Система впорскування палива, загальні відомості

Завдання паливно-емісійної системи полягає в регулюванні паливоповітряної суміші і містить у собі наступні функції: вимір кількісних і якісних характеристик робочої суміші; подачу палива; утворення робочої суміші; розподіл суміші по циліндрах.
Водій автомобіля управляє дросельною заслінкою, що регулює кількість робочої суміші, у той час як пристрій для готування робочої суміші змінює співвідношення повітря й палива в цій суміші (якість суміші) дозуванням необхідної кількості палива й змішування його з повітрям перед подачею у двигун.
Готування робочої суміші значною мірою залежить від типу пристрою подачі палива. Паливо звичайно попадає у впускний колектор у вигляді крапель. Певна кількість крапель палива на шляху до впускних клапанів випаровується з утворенням пар (бажане явище), а інші краплі осаджуються у вигляді плівки на стінках колектора (небажане явище). Більша частина методів поліпшення якості суміші при використанні центрального (одноточкового) упорскування палива полягає в підвищенні ступеня розпилення палива біля дросельної заслінки й випаровуваності палива на нагрітих стінках впускного колектора й інших гарячих елементів системи паливоподачі. При використанні систем з розподіленим (багатоточковим) упорскуванням палива гарне утворення суміші за допомогою форсунок доповнюється випаром палива біля гарячого впускного клапана (Рис.2.1).
При використанні одноточкового способу готування суміші, подача суміші до циліндрів і розподіл її по циліндрах здійснюється усередині впускного колектора. Тому конструкція впускного колектора впливає на обидва цих процеса і при будь-яких умовах важко досягти рівномірного розподілу суміші по циліндрах двигуна.
При децентралізованому готуванні суміші в системі із багатоточковим упорскуванням чисте повітря проходить по більшій частині впускного тракту. Паливо впорскується в повітря безпосередньо перед впускним клапаном, що гарантує рівномірний розподіл суміші. [5]

Рис. 2.1 Впорск палива у карбюраторному та інжекторному двигунах

2.1.1. Карбюратори

Карбюратори є дуже розповсюдженим видом механічних або електронно-механічних паливно-емісійних систем.
Типи карбюраторів:

Карбюратори з падаючим (спадним) потоком.
Найпоширеніші. Наявність поплавкової камери й дозуючої системи - все це, разом з використанням відповідних схем впускних колекторів, дозволяє забезпечити оптимальне готування робочої суміші і її розподіл по циліндрах двигуна.
Карбюратори з бічним потоком.
Застосовуються в тих випадках, коли необхідно знизити до мінімуму висоту двигуна.
Карбюратори з постійним розрідженням мають дифузор, поперечний переріз якого може змінюватися під час роботи золотником для підтримки приблизно постійного розрідження в зоні розпилення палива. До золотника кріпиться голка для корекції кількості поступаючого палива.
Карбюратори з постійними дифузорами.

Найбільш простим типом карбюратора є однокамерний карбюратор (Рис.2.2).

Рис. 2.2 Схема карбюраторної системи.
1-Паливний бак.
2-Паливний насос.
3-Паливний фільтр.
4-Карбюратор.
5-Впускний колектор.

Особливістю двокамерного карбюратора є наявність двох змішувальних камер з їхнім послідовним відкриттям; перша камера регулює роботу при неповному відкритті дросельної заслінки на часткових навантаженнях, а друга служить для одержання максимальної потужності.
Двокамерні карбюратори мають камери, які працюють паралельно й пов'язані з однією поплавковою камерою. Також двокамерні карбюратори можуть мати камери з 4 дифузорами, що живляться однією поплавковою камерою.

2.1.2. Механічні паливно-емісійні системи

 

Принцип роботи й конструктивні особливості механічних паливно-емісійних систем розглянемо на прикладі системи розподіленого (багатоточкового) упорскування палива K-Jetronic (Рис.2.3).

Рис. 2.3 Механічна паливно-емісійна система з розподіленим упорскуванням

2.1.3. Схема системи багатоточкового впорскування палива K-Jetronic:

1 - паливний бак; 2 - паливний насос із електроприводом; 3 - акумулятор палива; 4 - паливний фільтр; 5 - регулятор підігріву, 6 - форсунка; 7 - впускний трубопровід двигуна; 8 - пускова форсунка; 9 - дозатор; 10 - вимірник витрати повітря; 11 - частотний регулятор; 12 - кисневий датчик (лямбда-зонд); 13 - термовимикач із таймером; 14 - розподільник запалювання; 15 - регулятор холостого ходу; 16 - датчик положення дросельної заслінки; 17 - електронний блок керування; 18 - вимикач запалювання; 19 - акумуляторна батарея

Принципи роботи: безперервне упорскування палива;безпосереднє вимірювання витрати повітря.

Система K-Jetronic є механічною системою, що не вимагає застосування паливного насоса із приводом від двигуна. Вона здійснює безперервне дозування палива пропорційно кількості повітря, усмоктуваного при такті впуску.
Тому що система робить прямий вимір витрати повітря, вона може враховувати зміни в роботі двигуна, що дозволяє використати її разом з устаткуванням для зниження токсичності відпрацьованих газів. [2]
2.1.4. Робота системи
Повітря проходить через повітряний фільтр, датчик витрати повітря й дросельну заслінку перед тим, як він потрапить у впускний колектор і далі до циліндрів двигуна.
Подача палива з бака здійснюється паливним насосом (роторного типу) з електроприводом. Потім паливо проходить через накопичувач палива й фільтр до розподільника, де регулятор тиску підтримує постійний тиск у системі. З розподільника паливо направляється до форсунок. Зайве паливо вертається назад у бак.

Блок регулювання суміші cкладається з датчика витрати палива й розподільника палива.
Вимірник витрати повітря cкладається з дифузора й поворотної пластини.
Противага зрівноважує маси пластини вимірника й поворотного важеля. Пластина переміщається проходячим потоком повітря, у той час як керуючий плунжер у розподільнику палива робить гідравлічний протитиск для підтримки системи в урівноваженому стані. Положення пластини вимірника є показником витрати усмоктуваного повітря й це положення через важіль впливає на керуючий плунжер розподільника палива (Рис.2.4).

2.1.5. Розподільник палива

Кількість подаваного палива регулюється зміною площ дозуючих отворів у паливо розподільнику. Кількість отворів прямокутної форми відповідає числу циліндрів двигуна.

Розміри дозуючого отвору залежать від положення керуючого плунжера. Для одержання постійного значення падіння тиску в цих отворах при різних витратах повітря використається регулятор перепаду тиску, встановлений за кожним дозуючим отвором.

Рис. 2.4 Розподільник палива:
1 - діафрагма; 2-до форсунки; 3 - управляючий плунжер; 4 - дозуючий отвір; 5 - регулятор перепаду тиску

 

2.1.6. Форсунка

Форсунка (Рис.2.5) відкривається автоматично при тиску близько 3,8 бар. Вона забезпечує ефективне сумішоутворення шляхом відкриття й закриття свого розпилювального отвору із частотою порядку 1500 Гц.
Форсунка закріплюється литим гумовим кільцем і запресовується; для втримання форсунки при нагвинчуванні на неї паливної магістралі використається шестигранник.

Рис. 2.5 Форсунка

2.1.7. Регулятор підігріву
Регулятор підігріву, керований електричним нагрівним біметалічним елементом, забезпечує збагачення робочої суміші в режимі прогріву двигуна, знижує протитиск, що впливає на керуючий плунжер. Зменшення величини керуючого тиску означає, що хід пластини вимірника витрати повітря для даних умов зростає. Цим забезпечується збагачення суміші під час роботи двигуна в режимі прогріву. При необхідності регулятор прогріву може також виконувати:

• 
  збагачення суміші при повністю відкритій дросельній заслінці;
• 
  збагачення суміші при прискоренні.

2.1.8. Допоміжний повітряний клапан
Допоміжний повітряний клапан, керований біметалічною пружиною або розширювальним елементом, подає у двигун додаткові порції повітря (що контролюється датчиком витрати повітря - клапан відводить повітря від дросельної заслінки) під час прогріву двигуна.
Додаткове повітря компенсує більше високі втрати потужності в холодному двигуні на тертя, він підтримує нормальну частоту обертання колінчатого вала на холостому ході, або збільшує її для швидкого прогріву двигуна.
Електричний пусковий клапан, термовимикач із реле часу.
Термовимикач із реле часу змушує працювати електричний пусковий клапан залежно від температури двигуна. Під час холодного пуску клапан подає додаткові порції палива безпосередньо у впускний колектор (збагачення суміші при холодному пуску).

Система впорскування палива

У нашій країні експлуатується багато автомобілів іноземного виробництва із системою впорскування палива (інжектором).

Застосування карбюраторів з електронним керуванням сумішоутворенням дає змогу: підтримувати оптимальний склад паливо повітряної суміші й оптимальне наповнення циліндрів на різних режимах роботи двигуна; збільшити паливну економічність і зменшити вміст шкідливих сполук у відпрацьованих газах; підвищити надійність сис­теми живлення, а також полегшити обслуговування й діагностику.

Проте будь-якому карбюратору властивий елемент «стихійності» в сумішоутворенні. Крім того, ця система живлення має межу «пристосування» до режимів роботи двигуна.

Система впорскування палива дає змогу оптимізувати процес су­мішоутворення, тобто впорскування може здійснюватися більш оп­тимально за місцем, часом і потрібною кількістю палива.

Впорскувальні паливні системи класифікують за різними ознака­ми.

За місцем підведення палива розрізняють: • централь­не одноточкове впорскування; • розподілене впорскування; • безпосеред­нє впорскування в циліндри. За способом подавання палива впорскування буває: • неперервним; • переривчастим. Крім того, ці системи розрізняють за типом механізмів, що дозують паливо: • з плунжерними насосами; • з розподільниками; • з форсун­ками; • з регуляторами тиску. Регулювання кількості суміш і може бути: • пневматичним; • механічним; • електронним. Регу­лювання складу суміші може здійснюватися за: • розрідженням у впускній системі; • кутом повороту дросельної заслінки; • витратою повітря.

Впорскування дає змогу точніше розподілити паливо в циліндрах. У разі розподіленого впорскування склад суміші в різних циліндрах відрізняється тільки на 6.7 %, а в разі живлення від карбюратора — на 11.17 %.

Завдяки відсутності додаткового опору потокові повітря на впуску у вигляді карбюратора з дифузором, а отже, більш високому коефіцієнту наповнення циліндрів, можна дістати вищу літрову по­тужність двигуна.

Впорскування дає змогу використовувати більше перекриття кла­панів для кращого продування камери згоряння чистим повітрям, а не сумішшю. Внаслідок кращого продування й більшої рівномірнос­ті складу суміші в циліндрах знижується температура стінок цилінд­рів, днищ поршнів і випускних клапанів, що, своєю чергою, дає змо­гу зменшити потрібне октанове число палива на 2.З од., тобто під­вищити ступінь стискання без загрози детонації. Крім того, знижується утворення оксидів азоту під час згоряння палива, поліп­шуються умови мащення дзеркала циліндра.

Проте, як і в карбюраторному двигуні, треба, щоб склад суміші в процесі впорскування палива узгоджувався з режимом роботи двигу­на (пуск, холостий хід, малі й максимальні навантаження); в разі різ­кого відкриття дросельної заслінки має забезпечуватися збагачення суміші.