Системи живлення двигунів паливом та повітрям

Для більшості типів двигунів внутрішнього згоряння використовують рідке паливо, яке безпосередньо не горить. Процес згоряння може відбуватися лише за умовою змішування з повітрям та випаровування палива у необхідній пропорції і створення пальної суміші (суміш парів палива з повітрям).

Для повного згоряння однієї вагової одиниці палива необхідно близько 15 вагових одиниць повітря. Останнім часом проводяться роботи по збільшенню цього співвідношення 1:30 і більше, тобто забезпечення роботи двигунів на бідних сумішах.

У сучасних двигунах спостерігаються наступні процеси сумішоутворення:

У сучасних бензинових інжекторних двигунах паливо з бака насосом подається до фільтрів де воно очищається від механічних домішок та води і поступає до насоса високого тиску, рампи і до форсунок, або безпосередньо до насос-форсунок.

Паливо у двигунах, які працюють на важкому паливі з паливного баку поступає до фільтра-відстійника, де воно відділяється від механічних домішок та води. Від фільтра-відстійника паливо засмоктується паливо підкачуючим насосом і по трубопроводах низького тиску через фільтр грубої та тонкої очистки подається до насоса високого тиску (насос-форсунок). Від насоса високого тиску по трубопроводах високого тиску паливо поступає до рампи, а потім до форсунок, або форсунок безпосередньо, які впорскують його у циліндри і створюють пальну суміш.

Повітря засмоктується (та нагнітається у двигунах з наддуванням) при такту впуску, через повітряний фільтр у карбюратор, де створюється пальна суміш, яка по впускних трубопроводах через впускні клапани поступає у циліндри двигуна.

У двигунах з впорскуванням бензину у впускний трубопровід, повітря через повітряний фільтр поступає у впускний трубопровід, де змішується з впорскнутим паливом і далі у вигляді пальної суміші поступає у циліндри двигуна.

У бензинових двигунах з впорскуванням бензину безпосередньо у циліндри та у дизелях повітря через повітряний фільтр поступає у впускні трубопроводи і дальше через впускні клапани у циліндр двигуна.

Для покращення ефективності роботи двигуна та збільшення потужності на багатьох сучасних двигунах в системі живлення використовують елементи збільшення кількості повітря, що поступає у двигун шляхом наддування.

Для цієї мети використовуються турбокомпресори, система охолодження повітря після компресора, хвильові обмінники тиску, динамічне наддування (найбільш економічне), зміну довжини впускного трубопроводу.

1. Сучасні тенденції розвитку систем живлення двигунів паливом:

У більшості сучасних двигунів спостерігається масове застосування електронних систем керування, ускладнення технологічності виготовлення системи живлення та автомобіля в цілому, збільшення потужності, надійності, покращення економічних показників що приводить до підвищення собівартості. Постійно посилюється відповідність екологічним вимогам. Вимоги Євро II,ІІІ нині міняються відповідно до стандартів Євро IV та V. Вони диктують нові технічні рішення: конструкція нового двигуна часто включає дуже дорогі системи, які не підвищують, а іноді і знижують його споживчі характеристики.

Конструкція систем живлення з використанням електронних систем становиться більш складною.

Спостерігається тенденція встановлення чотирьох або п'яти клапанів на циліндр. При не високій літровій потужності, використовують три клапани ("Мерседес-бенц", "Хендэ", "Тойота") або навіть два (БМВ, "Фольксваген", "Мерседес - Бенц", "Форд").

Багатоклапанність дає можливість здійснювати високу якість продування і наповнення циліндрів, але ускладнює конструкцію та охолодження голівки, збільшуються втрати на тертя. Кількість клапанів вибирається керуючись реальною необхідністю для конкретної моделі двигуна. Навіть у багатоклапанних голівках усі клапани часто приводяться одним розподільним валом ("Хонда", "Мерседес-бенц", "Опель") для зниження втрат на тертя. Заради цього використовують роликові штовхальники клапанів.

1. 1. Тенденції розвитку бензинових двигунів: удосконалення

конструкції, зменшення витрат палива та оптимізація роботи за рахунок впровадження електронних систем керування робочими процесами, застосуванням інжекторних систем з безпосереднім впорскуванням палива, використанням наддуву, пошарового впорскування палива, збільшенням ступеню стискання, зменшенням витрат енергії на привод паливного обладнання, збідненням робочих сумішей тощо;

Двигуни з карбюратором поступаються місцем більш досконалим інжекторним системам;

Рис. 1. Система живлення карбюраторного двигуна

2. Сучасні тенденції розвитку систем живлення двигунів повітрям:

На сьогодні використовують наддування за ступенем підвищення тиску π_к (відношенням тиску подачі пальної суміші в циліндр до тиску навколишнього середовища):

- З низьким наддуванням π_к ≤1,9, який забезпечує приріст потужності на 20…35%;

- З середнім наддуванням 1,9≤ π_к ≤2,5 який забезпечує приріст потужності на 35…50%;

- З високим наддуванням π_к> 2,5 який забезпечує приріст потужності на 50% і більше;

На автомобільних двигунах використовуються всі системи наддування.

Наддування у більшості здійснюється механічними відцентровими, пластинчатими, роторними з гвинтовими лопатями та роторно-поршневими нагнітачами, або використовується динамічне та резонансне наддування.

- Останнім часом у багатьох двигунах використовується наддування

повітря з використанням енергії відпрацьованих газів, двигуна, комбіноване (механічне та з використанням енергії відпрацьованих газів), хвильових коливань (динамічний та резонансний наддування) за рахунок зміни довжини впускного колектора.

В процесі роботи двигуна повітря в трубопроводі здійснює коливальні рухи. Якщо підібрати потрібну довжину впускної труби, можна добитися, того щоб у момент відкриття впускного клапана до нього підходила чергова хвиля тиску. Це дозволяє поліпшити наповнення циліндра. Але двигун - агрегат багато режимний, тому на різних обертах вимагається, різна довжина впускної труби. Плавне регулювання довжини трубопровода, технічно важке завдання. Запропонувавши повітрю два шляхи: довгий - в режимі максимального крутного моменту і короткий - в режимі максимальній потужності, можна значно поліпшити показники двигуна.

- Для забезпечення подачі в циліндри необхідної маси повітря використовуються автоматичні електронні системи керування подачею повітря;

- На багатьох двигунах для охолодження повітря використовуються інтеркулери, що дає змогу збільшити масу заряду повітря, який поступає в циліндр.