Системы топливоподачи в бензиновых двигателях с впрыском топлива во впускной трубопровод

В зависимости от количества форсунок и места подачи топлива, системы впрыска подразделяются на три типа: одноточечный или моновпрыск (одна форсунка во впускном коллекторе на все цилиндры), многоточечный или распределенный (у каждого цилиндра своя форсунка, которая подает топливо в коллектор) и непосредственный (топливо подается форсунками непосредственно в цилиндры, как у дизелей).

Одноточечный впрыск проще, он менее начинен управляющей электроникой, но и менее эффективен. Управляющая электроника позволяет снимать информацию с датчиков и сразу же менять параметры впрыска. Немаловажно и то, что под моновпрыск легко адаптируются карбюраторные двигатели почти без конструктивных переделок или технологических изменений в производстве. У одноточечного впрыска преимущество перед карбюратором состоит в экономии топлива, экологической чистоте и относительной стабильности и надежности параметров. А вот в приёмистости двигателя одноточечный впрыск проигрывает. Еще один недостаток: при использовании одноточечного впрыска, как и при использовании карбюратора до 30% бензина оседает на стенках коллектора.

Системы одноточечного впрыска, безусловно, являлись шагом вперед по сравнению с карбюраторными системами питания, но уже не удовлетворяют современным требованиям.

Более совершенными являются системы многоточечного впрыска, в которых подача топлива к каждому цилиндру осуществляется индивидуально. Распределенный впрыск мощнее, экономичнее и сложнее. Применение такого впрыска увеличивает мощность двигателя примерно на 7-10 процентов. Основные преимущества распределенного впрыска:

• возможность автоматической настройки на разных оборотах и соответственно улучшение наполнения цилиндров, в итоге при той же максимальной мощности автомобиль разгоняется гораздо быстрее;
• бензин впрыскивается вблизи впускного клапана, что существенно снижает потери на оседание во впускном коллекторе и позволяет осуществлять более точную регулировку подачи топлива.

Непосредственный впрыск как очередное и эффективное средство в деле оптимизации сгорания смеси и повышения КПД бензинового двигателя реализует простые принципы. А именно: более тщательно распыляет топливо, лучше перемешивает с воздухом и грамотней распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя. В итоге двигатели с непосредственным впрыском потребляют меньше топлива, чем обычные «впрысковые» моторы (в особенности при спокойной езде на невысокой скорости); при одинаковом рабочем объеме они обеспечивают более интенсивное ускорение автомобиля; у них чище выхлоп; они гарантируют более высокую литровую мощность за счет большей степени сжатия и эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах. В то же время они нуждаются в качественном бензине с низким содержанием серы и механических примесей, чтобы обеспечить нормальную работу топливной аппаратуры.

19 Основные характеристики форсунок дизелей и методы определения μf.

Для улучшения процесса смесеобразования необходимо обеспечить поступление рас­пыленного топлива в цилиндр в соответствии с определенной закономерностью, от которой в большой степени зависит процесс подвода топлива к окислителю в камере сгорания и мел­кость распыливания [6]. В ряде работ [3,7] указано, что полнота и динамика процесса сгора­ния непосредственно связанны с характеристикой впрыска топлива в цилиндр, испарением, смесеобразованием и закономерностями выделения теплоты при сгорании топлива.

Существование связи между мелкостью распыливания и распределением частиц топ­лива в факеле с характеристикой подачи (впрыска) топлива особенно заметно при форсиро­вании дизелей [6,8]. Происходит это потому, что меняется плотность воздуха в цилиндре, величина цикловой подачи топлива увеличивается, поэтому необходимо изменение давления и характеристики впрыска топлива.

Качественная работа форсунки в дизельном двигателе сводится к оптимизации ряда взаимосвязанных параметров, а именно: характеристики дисперсного состава, скорости струи и давления в топливной магистрали (в том числе и в момент поднятия иглы). Данные показатели в значительной степени влияют на экономические показатели дизеля, жесткость процесса сгорания, а также на токсичность отработанных газов [2,3,9]. На рис. 1 приведены интегральные характеристики подачи, испарения и выгорания топлива и задержка сгорания дизеля А-41 [10-12]. Видно, что впрыскивание и перевод топлива в газовую фазу (испарение) происходит довольно быстро (к 20... 25° поворота коленчатого вала после верхней «мерт­вой» точки (ВМТ)). Но дальнейшее смешивание паров топлива с окислителем занимает до­вольно значительный промежуток времени. При увеличении угла поворота коленчатого вала заметно все большее отставание кривой выделения теплоты Х от характеристики подачи то­плива оп, то есть растет угол задержки сгорания (р_з. Отсюда следует важность вопроса опти­мального распределения топлива по окислителю в пространстве и во времени.

Первый: или подготовительный период является периодом запаздывания воспламене­ния топлива. В течение этого периода происходит нагрев, испарение капель топлива и обра­зование большого количества очагов с неоднородным составом смеси. Во многих очагах во­круг капель топлива образуется и такой состав, при котором происходит воспламенение. По­этому, воспламенение в цилиндре дизеля во втором периоде наступает сразу во многих точ­ках камеры сгорания, и затем пламя с большой скоростью распространяется по всему объему камеры сгорания. Третий период: или период основного горения, соответствует времени от момента достижения максимального давления до точки, в которой отмечается наибольшая температура цикла. Четвертый период: или период замедленного горения, определяется как время от момента достижения максимальной температуры цикла до конца сгорания - откры­тия выпускного клапана. Данный период сгорания характеризуется отсутствием подачи све­жего топлива, непрерывным уменьшением скорости сгорания, замедленным выделением те­пла и резким уменьшением давления в цилиндре.

Сокращая продолжительность впрыска в третьем периоде, за счет улучшения распре­деления топлива по окислителю можно уменьшить продолжительность периода замедленно­го горения [1]. Оказывает влияние и качество распыливания, потому что плохо распыленное топливо и образовавшаяся сажа увеличивают четвертый период в силу того, что частицы са­жи очень медленно выгорают.

Основные положения для оценки требований к характеристике впрыска топлива сво­дятся к следующему [13]:

• следует стремиться к максимально возможному сокращению продолжительности впрыскивания;

• наличие подвпрыскиваний на номинальных режимах подачи топлива недопустимо, но известно, что топливная аппаратура высокофорсированных дизелей работает на грани или при наличии подвпрыскиваний;

• нужно стремиться к уменьшению доли топлива, поданного за период посадки иглы распылителя, так как от этого зависит экономичность рабочего процесса дизеля, дым-ность отработанных газов, работоспособность и долговечность распылителя;

• уровень максимального давления перед распыливающими отверстиями распылителя определяет качество смесеобразования;

• передний фронт характеристики впрыска топлива должен быть максимально крутым;

• дифференциальная характеристика впрыска топлива должна иметь трапецеидальный характер на всех режимах работы дизеля;

• необходимо стремиться к большей площади поверхности впрыскиваемого топлива, а соответственно уменьшению размеров каждой капли.

Проверку пропускной способности форсунки можно производить двумя способами:

Проверкой распылителя на стенде постоянного давления при давлении топлива перед распылителем равное 50 кГс/см2. Время проверки должно быть не менее 20 секунд, температура топлива 22-28С. Количество топлива, вытекающего через распылитель замеряют объёмным методом в мерную мензурку. При этом рассчитывается эффективное проходное сечение распылителя

μF=Q/t*108.4 мм2, где

Q- количество топлива, прошедшее через распылитель (см3),

t- время замера (сек).

При этом значение μF должно попасть в диапазон, заданный в паспорте на данную форсунку.

Проверкой форсунки по технологическому топливному насосу высокого давления (ТНВД). Для этого необходимо изготовить технологический ТНВД(1) с отключённым регулятором и зафиксированной рейкой. Величина подачи секций ТНВД регулируется по главной форсунке (см. далее) с пропускной способностью, соответствующей среднему значению параметров, указанных в техдокументации на данную модель форсунки. При проливе испытуемой форсунки, параметры цикловых подач должны быть в диапазоне пропускной способности для данной модели форсунки.

Поиск по сайту: