Пути развития и совершенствования систем питания бензиновых двигателей
Пути развития и совершенствования систем питания бензиновых двигателей
внутреннего сгорания (ДВС). Час рождения автомобильного ДВС приходится на
1882 год. В то время Готлиб Даймлер (1834-1900) после продолжительной поездки
по России с целью изучения свойств нефти и продуктов ее перегонки, нашел новое
топливо — бензин. Как раз свойства бензина и помогли
Даймлеру создать первый автомобильный ДВС, который к тому же мог работать
и на газе. Однако бензин в чистом виде не является топливом и лишь в определенной
пропорции с воздухом 1:14.5 образует нормальную горючую смесь. Для создания
смеси воздуха с жидкостью еще до создания ДВС был изобретен так называемый
пульверизатор. Если поставить пульверизатор на пути топлива (бензина) из
бака к двигателю, то создаваемое разряжение при такте впуска приводит к
распылению бензина и смешиванию его с воздухом. Однако такая схема получения
горючей смеси на первых, грубых ДВС считалась слишком деликатной и утонченной.
Поэтому в первых карбюраторах применяли более простые способы смесеобразования,
например, щеточный карбюратор, в котором смесеобразование напоминало процесс
разбрызгивания краски со щетки или «барботажный» (взбалтывающий) карбюратор,
где воздух проходил через слой бензина, образуя при этом горючую смесь.
Дальнейшее развитие и совершенствование двигателя заставило вернуться к
пульверизатору. Конструкция карбюратора, работающего по принципу пульверизатора,
в те времена представляла из себя два элемента —
поплавковая и смесительная камеры. В поплавковой камере автоматически поддерживался
постоянный уровень топлива, а в смесительной камере, благодаря разряжению,
бензин выходил из жиклера и распылялся (смешивался с воздухом). Принцип
работы такого карбюратора сохранился и до наших дней. В начале ХХ столетия
пульверизационный карбюратор дополнили вспомогательными жиклерами и ускорительным
насосом для подачи в цилиндры богатой горючуей смеси при пуске холодного
двигателя или резком ускорении, и бедной — при работе на холостом ходу.
Позже карбюратор снабдили глушителем свиста всасываемого воздуха, а также
поток смеси направили не снизу вверх и не сбоку, как это было раньше, а
сверху вниз, при этом частицы бензина уже не оседали на стенках трубопроводов
(30-е годы ХХ века).
Современные карбюраторы имеют массу дополнительных устройств и систем улучшающих
мощностные, экономические и экологические показатели работы двигателя. К этим
устройствам и системам относятся: система холостого хода, экономайзер мощностных
режимов, эконостат, насос-ускоритель, пусковые устройства (термо- или электроподсос),
а также экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ). Развитие электроники
позволило достичь высоких результатов работы карбюраторов. Однако наступление
топливно-энергетического и экологического кризисов заставило конструкторов
начать разработку так называемых систем впрыска топлива.Различают два типа
систем впрыска: центральный (одноточечный) и распределенный или непосредственный
(многоточечный) впрыск. Еще системы впрыска можно классифицировать по таким
признакам: – по способу подачи топлива (периодический или непрерывный впрыск);
– по способу регулирования подачи смеси (механический, пневмомеханический,
электронный); – по типу дозаторов топлива (плунжерные насосы, электромагнитные
форсунки, распределители клапанного и золотникового типа). Выбор схемы впрыска
происходит в зависимости от типа двигателя и его характеристик. В ходе испытаний
и эксплуатации двигатели с впрыском показывают неплохие результаты, так мощность
повышается на 10-15%, улучшается приемистость, увеличивается максимальная
скорость, уменьшается выброс вредных веществ в отработавших газах, а также
на переходных режимах удалось повысить экономичность. Все эти достоинства
являются результатом очень тонкой дозировки топлива при работе на разных режимах,
а также отключение подачи топлива на принудительном холостом ходу. Первые
системы впрыска устанавливали на спортивные автомобили. Они представляли собой
механическую систему регулировки подачи бензина в двигатель. В 1954 году такая
система впервые стала устанавливаться на серийный автомобиль. Это был спортивный
Mercedes 300 SL. Впрыск топлива в нем осуществлялся аналогично дизелю, т.е.
непосредственно в цилиндры и при помощи топливного насоса высокого давления.
Однако низкие смазывающие свойства бензина приводили к быстрому износу пар
трения в системе (форсунки, плунжерные насосы). Поэтому в дальнейшем форсунки
подачи топлива переместили во впускной коллектор (одна или несколько точек
впрыска на все цилиндры) или же в зону впускных клапанов (многоточечный впрыск,
т.е. на каждый цилиндр в отдельности). Такая перестановка дала возможность
исключить использование насосов высокого давления и перейти на насосы низкого
давления с силой давления 0.15-0.2 МПа.
В начале 60-х годов из всего многообразия конструкций систем впрыска специалисты
всего мира стали отдавать предпочтение впрыску с электронным «мозгом». Такие
конструкции способны работать в более гибких режимах и с учетом большого количества
измеряемых параметров работы ДВС, электронные системы обеспечивают наиболее
тонкую дозировку необходимого топлива на различных режимах работы двигателя.
Эта способность приобрела особую ценность в последнее десятилетие, когда ужесточились
требования к токсичности отработавших газов, а также к расходу топлива.
Впервые серийный выпуск систем впрыска с электронным управлением был начат
в 1967 году немецкой фирмой BOSCH. Эта первая система вышла под именем Д-Джетроник.
Буква Д является первой буквой немецкого слова DRUCK —
давление, и означает, что центральный датчик является измерителем давления
(разряжения) во впускной системе. Принципиальная схема ее представлена на
рис.1. В этой системе топливо впрыскивается во впускной трубопровод (рис.2).
Количество подачи топлива регулируется электроклапаном в форсунки. Давление
в системе поддерживается постоянным при помощи регулятора (редукционный
клапан), сечение клапана форсунки неизменно, поэтому количество впрыскнутого
бензина за один цикл прямопропорционально длительности электрического импульса
на электромагните электроклапана. Частота управляющих импульсов соответствует
частоте вращения коленвала двигателя, а их длительность вычисляется электронным
блоком управления после анализа информации, полученной от датчиков (нагрузки
двигателя — по степени разряжения во впускном коллекторе, частота вращения
коленвала двигателя, температура охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха,
положение дроссельной заслонки). Электроклапан форсунки пропускает лишь
часть подаваемого топлива, остальное возвращается в бак.
Электронный «мозг» представляет собой микроЭВМ, в которой сигналы датчиков
преобразуются в электрические импульсы определенной длительности. При помощи
усилителя увеличивается мощность импульсов, идущих на управление форсунками.
Выбор режима работы двигателя зависит от программы, заложенной в компьютер.
Как правило, это компромисс между показателями экономичности и токсичности
отработавших газов.
В следующем номере мы продолжим рассказ о развитии систем впрыска.