Вопрос 2. Системы питания двигателей с искровым зажиганием.

Основными функциями системы питания являются: хранение запаса топлива; приготовление горючей смеси (дозирование топлива и воздуха, их смешение); подача в цилиндр компонентов горючей смеси в определенный момент рабочего цикла; регулирование состава и количества горючей смеси.

Система питания должна обеспечивать получение на всех режимах работы двигателя требуемых мощностных и экономических показателей при допустимой токсичности отработавших газов. Обычно это достигается при совместной работе систем питания, впуска, наддува и регулирования.

К системе питания предъявляются следующие требования: обеспечение на всех режимах работы двигателя необходимого состава и количества горючей смеси; быстрое и плавное изменение состава смеси при переходе двигателя с одного режима работы на другой; обеспечение равномерного распределения состава смеси по цилиндрам; надежный пуск и быстрый прогрев холодного двигателя, надежный пуск горячего двигателя; сохранение стабильности регулировок в процессе эксплуатации; коррекция работы системы питания при изменении сопротивления воздушного фильтра, температуры и давления окружающей среды, технического состояния в процессе эксплуатации; минимальные габариты и масса.

При количественном управлении нагрузкой необходимо готовить состав смеси в соответствии с кривой ABC и обеспечивать получение наилучших энергетических или экономических показателей.

Приготовление топливовоздушнои смеси, состоящей из бензина и воздуха возможно с помощью системы впрыскивания бензина во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндр, или же с помощью карбюраторной системы.

Системы впрыскивания бензина. Основные достоинства систем впрыскивания бензина:

возможность точного дозирования топлива на всех эксплуатационных режимах работы двигателя;

раздельное дозирование воздуха и топлива позволяет изменять качество топливовоздушнои смеси при одной и той же подаче воздуха;

хорошая приспособленность к включению в систему управления двигателем;

повышение мощностных, экономических и экологических показателей двигателя.

Классифицировать системы впрыскивания бензина можно следующим образом:

впрыскивание бензина во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндр;

при распределенном впрыскивании форсунки впрыскивают бензин в зону впускных клапанов каждого цилиндра, а при центральном работает одна форсунка, установленная на участке до разветвления впускного трубопровода по цилиндрам двигателя;

при фазированном впрыскивании каждая форсунка впрыскивает топливо в строго определенный момент времени, согласованный с открытием впускных клапанов цилиндра. При нефазированном впрыскивании подача топлива в зону впускных клапанов осуществляется синхронно всеми форсунками.

Вопрос 3. Топливная экономичность автомобиля и ее оценочные показатели. Топливно-экономическая характеристика установившегося движения, экспериментальные и расчетные методы ее определения.

Топливная экономичность автомобиля напрямую зависит от особенностей его конструкции. Экономичность автомобиля оценивается как КПД совокупности процессов работы его трансмиссии и двигателя. Кроме того, на этот показатель влияет коэффициент обтекаемости (форма кузова автомобиля), который обуславливает потери на преодоление сопротивления воздуха при движении и коэффициент грузоподъемности (рациональность массы авто).

Потребительские качества авто - это характеристика именно его топливной экономичности, поскольку сейчас топливо «съедает» не менее 20-30% всех затрат на эксплуатацию автомобиля, любой марки и грузоподъемности, и этот показатель, увы, продолжает расти.

Среди характеристик топливной экономичности автомобиля основным показателем является количество расходуемого топлива в литрах на каждые 100 км. (путевой топливный расход). Если говорить об обобщающих показателях, то оценивается средний (топливный расход на 100 км.при нормальном режиме эксплуатации в типичных дорожных условиях) и удельный расходы топлива.

Топливная экономичность автомобиля, удельный расход топлива и средний расход топлива - это основные экономические показатели использования автомобиля.

Удельный расход топлива это количество расходуемого топлива на единицу работы автомобиля. Таким образом, удельный расход представляет собой отношение объема среднего топливного расхода к количеству произведенной работы по перевозке пассажиров и (или) груза. Иными словами, удельный расход топлива это единица измерения, которую используют при оценке экономической эффективности грузопассажирских перевозок.

Существуют частные показатели топливной экономичности автомобиля, которые описаны в нормативной литературе: ГОСТ 4. 396-88; ГОСТ 4. 401-88; ГОСТ 20306-90; Правила ЕЭК ООН № 15 и 84:

1) расход топлива контрольный;

2) расход топлива на дороге в магистральном цикле;

3) расход топлива на дороге в городском цикле;

4) расход топлива на стенде в городском цикле;

5) характеристика топливного расхода установившегося движения;

6) топливно-скоростная характеристика на магистрально-холмистой дороге;

7) контрольный удельный расход топлива для грузовых авто;

8) приведенный обобщенный расход топлива;

9) топливно-экономические характеристики.

Испытания автомобиля на топливную экономичность проводят в дорожных и стендовых условиях.

Согласно ГОСТ 20306 — 74 топливную экономичность автомобиля оценивают следующими показателями:

- контрольным расходом товара;

- расходом топлива при установившемся движении;

- расходом топлива на дороге с переменным профилем.

Контрольный расход топлива.

Контрольным расходом топлива называется минимальный расход топлива Qmin при движении автомобиля с полной нагрузкой по горизонтальной дороге с твердым асфальтобетонным или цементобетонным покрытием (при коэффициенте сопротивления дороги ƒ1). Скорость Vэк., соответствующая этому расходу топлива, называется экономической. Контрольный расход топлива определяется по графику экономической характеристики, как показано на рис.5,а.

Расход топлива при установившемся движении

Расход топлива при установившемся движении определяют по графику топливно- экономической характеристики при движении по горизонтальной дороге с твердым асфальтобетонным или цементобетонным покрытием для легковых автомобилей при полной нагрузке, для грузовых автомобилей и автобусов — при движении без груза и с полной нагрузкой. Для автопоездов расход топлива определяют при двух весовых состояниях: с прицепом и без прицепа. Указанные величины расхода топлива определяют по графику экономической характеристики при коэффициентах сопротивления дороги ƒ1 для легкового автомобиля, при ƒ1 и ƒ0 — для автобусов, грузовых автомобилей и автопоездов.

Количественной характеристикой расхода топлива при установившемся движении может служить средний расход топлива при движении автомобиля с разными скоростями при одном и том же сопротивлении дороги.

Средний расход топлива подсчитывают по выражению

где Q1 — начальное значение,

Qn— конечное значение,

Q2, Q3,······ Qn–1- промежуточные значения расхода топлива по графику топливно-экономической характеристики автомобиля (рис.5,б),

m - число интервалов расхода топлива в заданном диапазоне скоростей движения.

Величины расхода топлива определяют при скоростях движения с интервалом 6 м/с для легковых автомобилей и 3 м/с для всех других типов автомобилей в диапазоне от Vmin до Vmax .

Расход топора на дороге с переменным профилем

Расход топлива на дороге с переменным профилем определяют по топливно-экономической характеристике, представляющей зависимость расходов топлива от средних скоростей движения автомобиля при проезде измерительного участка дороги длиной 10-15 км с переменным продольным профилем и наличием на нем не менее одного подъема и одного спуска длиной 600-800 м с уклоном не менее 4%. Определение расхода топлива на дороге с переменным профилем расчетным путем производится по методике, изложенной в [14], с.124-125, либо характеристика снимается экспериментальным путем при испытаниях автомобиля в дорожных условиях по методике, изложенной в ГОСТ 20306-74.

БИЛЕТ № 16

Вопрос 1. Основные элементы систем питания дизельных двигателей. Назначение, устройство и принцип работы топливного насоса высокого давления. Виды форсунок, применяемых в дизельных двигателях.

Топливные системы дизелей принято делить на топливные системы непосредственного впрыскивания и аккумуляторные. Оба типа топливных систем могут иметь как механические устройства управления, так и электронные. Топливные системы непосредственного впрыскивания делятся на системы разделенного типа, у которых секции насоса высокого давления и форсунки выполнены отдельно и соединяются топливопроводом высокого давления, и насос-форсунки. Топливные системы разделенного типа получили наибольшее распространение. У насос-форсунок секция насоса и форсунка выполнены в одном узле и топливопровод высокого давления отсутствует.

Схема топливной системы разделенного типа приведена на рис. 12.1. Топливо подается из бака 14 с помощью топливоподкачивающего насоса 12 по топливопроводам низкого давления через фильтры грубой 10 и тонкой 9 очистки в топливный насос высокого давления 8 под давлением 0,05...0,15 МПа. С целью надежного удаления выделившегося воздуха топливо в линии низкого давления прокачивается через топливный насос высокого давления и избыток топлива сливается в бак по топливопроводу 15, а в ряде двигателей поступает по топливопроводам 11 или 13 в другие точки линии низкого давления (рис. 12.1). Агрегаты линии высокого давления, включающие в себя топливный насос 8, топливопровод высокого давления 7 и форсунку 6, обеспечивают дозирование и впрыскивание топлива в цилиндры дизеля под давлением 30…150 МПа.

Классификация топливных насосов высокого давления. Топливные насосы различают по ряду признаков. По количеству плунжеров топливные насосы могут быть разделены на многоплунжерные, в которых на каждый цилиндр приходится один плунжер, и распределительного типа. У насосов распределительного типа секция подает топливо в несколько цилиндров. По способу привода плунжера различают топливные насосы с жестким (механическим) приводом и с гибким (газовым, гидравлическим или пружинным) приводом.

Топливные насосы высокого давления различают также по методам дозирования топлива. Дозирование подаваемого в цилиндры топлива является ответственной функцией топливной системы, так как цикловая подача изменяется в зависимости от режима работы в 6...15 раз, а минимальная величина может быть равна 5...7 мм3.

Распределительные насосы принято делить на две основные группы: плунжерные (чаще одноплунжерные) и роторные. Можно разделить также распределительные насосы по схеме привода плунжеров: с внешним цилиндрическим кулачковым профилем, с торцевым кулачковым профилем и с внутренним цилиндрическим профилем.

Роторные распределительные насосы отличаются от одноплунжерных меньшими массой и габаритными размерами, но обеспечивают более низкие давления впрыскивания. Ротор, осуществляющий распределение топлива, вращается во втулке, закрепленной в корпусе насоса. Наполнение плунжерной полости происходит вследствие того, что два плунжера и два толкателя, прижатые центробежными силами к неподвижной кулачковой шайбе, расходятся и топливо через впускное окно попадает в надплунжерную полость. Затем под действием кулачковых выступов на шайбе плунжеры сходятся. В этот период впускные окна закрыты и топливо через окно поступает под давлением к нагнетательному клапану и далее по топливопроводу к форсунке. Дозирование топлива осуществляется дросселированием на впуске. Для надежной работы таких насосов требуется более тонкая фильтрация топлива.

Форсунки. Через форсунку топливо поступает в цилиндр двигателя. Форсунка осуществляет распыливание и распределение топлива по камере сгорания дизеля. Форсунки подразделяют на открытые и закрытые. Последние имеют иглу, закрывающую проходное сечение распылителя в период между впрыскиваниями.

Приведем пример форсунки дизелей КамАЗ. Топливо из топливопровода поступает через штуцер и защитный фильтр по каналу в корпус распылителя, в результате чего в распылителе повышается давление топлива. Под действием давления топлива игла, преодолевая силу пружины, поднимается и пропускает топливо к распыливающим отверстиям, через которые оно попадает в цилиндр дизеля. Снижение давления топлива в форсунке в период отсечки приводит к опусканию иглы под действием пружины и закрытию форсунки.

В наиболее тяжелых условиях находится носок распылителя, выступающий в камеру сгорания, где он подвергается воздействию высоких температур.

Топливо, двигаясь в каналах распылителя, проходит через два дросселирующих сечения: под иглой и в распыливающих отверстиях. Многоструйные распылители применяют на дизелях с неразделенными камерами сгорания. Количество распиливающих отверстий колеблется в зависимости от типа камеры от 1 до 10, а их диаметр — от 0,15 до 0,6 мм. Распылители с уменьшенными каналами перед распыливающими отверстиями обеспечивают снижение выбросов углеводородов с ОГ.

Важной зависимостью, характеризующей распылитель, является его гидравлическая характеристика. Гидравлическая характеристика распылителя представляет собой зависимость эффективного проходного сечения распылителя от перемещения иглы. По идентичности гидравлических характеристик эталонных и серийных распылителей контролируют качество изготовления распылителей в серийном производстве.

Штифтовой распылитель имеет на конце иглы штифт, и топливо впрыскивается через кольцевую щель между отверстием в корпусе распылителя и штифтом. Штифт состоит, как правило, из верхней цилиндрической части и двух усеченных конусов, сложенных меньшими основаниями. Конструкция штифта определяет, с одной стороны, геометрию распыленной топливной струи, с другой — гидравлическую характеристику распылителя, участвующую, в свою очередь, в формировании характеристики впрыскивания. Штифтовые распылители используются в дизелях с разделенными камерами сгорания.

Насос-форсунки. Насос-форсунки нашли меньшее применение, несмотря на то, что устранение топливопровода высокого давления и минимальный объем сжимаемого при впрыскивании топлива позволяют с помощью насос-форсунок получить высокие давления впрыскивания (до 120...160 МПа).

Одной из причин, ограничивающих применение насос-форсунок с механическим приводом и дозированием отсечкой, является необходимость дополнительного кулачкового вала для привода насос-форсунок. Кроме того, существенно затрудняется работа регулятора частоты вращения, так как в связи с неидентичностью положения реек насос-форсунок перестановочное усилие (сила, требуемая для перемещения реек) велико и нестабильно в эксплуатации. Последнее затруднение можно устранить, перейдя на электромагнитные дозирующие клапаны, управляемые электронными регуляторами.

Насос-форсунка с клапанным регулированием: плунжер движется под воздействием кулачка вниз, вытесняя топливо через дозирующий клапан в полость низкого давления. Топливо подается в цилиндр дизеля только в тот период, когда клапан, управляемый электромагнитом, закрыт. Таким образом, осуществляется регулирование цикловой подачи и угла опережения впрыскивания.

Насос-форсунка с механическим приводом и электронным управлением дозированием и углом опережения впрыскивания: плунжер; пружина; игла распылителя; клапан

Электронное управление дозированием и углом опережения впрыскивания позволяет осуществить более гибкую и оптимизированную коррекцию этих параметров для выполнения ужесточающихся требований к экологическим показателям двигателя и повышения его топливной экономичности. Электронное управление получает распространение и в топливных системах разделенного типа. В насосах распределительного типа для изменения цикловой подачи и угла опережения впрыскивания требуются существенно меньшие перестановочные усилия, чем в многоплунжерных насосах. Это создает условия для более быстрого и эффективного внедрения электронного управления в дизелях с насосами распределительного типа. В топливных системах с многоплунжерными насосами и электронным управлением изменение цикловой подачи может быть осуществлено электрическими, электромагнитными или электрогидравлическими исполнительными механизмами управления рейкой, а изменение угла опережения впрыскивания — гидравлическими или гидромеханическими муфтами опережения впрыскивания.

Разработаны конструкции многоплунжерных топливных насосов с электронным управлением, оборудованные двумя рейками, одна из которых управляет цикловой подачей, другая — углом опережения впрыскивания. Начинают применяться топливные насосы с клапанным регулированием начала и конца подачи, работающие по тому же принципу, что и насос-форсунка, приведенный.

Топливные насосы предназначены для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке. По способу впрыска различают топливные насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском.

Топливные насосы высокого давления могут быть рядными, V-образными (многосекционными) и распределительными. В рядных ТНВД насосные секции располагаются друг за другом, и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя. В распределительных ТНВД, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.

ТНВД оборудован топливоподкачивающим насосом низкого давления, автоматической муфтой опережения впрыска топлива и двухрежимным или всережимным механическим регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя. Каждый цилиндр двигателя обслуживается отдельным ТНВД. Для удобства работы и обслуживания все они собраны в общем корпусе и именуются секциями топливного насоса высокого давления.

Общее устройство ТНВД. Основными деталями ТНВД является корпус, внутри которого на шариковых подшипниках  и установлен кулачковый вал. Каждая секция насоса име­ет втулку плунжера и плунжер. Над втулкой плунжера установлен нагнетательный клапан. Втулка плунжера, плунжер и нагнетательный клапан с седлом изготовлены с высокой точностью и представляют собой прецизионные пары, заменять одну деталь на другую в этой паре не допускается. Замену можно производить только в комплекте. К верхнему торцу втулки плунжера штуцером прижато седло нагнетательного клапана. К резьбовому концу штуцера с помощью накидной гайки прикреплен топливопровод высокого давления. Второй конец этого трубопровода соединен с форсункой. Плунжер через роликовый толкатель опирается на кулачки кулачкового вала. Плунжер имеет возвратную пружину. Пружина своим нижним концом через разрезную шайбу действует на плунжер, а верхний конец упирается через шайбу в корпус. На втулке плунжера имеются впускное и перепускное отверстия. Для изменения количества подаваемого в цилиндр топлива на плунжере сделана винтовая проточка, а также продольное сверление с выходом радиального сверления в верхнюю часть винтовой проточки. Для управления подачей топлива имеется зубчатая рейкаи зубчатый сектор, находящиеся в зацеплении. Кулачковый вал получает вращение от муфтыпривода топливного насоса.

Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо поступает из впускного окна под давлением 0,12...0,15 МПа, которое создает подкачивающий насос. При набегании кулачка на ролик толкателя плунжер начинает двигаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное окно.

Когда плунжер перекроет впускное окно, топливо в полости окажется запертым, что приведет к резкому нарастанию давления — это момент начала нагнетания. Дальнейшее движение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана, и топливо идет к форсунке — это момент начала подачи. Затем отсечная кромка откроет перепускное окно. Топливо из полости под действием перепада давления по сверлению в плунжере и отсечной канавке начнет перетекать в перепускное окно. Нагнетательный клапан садится в гнездо. Подача топлива прекращается — это момент конца подачи топлива. Плунжер продолжает двигаться дальше, но подачи топлива нет, оно перетекает в перепускное окно. Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала перекрытия впускного окна до начала открытия перепускного окна, называется активным или рабочим. Его значение для разных насосов при полной подаче 0,8...2 мм.

Создаваемое давление 18-20 МПа.