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 < 0,85 - богатая.

Когда в цилиндры двигателя поступает смесь нормального состава, он работает устойчиво со средними показателями мощности и экономичности. При работе на обедненной смеси мощность двигателя несколько снижается, но заметно повышается его экономичность. На бедной смеси двигатель работает неустойчиво, его мощность падает, а удельный расход топлива возрастает, поэтому чрезмерное обеднение смеси нежелательно. При поступлении в цилиндры обогащенной смеси двигатель развивает наибольшую мощность, но и расход топлива также увеличивается. При работе на богатой смеси бензин сгорает неполностью, что приводит к снижению мощности двигателя, росту расхода топлива и появлению копоти в выпускном тракте.

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 устройств о 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.

Система питания автомобиля используется для подготовки топливной смеси. Она состоит из двух элементов: топлива и воздуха. Система питания двигателя выполняет сразу несколько задач: очищение элементов смеси, получение смеси и ее подача к элементам двигателя. В зависимости от используемой системы питания автомобиля различается состав горючей смеси.

Типы систем питания

Различают следующие виды систем питания двигателя, отличающиеся местом образования смеси:

1. внутри двигательных цилиндров;
2. вне двигательных цилиндров.

Топливная система автомобиля при образовании смеси за пределами цилиндра разделяется на:

• топливную систему с карбюратором
• с использованием одной форсунки (с моно впрыском)
• инжекторную

Назначение и состав топливной смеси

Для бесперебойной работы двигателя автомобиля необходима определенная топливная смесь. Она состоит из воздуха и топлива, смешанных по определенной пропорции. Каждая из этих смесей характеризуется количеством воздуха, приходящегося на единицу топлива (бензина).

Для обогащенной смеси характерно наличие 13-15 частей воздуха, приходящихся на часть топлива. Такая смесь подается при средних нагрузках.

Богатая смесь содержит менее 13 частей воздуха. Применяется при больших нагрузках. Наблюдается увеличенный расход бензина.

У нормальной смеси характерно наличие 15 частей воздуха на часть топлива.
Обедненная смесь содержит 15-17 частей воздуха и применяется при средних нагрузках. Обеспечивается экономный расход топлива. Бедная смесь содержит более 17 частей воздуха.

Общее устройство системы питания

В системе питания двигателя имеются следующие основные части:

• бак для топлива. Служит для хранения топлива, содержит насос для закачки топлива и иногда фильтр. Имеет компактные размеры
• топливопровод. Это устройство обеспечивает поступление топлива в специальное смесеобразующее устройство. Состоит из различных шлангов и трубок
• устройство смесеобразования. Предназначено для получения топливной смеси и подачи в двигатель. Такими устройствами могут быть инжекторная система, моновпрыск, карбюратор
• блок управления (для инжекторов). Состоит из электронного блока, управляющего работой системы смешения и сигнализирующего о возникающих сбоях в работе
• топливный насос. Необходим для поступления топлива в топливопровод
• фильтры для очистки. Необходимы для получения чистых составляющих смеси

Карбюраторная система подачи топлива

Эта система отличительна тем, что смесеобразование происходит в специальном устройстве – карбюраторе. Из него смесь попадает в нужной концентрации в двигатель. Устройство системы питания двигателя содержит такие элементы: бак для топлива, очищающие фильтры для топлива, насос, фильтр для воздуха, два трубопровода: впускной и выпускной, карбюратор.

Схема системы питания двигателя реализуется так. В баке находится топливо, которое будет использоваться для подачи в . Оно попадает в карбюратор через топливопровод. Процесс подачи может быть реализован с помощью насоса или естественным способом с помощью самотека.

Чтобы топливная подача осуществлялась в камеру карбюратора самотеком, то его (карбюратор) необходимо размещать ниже топливного бака. Такую схему не всегда можно реализовать в автомобиле. А вот использование насоса дает возможность не зависеть от положения бака относительно карбюратора.

Топливный фильтр очищает топливо. Благодаря ему из топлива удаляются механические частички и вода. Воздух попадает в камеру карбюратора через специальный фильтр для воздуха, очищающий его от частиц пыли. В камере происходит смешение двух очищенных составляющих смеси. Попадая в карбюратор, топливо поступает в поплавковую камеру. А после направляется в камеру смесеобразования, где соединяется с воздухом. Через дроссельную заслонку смесь поступает во впускной коллектор. Отсюда она направляется к цилиндрам.

После отработки смеси газы из цилиндров удаляются с помощью выпускного коллектора. Далее из коллектора они направляются в глушитель, который подавляет их шум. Из него они поступают в атмосферу.

Подробно об инжекторной системе

В конце прошлого столетия карбюраторные системы питания стали интенсивно заменяться новыми системами, работающими на инжекторах. И не просто так. Такое устройство системы питания двигателя обладало рядом преимуществ: меньшая зависимость от свойств окружающей среды, экономная и надежная работа, выхлопы менее токсичны. Но у них есть недостаток – это высокая чувствительность к качеству бензина. Если этого не соблюдать, то могут возникнуть неполадки в работе некоторых элементов системы.

«Инжектор» переводится с английского, как форсунка. Одноточечная (моновпрысковая) схема системы питания двигателя выглядит так: топливо подается на форсунку. Электронный блок подает на нее сигналы, и форсунка открывается в нужный момент. Топливо направляется в камеру смесеобразования. Далее все происходит как в карбюраторной системе: образуется смесь. Затем она проходит впускной клапан и попадает в цилиндры двигателя.

Устройство системы питания двигателя, организованное с помощью инжекторов, следующее. Эта система характеризуется наличием нескольких форсунок. Данные устройства получают сигналы от специального электронного блока и открываются. Все эти форсунки соединены друг с другом с помощью топливопровода. В нем всегда имеется в наличии топливо. Лишнее топливо удаляется по обратному топливопроводу назад в бак.

Электронасос подает топливо в рампу, где образуется избыточное давление. Блок управления направляет сигнал на форсунки, и, они открываются. Топливо впрыскивается во впускной коллектор. Воздух, проходя дроссельный узел, попадает туда же. Полученная смесь поступает в двигатель. Количество необходимой смеси регулируется с помощью открытия дроссельной заслонки. Как только такт впрыска заканчивается, форсунки снова закрываются, прекращается подача топлива.

Электронный блок является своеобразным «мозговым» элементом системы. Этот сложный механизм обрабатывает поступающие на него сигналы от различных датчиков. Так происходит управление всеми устройствами топливной системы. Такая схема системы питания двигателя дает возможность водителю во время узнать о сбоях в работе, так как блок управления сигнализирует о них с помощью специальной лампы и кодов ошибки. Данные коды позволяют специалистам быстро выявить неполадки. Для этого им достаточно подключить внешнее диагностическое устройство, которое сможет распознать возникшие проблемы и назвать их.

На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.

Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.

Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).

Основным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

• положения коленвала;
• массового расхода воздуха;
• положения дроссельной заслонки;
• детонации;
• температуры ОЖ;
• давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

• электрический топливный насос;
• топливные магистрали;
• фильтр;
• регулятор давления;
• топливная рампа;
• форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

1. С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
2. Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная ).

На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:

1. Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
2. Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
3. Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.

Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.

Обратная связь с датчиками

Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.

Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.

На разных режимах обратная связь работает так:

• Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
• Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
• Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
• Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
• Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
• Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.

Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.

Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.

Autoleek

Организационная часть (15 мин.).

Занятие 6. Система питания топливом двигателя Rotax 912

ТЕМА 4. Система питания топливом силовой установки Rotax 912.

Астана 2012 г.

УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ

КОНСТРУКЦИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

ТЕМА 4. Система питания топливом двигателя Rotax 912

1. Ознакомить курсантов с устройством системы питания топливомдвигателя внутреннего сгорания, с общим назначением ее агрегатов и систем.

2. Напомнить курсантам некоторые данные по физике.

3. Ознакомить курсантов с основными техническими данными системы питаниятопливом двигателя Rotax 912.

4. Привить курсантам способность грамотно действовать при возможных отказах системы питания топливомдвигателя Rotax 912.

ВРЕМЯ: 3 часа

МЕТОД: лекция

МЕСТО: учебная аудитория

РАЗРАБОТАЛ: МОЗГОВОЙ Н.Н.

Изучаемые вопросы:

6.1. Организационная часть (15 мин.).

6.2. Назначение и устройство системы питания топливом двигателей внутреннего сгорания. (50 мин.).

6.3. Состав, общая схема и работа системы питания топливом двигателя Rotax 912. (45 мин.).

6.4. Основные данные системы питания двигателя Rotax 912 (20 мин.).

6.5. Заключительная часть (5 мин.).

Опрос по теме №3.

Порядок изучения темы № 4.

Система питания топливо м двигателя внутреннего сгорания двигателя предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи её в цилиндры двигателя. На различных режимах работы двигателя количество и качество горючей смеси должно быть различным, и это тоже обеспечивается системой питания топливом. Поскольку мы рассматриваем работу карбюраторного бензинового двигателя, то в дальнейшем, под топливом будет подразумеваться именно бензин.

Ри.с. 6.1. Схема расположения элементов системы питания
1 - заливная горловина с пробкой; 2 - топливный бак; 3 - датчик указателя уровня топлива с поплавком; 4 - топливозаборник с фильтром; 5 - топливопроводы; 6 - фильтр тонкой очистки топлива; 7 - топливные насосы; 8 - поплавковая камера карбюратора с поплавком; 9 - воздушный фильтр; 10 - смесительная камера карбюратора; 11 - впускной клапан; 12 - впускной трубопровод; 13 - камера сгорания

Система питания (см.рис. 6.1.) состоит из:

топливного бака;

фильтров очистки топлива;

топливного насоса,

воздушного фильтра,

карбюратора;

топливопроводов,

Топливный бак - это емкость для хранения топлива. Обычно он размещается в более безопасной части самолета (в фюзеляже, в крыле). От топливного бака к карбюратору бензин поступает по топливопроводам. У рачительного водителя первая ступень очистки бензина происходит при заливке его в топливный бак. Для этого в заливной горловине бака следует установить сетчатый или какой-либо другой фильтр. Вторая ступень очистки топлива - сетка на топливозаборнике внутри бака. Она не дает возможности оставшимся примесям и воде, попасть в систему питания двигателя. Наличие и количество бензина в баке контролируется по показаниям указателя уровня топлива. При минимальном остатке топлива на щитке прибора загорается соответствующая красная лампочка - лампа резерва. Расход топлива контролируется по показаниям расходомера, выводимого на прибор контроля параметров двигателя.

Топливный фильтр - следующий, третий этап очистки топлива. Фильтр располагается в моторном отсеке и предназначен для тонкой очистки бензина, поступающего к топливному насосу (возможна установка фильтра и после насоса).

Топливный насос - предназначен для принудительной подачи топлива из бака в карбюратор. Насос состоит из (см. рис. 6.2.):

корпуса, диафрагмы с пружиной и механизмом привода, впускного и нагнетательного (выпускного) клапанов. В нем также находится сетчатый фильтр для очередной - четвертой ступени очистки бензина. Топливный насос приводится в действие от от распределительного вала двигателя. При вращении вала, имеющийся на них эксцентрик набегает на шток привода топливного насоса. Шток начинает давить на рычаг, а тот, в свою очередь, заставляет диафрагму опускаться вниз. Над ней создается разряжение и впускной клапан, преодолевая усилие пружины, открывается. Порция топлива из бака засасывается в пространство над диафрагмой. При сбегании эксцентрика со штока, диафрагма освобождается от воздействия рычага и, за счет жесткости пружины, поднимается вверх. Возникающее при этом давление закрывает впускной клапан и открывает нагнетательный. Бензин над диафрагмой отправляется к карбюратору. При очередном набегании эксцентрика на шток, бензин всасывается и процесс повторяется. Обратите внимание на то, что подача бензина в карбюратор происходит только за счет усилия пружины, которая поднимает диафрагму. А это означает, что когда поплавковая камера карбюратора будет заполнена и игольчатый клапан (см. рис. 6.1.) перекроет путь бензину, диафрагма топливного насоса останется в нижнем положении. И до тех пор, пока двигатель не израсходует часть топлива из карбюратора, пружина будет не в состоянии «вытолкнуть» из насоса очередную порцию бензина.

Рис. 6.2. Схема работы топливного насоса а) всасывание топлива , б) нагнетание топлива

1 - нагнетательный патрубок; 2 - стяжной болт; 3 - крышка; 4 - всасывающий патрубок; 5 - впускной клапан с пружиной; 6 - корпус; 7 - диафрагма насоса; 8 - рычаг ручной подкачки; 9 - тяга; 10 - рычаг механической подкачки; 11 - пружина; 12 - шток; 13 - эксцентрик; 14 - нагнетательный клапан с пружиной; 15 - фильтр для очистки топлива

Так как топливный бак расположен ниже карбюратора, то возникает необходимость в принудительной подаче бензина. При этом используется электрическая помпа для подкачки топлива.

Воздушный фильтр (рис. 6.3.) предназначен для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Фильтр устанавливается на верхней части воздушной горловины карбюратора. При загрязнении фильтра возрастает сопротивление движению воздуха, что может привести к повышенному расходу топлива, так как горючая смесь будет слишком обогащаться бензином.

Рис. 6.3. Воздушный фильтр

Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. В зависимости от режимов работы двигателя карбюратор меняет качество (соотношение бензина и воздуха) и количество этой смеси. Карбюратор – это один из самых сложных устройств автомобиля. Он состоит из множества деталей и имеет несколько систем, которые принимают участие в приготовлении горючей смеси, обеспечивая бесперебойную работу двигателя. Давайте разберемся с устройством и принципом работы карбюратора на несколько упрощенной схеме (рис. 6.4.).

Рис. 6.4. Схема работы простейшего карбюратора

1 - топливная трубка; 2 - поплавок с игольчатым клапаном; 3 - топливный жиклер; 4 - распылитель; 5 - корпус карбюратора; 6 - воздушная заслонка; 7 - диффузор; 8 - дроссельная заслонка

Простейший карбюратор состоит из: поплавковой камеры, поплавка с игольчатым запорным клапаном, распылителя, смесительной камеры, диффузора, воздушной и дроссельной заслонок, топливных и воздушных каналов с жиклерами.

Как же все-таки готовится горючая смесь? При движении поршня в цилиндре от верхней мертвой точки к нижней (такт впуска), над ним создается разрежение. Поток воздуха через воздушный фильтр и карбюратор, устремляется в освободившийся объем цилиндра. При прохождении воздуха через карбюратор, из поплавковой камеры через распылитель, который расположен в самом узком месте смесительной камеры – диффузоре, высасывается топливо. Это происходит по причине разности давлений в поплавковой камере карбюратора, которая связана с атмосферой, и в диффузоре, где создается значительное разрежение. Поток воздуха дробит вытекающее из распылителя топливо и смешивается с ним. На выходе из диффузора происходит окончательное перемешивание бензина с воздухом, и затем уже готовая горючая смесь поступает в цилиндры.

Из схемы работы простейшего карбюратора (см. рис.6.4.) можно понять, что двигатель не будет работать нормально, если уровень топлива в поплавковой камере выше нормы, так как в этом случае бензина будет выливаться больше, чем надо. Если же уровень бензина будет меньше нормы, то и его содержание в смеси будет меньше, что опять нарушит правильную работу двигателя. Исходя из этого, количество бензина в камере должно быть неизменным. Уровень топлива в поплавковой камере карбюратора регулируется специальным поплавком, который, опускаясь вместе с игольчатым запорным клапаном, позволяет бензину поступать в камеру. Когда же поплавковая камера начинает наполняться, поплавок всплывает и закрывает своим клапаном проход для бензина.

Дроссельная заслонка, посредством рычагов или троса, связана с ручкой управления двигателем. В исходном положении заслонка закрыта. при открытии дроссельной заслонки, поток воздуха, проходящего через карбюратор, увеличивается. При этом, чем больше открывается дроссельная заслонка, тем больше высасывается топлива, так как повышаются объем и скорость потока воздуха, проходящего через диффузор и «высасывающее» разрежение увеличивается. При закрытии дроссельной заслонки, поток воздуха уменьшается, и в цилиндры поступает все меньше и меньше горючей смеси. Двигатель «теряет обороты», уменьшается крутящий момент двигателя. При полном закрытии дроссельной заслонки двигатель работает на холостом ходу, в карбюраторе есть свои каналы, по которым воздух все-таки может попасть под дроссельную заслонку, смешиваясь по пути с бензином (см.рис.6.5.).

Рис. 6.5. Схема работы системы холостого хода

1 - топливный канал системы холостого хода; 2 - топливный жиклер системы холостого хода; 3 - игольчатый клапан поплавковой камеры карбюратора; 4 - топливный жиклер; 5 - дроссельная заслонка; 6 - винт «качества» системы холостого хода; 7 - воздушный жиклер системы холостого хода; 8 - воздушная заслонка

При закрытой дроссельной заслонке воздуху не остается другого пути, кроме как проходить в цилиндры по каналу холостого хода. А по пути, он высасывает бензин из топливного канала и, смешиваясь с ним, опять же, превращается в горючую смесь. Почти готовая к «употреблению» смесь попадает в поддроссельное пространство, там окончательно перемешивается и затем поступает в цилиндры двигателя.

При запуске холодного двигателя используется ручка управления дроссельной заслонкой (ручка подсоса), которая управляетвоздушной заслонкой карбюратора. Если прикрывать эту заслонку (вытягивать на себя рукоятку «подсоса»), то будет увеличиваться разрежение в смесительной камере карбюратора. Вследствие этого топливо из поплавковой камеры начинает высасываться более интенсивно и горючая смесь обогащается, что необходимодля запуска холодного двигателя.

Горючая смесь называетсянормальной, если на одну часть бензина приходится 15 частей воздуха (1:15). Это соотношение может меняться в зависимости от различных факторов, и соответственно будет менятьсякачество смеси. Если воздуха будет больше, то смесь называетсяобедненной или бедной. Если же воздуха меньше –обогащенной или богатой. Обедненная и бедная смеси - это голодная пища для двигателя, в ней топлива меньше нормы. Обогащенная и богатая смеси – слишком калорийная пища, так как топлива в ней больше, чем надо.

Системы питания бензиновых и дизельных двигателей значительно отличаются, поэтому рассмотрим их по отдельности. Итак, что такое система питания автомобиля ?

Система питания бензинового двигателя

Системы питания бензиновых двигателей бывают двух типов - карбюраторная и впрысковая (инжекторная). Поскольку на современных автомобилях карбюраторная система уже не применяется ниже рассмотрим лишь основные принципы ее работы. При необходимости вы легко сможете найти дополнительную информацию по ней в многочисленных специальных изданиях.

Система питания бензинового двигателя , независимо от типа двигателя внутреннего сгорания, предназначена для хранения запаса топлива, очистки топлива и воздуха от посторонних примесей, а также подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя.

Для хранения запаса топлива на автомобиле служит топливный бак. На современных автомобилях применяются металлические или пластмассовые топливные баки, которые в большинстве случаев расположены под днищем кузова в задней части.

Систему питания бензинового двигателя можно условно разделить на две подсистемы - подачи воздуха и подачи топлива. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Система питания бензинового двигателя карбюраторного типа

В карбюраторном двигателе система подачи топлива работает следующим образом.

Топливный насос (бензонасос) подает топливо из бака в поплавковую камеру карбюратора. Топливный насос, обычно мембранный, расположен непосредственно на двигателе. Привод насоса осуществляется при помощи штока-толкателя эксцентриком на распределительном валу.

Очистка топлива от загрязнений совершается в несколько этапов. Самая грубая очистка происходит сеточкой на заборнике в топливном баке. Затем топливо фильтруется сеточкой на входе в бензонасос. Также сетчатый фильтр-отстойник установлен на входном патрубке карбюратора.

В карбюраторе очищенный воздух из воздушного фильтра и бензин из бака смешиваются и подаются во впускной трубопровод двигателя.

Карбюратор устроен таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение воздуха и бензина в смеси. Это соотношение (по массе) составляет приблизительно 15 к 1. Топливовоздушная смесь с таким соотношением воздуха к бензину называется нормальной.

Нормальная смесь необходима для работы двигателя в установившемся режиме. На других режимах двигателю могут потребоваться топливовоздушные смеси с иным соотношением компонентов.

Обедненная смесь (15-16,5 частей воздуха к одной части бензина) имеет меньшую скорость сгорания по сравнению с обогащенной, но зато происходит полное сгорание топлива. Обедненная смесь применяется при средних нагрузках и обеспечивает высокую экономичность, а также минимальный выброс вредных веществ.

Бедная смесь (более 16,5 частей воздуха к одной части бензина) горит очень медленно. На бедной смеси могут возникать перебои в работе двигателя.

Обогащенная смесь (13-15 частей воздуха к одной части бензина) обладает наибольшей скоростью сгорания и используется при резком увеличении нагрузки.

Богатая смесь (менее 13 частей воздуха к одной части бензина) горит медленно. Богатая смесь необходима при пуске холодного двигателя и последующей работе на холостом ходу.

Для создания смеси, отличной от нормальной, карбюратор снабжен специальными устройствами - экономайзер, ускорительный насос (обогащенная смесь), воздушная заслонка (богатая смесь).

В карбюраторах разных систем эти устройства реализованы по-разному, поэтому здесь мы не будем рассматривать их более подробно. Суть просто в том, что система питания бензинового двигателя карбюраторного типа содержит такие конструктивные элементы.

Для изменения количества топливовоздушной смеси и, следовательно, частоты вращения коленчатого вала двигателя служит дроссельная заслонка. Именно ею управляет водитель, нажимая или отпуская педаль газа.

Система питания бензинового двигателя инжекторного типа

На автомобиле с системой впрыска топлива водитель тоже управляет двигателем посредством дроссельной заслонки, но на этом аналогия с карбюраторной системой питания бензинового двигателя заканчивается.

Топливный насос расположен непосредственно в баке и имеет электропривод.

Электробензонасос обычно объединен с датчиком уровня топлива и сетчатым фильтром в узел, получивший название топливный модуль.

На большинстве впрысковых автомобилей топливо из топливного бака под давлением поступает в сменный топливный фильтр.

Топливный фильтр может быть установлен под днищем кузова либо в моторном отсеке.

Топливные трубопроводы подсоединяются к фильтру резьбовыми или быстросъемными соединениями. Соединения уплотнены кольцами из бензостойкой резины или металлическими шайбами.

В последнее время многие автопроизводители стали отказываться от применения подобных фильтров. Очистка топлива производится только фильтром, установленным в топливном модуле.

Замена такого фильтра не регламентирована планом технического обслуживания.

Системы впрыска топлива бывают двух основных типов - центральный впрыск топлива (моновпрыск) и распределенный впрыск, или, как его еще называют, многоточечный.

Центральный впрыск стал для автопроизводителей переходным этапом от карбюратора к распределенному впрыску и на современных автомобилях применения не находит. Это связано с тем, что система центрального впрыска топлива не позволяет выполнить требования современных экологических стандартов.

Агрегат центрального впрыска похож на карбюратор, только вместо смесительной камеры и жиклеров внутри установлена электромагнитная форсунка, которая открывается по команде электронного блока управления двигателем. Впрыск топлива происходит на вход впускного трубопровода.

В системе распределенного впрыска количество форсунок равно количеству цилиндров.

Форсунки установлены между впускным трубопроводом и топливной рампой. В топливной рампе поддерживается постоянное давление, которое обычно составляет около трех бар (1 бар равен примерно 1 атм). Для ограничения давления в топливной рампе служит регулятор, который стравливает излишки топлива обратно в бак.

Раньше регулятор давления устанавливали непосредственно на топливной рампе, а для соединения регулятора с топливным баком использовалась обратная топливная магистраль. В современных системах питания бензинового двигателя регулятор располагают в топливном модуле и необходимость в обратной магистрали отпала.

Топливные форсунки открываются по командам электронного блока управления, и происходит впрыск топлива из рампы во впускной трубопровод, где топливо смешивается с воздухом и поступает в виде смеси в цилиндр.

Команды на открытие форсунок вычисляются на основании сигналов, поступающих от датчиков электронной системы управления двигателем. Тем самым обеспечивается синхронизация работы системы подачи топлива и системы зажигания.

Система питания бензинового двигателя инжекторного типа обеспечивает большую производительность и возможность соответствия более высоким экологическим стандартам, чем карбюраторного.