Удосконалення систем харчуванняЯкість приготування паливо повітряної суміші (ППС) багато в чому визначає процеси її займання і згорання, тому робота системи живлення, її тип суттєво впливають на екологічні та економічні показники автомобільних ДВС. У загальному випадку система харчування повинна забезпечувати: - Оптимальний склад ТВС для кожного з режимів роботи двигуна; - Рівномірний розподіл заряду всередині кожного з циліндрів і по циліндрах; - Максимальну гомогенність заряду (в ДВЗ із зовнішнім сумішеутворенням); - Оптимальне розшарування ППС (при реалізації відповідного робочого процесу); - Стійку роботу двигуна на бідних сумішах; - Якісне протікання несталих режимів (насамперед розгонів); - Надійний пуск двигуна в різних температурних умовах. Аж до останнього часу протягом декількох десятиліть в ДВЗ з іскровим запалюванням домінувала карбюраторних система харчування. Карбюратори постійно вдосконалювалися, і, в загальному випадку, сучасний карбюратор (зазвичай двокамерний) включає в себе дві головні дозуючі системи (першої та другої камер), систему холостого ходу першої камери з перехідною системою, перехідну систему другого камери, економайзер потужністних режимів, еконостат, діафрагмовий прискорювальний насос, пусковий пристрій, економайзер примусового холостого ходу. Ці системи необхідні для виконання перерахованих вище вимог. Наприклад, прискорювальний насос забезпечує динаміку розгону автомобіля, вприскуючи додаткове паливо при повороті дросельної заслінки. Однак викид токсичних компонентів при цьому значно посилюється. Економайзер потужністних режимів і еконостат включаються в роботу на режимах великих навантажень, збагачуючи суміш до значень α = 0,9... 0,95, і тим самим, забезпечуючи можливість отримання великих потужностей. Економайзер примусового холостого ходу (ЕПХХ) відключає подачу палива через систему холостого ходу на примусовому холостому ходу (під час гальмування автомобіля двигуном, при русі під ухил, при перемиканні передач), різко знижуючи викиди СО і CnHmі економлячи паливо. На автомобілях ВАЗ найбільшого поширення получили ЕПХХ, в яких для відключення подачі палива використовується електромагнітний клапан. Працює система таким чином. На режимі ПХХ при частоті обертання колінчастого вала більше 2100 хв -1 і при замкнутому на «масу» кінцевому вимикачі карбюратора (педаль газу відпущена) запірний електромагнітний клапан вимикається, подача палива переривається. При зниженні частоти обертання колінчастого вала на примусовому холостому ходу до 1900 хв - 1 блок управління включає клапан (хоча кінцевий вимикач залишається замкнутим на «масу»), починається подача палива через жиклер холостого ходу, двигун поступово виходить на режим холостого ходу. Карбюратор - досить складний механічний пристрій, надійність його роботи залишає бажати кращого. Характерними несправностями є негерметичність запірного клапана камери поплавця і неправильно встановлений рівень палива в ній, засмічення жиклерів, знос приводу прискорювального насоса, негерметичність мембран та ін.. Крім того, реалізація перспективних напрямків у сумішоутворення (наприклад, розшарування заряду) з використанням карбюраторного живлення просто неможливо. У 2000 році понад 95 % випущених у світі автомобілів були оснащені системою розподіленого впорскування палива (РВТ), тобто етап застосування карбюраторів практично завершився. Центральне впорскування палива (ЦВП) також не витримав конкуренції з РВП, незважаючи на більш низьку вартість і простоту конструкції. В даний час ЦВП використовується, головним чином, на малорозмірних двигунах сільськогосподарського призначення та засобів малої механізації. Домінуюче застосування РВП на автотранспорті пояснюється його наступними перевагами. 1. При використанні електромагнітних форсунок з керуванням від контролера легко забезпечується оптимальний склад суміші для кожного з режимів роботи двигуна. 2. Підвищений тиск, з яким паливо впорскується у впускний колектор, забезпечує дрібноту розпилу і полегшує його подальше випаровування і гомогенізацію суміші. 3. Впорскування бензину дозволяє більш рівномірно розподілити паливо по циліндрах. При використанні РВП склад суміші в різних циліндрах може відрізнятися на 6... 7%, а при живленні від карбюратора - на 11... 17 %. 4. Відсутність додаткового опору потоку повітря на впуску у вигляді карбюратора і дифузора забезпечує високий коефіцієнт наповнення циліндрів і підвищує літрову потужність двигуна. 5. При уприскуванні можливе використання більшого перекриття клапанів (коли відкриті одночасно обидва клапана) для кращої продувки камери згоряння чистим повітрям, а не сумішшю. 6. Краще продування і велика рівномірність складу суміші по циліндрах знижує температуру стінок циліндра, днища поршня і впускних клапанів, що в свою чергу дозволяє знизити потрібне октанове число палива на 2 ÷ 3 одиниці або збільшити ступінь стиснення без небезпеки детонації. Крім того, зменшується утворення оксидів азоту при згорянні, і поліпшуються умови змащування дзеркала циліндра. В результаті досягається підвищення паливної економічності і зниження токсичності відпрацьованих газів. Системи РВП на сьогоднішній день мають усталену структуру і конструкцію окремих компонентів. На кожен циліндр двигуна є окрема форсунка, зазвичай з електромагнітним керуванням. Форсунки встановлюються у впускному колекторі поблизу впускних клапанів. Уприскування палива (зазвичай фазований) здійснюється під надлишковим тиском 0,2... 0,6 МПа. Управління форсунками ведеться від електромагнітного блоку - контролера, який керує також системою запалення і іншими системами двигуна та автомобілем в цілому. В останні роки розвиток системи мікропроцесорного управління йде по шляху підвищення надійності, нарощування числа функцій, введення самодіагностики, елементів адаптації та т.п.. Як приклад на рис. 3.1 показана схема системи упорскування LH - Jettronic. В останні роки провідними автомобілебудівними фірмами розпочато освоєння промислового виробництва принципово нової системи сумішоутворення - системи безпосереднього впорскування палива (БВП) в циліндри двигуна. Рис. 3.1. Схема системи упорскування палива LH - Jettronic: 1 - паливний бак; 2 - паливний насос, 3 - паливний фільтр; 4 - контролер; 5 - форсунка; 6 - розподільник палива; 7 - стабілізатор перепаду тиску палива; 8 - впускний колектор; 9 - датчик положення дросельної заслінки; 10 - вимірювач масової витрати повітря; 11 - кисневий датчик; 12 - датчик температури охолоджуючої рідини; 13 - розподільник запалення; 14 - регулятор частоти обертання колінчастого вала на холостому ходу; 15 - акумулятор; 16 - вимикач запалювання. Сама концепція БВП не є новою. Ще в XIX столітті робилися спроби уприскувати бензин безпосередньо в циліндри двигуна. У 50-х роках XX століття фірмою " R.Bosch " в невеликих обсягах вироблялися механічні системи БВП для деяких легкових автомобілів. Проте електронна версія БВП довгий час не могла вийти на рівень промислового виробництва через низку технічних труднощів її реалізації (закоксовування розпилювача форсунки, електронне управління уприскуванням при високому тиску палива та ін.) Створення промислових зразків електронних систем БВП стало результатом проведення провідними автомобільними фірмами багаторічних дослідних і дослідно-конструкторських робіт з використанням сучасних технологій. Початок промислового виробництва систем БВП знаменує собою початок нового витка в розвитку систем паливоподачі бензинових двигунів. На рис. 3.2 показана схема системи БВП типу Motronic MED 7 фірми " R. Bosch ". У системі застосований термоанемометричний витратомір повітря нової конструкції (з твердо-плівковим чутливим елементом), а також використаний ряд традиційних для систем упорскування датчиків. Ключовими і найбільш складними в системі є нові вузли - паливний насос високого тиску і електромагнітні форсунки для вприскування бензину під високим тиском. Крім цього застосовується датчик тиску палива, що підкачує електробензонасос занурювального типу, клапан рециркуляції ВГ нової конструкції та ін. Стратегії управління дозуванням палива в таких системах можуть бути різними і вибираються окремими фірмами - розробниками залежно від параметрів швидкісних і навантажувальних режимів роботи двигуна. При цьому склад суміші, як правило, змінюється від гомогенного (при α, близьких до 1) до гранично розшаровуваного (α = 1,3... 2,2). Рис. 3.2. Схема системи БВП Motronic MED 7: 1 - витратомір повітря; 2 - електрокерована дросель; 3 - датчик тиску у впускному трубопроводі; 4 - паливний насос високого тиску; 5 - стабілізатор перепаду тиску палива; 6 - паливна рампа; 7 - котушка запалювання на свічці; 8 і 10 - кисневі датчики; 9 - каталітичний нейтралізатор; 11 - підкачує електробензонасос; 12 - електромагнітна форсунка; 13 - датчик тиску палива; 14 - клапан рециркуляції ОГ; 15 - мікропроцесорний блок керування. Найбільшою мірою переваги двигунів з БВП проявляються при роботі на збіднених сумішах на часткових навантаженнях. Стійка робота двигуна досягається розшаруванням суміші з утворенням зони багатої суміші поблизу свічки запалювання, після займання якої починається процес горіння всього заряду в циліндрі. Для більш надійного запалення суміші використовується запалювання з підвищеною енергією іскрового розряду. Момент уприскування і тиск того палива також змінюються залежно від режиму роботи двигуна для забезпечення необхідних умов сумішоутворення в циліндрі при даному складі суміші. Наприклад, якщо на холостому ходу тиск палива підтримувані на рівні 3 МПа, то при повному навантаженні і номінальній частоті обертання (до 6000 хв -1) воно зростає до 10... 12 МПа. Всі ці заходи дозволяють досягти ефективного згорання екстремально збіднених сумішей (α > 2,0), що й забезпечує підвищення паливної економічності двигунів з НВТ, приблизно, на 20 % порівняно із застосуванням РВП. Крім цього, реалізація БВП дозволяє підвищити показники потужності двигуна, приблизно на 10 % (за рахунок можливості використання високих ступенів стиснення ε = 11... 12 і збільшення наповнення), також знизити сумарну токсичність ВГ на 20 % порівняно з іншими системами уприскування. Останнє досягається високим ступенем рециркуляції ВГ (до 40 %) і застосуванням трьохкомпонентного нейтралізатора з іридієвим каталізатором. У цілому системи БВП на сьогоднішній день характеризуються значною вартістю і складністю, що поки стримує їх широке застосування. Порівняльна оцінка різних систем упорскування палива наведена в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 Порівняльна оцінка концептуально різних систем упорскування палива
|
