при постоянной подаче топлива и неизменной частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя.

С изменением нагрузки двигателя должно изменяться количество топлива, впрыскиваемое в цилиндры. Величины порций топлива, впрыскиваемые нагнетательной секцией насоса, регулируются изменением активного хода плунжера при неизменном общем ходе. Достигается это поворотом плунжера вокруг его оси.

Чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано в цилиндр.

Таким образом, время подачи, а следовательно, и количество впрыскиваемого топлива находятся в прямой зависимости от расстояния. В показанном положении плунжера расстояние наибольшее, что соответствует максимальной подаче топлива и наибольшему активному ходу плунжера.

При меньших нагрузках двигателя требуется меньшее количество топлива. Для этого выдвигают рейку управления плунжерами, поворачивая их в сторону приближения отсечной кромки к сливному отверстию гильзы. Тогда при движении каждого плунжера вверх расстояние активного хода плунжера уменьшается и в цилиндр впрыскивается меньше топлива.

Если выдвинуть рейку управления плунжерами до конца, они повернутся в положение совпадения канала плунжера со сливным отверстием. В этом случае отверстие для слива будет сообщаться с надплунжерной полостью и при перемещениях плунжера над ними не будет создаваться давление топлива. В результате подача топлива прекратится. Это положение плунжеров относительно гильз, достигаемое максимальным выдвижением рейки, используется для останова двигателя.

Форсунка служит для впрыска и распыливания топлива, подаваемого насосом высокого давления в цилиндр двигателя. На четырехтактных дизельных двигателях применяют форсунки закрытого типа с запорной иглой распылителя. Между впрысками топлива запорная игла перекрывает проходное сечение распылителя. Открывается форсунка только в момент впрыска, когда топливо начинает поступать к ней от насоса высокого давления.

Устройство форсунки закрытого типа. Основными деталями форсунки закрытого типа являются корпус и игла, которая входит в распылитель, удерживаемый гайкой. В нижней части распылителя имеется четыре сопловых отверстия. Доступ топлива к отверстиям перекрывается запорной иглой. Сопряженные поверхности иглы и распылителя выполняют с высокой точностью обработки. Зазор между иглой и направляющей поверхностью распылителя не превышает 2— 5 мкм. Для надежного уплотнения запорный конус седла в распылителе выполняют под углом 59°, а конус иглы — под углом 60°. Такое исполнение уплотняющих поверхностей иглы и распылителя позволяет обходиться без их взаимной притирки.

Запорная игла прижимается к седлу распылителя через шток пружиной. Усилие пружины передается на шток опорной шайбой. Верхний конец пружины опирается на регулировочный винт, который ввернут в стакан пружины и удерживается в заданном положении контргайкой. На стакан сверху навернут колпачок, служащий для отвода топлива из внутренней полости форсунки и ограничивающий доступ к регулировочному винту. Винтом устанавливают натяг пружины, определяющий давление впрыска. Топливо к форсунке подводится через штуцер, который ввернут в резьбовое отверстие корпуса форсунки. Для фильтрации топлива между подводящим Штуцером и корпусом установлен сетчатый фильтр.

В корпусе форсунки имеется наклонный канал, который соединяет входное отверстие для топлива и кольцевую камеру.

Работа форсунки. При работе насоса высокого давления, нагнетающего топливо к цилиндрам, давление в топливопроводе и внутренней полости распылителя форсунки резко возрастает. Топливо, распространяясь в кольцевой камере, передает давление на коническую поверхность иглы. Когда величина давления превысит усилие предварительного натяга пружины, игла поднимается и топливо через отверстия в распылителе впрыскивается в камеру сгорания цилиндра.

В момент окончания подачи топлива насосом давление в кольцевой камере форсунки снижается и пружина опускает иглу, прекращая впрыск и закрывая форсунку.

Чтобы предотвратить подтекание топлива в момент завершения впрыска, необходимо обеспечить резкую посадку иглы в седло распылителя. Это достигается применением разгрузочного пояска на нагнетательном клапане плунжерной пары насоса высокого давления.

Топливопроводы высокого давления представляют собой толстостенные стальные трубки с высоким сопротивлением разрыву и деформациям. Наружный диаметр трубок 7 мм, внутренний — 2 мм. Трубки применяют в отожженном состоянии, что облегчает их гибку и очистку от окалины.

Топливопроводы на концах имеют высадки в форме конуса. Заплечики конусной высадки используются для крепления накидной гайкой. Соединение топливопроводов со штуцерами форсунки или насоса высокого давления осуществляется непосредственно накидной гайкой, которая при навертывании на штуцер плотно прижимает топливопровод к посадочной поверхности штуцера.

Гнезда в штуцерах имеют коническую форму, что обеспечивает плотную посадку топливопровода. Для выравнивания гидравлического сопротивления топливопроводов их длину к разным форсункам стремятся делать одинаковой.