2.4.2. РАБОТА КАРБЮРАТОРНОГО И ИНЖЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЕЙ | Учебники по нефтепереработке 

2.4.2. РАБОТА КАРБЮРАТОРНОГО И ИНЖЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЕЙ

скачать книгу

АКЦИЯ
 Цена: 299  руб.
С рекламой

скачать книгу

Цена: 1 499 руб.
Без рекламы

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Работа карбюраторного и инжекторного двигателей

Бензины, марки которых представлены в табл. 2.4 – 2.11, применяют в качестве топлив в автомобильных и авиационных поршневых двигателях внутреннего сгорания. Особенностью этих двигателей является принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси электрической искрой, возникающей между электродами свечи в камере сгорания. Применяют два типа бензиновых двигателей – карбюраторный и инжекторный, отличающиеся способом смешения бензина и воздуха, т.е. создания горючей бензино-воздушной смеси и регулирования ее расхода.

Показатели качества автомобильных бензинов ГОСТ 2084

Показатели качества экологически чистых автомобильных бензинов   (ГОСТ Р 51105-97)

Испаряемость бензинов (ГОСТ Р 51105-97)

неэтилированный ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-99)

Требования технического регламента к качеству автомобильных бензинов

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Работа карбюраторного и инжекторного двигателей

Показатели качества автомобильных бензинов в Европе

Требования технического регламента к качеству авиационных бензинов

Показатели качества авиационных бензинов

Показатели качества авиационных бензинов

На рис. 2.7 приведена схема работы двигателя, а на рис. 2.8 –  схема карбюратора.

схема работы двигателя

Схема карбюратора

Рассмотрим работу карбюратора (см. рис. 2.8). Бензин прокачивается насосом из бака через фильтр по трубке (3) в поплавковую камеру (1), в которой плавает пустотелый поплавок (5) с запорной иглой (4). В поплавковой камере поддерживается «постоянный» уровень бензина: по мере поступления бензина в поплавковую камеру поплавок подымается и запорная игла перекрывает отверстие, по которому бензин поступает в поплавковую камеру. По мере расхода бензина его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается вместе с запорной иглой, поступление бензина в поплавковую камеру возобновляется и уровень бензина восстанавливается. Постоянство уровня топлива в поплавковой камере очень важно для правильной дозировки топлива. Бензин из поплавковой камеры поступает через жиклер (9) в распылитель (8). Во время такта всасывания в диффузоре (7) карбюратора создается разряжение, под действием которого бензин через жиклер (9) и распылитель (8) засасывается в смесительную камеру. Топливо, вытекающее из распылителя, раздробляется струей воздуха, распыляется, частично испаряется и перемешивается с воздухом –  образуется горючая смесь. Расход бензина зависит от его уровня в поплавковой камере, размеров жиклера и разряжения в диффузоре. При повороте дроссельной заслонки разряжение в диффузоре изменяется, при этом полному открытию заслонки соответствует максимальный расход топливно-воздушной смеси. Вытекающий из распылителя бензин под действием воздушного потока распадается на мелкие капли и интенсивно испаряется во впускном патрубке. Часть капель бензина не успевает испариться и попадает в цилиндры двигателя, где при высоких температурах происходит их испарение. Таким образом, приготовление топливно-воздушной смеси включает такие стадии, как распыление бензина, его испарение и смешение с воздухом до образования однородной паровоздушной смеси. Все процессы протекают одновременно, начинаются в карбюраторе и заканчиваются в цилиндрах двигателя. Качество топливно-воздушной смеси зависит от качества бензина. Расход горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а, следовательно, и мощность двигателя регулируется дроссельной заслонкой, положение которой изменяется педалью акселератора или ручным приводом.

Использование любых материалов сайта разрешено только c письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Работа карбюраторного и инжекторного двигателей

Двигатели работают по четырехтактному циклу (рис. 2.7). Первый такт (всасывание) – поршень при закрытом выпускном клапане перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), в результате чего топливно-воздушная смесь всасывается через открытый всасывающий клапан в камеру сгорания – цилиндр. Затем при закрытых клапанах поршень перемещается вверх – от НМТ к ВМТ, совершается второй такт – сжатие, топливно-воздушная смесь сжимается до 0,7 – 1,2 МПа и разогревается до 150 – 3500С. Далее смесь воспламеняется от искры и сгорает. Образующиеся продукты сгорания способствуют росту давления в цилиндре над поршнем. При этом в камере сгорания фронт пламени распространяется со скоростью 20 – 30 м/с, температура достигает 2200 –  28000С, давление плавно возрастает до 3,0 – 5,0 МПа. Продукты сгорания давят на поршень, который перемещается вниз, – происходит третий такт (рабочий ход поршня). Затем поршень двигается вверх и вытесняет продукты сгорания топлива из камеры сгорания, происходит четвертый такт – выхлоп отработанных продуктов сгорания через открытый выхлопной клапан в атмосферу. После этого выхлопной клапан закрывается, поршень перемещается вниз и осуществляется вновь такт всасывания и т.д.

На автомобилях последних лет взамен устаревшей карбюраторной устанавливают электронную систему управления двигателем с распределенным впрыском топлива – инжекторную систему. Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными. В этих двигателях подача топлива осуществляется с помощью инжектора (форсунки). Инжектор – управляемый электромагнитный клапан, обеспечивающий дозированную подачу топлива в поток воздуха. Один из инжекторов представлен на рис. 2.9.

Принцип действия инжекторной системы заключается в периодических впрысках топлива в воздушные потоки. Бензин из бака под давлением 0,3 – 0,5 МПа подается к двигателю электрическим насосом. Имеется регулятор давления, с помощью которого поддерживается давление в заданных пределах. Далее топливо подается к форсункам под давлением через фильтр–сеточку (1).

На обмотку электромагнита (3) подается ток, электромагнит притягивает сердечник (5) с запорной иглой (7) и открывается распылительное отверстие (9), через которое начинает поступать бензин. Объем впрыскиваемого бензина определяется подаваемым током, величина которого зависит от длительности управляющего импульса. При отсутствии тока на обмотке электромагнита пружина возвращает сердечник с иглой на место, отверстие закрывается и подача бензина прекращается.

Инжекторы двигателей разного объема одной фирмы взаимозаменяемы, и их не ремонтируют, а меняют. В отличие от карбюраторных в инжекторных двигателях обеспечиваются более точные дозировки топлива, меньший расход топлива, более  полное  сгорание  горючей смеси и меньшие выбросы вредных веществ в окружающую среду. По сравнению с карбюраторным инжекторный двигатель более экономичный, в работе нет рывков и провалов, легко осуществляется запуск в холодное время и практически нет проблем с регулировкой выбросов монооксида углерода. Другим преимуществом инжекторной системы по сравнению с карбюраторной является самонастройка по датчику кислорода и стабильность работы двигателя.

Инжектор

       Существует несколько разновидностей инжекторных систем, разработанных различными фирмами, где осуществляется:

–  впрыск топлива в воздушный поток специальными форсунками, расположенными на месте карбюратора, – «моновпрыск»;

–  впрыск топлива во впускной коллектор – «распределительный впрыск», или «коллекторный»;

–  впрыск топлива через форсунки в головке цилиндров в камеры сгорания – «прямой впрыск». В этом случае образование паровоздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя.

     Электронный блок управления в нужные моменты времени подает импульсы тока, открывающие форсунки. Расход впрыснутого топлива определяется длительностью импульса тока. Длительность импульса тока определяется на основании информации от датчиков, контролирующих число оборотов двигателя, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха и двигателя, угол открытия дроссельной заслонки, разряжение в задроссельном пространстве, расход воздуха, скорость автомобиля, содержание кислорода в выхлопе и барометрическое давление (не всегда). В современных инжекторных двигателях подача топлива регулируется компьютером, обеспечивающим его оптимальное сгорание в камере сгорания.

Качество топливно-воздушной смеси зависит от коэффициента избытка воздуха, который определяют из соотношения

коэффициент избытка воздуха

Топливно-воздушная смесь считается бедной, когда a > 1, и богатой при a < 1. Максимальное значение скорости сгорания соответствует составу топливно-воздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха a = 0,90-0,95, при котором и обеспечивается наибольшая мощность двигателя. При дальнейшем обогащении смеси или ее обеднении скорость распространения пламени уменьшается: в первом случае – из-за недостатка воздуха, во втором – вследствие расхода части тепла на его подогрев.

Оптимальность процесса сгорания топлива в камере сгорания зависит от его начала. В случае раннего зажигания (воспламенения) основное сгорание будет протекать еще во время сжатия, что приведет к потере мощности двигателя, а при позднем зажигании процесс горения смещается на рабочий ход поршня, что снижает мощность и экономичность двигателя. Топливно-воздушная смесь в цилиндре должна воспламеняться не тогда, когда поршень находится в крайнем верхнем положении, а несколько раньше, с тем чтобы начало активного горения пришлось на верхнее положение поршня, что зависит от угла опережения зажигания. Угол опережения зажигания – угол между осью цилиндра и кривошипа в момент появления искры.

      Мощность двигателей с принудительным воспламенением и расход топлива зависят от степени сжатия. Под степенью сжатия понимают отношение объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в крайнем нижнем положении – в нижней мертвой точке (НМТ) –  к объему камеры сгорания при нахождении поршня в крайнем верхнем положении – в верхней мертвой точке (ВМТ). Степень сжатия для бензиновых двигателей чаще всего находится в пределах 8-12. Дальнейшее повышение степени сжатия ограничивается возможностью самовозгорания топливно-воздушной смеси в результате ее разогрева при сжатии. Развитие двигателя с принудительным воспламенением шло по пути непрерывного увеличения степени сжатия. Такая тенденция обусловлена ростом мощности и снижением расхода топлива при увеличении степени сжатия (рис. 2.10).

Влияние степени сжатия

Детонация – взрывное сгорание топливно-воздушной смеси. Это чаще всего происходит при неправильном выборе бензина для двигателей с высокой степенью сжатия, когда растет интенсивность процессов окисления и нормальное горение переходит во взрывное.

Относительная мощность двигателя

При детонации в конце фазы горения скорость распространения фронта пламени резко увеличивается и достигает 1500-2000 м/с.

Использование любых матеpиалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Работа карбюраторного и инжекторного двигателей

Поскольку пространство камеры сгорания невелико, упругие детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, что вызывает характерный для детонации металлический стук. Отражающиеся ударные волны вызывают  вибрацию деталей двигателя, в результате  чего значительно возрастает износ. Выхлопные газы приобретают темный, иногда черный цвет, так как при детонации увеличивается неполнота сгорания топлива. При сильной детонации возможны перегрев двигателя, пригорание колец, прогар клапанов, поршней и разрушение подшипников. Интенсивность детонации зависит от того, какая часть топлива перейдет во взрывное сгорание, что определяется главным образом химическим составом  бензина. Основной причиной возникновения детонации является образование и накопление в рабочей смеси активных перекисей (кислородосодержащих веществ), которые разлагаются, выделяют избыточную энергию и вызывают взрывное сгорание топлива (без искры от свечи). При таком сгорании скорость распространения фронта пламени увеличивается в десятки раз.

Перекиси (R-O-O-R) и гидроперекиси (R-O-O-Н) – первичные продукты окисления углеводородов топлива –  образуются при присоединении кислорода к углеводородам. При дальнейшем окислении накапливаются альдегиды, органические кислоты, спирты и другие соединения. Конечными продуктами окисления являются углекислый газ и вода. Процессы окисления носят цепной характер, а согласно теории цепных реакций вместе с образованием конечных продуктов окисления восстанавливаются нестойкие активные соединения, которые вновь разлагаются, выделяют тепло и становятся новыми очагами реакции окисления.

В двигателе окисление топлива кислородом воздуха начинается в процессе накопления и сжатия горючей смеси – смеси паров бензина и воздуха. Чем выше степень сжатия, тем выше давление и температура, тем интенсивнее протекают процессы окисления. Они еще более интенсивно продолжаются после воспламенения горючей смеси. Когда концентрация нестойких соединений достигает критического значения для данного вида топлива, происходит взрывное сгорание оставшейся части несгоревшей рабочей смеси.

Из многочисленных факторов, препятствующих детонационному сгоранию, наиболее важным является правильный подбор бензина для данного типа двигателя. Если бензин обладает малой детонационной стойкостью, то в нем накапливается много перекисных соединений, способных выделять атомарный кислород и вызывать детонацию. У бензинов с высокой детонационной стойкостью концентрация активных примесей недостаточна для возникновения детонации. Таким образом, если использовать бензин с меньшим октановым числом, возможно появление детонации, возрастают нагрузки и износ двигателя. Если же использовать бензин с большим октановым числом, возможен перегрев двигателя, из-за чего изделия из резины становятся хрупкими, маслоотражательные колпачки выходят из строя, расход масла резко возрастает, интенсивно образуется нагар на выпускных клапанах, что приводит к их прогоранию.

Детонационная стойкость бензинов в первую очередь, как уже говорилось, зависит от их углеводородного состава. При этом детонационная стойкость различных углеводородов при работе двигателя на бедных и богатых горючих смесях неодинакова. На бедных смесях наибольшую детонационную стойкость имеют изопарафиновые углеводороды. На богатых смесях лучшими оказываются ароматические углеводороды. Всегда наименьшая стойкость к детонации у нормальных парафиновых углеводородов. Нафтеновые и непредельные углеводороды занимают промежуточное положение.

Конструктивные особенности двигателей современных автомобилей обуславливают требования к детонационной стойкости бензинов. Определяющим является степень сжатия. Увеличение степени сжатия вызывает улучшение эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя. Это одно из основных направлений развития автомобилестроения.