Система впуска автомобиля
Двигатели автомобиля постоянно совершенствуются, что в свою очередь приводит не только к осложнению конструкции узлов и механизмов, но и появлению новых систем. Таковой, к примеру, является система впуска, которая появилась с широким внедрением электроники в конструкции силовых установок.
На карбюраторных моторах впускная система отсутствовала как таковая, хотя ее некоторые составные части использовались – воздухозаборник, фильтрующий воздушный элемент, коллектор. В их задачу входила подача воздуха в двигатель, а после прохождения воздушного потока через карбюратор – топливовоздушной смеси в цилиндры. С появлением инжекторов с электронным управлением, конструкция элементов, обеспечивающих наполнение воздухом камер сгорания, усложнилась, добавились новые, в результате образовалась полноценная система впуска.
Система продолжает выполнять все ту же задачу – наполнение цилиндров воздухом. Но за счет использования электронного управления, удается обеспечить заполнение цилиндров оптимальным количеством воздуха в любых режимах работы мотора. Это позволяет поддерживать требуемые пропорции топливовоздушной смеси для получения максимального выхода мощности при минимально возможном расходе топлива. Оптимальная пропорция для смеси является 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива. Именно этот состав и старается поддерживать впускная система практически на любом режиме работы мотора.
Конструкция
Такое функционирование системы впуска обеспечивается использованием электроники. А это значит, что все составные элементы ее делятся на три основных категории:
- Следящие устройства (датчики)
- Блок управления (ЭБУ, он же ЭСУД)
- Исполнительные механизмы
Первые контролируют ряд параметров и на основе их показаний ЭБУ подает сигналы на исполнительные устройства, благодаря чему и корректируется количество подаваемого воздуха.
Система впуска Audi RS4
Следящих устройств, используемых в конструкции впускной системы – достаточно много. Она включает в себя такие датчики как:
Система впуска Audi RS4
- массового расхода воздуха или ДМРВ (расходомер);
- температуры воздуха в коллекторе;
- давления (атмосферного, в коллекторе);
- положения заслонок;
- положения клапана системы рециркуляции отработанных газов.
Это общий перечень следящих устройств, которые может включать система впуска. В определенных конструкциях моторов каких-то из них может и не быть. К примеру, на некоторых моторах ДМРВ не устанавливается, а его функцию выполняет датчик давления в коллекторе.
Основными из указанных следящих устройств являются ДМРВ и температурный датчик. Они подают на блок управления информацию о нагрузке на силовую установку. Остальные же датчики являются вспомогательными и обеспечивают информацией, на основе которой ЭБУ принимает более верные решения.
Датчик температуры воздуха в коллекторе
Поскольку впускная система, как и другие, управляется ЭБУ, то понятно, что она взаимодействует с рядом из них. Ее работа «переплетается» с системами:
- впрыска;
- рециркуляции отработанных газов;
- улавливания топливных паров.
Также она взаимодействует с усилителем тормозной системы (вакуумным).
Элементы впускной системы
Конструкция исполнительного механизма включает в себя ряд элементов, указанных выше, а также некоторые другие. Он включает в себя:
- заборник;
- фильтрующий элемент;
- дроссельный узел;
- коллектор;
- соединительные трубопроводы;
- резонатор.
В инжекторных системах с прямым впрыском исполнительный механизм включает в себя также впускные заслонки.
Коллектор в системе прямого впрыска автомобилей VW
Назначение составных частей. Принцип работы
Всасывание воздуха, как и ранее, производится за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах на такте впуска (поршень уходит вниз, впускные клапаны открыты).
Заборник обеспечивает всасывание воздуха из атмосферы. Фильтрующий элемент проводит его очистку от загрязняющих элементов (фильтр – целлюлозный и относиться к расходным материалам).
Резонатор устанавливается на впуске до воздушного фильтра, также может быть малый резонатор после него и перед дроссельной заслонкой. Его основной задачей является снижение шума, исходящего от двигателя при сгорании топлива и разделение воздушных потоков. И это не все, еще он сглаживает пульсации воздуха и защищает двигатель от гидроудара.
Основным дозирующим элементом является дроссельный узел. За счет заслонки он регулирует объем воздуха, подающегося в коллектор. Дроссельная заслонка присутствовала и в карбюраторном двигателе. Но там ее открытие управлялось водителем за счет механической связи ее с педалью газа. В современном инжекторе же все чаще дроссель работает от электрического привода, которым управляет ЭБУ. Это позволяет, на основе показаний датчиков, а также положения педали акселератора, блоку определить угол открытия заслонки, чтобы обеспечить подачу точного количества воздуха.
Впускная система двигателя с непосредственным впрыском топлива
В дизелях и инжекторных моторах с непосредственным впрыском коллектор обеспечивает распределение поступающего воздуха по цилиндрам. В инжекторах же с распределенной подачей топлива он дополнительно используется для обеспечения смесеобразования (в коллектор устанавливают форсунки, которые впрыскивают бензин в проходящий поток). Также разрежение, создающееся в коллекторе, используется для функционирования усилителя тормозов, он включает в себя еще и клапан системы рециркуляции отработанных газов.
Впускная система функционирует очень просто: за счет такта впуска цилиндры создают разрежение, что приводит к засасыванию воздуха из атмосферы. При этом датчики улавливают требуемые параметры – скорость его движения, температуру перед и за дросселем и т.д. На основе этих данных, положения педали газа, а также на информации, поступающей от датчиков системы впрыска, ЭБУ подает сигнал на привод дроссельного узла, и его заслонка открывается на угол, который обеспечит подачу в коллектор требуемого количества воздуха.
Поскольку ЭБУ собирает информацию со всех следящих устройств постоянно, то реакция на изменение режима работы мотора – очень высокая, соответственно система впуска быстро подстраивается под новые условия, обеспечивая оптимальное смесеобразование.
Новые наработки
Конструкторы постоянно совершенствуют устройство составных частей двигателя, касается это и системы впуска.
Они улучшают используемые датчики, чтобы повысить их точность и долговечность. В основном, это сводится к использованию новых принципов работы.
Более интересными являются наработки, касающиеся конструкции элементов исполнительного механизма, в частности – коллектора.
К примеру, инжекторные моторы с прямым впрыском оснащаются коллекторами с дополнительными заслонками – впускными (они же – вихревые). При этом вносятся конструктивные изменения и в головке блока. Такая впускная система подразумевает наличие двух каналов подачи воздуха к впускным клапанам. И разделение этих каналов делается в головке блока. Используемые впускные заслонки применяются для перекрытия этих каналов.
Система впуска такой конструкции позволяет получить три типа смесеобразования для обеспечения максимально эффективной работы силового агрегата:
- Послойное
- Обедненное гомогенное
- Стехиометрическое гомогенное
А суть этой доработки сводится к тому, что на определенных режимах впускные заслонки перекрывают тот или иной канал, чтобы получить требуемое смесеобразование.
Еще один вариант конструктивного исполнения коллектора впускной системы – переменной длины. Суть работы этого коллектора сводится к тому, что при холостом ходу воздух движется по длинному пути, но при начале работы мотора под нагрузкой открывается специальный клапан, который сокращает путь движения воздуха, что обеспечивает более быстрое наполнение цилиндров воздухом.
Коллектор двигателя HEMI
В дальнейшем, возможно появление еще каких-то более интересных решений для получения максимальной эффективности работы этой составляющей силового агрегата.
Системы, обслуживающие дизель
3.3.1. Топливная система (рис. 1.4) служит для подачи дозированных порций топлива, различных для разных режимов нагрузки. Порции топлива впрыскиваются под высоким давлением в вихревые камеры, распыливаются на мельчайшие капли. При этом обеспечивается регулярность и требуемая последовательность впрысков.
Топливоподающий насос 10 забирает топливо из расходного бака по трубопроводу 9 и под давлением по трубопроводу 8 подает его к топливному фильтру 6. Из фильтра очищенное топливо поступает по трубопроводу 7 к топливному насосу высокого давления 2, откуда по трубопроводам высокого давления 3 подается к форсункам 4 и впрыскивается в вихревые камеры, где и распыляется. Топливо, просочившееся между иглой и корпусом распылителя форсунок, по трубопроводу 5 отводится в топливный фильтр 6.
Рисунок 1.4 – Схема топливной система дизеля 5Д4 (4 Ч 8,5/11):
1- сливная трубка; 2 — топливный насос; 3 — трубопровод высокого давления;
4 — форсунка; 5 — трубопровод слива топлива из форсунок; 6 — топливный фильтр; 7 — трубка от фильтра к топливному насосу; 8 — трубка от топливоподкачивающего насоса к фильтру; 9 — подвод топлива; 10 — топливоподкачивающий насос.
3.3.2. Система смазки (рис. 1.5) обеспечивает подачу масла ко всем трущимся поверхностям дизеля и очищает его от загрязнения.
Масло из поддона 12 через приемный фильтр 2 насосом 4 подается к фильтру грубой очистки 6. Часть очищенного в фильтре 6 масла проходит через фильтр тонкой очистки 11, очищается в нем и сливается в поддон. Основная часть масла поступает в центральный масляный канал, откуда по трубопроводам 10 к подшипникам коленвала и распредвала.
По сверлениям коленвала масло от рамовых (коренных) подшипников поступает к мотылёвым (шатунным) подшипникам и далее по каналам в шатунах масло поступает к подшипникам в верхние головки шатунов 9. Распределительные шестерни, кулачки распределительных валов, толкатели, втулки цилиндров, подшипники качения смазываются разбрызгиванием.
Давление в системе контролируется манометром 5, а температура масла термометром 3. Уровень масла в поддоне 12 проверяется маслощупом 14.
Рисунок 1.5 – Схема масляной система дизеля 5Д4 (4 Ч 8,5/11):
1 — слив масла из поддона; 2 — приемный фильтр; 3 — термометр; 4 — масляный насос; 5 — манометр; 6 — фильтр грубой очистки масла; 7 — холодильник (дизели 6ч); 8 — маслопровод к фильтру тонкой очистки масла; 9 — маслопровод к пальцу поршня; 10 — маслопровод к подшипникам коленчатого и распределительного валов; 11 — фильтр тонкой очистки масла; 12 — поддон; 13 — кран (кроме дизелей 4чСП8,5/11 и 10Д6); 14-маслошуп.
3.3.3. Система охлаждения в дизель-компрессорной установке 2-х контурная. Система охлаждения служит для отвода тепла от рабочих втулок, крышек, поршня и поддержания номинального температурного режима.
Первый контур (рис. 1.6) – система пресной воды, циркулирующей под давлением для охлаждения дизеля. Насос 8 нагнетает воду в коллекторе 5, откуда вода поступает в блок цилиндров 4 и крышки цилиндров. После их охлаждения нагретая вода нагнетается в водяную полость выхлопного коллектора 2 и далее в расширительный бачок 1, через нижний патрубок к термостату 6 и в холодильник 7, где охлаждается проточной водой подаваемой через патрубок 9. Когда температура циркулирующей воды ниже 80 °С, термостат 6 автоматически направляет весь её поток к насосу, минуя холодильник.
Для удаления воздуха и паров воды из системы охлаждения служит краник 3 на выхлопном коллекторе 2, а для слива воды — краники на блоке и холодильнике и пробка на насосе (на схеме не указаны). При минусовой температуре окружающего воздуха в систему охлаждения рекомендуется заливать низкозамерзающие жидкости (антифризы).
Рисунок 1.6 – Схема 1-го контура системы охлаждения дизеля (пресная вода):
1 — расширительный бачок; 2 — выхлопной коллектор; 3 — краник спуска воздуха; 4 — блок цилиндров; 5 — коллектор-распределитель; 6 — термостат; 7 — холодильник; 8 — насос; 9 — подвод проточной воды (забортной).
Рисунок 1.7 – Схема 2-го контура системы охлаждения дизель-компрессорной установки:
1 — бак технической воды; 2 — мерное стекло; 3 — охладитель масла дизеля; 4 — охладитель воды дизеля; 5 — насос воды 2-го контура (навешенный на дизель); 6 — воздушный компрессор; 7 — охладитель воздуха 1-й ступени; 8 — охладитель воздуха 2-й ступени.
Второй контур (рис. 1.7) – проточная система для охлаждения дизеля и воздушного компрессора под давлением. Вихревой насос 5 забирает воду из блока технической воды 1 и под давлением нагнетает её в охладитель масла 3 дизеля, откуда вода поступает в охладитель воздуха 7 первой ступени, далее в зарубашечное пространство воздушного компрессора 6 для охлаждения ЦПГ. Из компрессора вода направляется в охладитель воздуха 2-й ступени и по трубопроводу возвращается обратно в бак 1. Таким образом, обеспечивается непрерывность подаваемой воды 2 контура в условиях лаборатории.
В судовых условиях вода для охлаждения дизель-компрессорной установки забирается из кингстона и после прохождения всех элементов установки отводится за борт.
3.3.4. Система впуска свежего заряда и выпуска отработанных газов.
Система впуска свежего заряда состоит из воздушного сетчатого фильтра, установленного на впускном патрубке 15 (рис. 1.2). Всасывание воздуха осуществляется из помещения.
Система выпуска отработанных газов состоит из охлаждаемого выхлопного коллектора 16 (рис. 1.2), глушителя и газоотводящего трубопровода, трубопровод теплоизолирован во избежание ожогов обслуживающего персонала.
3.3.5. Система пуска дизеля электростартерная от аккумуляторных батарей. В лабораторной установке вместо аккумуляторов установлен выпрямитель, включение, в цепь которого осуществляется пакетным и кнопочным включателями. В системе пуска имеются свечи накаливания 11 (рис. 1.2), которые установлены в вихревых камерах головок цилиндров 12 (рис. 1.2) и служат для обеспечения пуска дизеля. На приборной доске имеется индикатор свечей накаливания.
Содержание отчета
4.1. Основные технические характеристики дизеля.
4.2. Назначение, схема и состав систем, обслуживающих дизель: топливный, масляной, водяной (1-го и 2-го контура), запуска, впуска свежего заряда и выпуска травленых газов.
4.3. Круговая диаграмма фаз газораспределения.
4.4. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
5.1. Какой поршневой двигатель внутреннего сгорания называется дизелем?
5.2. Расшифруйте марку дизеля 4 Ч 8,5/11. Приведите примеры других марок.
5.3. В чем разница между 2-х и 4-х тактными ДВС?
5.4. Какие способы смесеобразования в ДВС вы знаете?
5.5. Дайте четкое определение Рс, Рz, e.
5.6. Что такое порядок работы цилиндров?
5.7. Что такое угол заклинки мотылевых (шатунных) шеек коленвала и как он определяется в 2-х и 4-х тактных ДВС?
5.8. Что такое угол определения начала подачи топлива и для каких целей он устанавливается?
Литература
1. Дизели Ч8,5/11 — Руководство по эксплуатации.
2. Ваншейдт В.А., Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей. – Л.: Судостроение, 1969. — 640 с.
3. Миклос А.Г., Чернявская Н.Г. Судовые двигатели внутреннего сгорания. – Л.: Судостроение, 1971. — 400 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
на тему «ЗАПУСК, ОБСЛУЖИВАНИЕ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ И ОСТАНОВКА ДИЗЕЛЯ 5Д4 (4Ч8,5/11)»
1. Цель работы: Изучить и получить твердые навыки по выполнению основных действий технической эксплуатации дизеля – запуска, обслуживания при работе и остановке дизеля
2. Порядок выполнения работы:
2.1. Под руководством преподавателя (лаборанта) студенты изучают требования позиций 3, 4, 5, 6, 7, 8.
2.2. После объяснения преподавателем студенты самостоятельно выполняют лабораторную работу в присутствии преподавателя (лаборанта).
2.3. Показания контрольно-измерительных приборов заносятся в свободную таблицу результатов.
