Что входит в систему питания двигателя внутреннего сгорания

Двигатель: система питания двигателя

Любой автомобиль состоит из многочисленных систем и агрегатов, в число которых входит и «сердце» авто – двигатель внутреннего сгорания. Чаще всего на автомобилях устанавливают именно ДВС, несмотря на то, что данные моторы относительно несовершенны, в частности они довольно шумные, обладают несколько меньшим ресурсом в отличите от некоторые других типов двигателей, а также оказывают негативное воздействие на окружающую среду своими выбросами.

ДВС созданы для преобразования химической энергии топлива, в качестве которой обычно выступает углеводородное топливо (оно может быть жидким или газообразным), что сгорает в рабочей зоне, в механическую работу.

Основные типы ДВС

Существует несколько основных типов ДВС. Так, есть поршневые двигатели, которые, в свою очередь, тоже подразделяются на несколько видов. У поршневых ДВС в качестве камеры сгорания используется цилиндр – именно тут тепловая энергия топлива преобразуется в механическую энергию, а она потом превращается во вращательную. Поршневые двигатели могут быть бензиновыми, дизельными, газовыми и газодизельными.

Помимо поршневых двигателей, существуют роторно-поршневые и газотурбинные ДВС. Интерес представляет ДВС с впрыском воды – это комбинированный двигатель, в котором совмещены поршневая и лопаточная машины. Ещё один вид ДВС – RCV, у которого система газораспределения реализована за счёт вращения цилиндра.

Одним из недостатков ДВС является то, что данный тип мотора способен производить высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Именно поэтому неотъемлемыми «атрибутами» ДВС являются трансмиссия и стартёр. Тем не менее, как уже упоминалось выше, ДВС являются одними из наиболее часто используемых двигателей.

Как правило, в автомобилях используют четырёхтактовые ДВС, получившие такое название потому, что их работу можно разделить на четыре равные по времени части.

Двигатель состоит из различных механизмов и систем, в том числе и системы питания двигателя.

Система питания двигателя

Для чего вообще нужна система питания двигателя? Она отвечает за подачу топлива из бака, фильтрацию, образование горючей смеси, а также подачу последней в цилиндры. В уже прошедшем столетии наиболее часто используемой была карбюраторная система подачи смеси топлива. Потом появилась улучшенная система питания двигателя, при которой смесь топлива подаётся впрыском с помощью одной форсунки – благодаря этому производители смогли сократить расход топлива. Однако сейчас обычно применяется инжекторная система подачи топлива, которая предусматривает подачу топлива под давлением непосредственно в впускной коллектор.

Перечисленные выше системы питания двигателя похожи – различаются же они способами смесеобразования. В целом, в топливной системе присутствует топливный бак, где хранится топливо, — это компактная ёмкость, у которой имеется устройство забора топлива, то есть насос, в редких случаях могут присутствовать и грубые элементы фильтрации.

Также в системе питания двигателя есть топливопроводы – это комплекс трубок и шлангов, которые нужны для того, чтобы переместить топливо к устройству смесеобразования. В качестве устройства смесеобразования может выступать карбюратор, моновпрыск или инжектор – данное устройство необходимо для соединения самого топлива с воздухом. У инжекторных систем питания двигателей имеется и блок управления инжектором, который представляет собой электронное устройство, назначение которого – управление работой топливных форсунок, а также датчиков контроля с клапанами отсечки.

Чтобы топливо поступило в топливопровод, необходим так называемый топливный насос (как правило, используется погружной насос). Это электродвигатель, который соединён с жидкостным насосом. Стоит отметить, что иногда топливный насос крепится к самому двигателю (по крайней мере, в более старых моделях) и приводится в действие с помощью вращения промежуточного вала.

Наконец, в систему питания двигателя могут входить дополнительные элементы как тонкой, так и грубой очистки, а устанавливаются они в цепь подачи топлива.

Принцип работы системы питания двигателя

Как именно работает система питания двигателя? Сначала в движение приходит насос – он высасывает топливо из бака и передаёт его в устройство смесеобразования по топливопроводу, где установлены фильтры очистки, благодаря чему в устройство смесеобразования топливо поступает очищенным.

В карбюраторе топливо начинает свой путь в поплавковой камере, откуда оно впоследствии поступает в камеру смесеобразования через калиброванные жиклеры. Там оно смешивается с воздухом, а затем поступает в впускной коллектор, проходя через дроссельную заслонку. Через некоторое время впускной клапан открывается, и топливо подаётся в цилиндр.

Немного иной принцип работы у системы моновпрыска – здесь топливо сначала подаётся на форсунку, управляемую электронным блоком. В камеру смесеобразования топливо попадает после открытия форсунка, что происходит в определённый срок. В камере смесеобразования, как и в карбюраторной системе, происходит смешение топлива с воздухом, а остальные процессы те же, что и в карбюраторе.

В инжекторной системе питания двигателя, как и в предыдущей, топливо поступает к форсункам – ими управляет блок управления. Форсунки соединяются между собой при помощи топливопровода, при этом в нём всегда есть топливо. Отметим, что в топливных системах имеется также и обратный топливопровод, благодаря которому излишки топлива сливаются в бак.

Если же сравнивать систему питания двигателя, работающего на дизеле, с бензиновой, то можно сказать, что они очень похожи. Однако в системе питания дизельного двигателя впрыск топлива осуществляется сразу в камеру сгорания цилиндра, и смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре. Подача топлива в данной системе происходит под большим давлением, для чего используется насос высокого давления.

Дизельный двигатель: устройство системы питания

Система питания современного дизельного ДВС представляет собой целый комплекс устройств. Основной задачей становится не просто подача топлива к инжекторным форсункам, а еще и подача горючего под высоким давлением. Давление необходимо для высокоточного дозированного впрыска в камеру сгорания цилиндра. Система питания дизеля выполняет следующие важнейшие функции:

• дозирование строго определенного количество топлива с учетом нагрузки на двигатель в том или ином режиме его работы;
• эффективный впрыск топлива в заданный промежуток времени с определенной интенсивностью;
• распыление и максимально равномерное распределение горючего по объему камеры сгорания в цилиндрах дизельного ДВС;
• предварительная фильтрация топлива перед подачей горючего в насосы системы питания и инжекторные форсунки;

Особенности дизельного топлива

Большинство требований к системе питания дизельного мотора выдвигается с учетом того, что дизельное топливо имеет ряд специфических особенностей. Горючее такого рода представляет собой смесь керосиновых и газойлевых соляровых фракций. Дизельное топливо получают после того, как из нефти реализуется отгон бензина.

Дизельное топливо обладает целым рядом свойств, главным из которых принято считать показатель самовоспламеняемости, который оценивается цетановым числом. Представленные в продаже виды дизельного топлива имеют цетановое число на отметке 45–50. Для современных дизельных агрегатов наилучшим топливом является горючее с большим показателем цетанового числа.

Система питания дизельного ДВС обеспечивает подачу хорошо очищенного дизельного топлива к цилиндрам, ТНВД сжимает горючее до высокого давления, а форсунка подает его в распыленном на мельчайшие частицы виде в камеру сгорания. Распыленное дизельное топливо смешивает с горячим (700–900 °С) воздухом, который нагревается до такой температуры от высокого сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) и самовоспламеняется.

Дизельное топливо имеет еще и более высокую плотность сравнительно с бензином, а также обладает лучшей смазывающей способностью. Не менее важной характеристикой выступает вязкость, температура застывания и чистота дизельного топлива. Температура застывания позволяет делить топливо на три базовых сорта горючего: летнее дизельное топливо, зимний дизель и арктическое дизельное топливо.

Схема устройства системы питания дизельного ДВС

Система питания дизельного двигателя состоит из следующих базовых элементов:

1. топливный бак;
2. фильтры грубой очистки дизтоплива;
3. фильтры тонкой очистки топлива;
4. топливоподкачивающий насос;
5. топливный насос высокого давления (ТНВД);
6. инжекторные форсунки;
7. трубопровод низкого давления;
8. магистраль высокого давления;
9. воздушный фильтр;

Дополнительными элементами частично становится электронасосы, выпуск отработанных газов, сажевые фильтры, глушители и т.д. Систему питания дизельных ДВС принято делит на две группы топливной аппаратуры:

• дизельная аппаратура для повода топлива (топливоподводящая);
• дизельная аппаратура для подвода воздуха (воздухоподводящая);

Топливоподводящая аппаратура может иметь различное устройство, но сегодня наиболее распространена система разделенного типа. В такой системе топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки реализованы в виде отдельных устройств. Топливо подается в дизельный двигатель по магистралям высокого и низкого давления.

Дизельное топливо хранится, фильтруется и подается к ТНВД под невысоким давлением посредством магистрали низкого давления. В магистрали высокого давления ТНВД поднимает давление в системе для осуществления подачи и впрыска строго определенного количества топлива в рабочую камеру сгорания дизельного двигателя в заданный момент.

В системе питания дизеля присутствуют сразу два насоса:

• топливоподкачивающий насос;
• топливный насос высокого давления;

Топливоподкачивающий насос обеспечивает подачу топлива из топливного бака, прокачивает горючее через фильтр грубой и тонкой очистки. Давление, которое создает топливоподкачивающий насос, позволяет осуществить подачу топлива по топливопроводу низкого давления к топливному насосу высокого давления.

ТНВД реализует подачу топлива к форсункам под высоким давлением. Подача происходит в соответствии с порядком работы цилиндров дизельного мотора. Топливный насос высокого давления имеет определенное количество одинаковых секций. Каждая из таких секций ТНВД соответствует определенному цилиндру дизельного двигателя.

Данные моторы работают жестко и шумно, имеют небольшой срок службы. В конструкции их системы питания отсутствуют топливопроводы магистрали высокого давления. Указанный тип ДВС не имеет большого распространения.

Вернемся к массовой конструкции дизельного мотора. Дизельные форсунки располагаются в головке блока цилиндров (ГБЦ) дизельного двигателя. Основной их задачей становится точное распыление горючего в камере сгорания двигателя. Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД большое количество топлива. Получившиеся избытки горючего и проникающий в систему топливоподачи воздух возвращаются в топливный бак по специальным трубопроводам, которые называются дренажными.

Инжекторные дизельные форсунки бывают двух видов:

• дизельная форсунка закрытого типа;
• дизельная форсунка открытого типа;

Четырехтактные дизельные моторы преимущественно получают форсунки закрытого типа. В таких устройствах сопла форсунки, которые представляют собой отверстие, закрываются особой запорной иглой.

Получается, что внутренняя полость, расположенная внутри корпуса распылителей форсунок, сообщается с камерой сгорания только во время открытия форсунки и в момент впрыска дизельного топлива.

Ключевым элементом в конструкции форсунки выступает распылитель. Распылитель получает от одного до целой группы сопловых отверстий. Именно эти отверстия и образуют факел топлива в момент впрыска. От их количества и расположения зависит форма факела, а также пропускная способность форсунки.

Система питания турбодизеля

Система турбонаддува активно применяется для эффективного повышения мощности как бензинового, так и дизельного двигателя без увеличения рабочего объема камеры сгорания в конструкции силового агрегата. Топливоподводящая система в турбированных ДВС остается практически без изменений, зато схема и способ подачи воздуха в турбомоторах существенно меняется по сравнению с атмосферными агрегатами.

Наддув в дизельном двигателе реализован путем использования турбокомпрессора. Турбина в дизельном моторе использует энергию отработавших газов. Воздух в турбокомпрессоре сжимается, далее охлаждается и нагнетается в камеру сгорания дизельного ДВС под давлением на отметке от 0,15 до 0,2 МПа.

Величина давления позволяет разделить системы турбонаддува на:

• решения с низким наддувом, когда давление не превышает 0,15 МПа;
• турбокомпрессор среднего наддува означает, что давление нагнетаемого в цилиндры воздуха соответствует показателю 0,2 МПа;
• высокий наддув подразумевает давление свыше 0,2 МПа;

Использование турбокомпрессора для ДВС улучшает наполнение цилиндров двигателя воздухом. Автоматически происходит повышение эффективности сгорания порции впрыскиваемого топлива. Турбонаддув позволяет увеличить мощность силового агрегата на 30% и более.

Негативными последствиями в результате использования турбонаддува, особенно с высокими показателями давления нагнетаемого воздуха, является увеличение общей температуры в камере сгорания в результате интенсивного горения топлива, а также значительно возрастающие механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и газораспределительного механизма (ГРМ) по сравнению с атмосферными силовыми установками.

Завоздушивание топливной системы дизеля: признаки неисправности и диагностика. Как самостоятельно найти место подсоса воздуха, способы решения проблемы.

Конструкция дизельного топливного насоса высокого давления, потенциальные неисправности, схема и принцип работы на примере устройства системы топливоподачи.

Виды дизельных форсунок в разных системах подачи топлива под высоким давлением. Принцип работы, способы управления форсунками, конструктивные особенности.

Распространенные неисправности дизельного двигателя и диагностика агрегатов данного типа. Проверка топливной системы дизельного мотора, полезные советы.

Линейка дизельных двигателей CRDi Hyundai/KIA: сильные и слабые стороны моторов данного типа, особенности эксплуатации, ремонта и обслуживания.

Назначение топливного насоса высокого давления в системе топливного впрыска дизельного двигателя. Виды ТНВД, конструктивные особенности насосов.

система питания двигателя внутреннего сгорания с двумя видами топлива

Использование: в автомобилестроении, например системы питания двигателей различными видами топлива. Сущность изобретения: к впускному каналу 19 карбюратора 2 двигателя 1 подводится газ от газожидкостного баллона 13 через газовый редуктор 17 и первый запорный вентиль 15 или параллельно с ними установленный второй запорный вентиль 16. При этом третий запорный вентиль 11 на магистрали подачи в карбюратор бензина может быть закрыт или открыт. В последнем случае повышается октановое число горючей смеси, улучшая экологическую чистоту и повышая долговечность двигателя. Регулирование подачи газа в двигатель обеспечивается от педали акселератора, воздействующей на дроссельную заслонку карбюратора, жестко связанную с поворотным золотником 22, установленным во впускном канале карбюратора 2. Для улучшения испаряемости газа в баллоне при его интенсивном использовании во время движения автомобиля он обогревается от отопителя салона автомобиля через воздухопровод, в который помещена и газовая магистраль. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ДВУМЯ ВИДАМИ ТОПЛИВА, содержащая карбюратор, установленный на впускном тракте двигателя, бензонасос, сообщенный через бензиновую магистраль с бензобаком и поплавковой камерой карбюратора, газожидкостный баллон с выходным штуцером, газовый редуктор, сообщенный через газовую магистраль с впускным трактом двигателя через выходной штуцер, впускной канал карбюратора и дроссельную заслонку, установленную во впускном тракте двигателя, первый и второй запорные органы, установленные в газовой магистрали, третий запорный орган, установленный в бензиновой магистрали, отличающаяся тем, что она снабжена золотником, жестко связанным с осью заслонки и установленным во впускном канале карбюратора, обводной газовой магистралью, причем впускной канал карбюратора сообщен с полостью впускного тракта двигателя за дроссельной заслонкой, первый запорный орган установлен между выходным штуцером газожидкостного баллона и газовым редуктором, второй запорный орган установлен в обводной газовой магистрали, подсоединенной к газовой магистрали параллельно газовому редуктору, третий запорный орган установлен между бензонасосом и бензобаком, а первый, второй и третий запорные органы размещены в салоне автомобиля в пределах досягаемости руки водителя.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что участок газовой магистрали между баллоном и первым и вторым запорными органами выполнен спиралеобразным и размещен в воздухопроводе, вход которого сообщен с выходом радиатора-отопителя салона автомобиля, а выход направлен на поверхность баллона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к системам питания двигателей различными видами топлива.

Повышение экономичности эксплуатируемых автомобилей возможно путем обеспечения их работы на газообразном топливе, или на сжиженном газе, или на смеси бензина с газом, что повышает экономичность и обеспечивает экологическую чистоту работы двигателей внутреннего сгорания.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания с двумя видами топлива, содержащая карбюратор, установленный на впускном тракте двигателя, бензонасос, сообщенный через бензиновую магистраль с бензобаком и поплавковой камерой карбюратора, газожидкостный баллон с выходным штуцером, газовый редуктор, сообщенный газовой магистралью с впускным трактом двигателя через выходной штуцер, впускной канал карбюратора и дроссельную заслонку, установленную во впускном тракте двигателя, а также запорные вентили на магистралях (авт. св. N 1370279, кл. F 02 M 13/08, 1986).

Недостатками системы являются невысокая надежность примененных в ней запорных устройств с электрическим управлением, приводящая к тяжелым последствиям при отказах из-за возможной утечки газа при заклинивании запорного устройства в открытом положении, а также большая сложность системы из-за применения двухсту- пенчатого автоматического редуктора, управляемого по параметру разрежения за дроссельной заслонкой во впускном тракте двигателя.

Целью изобретения является упрощение конструкции и эксплуатации двигателя с двумя видами топлива и повышение ее надежности.

Для этого система питания двигателя внутреннего сгорания с двумя видами топлива, содержащая карбюратор, установленный на впускном тракте двигателя, бензонасос, сообщенный через бензиновую магистраль бензобаком и поплавковой камерой карбюратора, газожидкостный баллон с выходным штуцером, газовый редуктор, сообщенный через газовую магистраль с выпускным трактом двигателя через выходной штуцер, впускной канал карбюратора и дроссельную заслонку, установленную во впускном тракте двигателя, а также первый и второй запорные органы, расположенные в газовой магистрали, и третий запорный орган, установленный в бензиновой магистрали, она снабжена золотником, жестко связанным с осью заслонки и установленным во впускном канале карбюратора, и обводной газовой магистралью, причем впускной канал карбюратора сообщен с полостью впускного тракта двигателя за дроссельной заслонкой, первый запорный орган установлен между выходным штуцером газожидкостного баллона и газовым редуктором, второй запорный орган смонтирован в обводной газовой магистрали, подсоединенной к газовой магистрали параллельно газовому редуктору, а третий запорный орган размещен между бензонасосом и бензобаком, при этом первый, второй и третий запорные органы размещены в салоне автомобиля в пределах досягаемости руки водителя.

Участок газовой магистрали между баллоном и первым и вторым запорными органами может быть выполнен спиралеобразным и размещен в воздухопроводе, вход которого сообщен с выходом радиатора-отопителя салона автомобиля, а выход направлен на поверхность баллона.

На фиг. 1 показана схема системы питания; на фиг. 2 — размещение элементов системы на легковом автомобиле.

Система выполнена в виде установленного на корпусе автомобильного двигателя 1 карбюратора 2 с размещенным на нем воздухоочистителем 3. К патрубку 4 воздухоочистителя подходит рукав 5 от вентиляционного отверстия картера двигателя 1. Выходной вентиляционный штуцер 6 воздухоочистителя 3 соединен трубкой 7 вакуумной эжекционной трубкой 8, расположенной в нижней части карбюратора. Установленный на двигателе 1 бензонасос 9 своим выходом соединен трубой 10 с поплавковой камерой карбюратора 2, а выход насоса 9 через запорный вентиль 11 соединен с бензобаком 12. Газожидкостный баллон 13, установленный запорным вентилем и выходным штуцером вперед по направлению движения автомобиля и наклонно с обеспечением превышения выходного штуцера 14 над уровнем заправленного в баллон 13 сжиженного газа, магистралью соединен с запорными вентилями 15 и 16. После вентиля 16 установлен газовый редуктор 17. Его выход и выход вентиля 15 объединены и трубопроводом 18 подключены к впускному каналу 19 карбюратора 2, предназначенному для подвода паров системы вентиляции картера двигателя. Впускной канал 19 через золотник 20 с постоянным дросселем 21 и проточкой 22 на его поверхности сообщен с полостью впускного тракта двигателя за дроссельной заслонкой 23. Золотник 20 и заслонка 23 установлены на валу 24, связанном с педалью акселератора автомобиля. Часть магистрали между баллоном 13 и вентилями 15 и 16 выполнена в виде спирали и помещена в водзухопровод, расположенный между выходом радиатора-отопителя и баллоном 13. Вентили 15 и 16 расположены под передним краем сиденья водителя, чтобы он мог к ним легко дотянуться.

Система работает следующим образом.

Перед работой открывается запорный вентиль 15, чтобы газовая система находилась в дежурном состоянии. Возможны три режима работы системы.

1. Режим работы на бензине.

В этом режиме все вентили газовой системы закрыты, а вентиль 11 бензосистемы открыт. Запуск двигателя и его работа осуществляется как обычно с подачей топлива от бензонасоса 9 по трубе 10 в поплавковую камеру карбюратора 2. Управление режимом — от педали акселератора через ось дроссельной заслонки 23. Окончание режима с намерением перехода в дальнейшем на режим работы на газе выполняется закрытием вентиля 11 и выработкой топлива из поплавковой камеры карбюратора 2, что происходит за 7-10 с в зависимости от оборотов двигателя.

2. Режим работы на газе.

При закрытом вентиле 15 включается зажигание автомобиля, нажимается педаль акселератора для открытия дроссельной заслонки 23 и открывается вентиль 16. Двигатель запускается и (при применении редуктора типа РГС 1-1,2) работает в пределах малых и средних оборотов. Для получения максимальных оборотов и максимальной мощности дополнительно открывается вентиль 15. Регулировка режима по оборотам обеспечивается педалью акселератора, так как подача газа в задроссельное пространство происходит через золотник 20, связанный с осью дроссельной заслонки 23, пропорционально нажатию педали акселератора открывается заслонка и поворачивается золотник 20, увеличивая проходное сечение для газа. Переход с второго режима на первый выполняется при движении автомобиля в течение 2 с путем перекрытия вентиля 15 (или 15 и 16, если последний тоже был открыт) и открытия вентиля 11.

3. Режим работы на бензине и газе одновременно.

Этот режим применяется для работы двигателя с высокой степенью сжатия на низкооктановом топливе для повышения его октанового числа, улучшения сгорания топлива и повышения экологической чистоты при работе двигателя (октановое число пропана 110, поэтому его добавка к бензиновой смеси с меньшим октановым числом позволяет получить смесь любого качества). Для этого при работе двигателя на бензине (вентиль 11 открыт) медленным приоткрыванием вентиля 15 следует добиться прекращения детонационных стуков и оставить вентиль в этом положении на все время работы двигателя. После выключения двигателя вентиль 15 следует сразу же закрыть во избежание непроизводительной утечки газа из баллона 13. Этот режим значительно увеличивает ресурс и экономичность двигателя.

На указанных режимах отсос паров из картера двигателя и их сжигание в двигателе вместе с подаваемым в него через карбюратор топливом обеспечивается путем подачи этих паров по трубке 7 в эжекционную трубку 8, которая напрямую соединена с входным каналом впускного коллектора, где при работе двигателя постоянно поддерживается вакуум.

Во всех случаях по окончании движения на автомобиле следует закрыть вентили 15, 16 и запорный вентиль баллона 13.

Применение данной системы значительно улучшает экономичность двигателя и экологическую чистоту при работе в режимах 2 и 3 угарный газ в выхлопе практически отсутствует. Значительно улучшается пожарная безопасность по сравнению с прототипом, так как утечка газа в магистрали в двигательном отсеке легко обнаруживается из-за имеющегося в составе заправляемого в газожидкостные баллоны одоранта со специфическим запахом. Если утечка обнаружена не сразу или на ходу автомобиля, то опасности тоже нет, так как газ выдувается из подкапотного пространства вентилятором и не контактирует с раскаленным выхлопным коллектором, как это обычно бывает при пожаре из-за утечки бензина непосредственно из карбюратора или из подведенного к нему бензопровода. (56) Авторское свидетельство СССР N 1370279, кл. G 01 M 13/08, 1988.

Устройство автомобилей

Система питания двигателя

Общие сведения

Система питания предназначена для хранения топлива, подачи в цилиндры топлива и воздуха раздельно, либо приготовления топливно-воздушной (горючей) смеси с последующей подачей ее в цилиндры двигателя, отвода из цилиндров продуктов сгорания, а также для снижения уровня шума из-за выхлопа отработавших газов при работе двигателя.

Важной функцией современных систем питания является снижение токсичности выхлопных газов, содержащих вредные для живой природы вещества. Соблюдение этой функции требует ощутимых затрат мощности двигателя и приводит к удорожанию автомобилей, однако, требования к экологичности автотранспорта с каждым годом возрастают, и конструкторам автомобилей приходится учитывать эти требования при проектировании систем питания.

В зависимости от выполняемых функций элементы системы питания делятся на три составные группы:

• приборы, обеспечивающие подготовку и подачу воздуха (воздушная группа);
• приборы, обеспечивающие подготовку и подачу топлива (топливная группа);
• приборы, обеспечивающие отвод отработавших газов в окружающую среду (группа отвода и глушения отработавших газов).

Исходя из назначения, система питания должна обеспечить:

• точное дозирование топлива (подачу необходимого количества);
• подачу в цилиндры чистого воздуха в необходимом количестве;
• качественное приготовление горючей смеси;
• своевременную подачу топлива или горючей смеси в цилиндры двигателя;
• удаление продуктов сгорания и их глушение при выхлопе в окружающую среду;
• нейтрализацию вредных веществ, содержащихся в отработавших газах.

Мощность, экономичность двигателя и токсичность отработавших газов зависят от полного и быстрого сгорания топлива. Во многом это определяется работой системы питания.

Классификация систем питания

В зависимости от используемого вида топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания, наиболее широко применяемые на современных автомобилях, подразделяют на дизельные, бензиновые (карбюраторные и с впрыском топлива) и газовые. Термодинамические процессы и циклы этих типов двигателей подробно рассмотрены в разделе «Термодинамика».

В дизельных двигателях системы питания подразделяют по следующим признакам:

• по способу движения топлива — тупиковые и с циркуляцией;
• по типу механизма подачи – с объединенным насосом и форсункой (этот механизм называют насос-форсунка, см. рис. 1) и с разделенными насосом и форсунками;
• аккумуляторные (типа Common Rail).

В двигателях с искровым (принудительным) зажиганием применяют системы питания карбюраторные и с впрыскиванием бензина, а также газовые системы питания.

Состав смеси

Для полного сгорания 1 кг топлива необходимо примерно 15 кг воздуха (точнее, для бензина – 14,8 кг, для дизельного топлива – 14,4 кг), или для 1 грамма топлива примерно 15 грамм воздуха.
В цилиндр двигателя за один цикл при полной нагрузке (в зависимости от объема цилиндра и режима работы) подается 40…80 мг топлива. Это количество называют цикловой подачей топлива .
Следовательно, для сгорания цикловой подачи требуется точное количество воздуха, примерно равное 600…1200 мг. Это количество называют цикловой подачей воздуха .

Состав смеси оценивают по коэффициенту избытка воздуха α , определяемому, как отношение количества воздуха Gдв , действительно поступившего в цилиндр, к теоретически необходимому количеству воздуха Gвт :

Теоретически необходимое количество воздуха – это количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, поступившего в цилиндр двигателя.
Более полно процессы горения топлива описаны в разделе сайта «Термодинамика».

По составу различают смесь нормальную (α = 1), бедную (α > 1) и богатую (α 1,6 смесь не воспламеняется. Дизели работают на бедных смесях α = 1,4…2,0.

Различают пять режимов работы двигателя: основной, перегрузки, холостого хода, пуска и ускорения (например, при трогании с места, обгоне и разгоне). Для работы на каждом из этих режимов двигателю требуется различная мощность и, соответственно, горючая смесь разного состава.

Наиболее экономичная работа двигателя достигается на обедненной смеси (1,05 ≤ α ≤ 1,15), а наибольшую мощность он развивает на обогащенных составах (0,8 ≤ α ≤ 0,95). Чем беднее состав горючей смеси, тем вероятность полного сгорания топлива больше, и наоборот. Поэтому режимы работы двигателя, требующие обогащенной горючей смеси, а тем более богатой, являются неэкономичными. Они же становятся причиной наибольшего загрязнения окружающей среды продуктами неполного сгорания топлива, среди которых есть отравляющие и канцерогенные вещества.

Любой из составов горючей смеси должен отвечать требованиям, обеспечивающим качество смеси:

• мелкое распыление топлива в слоях воздуха;
• тщательное перемешивание частиц топлива с воздухом (качественное смесеобразование);
• однородность, т. е. равномерное распределение топлива в воздухе по всему объему смеси.

Изменяя количество топлива при неизменной подаче воздуха (в дизелях) или и количество воздуха, и количество топлива (в бензиновых и газовых двигателях), можно получить смесь разного состава – это качественное регулирование горючей смеси .
Изменение количества смеси одного состава (в бензиновых и газовых двигателях) называют количественным регулированием горючей смеси .

Дозирование топлива

Мощность двигателя зависит от количества топлива (цикловой подачи), сгорающего в цилиндрах в рабочем цикле, и частоты вращения коленчатого вала. Так как для выполнения конкретной работы двигателю автомобиля требуется различная мощность, то возникает необходимость изменения цикловой подачи во времени. Каждому режиму нагрузки должна соответствовать точная цикловая подача топлива.
Это означает, что система питания должна обеспечить ее регулирование в процессе работы машины, а также равномерность подачи топлива по цилиндрам.

Огромное значение для повышения динамических характеристик двигателя имеет наполняемость цилиндров воздухом. Чем больше воздуха в процессе впуска успеет зайти в цилиндры, тем большую порцию топлива можно впрыснуть при прочих равных условиях. Наполняемость напрямую зависит от аэродинамического сопротивления впускного и выпускного трактов системы питания.
В качестве примера: значительная часть потенциала мощности теряется в диффузорах карбюратора и в глушителе, поскольку эти элементы системы питания оказывают существенное сопротивление воздушным и газовым потокам. В двигателях, оборудованных системами питания с впрыском топлива аэродинамическое сопротивление впускного тракта меньше, чем в карбюраторных двигателях. Для улучшения наполняемости цилиндров воздухом на многих мощных двигателях устанавливают специальные компрессоры.

Момент зажигания (впрыскивания) топлива

В карбюраторных (бензиновых) двигателях топливо подается в цилиндр в процессе впуска, в дизелях оно впрыскивается через форсунку в самом конце процесса сжатия. От момента начала впрыскивания топлива зависят динамические и экономические показатели работы дизеля, также как и от момента зажигания смеси – показатели работы бензинового двигателя.
Угол поворота коленчатого вала до ВМТ, при котором подается искра (или начинается впрыск топлива – у дизеля), называют углом опережения зажигания – УОЗ (углом опережения впрыскивания – УОВ) и обозначают буквой θ .

Испытания двигателей показывают, что каждый двигатель на конкретном режиме работы имеет оптимальный угол опережения зажигания (впрыскивания) θ_опт , при котором мощность максимальная, а удельный расход топлива минимальный. Поэтому в системе питания должны быть предусмотрены специальные устройства для регулировки угла опережения зажигания (впрыскивания).