Огляд систем уприскування палива

Завдання вприськових або карбюраторних систем подачі палива складається в дозуванні робочої суміші, найбільш оптимальною для кожного режиму роботи двигуна.

Системи упорскування палива, особливо з електронним управлінням, значно більше, ніж карбюратори, підходять для дотримання жорстких вимог до підготовки суміші. Додатково вони створюють переваги відносно витрати палива, динамічних властивостей і вихідної потужності двигуна. Вимоги все більш строгих нормативів привели до того, що на автомобілях уприскування остаточно витіснив карбюратори.

До сих пір майже виключно застосовувалися системи, в яких освіта суміші відбувалося за межами камери згоряння (впорскування у впускний трубоіпровод). Системи з внутрішнім сумішоутворенням, т. Е. З уприскуванням безпосередньо в камеру згоряння (безпосереднє уприскування) в кращій мірі забезпечують подальше зниження витрати палива, а тому набувають все більшого значення.

Зовнішнє смесеобразование

Системи упорскування палива із зовнішнім сумішоутворенням відрізняються тим, що робоча суміш утворюється за межами камери згоряння, т. Е. У впускному трубопроводі. Такі системи постійно розвивалися, з тим щоб відповідати зростаючим вимогам.
Сьогодні отримують розвиток тільки електронне-керовані системи багатоточкового уприскування палива.

Системи багатоточкового уприскування палива

У таких системах (рис. 1) кожен циліндр має свою форсунку, впорскують паливо безпосередньо на впускний кланан цього циліндра (Multi Point Injection - багатоточкове уприскування). Системи багатоточкового уприскування палива створюють ідеальні умови для виконання всіх необхідних вимог до системи підготовки суміші.

рис.1
1. Паливо
2. Повітря
3. Дроссельная заслінка
4. Впускний трубопровід
5. Форсунки
6. Двигун

Механічна система упорскування палива

У механічної системі уприскування палива К-Jetronic маса палива, що впорскується визначається дозуючим паливорозподільні пристроєм, від якого паливо прямує до форсунки, що відкривається при певному тиску і після цього постійно (без перерв) впорскується паливо.

Комбінована електронно-механічна система уприскування палива

Така система КЕ-Jetronic базується на механічній системі K-Jetronic, яка доповнена електронним блоком, керуючим режимом роботи насоса і форсунок з дозуючим паливорозподільні пристроєм. Завдяки цьому здійснюється більш точне управління уприскуванням палива відповідно до тих змін робочими режимами двигуна.

Електронні системи упорскування палива

Електроннокеровані системи упорскування забезпечують впорскування палива в переривчастому режимі через форсунки з електромагнітним керуванням. Маса палива, що впорскується визначається часом роботи (відкриття) форсунки (для заданого падіння тиску в форсунці).

Приклади: системи L-Jetronic, LH-Jetronic і Motronic як інтегрована система управління двигуном (М-Моtгоniс, МЕ-Моtronie).

Система вприскування палива через одну форсунку (одноточковий або центральне уприскування)

У такій системі (рис. 2) паливо періодично впорскується у впускний трубопровід однієї форсункою з електромагіітним при водом, що розташована у впускному трубопроводі перед дросельною заслінкою (Single Point Injection - одноточковий впорскування). Системи одноточечного (центрального) упорскування палива виробництва фірми Bosch отримали назви Mono-Jetronic і Mono-Motronic.

Мал. 2
1. Подача палива
2. Надходження повітря
3. Дроссельная заслінка
4. Впускний трубопровід
5. Форсунка
6. Двигун

внутрішнє смесеобразование

У системах безпосереднього вприскування ьтопліво впорскується форсунками з електромагнітним керуванням, розміщеними в кожному циліндрі, безпосередньо в камеру згоряння (рис. 3). Освіта суміші в камері згоряння дозволяє двигуну працювати двома абсолютно різними способами. В умовах гомогенної суміші вона розподілена за своїм складом є однорідним по всій камері згоряння, як і при зовнішньому сумішоутворення, - все кількість знаходиться в камері згоряння свіжої суміші бере участь в процесі згоряння. Тому такий режим використовується, коли необхідно отримання високого крутного моменту. В умовах пошарового розподілу суміші вона повинна бути горючою тільки безпосередньо біля свічок запалювання. В іншому обсязі камери згоряння знаходяться свіжа суміш і залишкові ОГ без слідів красувалася палива. Тим самим, на режимах холостого ходу і часткового навантаження створюється, в загальному, досить бідна суміш, що забезпечує зниження витрати палива. Для управління двигуном з безпосереднім уприскуванням використовується система МЕD- Моtronic

Мал. 3
1. Подача палива
2. Надходження повітря
3. Електронно-управяющих дросельна заслінка EGAS)
4. Впускний трубопровід
5. Форсунки
6. Двигун

Історія розробки систем сумішоутворення.

Проблема утворення горючої суміші з'явилася ще за часів, коли розроблялися перші ДВС. Зокрема, від її вирішення, а також від працездатності механізму запалювання залежала взагалі можливість роботи такого двигуна.
У загальних рисах карбюратор був створений ще в XVIII столітті. Тоді проводилися досліди з метою отримати такі випаровування рідких матеріалів, які б дозволили покращити роботу опалювальних та освітлювальних пристроїв.
Ідею випаровувати рідину для роботи дівігателя вперше запропонував в 1795 р Роберт Стріт. Для цього він використовував скипидар або дігтярне масло. Семюель морів і Ескін Азар в 1825 р створили двоциліндровий двигун, сконструювавши для нього перший корбюратор, який був запатентований в Великобританії під номером 5402. До того часу докладні системи сумішоутворення працювали переважно на скипидарі або гасі.

Все змінилося в 1833 р коли професору хімії Ейлхарду Мічерліха з берлина вдалося за допомогою термокресінга розщепити бензойну кислоту, В результаті реакції він отримав так званий «етилен Фарадея», який назвав бензолом, який став попередником сучасного бензину.
Перший бензиновий карбюратор був сконструйований Вільямом Барнеттом, який отримав в 1838 р за цей винахід патент під номером 7615.
Такі розробки в ті роки були ґнотовий (рис. 1) або випарний (рис. 2) карбюратори. Перший корбюратор, застосований в автомобілі, був гнотовим. Гніт вбирав паливо приблизно так само, як в гасової лампи. Цей гніт знаходився в потоці всмоктуваного повітря, завдяки чому відбувалося змішування повітря і палива. У випарному карбюраторі паливо підігрівалося ОГ двигуна, в результаті чого на поверхні палива утворювався шар паливних парів, які, потрапляючи в повітряний потік, змішувалися з повітрям до освіти необхідної робочої суміші.

Мал. 1
1. Подача робочої суміші до двигуна
2. Кільцевій золотник
3. Надходження повітря
4. Гніт
5. Поплавковая камера з поплавком
6. Подача палива
7. Подача додаткового повітря
8. Дроссельная заслінка

рис.2
1. Надходження повітря
2. Подача робочої суміші до двигуна
3. Топліворазделітель
4. Поплавок
5. Паливо
6. Надходження ОГ від двигуна
7. Топлівозалівная горловина

У 1882 р в Берліні Зігфрід Маркус подав заявку на отримання патенту на винайдений ним карбюратор з обертової
щіткою (рис. 3). Швидко обертається кругла щітка 3, приводиться від колеса 1, забезпечувала разом зі знімачем 2 освіту в щіткової камері 4 паливного туману. Через патрубок 5 цей туман всмоктується в двигун. Щітковий карбюратор займав у виробників двигунів провідне становище приблизно протягом 11 ліг.

Мал. 3
1. Приводне колесо
2. Знімач палива
3. Щітка
4. Щіткова камера
5. Впускний патрубок

Мал. 4
А - карбюратор
В - двигун з іскрооим запалюванням
1. Надходження повітря
2. Повітровід
3. Резервуар з гравієм 4. Воронка для заливання води
5. Заливний терну бік для палива
6. Поплавок
7. Ємність для бензину
8. Трубопровід для пропуску ОГ
9. Відсічний клапан
10. Піддон для підігріву
11. Охолоджуюча водяна сорочка
12. Водяна магістраль
13. Надходження охолоджуючої води
14. Надходження робочої суміші
15. Магнето
16. Кран відключення подачі суміші
17. Надходження повітря
18. Кран відключення подачі повітря

У тому ж році Карл Бенц встановив на своєму першому автомобілі (рис. 5) випарний карбюратор власної конструкції. Через деякий час він удосконалив цей карбюратор, додавши поплавковий клапан, щоб рівень бензину автоматично підтримувався постійним.

Мал. 7
1. Надходження повітря
2. Подача палива
3. Підпружинений поплавок
4. Вихід робочої суміші
5. Стопорное пристрій для поворотного золотника
6. Поворотний золотник для регулювання суміші
7. Поплавок
8. Жиклер

Мал. 8
1. Подача робочої суміші до двигуна
2. Поверхня дефлектора
3. Паливна форсунка (жиклер)
4. Надходження повітря
5. Поплавковая камера з поплавком
6. Подача палива
7. Дроссельная заслінка

У 1906-1907 рр. з'явилися карбюратор Клоделя і проекти карбюраторів Франсуа Бавері, що додали нові імпульси розвитку виробництва карбюраторів. У цих карбюраторах (рис. 9), які згодом стали відомими під маркою ZENITH, додатковий або зрівняльний (компенсаційний) жиклер, збіднює паливо, найкраще запікати майже незмінною суміші, незважаючи на зростаючу швидкість потоку всмоктуваного повітря.

В цей же час патентні заявки на карбюратори подали Меннесон і Гударі. Їх конструкції (рис. 10) придбали світову популярність під назвою SOLEX.

Протягом наступних кількох років було створено величезну кількість конструкцій карбюраторів. Деякі з них слід назвати: SUM, CUDELL, FAVORIT, ESCOMA, GRAETZIN. На фірмі PALLAS проводився запатентований в 1906 т. Карбюратор Хаака. У 1912 р Шуттлер і Дітріх розробили карбюратор PALLAS (рис. 11) з кільцевим поплавком і комбінованим жиклером.

У 1914 р Королівське військове міністерство Пруссії оголосило конкурс на розробку бензольними (бензинового) карбюратора. Уже тоді ставилися умови забезпечення при випробуваннях на низьку токсичність ОГ. Серед 14 разлічнихконкурірующіх конструкцій корбюратор, які перевірялися на випробувальному стенді Технічного інституту в Шарлотті бурге, а також в автомобілях з однаковою потужністю, що належать Німецькому Управлінню сухопутних військ і проїхали 800 км по важким зимових доріг, перше місце було присуджено карбюратора ZENITH. У наступні роки почалася багатостороння детальна робота по вдосконаленню карбюраторів. Вили розроблені різного роду конструкції і додаткові пристрої, наприклад, поворотні золотники і повітряні заслінки в якості пристроїв, що полегшують запуск, мембранні системи замість поплавців для карбюраторів авіадвигунів, насосні системи, що полегшують розгін. Різноманіття модифікацій карбюраторів настільки велике, що їх опис може вийти далеко за рамки цієї глави.

У 20-і роки для досягнення більшої потужності двигуна використовувалися одинарні та здвоєні карбюратори, (карбюратори з двома дросельними заслінками) в якості систем багатокамерних карбюраторів (кілька синхронно керованих одинарних або здвоєних карбюраторів). Це різноманіття варіантів карбюраторів від розумних виробників у все більшій мірі збільшувалася протягом последющіх десятиліть.

У 30-і роки на авіаційних двигунах використовувалися і перші системи з безпосереднім уприскуванням (рис. 12). Такому двигуну були необхідні два 12-циліндрових рядних паливних насоса, які розміщувалися в розвалі блоку циліндрів (на рис. 12 насоси не видно).

Мал. 12
Цей авіаційний двигун випускала на заводах акціонерного товариства Daimler-Ben /, з 1939 по 1942 рр. Існували варіанти від робочого об'єму 48.5 л і потужністю 2350 л. с. (174.1 кВт) до робочого об'єму 50.0 л і потужністю 3500 л. с. (2593 кВт) все з системою безпосереднього вприскування Bosch. Габаритна довжина ДВ1 гатель - 2,15 м.

Подібний насос зображений на рис. 13-його габаритна довжина становить близько 700 мм.

Системи з безпосереднім уприскуванням палива на 9-циліндрових зіркоподібних двигунах від BMW (рис. 14) застосовувалися в кінці 30-х років на легендарних тримоторний літаках Юнкерс Ju 52. На особливу увагу заслуговує оппозитная конструкція механічного паливного насоса фірми Bosch (рис. 15).

У 50-і рр. такі системи безпосереднього вприскування палива з'явилися і на легкових автомобілях. Необхідно відзначити моделі Gutbrod Superior 1952 року випуску (рис. 16), а також Goliath GP700E 1954 року випуску (рис. 17). Обидві ці малолітражки оснащувалися двоциліндровим двотактним двигуном робочим об'ємом менше 1 л. Відповідних розмірів були і паливні насоси (рис. 18).

На цьому двигуні була встановлена ​​з тим а безпосереднього вприскування палива (рис. 19), вперше застосована на автомобілі.

Мал. 19
1. Випускна трубка
2. Діафрагмовий блок регулятора складу суміші
3. Випускна трубка
4. Від паливного бака
5. Форсунка
6. Паливний фільтр
7. Патрубок з дросселлем. регулюючим суміш
8. Від масляного бака
9. Масляний насос
10. Паливний насос
11. Пропускний клапан

Під час Другої світової війни почав застосовуватися принципово інший спосіб сумішоутворення для двигунів з іскровим запалюванням - в газогенераторе, що здійснює суху перегонку деревини. Для утворення горючої суміші використовувався деревне газ, що отримується з тліючих деревного вугілля (рис. 21). Газогенераторна установка великих розмірів розміщувалася зовні автомобіля, так що її важко було не помітити (рис. 22).

1. Газогенератор
2. Очисник
3. Відстійник
4. газоохолоджувач
5. Фільтр тонкого очищення
е. Вентилятор розпалу
7. Система регуляторів

На закінчення короткого огляду історії розробки систем сумішоутворення слід згадати, що різні типи карбюраторів встановлювалися на автомобілях аж до 90-х років минулого століття. Карбюратор через свою невисоку вартість особливо довго застосовувався на малолітражних автомобілях. Однак автомобілебудівники все ж відмовилися від карбюратора в зв'язку з введенням все більш строгих норм, що регламентують зниження токсичності ОГ. Хоча на початку 90-х років і з'явилася успішна розробка фірм
Bosch і Pierburg - карбюратор Ecotronic, що представляє собою модіціфіцірованний карбюратор, з набженний електронних виконавчими пристроями (рис. 23). Він дозволив економити паливо при дотриманні діючих в ті роки норм щодо обмеження токсичності Про Г.