Меню раздела

Системы питания двигателей с впрыскиванием легкого топлива и принудительным зажиганием


В двигателях с впрыскиванием легкого топлива последнее подается специальным насосом и впрыскивается через форсунку в цилиндр или во впускной трубопровод, как правило, в непосредственной близости от впускного клапана.
По сравнению с карбюраторными двигателями двигатели с впрыскиванием бензина имеют следующие преимущества.
1.            Топливо равномернее распределяется по цилиндрам, что дает возможность поддерживать одинаковый состав смеси в цилиндрах, вследствие чего повышается экономичность двигателя. При однородном составе смеси в цилиндрах снижается разброс показателей их работы, уменьшаются вибрация и износ деталей.
г2. Исключаются потери части топлива при продувке цилиндра, что увеличивает экономичность и мощность двигателя (рис. 94).
3. Уменьшается сопротивление впускной системы вследствие отсутствия карбюратора и улучшается наполнение цилиндра, а следовательно, повышается мощность двигателя.
4. Можно несколько повысить степень сжатия двигателя вследствие более однородного состава смеси в цилиндрах и возможности организовать продувку. В результате повышается мощность и улучшается экономичность двигателя.
5. Достигается более правильная, чем при карбюраторном смесеобразовании, коррекция состава смеси при переходе двигателя с одного режима на другой и обеспечивается лучшая приемистость двигателя.
6. В отработавших газах содержится меньшее количество окиси углерода, а также других вредных веществ.
7. Уменьшается пожарная опасность, так как отсутствуют карбюратор и большие объемы, заполненные горючей смесью.
8. Отпадает необходимость в организации подогрева впускного трубопровода и связанного с этим усложнения его конструкции.
9. Облегчается возможность при электронном управлении впрыскиванием исключить подачу топлива на режимах принудительного холостого хода, что значительно уменьшает расход топлива.
10. Упрощается решение проблемы нейтрализации токсических компонентов отработавших 1аюв, поскольку применение хорошо отрегулированной системы впрыскивания позволяет использовать только один каталитический трехкомпонентный нейтрализатор и избежать применения более сложных систем нейтрализации, таких, как рециркуляция отработавших газов, подача дополнительного воздуха для дожигания горючих компонентов отработавших газов.
11. Создаются предпосылки для оптимального управления работой двигателя на всех режимах с применением микропроцессорной техники.
Наряду с указанными преимуществами системы впрыскивания легкого топлива обладают существенными недостатками.
1. Эти системы сложнее, чем системы питания карбюраторного двигателя. Наличие прецизионных деталей и чувствительной автоматики для регулирования и корректирования состава смеси обусловливает более высокую стоимость системы впрыскивания легкого топлива по сравнению с карбюраторными системами.
2. Эксплуатация таких систем сложнее эксплуатации систем питания с карбюратором. Регулирование и устранение неисправностей в системе должны производиться высококвалифицированным персоналом.
Указанные недостатки обусловили ограниченное применение систем питания с впрыскиванием топлива в цилиндр. Эти системы используют главным образом в авиационных и некоторых двигателях гоночных автомобилей. Топливо в камеру таких двигателей обычно впрыскивается для обеспечения рационального смесеобразования и уменьшения потерь топлива с продувочным воздухом во время такта всасывания. Струя топлива направляется в сторону выпускного клапана. Топливо впрыскивают под давлением 4-5 МПа через закрытые клапанные форсунки. Условия работы форсунок тяжелые, и трудно обеспечить их надежную работу.
В отличие от дизелей в двигателях с впрыскиванием легкого топлива и принудительным зажиганием регулирование мощности не может быть реализовано только изменением цикловой подачи. В этих двигателях осуществляют количественное регулирование, поэтому при изменении режима их работы для обеспечения оптимального состава смеси подача топлива должна меняться автоматически при изменении его расхода.
На рис. 95 приведена схема системы впрыскивания в цилиндр, применяемая в авиационных двигателях. Подача топлива осуществляется топливным насосом 5, мало отличающимся по конструкции от насосов, применяемых в дизелях. Насос имеет пневматическую систему регулирования с гидроусилителем 2. Пневмоэлемент, представляющий собой сильфон 1, заполненный сухим азотом, реагирует на изменение давления и температуры воздуха, поступающего из компрессора. Одна из полостей сильфона соединена с атмосферой, поэтому пневмоэлемент реагирует на изменение внешнего давления. Гидроусилитель включен в систему для создания перестановочного усилия, необходимого для одновременного поворота нескольких плунжеров топливного насоса.
Для повышения надежности работы форсунок и упрощения аппаратуры впрыскивания повсеместное распространение на автомобильном транспорте получили системы впрыскивания топлива во впускной тракт. При этом форсунки устанавливают либо в головке блока, либо во впускном трубопроводе в непосредственной близости от окон головки (распыленное форсунками топливо поступает в зону впускных клапанов), либо во впускной трубопровод на расстоянии от впускных клапанов (смесь начинает образовываться в каналах впускного трубопровода). В последнем случае через одну форсунку, установленную до разветвления, топливо можно подавать в группу цилиндров. Возможен также вариант, когда топливо подается одной форсункой в общую смесительную камеру, откуда смесь поступает в патрубки отдельных цилиндров. Впрыскиваемое топливо подхватывается потоком всасываемого воздуха и, смешиваясь с ним, поступает в цилиндр. При впрыскивании часть топлива оседает на стенках трубопровода и поверхности клапана, откуда испаряется, а частично уносится в цилиндр в виде капель.
Мощность двигателя с впрыскиванием легкого топлива регулируют при помощи дроссельной заслонки, которая изменяет количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, а состав смеси зависит от массы топлива, впрыскиваемого топливоподающей аппаратурой. Состав смеси в системах впрыскивания легкого топлива регулируют по расходу воздуха; рас* ходу воздуха и частоте вращения вала двигателя; углу открытия дроссельной заслонки и частоте вращения вала двигателя; разрежению во впускной системе и частоте вращения вала двигателя; составу отработавших газов. Кроме того, состав смеси корректируют в зависимости от температурного режима работы двигателя, давления и температуры окружающего воздуха.
В зависимости от выбранного способа регулирования изменяется состав датчиков, регулирующей и впрыскивающей аппаратуры.
Система впрыскивания с пневмомеханическим управлением и непрерывной подачей топлива
Особенностью этой системы является непрерывная подача топлива во впускные каналы под постоянным давлением около 0,45 МПа. Регулирование состава смеси основано на непосредственной зависимости расхода топлива от расхода воздуха.
Главными элементами системы являются измеритель расхода воздуха 7, выполненный в одном корпусе с регулятором подачи топлива 13, пусковая 4 и главная 2 клапанные форсунки, открывающиеся при давлении 0,45 МПа, терморегулятор 22, аккумулятор давления топлива 28, топливный насос 27. Система работает следующим образом. Топливо из бака 25 подается насосом 27 через аккумулятор давления топлива 28 и фильтр 26 по топливопроводу высокого давления в нижнюю полость регулятора подачи топлива 13. Из нижней полости топливо поступает в верхнюю камеру над диафрагмой 10 через выточку в плунжере 11 и щель, образованную кромкой плунжера (золотника) и отверстием канала, ведущего в полость дифференциального диафрагменного клапана. Число дифференциальных клапанов равно числу цилиндров двигателя. Прогиб диафрагмы 10 дифференциального клапана зависит от перепада давлений на ее поверхностях, который, в свою очередь, зависит от расхода топлива через щель, образованную кромкой плунжера. От положения диафрагмы зависит зазор между диафрагмой и кромками трубки 9, по которой топливо поступает к форсунке 2. При больших прогибах диафрагмы площадь кольцевой щели между ней и кромками трубки 9 увеличивается, и большее количество топлива поступает к форсунке.
Положение плунжера 11 регулятора подачи топлива 13 определяется положением рычага 23 измерителя расхода воздуха 7 и корректируется гидравлическим терморегулятором 22, изменяющим давление топлива над плунжером. Основное назначение терморегулятора - обогащение смеси при прогреве двигателя. При холодном двигателе биметаллическая пластина 20 регулятора давления нажимает на пружину клапана 21, диафрагма 19 прогибается, и топливо возвращается в бак. Давление над плунжером 11 уменьшается, плунжер перемещается вверх, и подача топлива форсунками увеличивается.
По мере прогрева двигателя ослабевает воздействие биметаллической пластины, пружина не прогибает диафрагму 19, уменьшается количество топлива, перепускаемого из линии высокого давления в бак, и давление над плунжером увеличивается. Плунжер перемещается вниз, вызывая уменьшение подачи топлива. Количество воздуха, поступающего в двигатель, регулируется дроссельной заслонкой 5 и определяется измерителем расхода воздуха 7. В конической горловине измерителя расхода воздуха находится пластина 8, закрепленная на рычаге 23. Рычаг вращается на оси 17. Масса пластины и рычага уравновешивается грузом 18. При работе двигателя движение воздуха в кольцевой щели, образованной пластиной и конической поверхностью измерителя, создает перепад давлений, пропорциональный расходу воздуха. На пластину действует подъемная сила, стремящаяся повернуть рычаг 23. Момент, создаваемый этой силой, уравновешивается моментом, возникающим от давления топлива, находящегося над плунжером 11. Поскольку плунжер воздействует на рычаг 23, то каждому расходу воздуха соответствует определенный расход топлива. Меняя конфигурацию конической горловины измерителя расхода, можно изменять характеристику системы по составу смеси. Для регулирования количества топлива, подаваемого в цилиндры двигателя на малой частоте вращения холостого хода, введен рычаг 24 с регулировочным винтом.
В период пуска и прогрева двигателя работает пусковая электромагнитная форсунка 4, в которую топливо поступает из нижней полости регулятора. Пусковая форсунка включается одновременно со стартером и отключается датчиком 1 температурного состояния двигателя при нагревании воды в системе охлаждения двигателя до заданной температуры. Кроме того, электрическая схема обеспечивает работу перепускного клапана 6, регулирующего расход воздуха, который по мере прогревания двигателя открывает перепускной канал, обедняя смесь.
Состав смеси, приготовляемый системой, будет зависеть от расхода воздуха через кольцевую щель измерителя расхода и расхода топлива через зазор между выточкой плунжера 11 и окном'в камеру над диафрагмой 10.
Объемный расход воздуха через кольцевую щель между кромкой пластины и стенками конической горловины измерителя расхода при подъеме пластины на высоту к (рис. 97) можно вычислить по формуле
Св = \1ъкОпк у |/2Аррв,
где цв-коэффициент расхода воздуха через щель; Рп-диаметр пластины; у-угол образующей горловины; Ар-перепад давлений при течении воздуха через щель; рв-плотность воздуха.
По условиям равновесия рычага
АрР и = ртРтх/к,
где Рп-площадь пластины; рт-давление топлива над плунжером регулятора давления; Рт~площадь плунжера; х-перемещение плунжера.
Если пренебречь изменением плотности воздуха и коэффициента расхода цв, то можно считать, что при постоянном давлении топлива над плунжером зависимость между расходом воздуха и перемещением к пластины измерителя расхода линейна.
Расход топлива через зазор между кромкой плунжера и окном
Ст = ц тхз ]/ 2Арт рт,
где |хт-коэффициент расхода топлива; 5-ширина сечения щели; Арт~ перепад давлений при течении топлива через зазор.
Приведенное выражение показывает, что состав смеси можно изменять, воздействуя на геометрические параметры измерителя расхода воздуха и регулятора топлива, а также на давление топлива рт над плунжером. При выбранных параметрах конструкции измерителя и регулятора где В = [1§ 7/(*о5)] ^РпУ1р/(кА).
Из этого выражения следует, что состав смеси можно регулировать двумя способами:
а) изменением отношения Н/х при помощи регулировочного винта рычага 24 (см. рис. 96);
б) изменением давления рт в системе гидравлического регулирования, что приведет к изменению положения плунжера и расхода топлива через форсунку, а также к перемещению рычага измерителя расхода.