Что такое двигатели с впрыскиванием бензина

Устройство автомобилей

Системы питания с впрыском бензина

Понятие об инжекторных двигателях

Инжекторными называются двигатели с искровым зажиганием топливной смеси, в которых в качестве топлива используют бензин, а процесс смесеобразования происходит с помощью форсунки или форсунок, впрыскивающих топливо под давлением во впускной трубопровод или в цилиндр двигателя.

Впрыск топлива вместо использования процесса карбюрации позволил получить ряд определенных выгод, поэтому в последние годы все системы питания, использующие впрыск все больше вытесняют карбюраторные системы питания двигателей, особенно на легковых автомобилях.

Широкому применению систем впрыска топлива на грузовых автомобилях в настоящее время препятствуют такие их недостатки, как повышенная сложность обслуживания и дороговизна используемых приборов и узлов. Однако, с учетом несомненных преимуществ, позволяющих получить ощутимую долгосрочную выгоду, можно предположить, что и на грузовом автотранспорте, особенно малой и средней грузоподъемности, системы впрыска бензина найдут широкое применение в ближайшие годы. На грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности и автобусах достойной конкуренции дизельным двигателям пока нет.

Достоинства и недостатки систем впрыска топлива

Несомненным преимуществом систем впрыскивания топлива по сравнению с карбюраторными системами питания являются следующие:

отсутствие устройств, создающих сопротивление потоку воздуха на впускном трубопроводе (карбюратора) и вследствие этого более высокий коэффициент наполнения цилиндров, что обеспечивает получение более высокой «литровой» мощности;

возможность использования большего перекрытия клапанов, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, что улучшает процесс продувки камеры сгорания чистым воздухом, а не горючей смесью;

более точное дозирование количества топлива, необходимого для работы двигателя на различных режимах его работы;

снижение температуры стенок цилиндров, днища поршней и выпускных клапанов из-за лучшей продувки и более равномерного состава горючей смеси, что позволяет без опасности детонации поднять степень сжатия смеси в цилиндре на 2…3 единицы;

снижение количества оксидов азота при сгорании топлива, т. е. снижение токсичности отработавших газов;



Таким образом, благодаря перечисленным достоинствам системы питания с впрыском топлива позволяют обеспечить по сравнению с карбюраторной системой (при прочих равных условиях) более высокую мощность двигателя, улучшенную экономичность, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение степени сжатия, а также повысить ресурс двигателя.

Особенно ценным качеством бензиновых систем питания, использующих впрыск, является возможность объединить управление систем питания и зажигания посредством единого управляющего центра (компьютера), что открывает широкие динамические и экономические перспективы для инжекторных двигателей, а также возможность существенной автоматизации многих процессов в их работе.

Не лишены системы впрыска воздуха и недостатков:

• относительно высокая стоимость;
• сложность технического обслуживания, требующая специального оборудования и высокой квалификации обслуживающего персонала;
• повышенные требования к качеству и очистке бензина.

Непосредственный впрыск: проблемы новых авто в Беларуси

TSI, FSI, DISI, EcoBoost, TFSI – все это обозначения новых моторов с непосредственным впрыском топлива. Их преимущества давно известны: экологичность и экономичность. Но в Беларуси высокие технологии становятся головной болью для владельцев. Вот типичные отзывы: “…плохо заводится зимой… периодически загорается Check Engine”. Своим видением “проблемы непосредственного впрыска” делятся специалисты.

Дмитрий Перлин, консультант МАХ “Атлант-М”:

— Плохой запуск новых двигателей с непосредственным впрыском в условиях Беларуси? На самом деле та же самая проблема существует в Финляндии и Швеции. И рецепт во всех случаях один и тот же: стараться полностью прогревать мотор. И примерно раз в неделю “нагружать” его высокими оборотами. Проехав, например, километров 15 по кольцевой в быстром ритме. Этот рецепт мы рекомендуем, например, владельцам новых Mazda CX-7 с двигателем 2.3 Turbo DiSi. Форсированный мотор, около 100 л.с. с литра рабочего объема. Поэтому минимальные отклонения – и двигатель “капризничает”. В особо запущенных случаях дело может закончиться заменой катализатора. Двигатель зимой работает на переобогащенной смеси, смесь догорает в катализаторе. Он в буквальном смысле раскаляется: вплоть до малинового цвета.

Поэтому наш рецепт один: раз в неделю “выгуливать” машину по кольцевой

Артем Гонцов, редактор сайта domkrat.by:

— «Проблема TSi”? Когда в Беларуси появились рестайлинговые Volkswagen Touran с мотором 1.4 TSI мощностью 140 л.с. (турбонаддув и механический компрессор), с зимним запуском были проблемы. Сервисмены чистили свечи, пытаясь оживить моторы. “Лечили” двигатели перепрошивкой, советовали заливать “98-й” бензин. По двигателю 1.8 TSI (160 л.с.) нареканий не слышал. По моей информации, проблему “вылечили” перепрошивкой блока управления двигателя. Но все зависит от качества бензина: зимой проблема холодного запуска периодически “всплывает”.

Константин Фомичев, начальник СТО дилера Opel СОО «Автоцентр РМ-Маркет» :

— На самом деле все упирается в качество нашего бензина. Даже обычные моторы на нашем бензине “не едут”. Падает мощность, растет расход топлива. Покрываются нагаром свечи, клапаны. Особенно это касается “95-го”: очень часто его “получают” путем добавления присадок в “92-й”. Поэтому наши клиенты с “прямовпрысковыми” моторами зачастую используют “92-й”. Как ни странно, на нем автомобиль работает лучше. Хотя мы всем рекомендуем использовать “98-й”: на нем авто будет работать гарантированно хорошо.

Чтобы двигатель гарантированно запускался зимой, его нужно полностью прогревать. И раз в неделю “прохватывать” по кольцевой

Еще очень важна своевременная замена свечей: мы рекомендуем в обязательном порядке менять их каждые 40 000 км. И обязательный совет для всех желающих уверенно запускать мотор в любую погоду: больше ездить, сокращать пробеги между холодными стартами. Мотор нужно полностью прогреть и желательно “прохватить” с высокими оборотами. Тогда нагар выгорит, успешный запуск гарантирован. Я бы не стал говорить, что с “прямовпрысковыми” двигателями проблем больше. Точно так же на плохом бензине с трудом заводятся обычные моторы, соответствующие нормам “Евро-4” и “Евро-5”.

В большинстве случаев проблемы “прямопрысковых” моторов решаются перепрошивкой блока управления. Новые программы появляются на фирменных СТО едва ли не каждый месяц

Если заглядывать дальше, в будущее больших пробегов – конечно, “прямовпрыск” доставит больше неприятностей. Ремонт двигателей с непосредственным впрыском будет стоить дороже.

На плохом бензине одинаково “капризничают” все моторы, и непосредственным, и с распределенным впрыском. Итог один: ехать на СТО

Сергей Борисик, тренер учебного центра импортера Volkswagen ИП «Атлант-М Фарцойгхандель»:

— Плохое топливо одинаково влияет на запуск всех моторов, что MPI, что FSI. “Баловаться” с октановым числом бензина особого смысла нет, гораздо важнее его качество. Проблемы с “холодным” запуском “непосредственных” двигателей были. 2,0-литровые плохо запускались в сырую погоду с температурой около 0 градусов. Эти вопросы решились перепрошивкой блока управления. А вся эта история о плохом запуске “прямых” моторов не имеет смысла: проблема не в них, а в качестве бензина. От плохого топлива у всех моторов заливает свечи, двигатели «троят» и загораются лампочки Check Engine. Не вижу в этом ничего особенного.

Проблема качества белорусского бензина, в основном, — проблема его транспортировки и хранения. Топливные компании иногда перевозят все виды топлива одной цистерной. “95-й” после дизтоплива – такое бывало

Борис Саенко, технический эксперт официального импортера Citroen ООО «Вуатюр де Франс»:

— На самом деле на моторах с непосредственным впрыском “обожглись” все производители. Первые двигатели получились капризными у всех. Особенно это касается подержанных машин с большими пробегами. Двигатели буквально обвешаны дополнительными датчиками, катализатор сложной конструкции: в нем стоит так называемая ловушка окислов азота. Плюс возможные проблемы с ТНВД – поэтому опасаться непосредственного впрыска нужно владельцам “укатанных” “бэушек”. В ремонте эти моторы, конечно, дороже обычных.

Бояться непосредственного впрыска нужно покупателям подержанных машин: в ремонте эти двигатели дороже

С жалобами на плохое топливо к нам приезжают все: не могу сказать, что “прямые” моторы намного капризнее. Все вопросы с запуском обычно решаются путем перепрошивки блока управления двигателем. Эти обновления постоянно появляются на сервере во Франции, мы можем скачивать и устанавливать новый “софт” буквально на каждом ТО.

Владимир Гурьянов, автомобильный журналист:

— Проблема “непосредственного впрыска”? Эти моторы очень боятся воды в топливе. Как говорится в поговорке, одна капля убивает топливный насос. Проблемы с плохим запуском “лечатся” перепрошивкой, а последствия воды в топливе обойдутся дороже. Средний порядок цен такой: 800 долларов топливный насос, 150 долларов форсунка. Но в гарантийный период это не забота владельца, поэтому “прямого впрыска” я бы не боялся.

Особенности бензиновых двигателей с электронным управлением

Постоянное ужесточение норм выбросов токсичных веществ и выдвижение новых требований к диагностике, распространяющихся на автомобили с общей массой до 3 500 кг, в том числе малотоннажные грузовики и грузопассажирские, привело к тому, что большинство современных бензиновых двигателей имеют электронное управление системами и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Наиболее эффективный способ одновременного улучшения и экологических, и энергетических показателей – применение распределенного (многоточечного) впрыска бензина во впускные каналы в зоне впускных клапанов. Обычно для улучшения наполнения одновременно с ним используется инерционный наддув, т.е. устанавливаются длинные патрубки от общего ресивера к каждому цилиндру. В этом случае по сравнению с карбюраторной системой питания максимальная мощность повышается на 15 – 20%, а эксплуатационный расход топлива снижается в среднем на 10%. Кроме того, улучшаются ездовые качества автомобиля (плавный без рывков разгон, хорошая динамика), повышается надежность двигателя, упрощается его диагностика.

О введении в России норм Euro говорится немало. Однако большинству заводов от них удалось откреститься. – пока. Но все понимают, что уступки законодателей не могут быть вечными. Системы с электронным управлением распределенным впрыском бензина, зажиганием и антитоксичными устройствами уже разработаны для автомобилей УАЗ-3160 и УАЗ-31605, а также малотоннажных грузовиков ГАЗ. И скоро они в полном объеме придут в нашу жизнь. (Принципиальная схема такой системы дана на рис. 1). А потому остановимся подробнее на устройствах, входящих в такие системы, и особенностях их эксплуатации.

Забор топлива производится через фильтр грубой очистки с размером ячеек 50 мкм. Встречаются системы с двумя фильтрами – грубой и тонкой очистки. Для подачи топлива используется электробензонасос, который может располагаться в бензобаке, под кузовом или на лонжероне (УАЗ). Наиболее часто встречаются насосы эксцентриковые с роликовым уплотнением (рис. 2а) или шестеренные (рис. 2б). Они развивают рабочее давление от 300 до 400, а иногда и до 600 кПа. Производительность нового насоса обычно в 3 – 4 раза превышает расход топлива при максимальной мощности, что позволяет компенсировать уменьшение подачи из-за износа.

От насоса топливо через фильтр тонкой очистки (размер ячеек до 5 мкм) подается в коллектор (рампу), в конце которого расположен регулятор давления впрыска топлива (рис. 3). Диафрагменный механизм регулятора соединен с задроссельным пространством. Это позволяет поддерживать постоянный перепад давлений у форсунки независимо от разрежения во впускном трубопроводе. Избыточное топливо из регулятора возвращается в топливный бак. Рампа устанавливается непосредственно на электромагнитных форсунках (рис. 4). На входе в форсунку расположен фильтр для улавливания случайных частиц, попавших в систему после фильтра тонкой очистки.

В современных системах распределенного впрыска количество впрыскиваемого бензина регулируется изменением времени открытия клапана (5 – 50 мс). Ход клапана остается постоянным. Угол факела топлива зависит от конструкции распылителя и выбирается в зависимости от расположения форсунки: при ее установке во впускной трубе он меньше, при установке в головке блока – больше.

Частота вращения коленчатого вала и положение поршня определяется индуктивным датчиком, расположенным в приливе передней части двигателя в плоскости вращения зубчатого диска на коленчатом валу. Окружность диска разделена на 60 частей, причем вместо двух зубьев сделана просечка. Начало 20-го зуба диска по ходу вращения коленчатого вала соответствует ВМТ первого цилиндра. В системе зажигания применяется электронный коммутатор и, как правило, две двухискровые катушки зажигания, каждая из которых вырабатывает импульсы высокого напряжения одновременно для пары цилиндров (1 и 4-го, 2 и 3-го).

Фазирование впрыска (он должен начинаться при закрытом впускном клапане) осуществляется датчиком, установленным на крышке шестерен распределительного вала (двигатели УМЗ) или в головке блока цилиндров (двигатели ЗМЗ).

Расход воздуха в системах впрыска двигателей ЗМЗ и УМЗ определяется термоанемометрическим датчиком. Наиболее распространены два типа датчиков: пленочные и нитевые. Пленочные (рис. 5а) имеют меньшую стоимость, но при засорении требуют замены элемента. Нитевые устанавливались на двигателях с впрыском первых выпусков. В них нагреваются тонкие (70 мкм) платиновые нити (рис. 5б). Схема управления датчика обеспечивает постоянную температуру нити (150°С). В зависимости от расхода воздуха для стабилизации температуры изменяется напряжение на контактах нити и таким образом определяется расход топлива. Для самоочищения платиновой нити при выключении зажигания она кратковременно нагревается до 1 000°С.

Положение дроссельной заслонки контролируется установленным на ее оси потенциометром. По его показаниям отключается подача топлива на принудительном холостом ходу, а при полном открытии заслонки происходит переход на мощностные смеси. На корпусе дроссельных заслонок установлен и регулятор холостого хода. Он поддерживает заданную частоту вращения холостого хода, изменяя в зависимости от условий работы двигателя (температуры масла, охлаждающей жидкости, нагрузки на генератор) по сигналу блока управления (контроллера) количество подаваемого в обход дроссельной заслонки воздуха. На режиме прогрева двигателя этот регулятор поддерживает повышенную частоту вращения коленчатого вала для сокращения времени достижения рабочей температуры. Регулирование осуществляется поворотом шибера или перемещением клапана, регулирующего проходное сечение (рис. 6).

Для предотвращения работы с интенсивной детонацией устанавливается пьезоэлектрический датчик детонации (рис. 7) для поддержания угла опережения зажигания на пределе детонации при заправке бензином с низким фактическим октановым числом (в двигателях ЗМЗ в зоне 4-го цилиндра, в двигателях УМЗ – между 2-м и 3-м).

Управляют системами питания и зажигания двигателей УМЗ-420.10 и УМЗ-4213.10 блоки М1.5.4-У «Автрон» или «Микас-7.2», а двигателей ЗМЗ-4062.10 и их модификаций – М1.5.4 «Автрон» или «Микас М1.5.4». Отличительной особенностью блоков М1.5.4 «Автрон» являются шестнадцатиразрядные микропроцессоры, обеспечивающие по сравнению с ранее применявшимися восьмиразрядными более высокое быстродействие и лучшие показатели по топливной экономичности и токсичности.

Одна из важнейших проблем эксплуатации – выявление причин отказа и своевременное устранение неисправностей. Некоторые диагностические возможности заложены уже в самой системе электронного управления. При использовании контроллеров «Автрон» и «Микас» после включения зажигания контрольная лампа должна загораться на 0,6 с и гаснуть. Если она продолжает гореть, то необходимо провести техническое обслуживание и выявить неисправность. При устранении неисправности лампа выключается, но диагностический код сохраняется в памяти блока до отключения аккумулятора или ее очистки. Далее используются диагностические карты, приводимые в руководстве по техобслуживанию.

Есть несколько способов выявления причин нарушения работы систем управления двигателем. Наиболее просто определить характер неисправности вызовом ее кода. Стереть коды и запустить функциональный тест, в том числе и в дорожных условиях, можно при помощи контрольной лампы и диагностической кнопки. После замыкания контактов диагностического разъема по числу миганий контрольной лампы определяется код неисправности. В зависимости от этого водитель в дорожных условиях может принять решение как действовать дальше.

При отказе некоторых датчиков после включения контрольной лампы система автоматически переходит на аварийный режим. В частности, при выходе из строя датчика массового расхода воздуха для регулирования цикловой подачи топлива может использоваться датчик положения дроссельной заслонки. Однако при этом обычно ухудшаются ездовые качества автомобиля (появляются рывки, провалы) или/и увеличивается расход топлива. При повреждении датчика детонации во время движения автомобиля, особенно с низкой частотой вращения коленчатого вала и полной нагрузкой, нельзя допускать работы с интенсивной детонацией. В случае отказа датчика температуры охлаждающей жидкости ухудшаются пусковые качества холодного двигателя. При прогретом двигателе нарушений в его работе обычно нет. При повреждении регулятора напряжения в системе электрооборудования необходимо двигаться с невысокой частотой вращения коленчатого вала, чтобы не вывести из строя блок управления.

В случае отказа датчика положения дроссельной заслонки возможны пуск двигателя стартером и движение автомобиля, но не работает регулятор частоты вращения на холостом ходу и не отключается подача топлива при торможении двигателем, что увеличивает выброс токсичных веществ и расход топлива. Кроме того, не происходит переход на мощностную регулировку при больших нагрузках, что ограничивает максимальную скорость движения. При повреждении датчиков частоты вращения коленчатого вала пуск двигателя невозможен. Одной из наиболее частых причин нарушения работы двигателя является отказ системы регулирования состава топливовоздушной смеси.

Для выполнения требований к токсичности отработавших газов, предъявляемых большинством стран Европы, Америки и Японии, необходим трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, снижающий выброс СО, СН и N0х на 90 – 95%. Однако для его эффективной работы отношение расхода воздуха к расходу топлива должно находиться в пределах 14,6 – 14,8. Такую точность обеспечивает только система обратной связи с кислородным датчиком. Ею предусмотрено оснащение двигателей и ВАЗ и УАЗ в «европейском» исполнении.

Кислородный датчик представляет собой тонкостенный баллон из специальной керамики (обычно двуокиси циркония), покрытый тонким слоем платины (рис.8). Внутри полости датчика находится воздух. Датчик располагается в выпускном трубопроводе. Когда в отработавших газах имеется кислород, электрический потенциал датчика близок к нулю (рис.9). Поэтому блок управления увеличивает подачу топлива. Как только смесь обогатится и в отработавших газах содержание кислорода резко уменьшится, электрический потенциал датчика становится максимальным, а блок управления дает сигнал на уменьшение подачи топлива. Характеристика управления составом смеси имеет пилообразный вид, обеспечивая заданное соотношение воздуха и топлива.

Необходимо иметь в виду, что при работе двигателя на этилированном бензине и каталитический нейтрализатор, и кислородный датчик выходят из строя. Блок управления переходит на аварийный режим работы, что может сопровождаться увеличением расхода топлива или появлением рывков и провалов в работе двигателя. В случае крайней необходимости продолжать движение на этилированном бензине требуется вывернуть кислородный датчик, и заглушить отверстие под него. После выработки этилированного бензина датчик можно поставить на место. При этом нейтрализатор может быть выведен из строя и потребуется его замена.

Важно, чтобы система зажигания работала надежно, поскольку из-за перебоев в зажигании нейтрализатор перегревается. Автомобили с трехкомпонентным нейтрализатором и кислородным датчиком вследствие работы на неэкономичном составе смеси при прочих равных условиях расходуют бензина на 5 – 10% больше. Учитывая, что в России используется этилированный бензин, автомобили имеют модификации без каталитических нейтрализаторов и кислородных датчиков.

В двигателях автомобилей ГАЗ и УАЗ с распределенным впрыском топлива СО регулируется винтом на датчике массового расхода воздуха. Вращая винт, необходимо по газоанализатору установить концентрацию СО примерно 0,8%. При наличии трехкомпонентного нейтрализатора содержание СО устанавливается автоматически.

В условиях станций техобслуживания целесообразно использовать тестеры, подключаемые к диагностическому разъему. Код на индикаторе тестера указывает причину нарушения работы. В частности, можно выявить отсутствие сигнала от датчиков расхода воздуха, кислородного, частоты вращения и положения коленчатого вала. Определяется уровень (высокий или низкий) сигналов датчиков температуры охлаждающей жидкости, положения дроссельной заслонки, температуры воздуха, состава смеси. Для каждой системы управления существует свой тестер с набором кодов, приводимым в инструкции.

В блоках управления М1.5.4 «Автрон» автомобилей ГАЗ и М1.5.4-У «Автрон» автомобилей УАЗ для выдачи информации предусмотрены два канала связи. Первый (ISO-9141) используется для большинства современных автомобилей. Подключение к нему сканер-тестера СТМ-1.1 диагностического тестера DST-2 c картриджем «Автрон»v1.33НТС или другого системного сканера-тестера позволяет производить запись параметров управления, вызов и стирание кодов неисправностей. Второй канал связи (RS-232) позволяет подключаться к персональному компьютеру, получать графическое отображение и распечатку данных.

Использование персонального компьютера дает возможность адаптировать блоки для других двигателей, осуществлять контроль в процессе производства. Наиболее полную информацию обеспечивают жгутовые тестеры ГМ-1 и ГМ-2, подключаемые между разъемом блока управления и жгутом проводов. Их преимущество состоит в том, что такие тестеры оценивают параметры реальных сигналов в цепях датчиков и исполнительных устройств.

Система питания топливом бензинового (карбюраторного) двигателя

Система питания топливом бензинового двигателя ⭐ предназначена для размещения и очистки топлива, а также приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве в соответствии с режимом работы двигателя (за исключением двигателей с непосредственным впрыском, система питания которых обеспечивает поступление бензина в камеру сгорания в необходимом количестве и под достаточным давлением).

Бензин, как и дизельное топливо, является продуктом перегонки нефти и состоит из различных углеводородов. Число атомов углерода, входящих в молекулы бензина, составляет 5 — 12. В отличие от дизелей в бензиновых двигателях топливо не должно интенсивно окисляться в процессе сжатия, так как это может привести к детонации (взрыву), что отрицательно скажется на работоспособности, экономичности и мощности двигателя. Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом. Чем больше оно, тем выше детонационная стойкость топлива и допустимая степень сжатия. У современных бензинов октановое число составляет 72—98. Кроме антидетонационной стойкости бензин должен также обладать низкой коррозионной активностью, малой токсичностью и стабильностью.

Поиск (исходя из экологических соображений) альтернатив бензину как основному топливу для ДВС привел к созданию этанолового топлива, состоящего в основном из этилового спирта, который может быть получен из биомассы растительного происхождения. Различают чистый этанол (международное обозначение — Е100), содержащий исключительно этиловый спирт; и смесь этанола с бензином (чаще всего 85 % этанола с 15 % бензина; обозначение — Е85). По своим свойствам этаноловое топливо приближается к высокооктановому бензину и даже превосходит его по октановому числу (более 100) и теплотворной способности. Поэтому данный вид топлива может с успехом применяться вместо бензина. Единственный недостаток чистого этанола — его высокая коррозионная активность, требующая дополнительной защиты от коррозии топливной аппаратуры.

К агрегатам и узлам системы питания топливом бензинового двигателя предъявляются высокие требования, основные из которых:

• герметичность
• точность дозирования топлива
• надежность
• удобство в обслуживании

В настоящее время существуют два основных способа приготовления горючей смеси. Первый из них связан с использованием специального устройства — карбюратора, в котором воздух смешивается с бензином в определенной пропорции. В основу второго способа положен принудительный впрыск бензина во впускной коллектор двигателя через специальные форсунки (инжекторы). Такие двигатели часто называют инжекторными.

Независимо от способа приготовления горючей смеси ее основным показателем является соотношение между массой топлива и воздуха. Смесь при ее воспламенении должна сгорать очень быстро и полностью. Этого можно достичь лишь при хорошем смешении в определенной пропорции воздуха и паров бензина. Качество горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение действительной массы воздуха, приходящейся на 1 кг топлива в данной смеси, к теоретически необходимой, обеспечивающей полное сгорание 1 кг топлива. Если на 1 кг топлива приходится 14,8 кг воздуха, то такая смесь называется нормальной (а = 1). Если воздуха несколько больше (до 17,0 кг), смесь обедненная, и а = 1,10… 1,15. Когда воздуха больше 18 кг и а > 1,2, смесь называют бедной. Уменьшение доли воздуха в смеси (или увеличение доли топлива) называют ее обогащением. При а = 0,85… 0,90 смесь обогащенная, а при а Карбюраторные системы питания

Рассмотрим сначала карбюраторные системы питания, которые еще недавно были широко распространены. Они более просты и дешевы по сравнению с инжекторными, не требуют высококвалифицированного обслуживания в процессе эксплуатации и в ряде случаев более надежны.

Система питания топливом карбюраторного двигателя включает в себя топливный бак 1, фильтры грубой 2 и тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающий насос 3, карбюратор 5, впускной трубопровод 7 и топливопроводы. При работе двигателя топливо из бака 1 с помощью насоса 3 подается через фильтры 2 и 4 к карбюратору. Там оно в определенной пропорции смешивается с воздухом, поступающим из атмосферы через воздухоочиститель 6. Образовавшаяся в карбюраторе горючая смесь по впускному коллектору 7 попадает в цилиндры двигателя.

Топливные баки в силовых установках с карбюраторными двигателями аналогичны бакам систем питания дизелей. Отличием баков для бензина является лишь их лучшая герметичность, не позволяющая бензину вытечь даже при опрокидывании ТС. Для сообщения с атмосферой в крышке наливной горловины бака обычно устанавливают два клапана — впускной и выпускной. Первый из них обеспечивает поступление в бак воздуха по мере расходования топлива, а второй, нагруженный более сильной пружиной, предназначен для сообщения бака с атмосферой, когда давление в нем выше атмосферного (например, при высокой температуре окружающего воздуха).

Фильтры карбюраторных двигателей аналогичны фильтрам, применяемым в системах питания дизелей. На грузовых автомобилях устанавливаются пластинчато-щелевые и сетчатые фильтры. Для тонкой очистки используют картон и пористые керамические элементы. Кроме специальных фильтров в отдельных агрегатах системы имеются дополнительные фильтрующие сетки.

Топливоподкачивающий насос служит для принудительной подачи бензина из бака в поплавковую камеру карбюратора. На карбюраторных двигателях обычно применяют насос диафрагменного типа с приводом от эксцентрика распределительного вала.

В зависимости от режима работы двигателя карбюратор позволяет готовить смесь нормального состава (а = 1), а также обедненную и обогащенную смеси. При малых и средних нагрузках, когда не требуется развивать максимальную мощность, следует готовить в карбюраторе и подавать в цилиндры обедненную смесь. При больших нагрузках (продолжительность их действия, как правило, невелика) необходимо готовить обогащенную смесь.

Рис. Схема системы питания топливом карбюраторного двигателя:
1 — топливный бак; 2 — фильтр трубой очистки топлива; 3 — топливоподкачивающий насос; 4 — фильтр тонкой очистки; 5 — карбюратор; 6 — воздухоочиститель; 7 — впускной коллектор

В общем случае в состав карбюратора входят главное дозирующее и пусковое устройства, системы холостого хода и принудительного холостого хода, экономайзер, ускорительный насос, балансировочное устройство и ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала (у грузовых автомобилей). Карбюратор может содержать также эконостат и высотный корректор.

Главное дозирующее устройство функционирует на всех основных режимах работы двигателя при наличии разрежения в диффузоре смесительной камеры. Основными составными частями устройства являются смесительная камера с диффузором, дроссельная заслонка, поплавковая камера, топливный жиклер и трубки распылителя.

Пусковое устройство предназначено для обеспечения пуска холодного двигателя, когда частота вращения проворачиваемого стартером коленчатого вала невелика и разрежение в диффузоре мало. В этом случае для надежного пуска необходимо подать в цилиндры сильно обогащенную смесь. Наиболее распространенным пусковым устройством является воздушная заслонка, устанавливаемая в приемном патрубке карбюратора.

Система холостого хода служит для обеспечения работы двигателя без нагрузки с малой частотой вращения коленчатого вала.

Система принудительного холостого хода позволяет экономить топливо во время движения в режиме торможения двигателем, т. е. тогда, когда водитель при включенной передаче отпускает педаль акселератора, связанную с дроссельной заслонкой карбюратора.

Экономайзер предназначен для автоматического обогащения смеси при работе двигателя с полной нагрузкой. В некоторых типах карбюраторов кроме экономайзера для обогащения смеси используют эконостат. Это устройство подает дополнительное количество топлива из поплавковой камеры в смесительную только при значительном разрежении в верхней части диффузора, что возможно лишь при полном открытии дроссельной заслонки.

Ускорительный насос обеспечивает принудительный впрыск в смесительную камеру дополнительных порций топлива при резком открытии дроссельной заслонки. Это улучшает приемистость двигателя и соответственно ТС. Если бы ускорительного насоса в карбюраторе не было, то при резком открытии заслонки, когда расход воздуха быстро растет, из-за инерционности топлива смесь в первый момент сильно обеднялась бы.

Балансировочное устройство служит для обеспечения стабильности работы карбюратора. Оно представляет собой трубку, соединяющую приемный патрубок карбюратора с воздушной полостью герметизированной (не сообщающейся с атмосферой) поплавковой камеры.

Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливается на карбюраторах грузовых автомобилей. Наиболее широко распространен ограничитель пневмоцентробежного типа.

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Рис. Схема системы питания топливом бензинового двигателя с многоточечным впрыском:
1 — топливная рампа; 2 — форсунки; 3 — регулятор давления; 4 — впускной патрубок двигателя; 5 — фильтр; 6 — замок зажигания; 7 — топливный насос; 8 — топливный бак

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

• угол поворота дроссельной заслонки
• степень разрежения во впускном коллекторе
• частота вращения коленчатого вала
• температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
• концентрация кислорода в отработавших газах
• атмосферное давление
• напряжение аккумуляторной батареи
• и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

• топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
• появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
• достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
• обеспечивается лучшая приемистость двигателя
• в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.