Система харчування паливом бензинового двигуна ⭐ призначена для розміщення та очищення палива, а також приготування горючої суміші певного складу і подачі її в циліндри в необхідній кількості відповідно до режиму роботи двигуна (за винятком двигунів з безпосереднім уприскуванням, система харчування яких забезпечує надходження бензину в камеру згоряння в необхідній кількості і під достатнім тиском).
Бензин, як і дизельне паливо, є продуктом перегонки нафти і складається з різних вуглеводнів. Число атомів вуглецю, що входять в молекули бензину, становить 5 - 12. На відміну від дизелів в бензинових двигунах паливо не повинно інтенсивно окислюватися в процесі стиснення, так як це може призвести до детонації (вибуху), що негативно позначиться на працездатності, економічності і потужності двигуна. Детонаційна стійкість бензину оцінюється октановим числом. Чим більше воно, тим вище детонаційна стійкість палива і допустимий ступінь стиснення. У сучасних бензинів октанове число становить 72-98. Крім антидетонаційній стійкості бензин повинен також володіти низькою корозійною активністю, малою токсичністю і стабільністю.
Пошук (виходячи з екологічних міркувань) альтернатив бензину як основного палива для ДВС привів до створення етанолового палива, що складається в основному з етилового спирту, який може бути отриманий з біомаси рослинного походження. Розрізняють чистий етанол (міжнародне позначення - Е100), який містить виключно етиловий спирт; і суміш етанолу з бензином (найчастіше 85% етанолу з 15% бензину; позначення - Е85). За своїми властивостями етанолове паливо наближається до високооктановому бензину і навіть перевершує його за октановим числом (більше 100) і теплотворної здатності. Тому даний вид палива може з успіхом застосовуватися замість бензину. Єдиний недолік чистого етанолу - його висока корозійна активність, що вимагає додаткового захисту від корозії паливної апаратури.
До агрегатів і вузлів системи живлення паливом бензинового двигуна пред'являються високі вимоги, основні з яких:
- герметичність
- точність дозування палива
- надійність
- зручність в обслуговуванні
В даний час існують два основних способи приготування горючої суміші. Перший з них пов'язаний з використанням спеціального пристрою - карбюратора, в якому повітря змішується з бензином в певній пропорції. В основу другого способу покладено примусовий впорскування бензину у впускний колектор двигуна через спеціальні форсунки (інжектори). Такі двигуни часто називають інжекторними.
Незалежно від способу приготування горючої суміші її основним показником є співвідношення між масою палива і повітря. Суміш при її запаленні повинна згоряти дуже швидко і повністю. Цього можна досягти лише при хорошому змішуванні у певній пропорції повітря і парів бензину. Якість горючої суміші характеризується коефіцієнтом надлишку повітря а, який являє собою відношення дійсної маси повітря, що припадає на 1 кг палива в даній суміші, до теоретично необхідної, що забезпечує повне згорання 1 кг палива. Якщо на 1 кг палива припадає 14,8 кг повітря, то така суміш називається нормальної (а = 1). Якщо повітря трохи більше (до 17,0 кг), суміш збіднена, і а = 1,10 ... 1,15. Коли повітря більше 18 кг і а> 1,2, суміш називають бідною. Зменшення частки повітря в суміші (або збільшення частки палива) називають її збагаченням. При а = 0,85 ... 0,90 суміш збагачена, а при а <0,85 - багата.
Коли в циліндри двигуна надходить суміш нормального складу, він працює стійко з середніми показниками потужності і економічності. При роботі на збідненої суміші потужність двигуна дещо знижується, але помітно підвищується його економічність. На бідній суміші двигун працює нестійкий, його потужність падає, а питома витрата палива зростає, тому надмірне збіднення суміші небажано. При надходженні в циліндри збагаченої суміші двигун розвиває найбільшу потужність, але і витрата палива також збільшується. При роботі на багатій суміші бензин згоряє неповністю, що призводить до зниження потужності двигуна, зростання витрати палива і появі кіптяви в випускному тракті.
Карбюраторні системи харчування
Розглянемо спочатку карбюраторні системи харчування, які ще недавно були широко поширені. Вони більш прості і дешеві в порівнянні з інжекторними, не вимагають висококваліфікованого обслуговування в процесі експлуатації і в ряді випадків більш надійні.
Система харчування паливом карбюраторного двигуна включає в себе паливний бак 1, фільтри грубої 2 і тонкої 4 очистки палива, топливоподкачивающий насос 3, карбюратор 5, впускний трубопровід 7 і топлівопроводи. При роботі двигуна паливо з бака 1 за допомогою насоса 3 подається через фільтри 2 і 4 до карбюратора. Там воно в певній пропорції змішується з повітрям, що поступає з атмосфери через очисник повітря 6. Новоутворена в карбюраторі горюча суміш по впускному колектору 7 потрапляє в циліндри двигуна.
Паливні баки в силових установках з карбюраторними двигунами аналогічні баків систем живлення дизелів. Відмінністю баків для бензину є лише їх краща герметичність, що не дозволяє бензину витекти навіть при перекиданні ТЗ. Для сполучення з атмосферою в кришці наливної горловини бака зазвичай встановлюють два клапана - впускний і випускний. Перший з них забезпечує надходження в бак повітря в міру витрати палива, а другий, навантажений сильнішою пружиною, призначений для повідомлення бака з атмосферою, коли тиск в ньому вище атмосферного (наприклад, при високій температурі навколишнього повітря).
Фільтри карбюраторних двигунів аналогічні фільтрам, вживаним в системах живлення дизелів. На вантажних автомобілях встановлюються пластинчато-щілинні і сітчасті фільтри. Для тонкого очищення використовують картон і пористі керамічні елементи. Крім спеціальних фільтрів в окремих агрегатах системи є додаткові фільтруючі сітки.
Топливоподкачивающий насос служить для примусової подачі бензину з бака в поплавцеву камеру карбюратора. На карбюраторних двигунах зазвичай застосовують насос діафрагмового типу з приводом від ексцентрика розподільного вала.
Залежно від режиму роботи двигуна карбюратор дозволяє готувати суміш нормального складу (а = 1), а також збіднення і збагачену суміші. При малих і середніх навантаженнях, коли не потрібно розвивати максимальну потужність, слід готувати в карбюраторі і подавати в циліндри обедненную суміш. При великих навантаженнях (тривалість їх дії, як правило, невелика) необхідно готувати збагачену суміш.
Мал. Схема системи живлення паливом карбюраторного двигуна:
1 - паливний бак; 2 - фільтр трубою очищення палива; 3 - топливоподкачивающий насос; 4 - фільтр тонкого очищення; 5 - карбюратор; 6 - очисник повітря; 7 - впускний колектор
У загальному випадку до складу карбюратора входять головне дозуюче і пусковий пристрої, системи холостого ходу і примусового холостого ходу, економайзер, прискорювальний насос, балансувальне пристрій і обмежувач максимальної частоти обертання колінчастого вала (у вантажних автомобілів). Карбюратор може містити також еконостат і висотний коректор.
Головне дозуючий пристрій функціонує на всіх основних режимах роботи двигуна при наявності розрідження в дифузорі змішувальної камери. Основними складовими частинами пристрою є камера змішувача з дифузором, дросельна заслінка, поплавкові камера, паливний жиклер і трубки розпилювача.
Пусковий пристроїв про призначене для забезпечення пуску холодного двигуна, коли частота обертання провертати стартером колінчастого вала невелика і розрідження в дифузорі мало. В цьому випадку для надійного пуску необхідно подати в циліндри сильно збагачену суміш. Найбільш поширеним пусковим пристроєм є повітряна заслінка, що встановлюється в приймальному патрубку карбюратора.
Система холостого ходу служить для забезпечення роботи двигуна без навантаження з малою частотою обертання колінчастого вала.
Система примусового холостого ходу дозволяє економити паливо під час руху в режимі гальмування двигуном, т. Е. Тоді, коли водій при включеній передачі відпускає педаль акселератора, пов'язану з дросельною заслінкою карбюратора.
Економайзер призначений для автоматичного збагачення суміші при роботі двигуна з повним навантаженням. У деяких типах карбюраторів крім економайзера для збагачення суміші використовують еконостат. Це пристрій подає додаткову кількість палива з поплавкової камери в змішувальну тільки при значному розрідженні у верхній частині дифузора, що можливо лише при повному відкритті дросельної заслінки.
Прискорювальний насос забезпечує примусовий впорскування в змішувальну камеру додаткових порцій палива при різкому відкритті дросельної заслінки. Це покращує прийомистість двигуна і відповідно ТС. Якби прискорювального насоса в карбюраторі не було, то при різкому відкритті заслінки, коли витрата повітря швидко зростає, через інерційності палива суміш в перший момент сильно збіднює б.
Балансувальне пристрій служить для забезпечення стабільності роботи карбюратора. Воно являє собою трубку, яка з'єднує приймальний патрубок карбюратора з повітряною порожниною герметизированной (ви не змішувалися з атмосферою) поплавковою камери.
Обмежувач максимальної частоти обертання колінчастого вала двигуна встановлюється на карбюраторах вантажних автомобілів. Найбільш широко поширений обмежувач пневмоцентробежного типу.
Інжекторниє паливні системи
Інжекторниє паливні системи в даний час застосовуються набагато частіше карбюраторних, особливо на бензинових двигунах легкових автомобілів. Впорскування бензину у впускний колектор інжекторного двигуна здійснюється за допомогою спеціальних електромагнітних форсунок (інжекторів), встановлених в головку блоку циліндрів і керованих по сигналу від електронного блоку. При цьому виключається необхідність в карбюраторі, так як горюча суміш утворюється безпосередньо у впускному колекторі.
Розрізняють одно- і багатоточкові системи упорскування. У першому випадку для подачі палива використовується тільки одна форсунка (з її допомогою готується робоча суміш для всіх циліндрів двигуна). У другому випадку число форсунок відповідає числу циліндрів двигуна. Форсунки встановлюють в безпосередній близькості від впускних клапанів. Паливо впорскують в дрібно розпорошеної вигляді на зовнішні поверхні головок клапанів. Атмосферне повітря, що захоплюється в циліндри внаслідок розрідження в них під час впуску, змиває частки палива з головок клапанів і сприяє їх випаровуванню. Таким чином, безпосередньо у кожного циліндра готується топливовоздушная суміш.
У двигуні з багатоточковим уприскуванням при подачі електроживлення до електричного паливного насоса 7 через замок 6 запалювання бензин з паливного бака 8 через фільтр 5 подається в паливну рампу 1 (рампу інжекторів), загальну для всіх електромагнітних форсунок. Тиск в цій рампі регулюється за допомогою регулятора 3, який в залежності від розрідження у впускному патрубку 4 двигуна направляє частину палива з рампи назад в бак. Зрозуміло, що все форсунки знаходяться під одним і тим же тиском, рівним тиску палива в рампі.
Там, де необхідно подати (впорснути) паливо, в обмотку електромагніту форсунки 2 від електронного блоку системи упорскування протягом строго певного проміжку часу подається електричний струм. Сердечник електромагніта, пов'язаний з голкою форсунки, при цьому втягується, відкриваючи шлях паливу у впускний колектор. Тривалість подачі електричного струму, т. Е. Тривалість уприскування палива, регулюється електронним блоком. Програма електронного блоку на кожному режимі роботи двигуна забезпечує оптимальну подачу палива в циліндри.
Мал. Схема системи живлення паливом бензинового двигуна з багатоточковим уприскуванням:
1 - паливна рампа; 2 - форсунки; 3 - регулятор тиску; 4 - впускний патрубок двигуна; 5 - фільтр; 6 - замок запалювання; 7 - паливний насос; 8 - паливний бак
Для того щоб ідентифікувати режим роботи двигуна і відповідно до нього розрахувати тривалість уприскування, в електронний блок подаються сигнали від різних датчиків. Вони вимірюють і перетворять в електричні імпульси значення наступних параметрів роботи двигуна:
- кут повороту дросельної заслінки
- ступінь розрідження у впускному колекторі
- частота обертання колінчастого вала
- температура всмоктуваного повітря і охолоджуючої рідини
- концентрація кисню в відпрацьованих газах
- атмосферний тиск
- напруга акумуляторної батареї
- та ін.
Двигуни з уприскуванням бензину у впускний колектор мають ряд незаперечних переваг перед карбюраторними двигунами:
- паливо розподіляється по циліндрах більш рівномірно, що підвищує економічність двигуна і зменшує його вібрацію, внаслідок відсутності карбюратора знижується опір впускної системи і поліпшується наповнення циліндрів
- з'являється можливість трохи підвищити ступінь стиснення робочої суміші, так як її склад в циліндрах більш однорідний
- досягається оптимальна корекція складу суміші при переході з одного режиму на інший
- забезпечується краща прийомистість двигуна
- у відпрацьованих газах міститься менше шкідливих речовин
Разом з тим системи харчування з уприскуванням бензину у впускний колектор мають ряд недоліків. Вони складні і тому відносно дорогі. Обслуговування таких систем вимагає спеціальних діагностичних приладів і пристосувань.
Найбільш перспективною системою живлення паливом бензинових двигунів в даний час вважається досить складна система з безпосереднім уприскуванням бензину в камеру згоряння, що дозволяє двигуну тривалий час працювати на сильно збідненої суміші, що підвищує його економічність і екологічні показники. У той же час через існування ряду проблем системи безпосереднього вприскування поки не набули широкого поширення.