Двигатели и техните системи: горивна и въздухоснабдителна система

 

Системите, без които един двигател с вътрешно горене не може да работи са: горивна система, въздухоснабдителна система, запалителна система (за бензиновите двигатели), смазочна система, охладителна система, изпускателна система, подгревателна система.

Горивна система на ДВГ

Фиг.40. Устройство (елементи) на горивната система на ВАЗ 2108

Легенда:1-филтър за фино пречистване на горивото, 2-маркуч за подвеждане на гориво към горивната помпа, 3-горивна помпа, 4-заборник за подаване на загрят въздух, 5- обратен клапан, 6- маркуч за отвеждане на излишното гориво от карбуратора, 7- заборник за подаване на студен въздух, 8-терморегулатор, 9- въздушен филтър, 10- карбуратор, 11- тръбопровод за изливане на излишното гориво в резервоара, 12- тръбопровод за подвеждане на гориво от резервоара към системата, 13- горивен резервоар, 14- фланец на датчика на нивото на горивото в резервоара, 15- маркуч на сепаратора, 16- маркуч на наливната тръба, 17- наливна тръба, 18- капачка на наливната гърловина, 19- маркуч на двуходовия клапан, 20- двуходов (двоен) клапан.

Предложената схема на фиг.40 е за по-старите модели автомобили снабдени с карбуратор. Съвременните автомобили са с друга конфигурация на горивните им системи.

По принцип горивната система на двигателя е с две предназначения:

• Да съхранява необходимото количество гориво;
• Да подава горивото в цилиндрите на двигателя.

За да изпълнява своето предназначение горивната система се състои от следните основни елементи:

• Резервоар за гориво;
• Горивна помпа;
• Филтри на горивото (груб и фин);
• Ръчна горивоподкачваща помпа;
• Гориво нагнетателна помпа и дюзи;
• Устройство за образуване на гориво въздушната смес;
• Горивни тръбопроводи;

 Резервоар за гориво

Предназнаен е да съхранява необходимото за работа на двигателя гориво. Изработен е от алуминий или пластмаса. Той е с различна вместимост. За различните типове автомобили,  горивото трябва да осигури минимум 450 – 500 км движение на автомобила. Обикновено е с капацитет от 45-60 литра за леките автомобили и до 300 и повече литри за товарните автомобили. Вътре резервоара е разделен с прегради (сепаратори), които да намаляват „люшкането“ на горивото при движенеито на автомобила. На резервоара са разположени технологични отвори за закрепване на датчика (сондата) за гориво, електрическата горивоподкачваща помпа и накрайник за присъединяване на маркуча отвеждащ излишното гориво от системата при работа на двигателя.

Фиг.41. Горивни резервоари

 Горивна помпа

Тя е електрическа 12/24 V и е потопена в резервоара. Предназначена е да създаде налягане в тръбопроводите и да осигури постъпването на гориво в устройството където се образува горивовъздушната смес. Потопяемите помпи се охлаждат от преминаващото през тях гориво. Затова не е препоръчително резервоарът да остава без гориво, защото помпата може да изгори. Електрическите горивни помпи са с двупроводна електрическа инсталация и отделен предпазител. Те се включват и започват да работят веднага със звъртането на контактния ключ, така, че предварително да нагнетят гориво в тръбопровода. В случай, че няма пълно завъртане на ключа и запускане на двигателя те автоматично се изключват.

Фиг.42. Електрическа горивна помпа (потопяема)

Има и външни както електрически така и механични (ръчни) горивни помпи. Външната електрическа помпа за ниско налягане за гориво е за 12 или 24V.

Фиг.43. Електрическа горивна помпа (външна)

Приложение: За двигатели с карбуратори, мотоциклети, АТВ, трактори и др. Подходяща за работа с бензин и дизелово гориво.

Характеристики:

• Дебит: 100л / мин
• Налягане: 3-6 psi
• Номинално напрежение : 12V
• Консумация: 1.5 – 3А
• Диаметър на накрайника: 8мм
• Тип на помпата: външна, непотопяема, с бутало на принципа на електромагнит (не е роторна)

Ръчна (механична) горивоподкачваща помпа

Предназначена е да даде възможност в случай, че двигателят не е работил продължително време, да подкачи гориво, да запълни тръбопроводите и поплавковата камера на карбуратора с бензин и създаде условия за бързо пускане на двигателя. Такава помпа е характерна за по-старите марки автомбили.

Фиг.43.A. Ръчна (механична) горивоподкачавща помпа

Филтри на горивото

Предназначени са да пречистват (филтрират) преминаващото гориво от различни замърсители вътре в него. Състоят се от тяло (корпус) от пластмаса или алуминий, филтриращ елемент и входящи и изходящ присъединителен щуцер. Филтриращият елемент обикновено е хартиен тип и се намира вътре в корпуса. Корпуса е неразглобяем и като цяло горивния филтър при неговата смяна се изхвърля. В по-старите модели автомобили има филтър за грубо почистване и филтър за фино почистване. Дизеловите двигатели са много зависими от чистотата на горивото поради което при тях изискванията за почистване на постъпващото гориво са по-големи. На корпуса има отбелязана стрелка която посочва как той трябва да се присъедини към горивната система, т.е. кое е вход и кое изход на филтъра.

Фиг.44. Горивен филтър

Устройства за образуване на гориво въздушната смес за бензиновите двигатели

Устройствата, които образуват гориво-въздушната смес са предназначени в зависимост от натоварването на двигателя и степента на отваряне на дроселовата клапа да подадат необходимото количество гориво и въздух, (в съответните пропорции) които да се смесят и постъпят в цилиндрите на двигателя.

Горивовъздушната смес се образува в:

• Карбуратори;
• Електронни дозиращи системи (инжекционни устройства).

Карбураторите са механични/електромеханични устройства, в които горивото постъпва в специална поплавкова камера, от където чрез система от канали и жигльори в тях постъпва в засмукващия тръбопровод с дроселова клапа в него. От там то се насочва в смукателния колектор и постъпва в този цилиндър, чийто всмукателен клапан е отворен.

При карбураторите дозирането на горивото е във функция от това доколко е отворена дроселовата клапа. Има карбуратори с две дроселови клапи, като втората се отваря над определени обороти на двигателя.

Фиг.45. Карбуратор

Съществуват и електронни дозиращи системи (фиг.45 А и Б). Най-известни са тези на базата Jetronik, Motronik. При тях е налице микрокомпютър с вградена в неговата памет триизмерна електронна диаграма на изменение на въртящия момент във функция от оборотите, отварянето на дроселовата клапа и въртящия момент подава в точния момент, точното количество гориво на съответния цилиндър през специални инжекционни устройства. Идеята на този вид дозиране на горивото е микрокомпютъра да отчита във всеки един момент на времето точно цитираните по горе величини и да изчислява необходимото количество гориво, което да се подаде за необходимото време. За целта на електрическите дюзи се подава сигнал, те се отвартят за точно определено време и по-този начин се получава точно дозиране на горивото.

Фиг.45.А. Схема на електронна дозираща система

Легенда: 1-горивна помпа, 2-акумулатор за гориво, 3-термодатчик, 4-впръскваща дюза, 5-пускова дюза, 6-дозатор-разпределител на гориво, 7-регулатор на налягането, 8-разходомер за въздуха, 9-горивен филтър, 10-клапан за добавъчен въздух.

Легенда:1-резервоар за гориво, 2-горивна помпа, 3- горивен филтър, 4- разпределителна линия (шина), 5- регулатор на налягането, 6- електронен блок за управление (микрокомпютър), 7- инжекционна дюза, 8- стартова дюза, 9- винт за регулиране на празния ход, 10- потенциометър на дросела, 11- дроселна клапа, 12- разходомер на въздуха, 13- блок на релетата, 14- датчик за концентрацията на кислород, 15, 16- температурен сензор, 17- сензор на разпределителя на запалването, 18- клапан за допълнително подаване на въздух, 19- регулиращ винт за качеството (състава) на сместта на празен ход, 20- батерия, 21- ключ за запалване, 22- сензор за температурата на въздуха.

Фиг.45.Б. Схема на електронна дозираща система 

Гориво нагнетателна помпа за дизеловите двигатели

При дизеловите двигатели горивото постъпва в цилиндрите на двигателя не чрез карбуратор, а чрез гориво нагнетателна помпа (ГНП) и дюзи. Това е продиктувано поради другият начин на смесо образуване и възпламеняване на гориво въздушната смес.

Предназначението на ГНП е да подаде под необходимото налягане в точно определения момент, за определено време, необходимото количество дизелово гориво в съответния цилиндър съгласно реда за работа на цилиндрите на двигателя.

Съществуват няколко вида ГНП – редови, разпределителни и магистрални.

Редовите ГНП са „най-стари“ или „традиционни“ в конструкциите на дизеловите двигатели. Въпреки това те са много надеждни и до днес и имат дълъг експлоатационен живот. Наименованието им произлиза от факта, че цилиндърчетата и буталата, които създават налягане за горивото за всеки един цилиндър са подредени в една линия (ред).

Разпределителните ГНП се характеризират с по-плавна и стабилна работа и с по-малки габарити. Те се произвеждат в две модификации – роторни и бутални, както и такива с вътрешно или външно разположение на гърбичния вал.

Магистралните ГНП се характеризират с това, че притежават най-добра управляемост на процеса на възпламеняване. Използват се в двигатели със системата Common Rail. Максималният контрол върху горенето на гориво въздушната смес се осигурява  благодарение на това, че горивото се подава не директно в горивната камера на цилиндъра на двигателя, а в шина (магистрала) изпълняваща функцията на предварителен акумулатор. Работата на помпата се контролира от електронна система за управление.

 

Фиг.45.В. Гориво нагнетателна помпа редови тип за дизелов двигател

Общо устройство на редова ГНП:

Най-общо устройството на редовата  ГНП е следното. Тя се състои от помпени елементи. Техният брой е равен на броя на цилиндрите на двигателя. Помпените елементи са поместени в тяло (корпус). В неговата долна част (на корпуса) е монтиран вал с гърбици. Валът се задвижва от предавателен механизъм. Помпеният елемент представлява една прецизна двойка между бутало и цилиндър, с хлабина между тях от порядъка на 0,002 микрона. Връзката на буталото на помпения елемент със съответната гърбица на вала се осъществява чрез ролка с повдигач. В горната част на цилиндъра е изработен нагнетателен отвор с монтиран в него нагнетателен клапан. Освен това на буталото е изработен специален спирален канал, който на практика свързва буталото с постъпващото в помпата гориво. Чрез завъртане на буталото около неговата надлъжна ос се променя количеството гориво постъпващо в помпата. Завъртането се осъществява чрез специална зъбна рейка, завъртаща зъбния венец на помпата, а той, чрез втулка- буталото.

Гориво нагнетателната помпа е сложен агрегат. Освен цитираните основни елементи на нея са монтирани и редица други свързани с нейната работа елементи като система за смазване, регулатор на минимални и максимални обороти, система за извеждане на остатъчното гориво, центробежен регулатор на честотата на въртене и др.

Фиг.45.Г. Гориво нагнетателна помпа тип „Common rail“ за дизелов двигател

Общо устройство на нагнетателната помпа тип „CР1“

Най-разпространени в момента в света са гориво нагнетателните помпи на „Бош“, които са предназначени за работа чрез системата „Common Rail“  в дизеловите двигатели. На лице са вече  няколко поколения такива помпи, които са от типа „CP“  с индекс 1, 2, 3 или 4( CP1, CP2, CP3, CP4), като цифрата след буквеното означение означава от кое поколение е нагнетателната помпа. След цифрата може да има допълнителна буква К или S. „K“ означава, че помпата е изпълнение в компактен вариант, а „S“ означава, че дизайнът е стандартен, но с регулатор на налягането в корпуса на помпата.

Какво е характерно за устройството на помпите от първо поколение? В тези системи е налице потопяема електрическа горивна помпа, която подава горивото от резервоара  към помпата под налягане от 2,6 бара с дебит от 160 л/час. Помпата работи непрекъснато. Излишното гориво е предвидено през предпазен клапан да се връща обратно в резервоара.

Помпата CP1 има три бутала, разположени радиално един спрямо друг под ъгъл 120 градуса. В средата на корпуса на горивната помпа се намира приводния вал. Буталата се задвижват от ексцентриков гърбичен механизъм директно от разпределителния вал чрез съединителен елемент. На лице е регулатор на налягането на горивото. Тази помпа няма клапан за дозиране на горивото. Помпата създава налягане в горивната рампа (магистрала) в границите от 170 до 200 бара на празен ход и 1350 бара на максимални обороти. Във входящата магистрала, тази която е за ниско налягане на горивото е предвиден специален клапан, който пропуска част от горивото за смазване на вътрешната повърхност на помпата. Пружината на клапана е регулирана така, че при налягане по-малко от 0,8 бара горивото  да се насочва за смазване на самата помпа и за нейното охлаждане , след което се отвежда обратно в резервоара. При по-високо налягане от 0,8 бара пружината се свива и голяма част от горивото се подава към буталните двойки за сгъстяване.

Дюзи за впръскване на горивото

Фиг.45.Д. Дюза за впръскване на гориво

Дюзата е предназначена да впръсне непосредствено преди всмукателния клапан(за бензиновите двигатели) или директно в горивната камера(за дизелите) под високо налягане подадената и от горивонагнетателната помпа порция гориво. Впръсканото гориво трябва да бъде под формата фина мъгла. Това ще осигури нейното оптимално изгаряне. Така например когато горивото се подава от обща рейка, то трябва да е под налягане  от порядъка на 3-6 бара.  При директно впръскване в горивната камера налягането може да достигне до 350 бара, а при системите Common rail – до 2500 бара.

Най-общо всяка една дюза се състои от корпус, в който са поместени прецизна двойка бутало-гилза и разпръсквач. Освен това има пружини, входящ щуцер, уплътнителен пръстен, електромагнит  и крепежен елемент на тялото.

Въздухоснабдителна система 

Предназначението на тази система е да осигурява в необходимото  количество и качество атмосферен въздух необходим за ефективната работа на двигателя. Въздухоснабдителната система се състои от въздушен филтър и тръбопроводи. В практиката са се наложили три вида филтри – контактни, инерционни и комбинирани.

Контактните филтри работят на принципа на контакта между постъпващия въздух и филтриращия елемент, като последния задържа мръсните частици във въздуха, които са с някакви допустими размери и маса. Периодично филтриращият елемент трябва да се почиства, промива  или сменява.

Инерционните филтри работят на принципа на „инерцията“. Постъпващият с висок скорост въздух се завихря в така наречените циклонни устройства, където мърсотията в него или така наречените твърди частици се удрят в стената на циклона и падат в камера играеща ролята на уловител или утаител. Въздухът продължава своето движение пречистен от тези частици.

Най-добро пречистване се получава, когато се ползва комбинирания метод на контактно-инерционно пречистване. При него степента на прочистване е над 99%.

 

 

Фиг.46. Въздушен филтър (контактен тип) 

Инерционно контактните въздушни филтри (така наречените въздухоочистители) се използват в танковете, и други бойни машини снабдени с газово-турбинни двигатели, където изискванията към степента на пречистване на въздуха са големи. На базата на инерционно контактния принцип работят почти всички съвременни прахосмукачки – засмукваният въздух от турбината се пречиства контактно (чрез хартиен или НЕРА филтър) и инерционно.