МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАІНИ
Національний Транспортний Університет
Кафедра "Автомобілі"
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
З ДИСЦИПЛІНИ “АВТОМОБІЛІ”
Частина 4
Сучасні тенденції розвитку конструкції автомобіля.
для студентів спеціальності
"Автомобілі та автомобільне господарство”
денної форми навчання
Завідувач кафедри “ Автомобілі “
Сахно В.П.
Старший викладач кафедри “Автомобілі”
Ковальчук Г.О.
Київ 2013 р.
ЛЕКЦІЯ
Тема: Сучасні тенденції розвитку систем живлення дизеля та двигуна із впорскуванням бензину
Мета: Вивчити сучасні тенденції розвитку систем живлення дизеля та двигунів із впорскуванням бензину.
Час - 2 години.
Навчально – методичне забезпечення: Мультимедійний проектор, екран, ноутбук, зразки рекомендованої літератури.
Питання, що розглядаються:
1.Сучасні тенденції розвитку систем живлення двигунів із впорскуванням бензину.
2.Сучасні тенденції розвитку систем живлення дизеля.
Список рекомендованої та використаної літератури:
1. Транспортна стратегіяУкраїни до 2020 року.
2. Концепсія розвитку автомобільної промисловості та регулювання ринку автомобілів у період до 2015 року.
3. Програма розвитку легкового автомобілебудування в Україні до 2020 року.
4. Автомобілі. Навчальний посібник. М.Ю. Основенко, В.П. Сахно.1992р.
5. Автомобілі. Основи конструкції, теорія. Навчальний посібник.
В.І. Сирота, В.П. Сахно . 2007 р.
6. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник. В.І.Сирота. 2006 р.
7. Автомобиль. Анализ конструкции, елементы расчета. Учебник.
В.В. Осепчугов, А.К.Фрумкин.
8. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник. Н.Н.Вишняков и другие.
9. Автомобілі. Тягово-швидкісні властивості та паливна економічність: Навч. посібник. . Сахно В.П., Безбородова Г.Б., Маяк М.М., Шарай С.М – К.: В-во “КВІЦ, 2004. – 174 с.
10. Основи конструкції автомобіля. Навчальний посібник в електронному вигляді. Г.О. Ковальчук, В.П. Сахно. 2011р. - 805с.
11. Автомобільні двигуни. Підручник. Ф.І. Абрамчук та ін. Вид. Арістей. 2006 р. 475 с.
12. Програми самонавчання.
Система живлення двигунів із впорскуванням легкого палива
Вимоги по підвищенню паливної економічності, покращенню енергетичних показників, зменшенню шкідливих речовин у відпрацьованих газах привели до відмови від виробництва карбюраторних двигунів та до застосування у двигунах внутрішнього згоряння систем впорскування бензину. У двигунах з системами впорскування бензину, на відміну від карбюраторних двигунів, безперервно дозовано впорскують порції палива в залежності від кількості поданого у циліндр повітря, яке вимірюється витратоміром, що зв’язаний з дозатором-розподільником.
Застосування систем впорскування бензину у поєднанні з електронними системами керування дозволило більш рівномірно дозувати паливо по циліндрах двигуна, збільшити коефіцієнт наповнення циліндрів та збільшити літрову потужність, знизити токсичність відпрацьованих газів, збільшити ступінь стискання без детонації, покращити ресурс роботи двигуна. Разом з тим системи з впорскуванням бензину більш складні та мають велику собівартість, потребують використання складного діагностичного та ремонтного обладнання і високо кваліфікованого обслуговуючого персоналу.
Переваги систем живлення із впорскуванням бензину:
- більш рівномірний розподіл палива по циліндрах (не більше 4%, проти 12…20% у карбюраторних системах живлення);
- більш високий коефіцієнт наповнення циліндрів свіжим зарядом (у впускному трубопроводі відсутні дифузори, розпилювачі тощо);
- можливість підвищення ступеню стискання без небезпеки виникнення детонації, особливо при безпосередньому впорскуванні палива в циліндр;
- більший кут перекриття клапанів та продувка камери згоряння повітрям;
- зниження токсичності відпрацьованих газів за рахунок більш повного згоряння робочої суміші.
Сучасні тенденції розвитку систем живлення двигунів з впорскуванням бензину:
- Спостерігається тенденція широкого застосування багато точкового безпоседнього багатошарового впорскування бензину в циліндр і зменшується використання одинарного моно інжекторного; Набуває широкого розповсюдження багатоточкова інжекторна акумуляторна система живлення;
- Намітилась тенденція збільшення ступеню стискання за рахунок використання більш якісного бензину та електронних автоматичних систем керування роботою системи живлення;
- Автомобілі використовують більш дешевий у порівнянні з
бензином газ (метан, пропан та бутан, водень, тощо).
Сучасне моторобудування все більше використовує безпосереднє упорскування палива в циліндри. Ідея подавати паливо безпосередньо в циліндри уперше впроваджена в життя інженерами компанії Robert Bosch ще в 30‑х роках XX століття при конструюванні авіаційних двигунів, причому управління системою було механічним.
Рис. 1. Акумуляторна багатоточкова система живлення двигуна Ауді з безпосереднім впорскуванням бензину
Рис. 2. Багатоточкова акумуляторна система живлення двигуна V8 FSI з двома паливними насосами і прямим впорскуванням бензину безпосередньо в циліндр
Рис. 3. Система живлення двигуна V6 VW (Магістраль низького тиску)
Великий крок в розвиток і впровадження цих систем зробила компанія Mitsubishi зі своїми двигунами GDI. Унікальність цього двигуна була в тому, що він міг працювати на надзбідненій паливоповітряній суміші, в якій співвідношення бензину до повітря по масі досягало 40:1, це при тому, що ідеальне співвідношення 14,7:1. Тобто настільки збіднена суміш взагалі не повинна була горіти, але завдяки спеціальній формі поршня і вузьконаправленого факела розпилювання суміш з ідеальним стехіометричним складом потрапляла прямо на свічку запалення, хоча за усім обсягом циліндра була дуже бідною.
Рис. 4. Двигун з пошаровим впорскуванням бензину
Режими впорскування в двигуні з пошаровим впорскуванням бензину:
Перший - упорскування палива відбувається на тактах впускання і стискування, цей режим потрібний для збільшення крутного моменту на малих обертах двигуна.
Другий - упорскування у момент впускання, цей режим застосовувався для досягнення двигуном максимальної потужності.
Третій - режим упорскування збідненої суміші на такті стискування застосовується для збільшення паливної економічності на режимах малого навантаження і холостого ходу.
Рис. 5. Подвійне пряме впорскування палива двигуна VW FSI
Упорскування бензину безпосередньо в камеру згорання дозволяє підвищити детонаційну стійкість двигуна, оскільки при випарі бензин забирає частину тепла у нагрітого в циліндрі повітря. Це дозволяє підвищити ступінь стискування і відповідно, зменшити витрату палива. Удосконалення системи живлення двигуна привело до підвищення собівартості виготовлення. Наприклад, паливний насос високого тиску, що розвивав 50 бар (у останніх розробках тиск досягає 2200 бар), а педаль подачі палива не має прямого зв'язку з дросельною заслінкою. Зараз багато виробників використовують безпосереднє упорскування палива в циліндри двигунів.
Загальні тенденції розвитку:
Покращення адаптивності систем.
Підвищення експлуатаційної надійності роботи.
Резервування елементів системи та можливість здійснювати роботу
двигуна при виходу з ладу елементів системи на середніх значеннях параметрів живлення.
Зниження собівартості виготовлення, експлуатації, спрощення
конструкції, зменшення маси деталей.
Тенденції розвитку елементів систем живлення:
А). По місцю впорскування:
центральне (“Моно-Джетронік”) відтісняється багатоточковим та безпосереднім;
багато точкове розподільне по циліндрах під клапани (“L-Джетронік”) продовжує удосконалюватись;
безпосереднє впорскування у циліндри одинарне або подвійне набирає все більше розповсюдження;
Б). По способу подачі палива:
постійна (“K-Джетронік”) розвивається;
циклічна (“Моно-Джетронік”) витісняється більш прогресивними способами подачі;
В). По способу регулювання кількості суміші:
Механічне регулювання витісняється автоматичним електронним;
Пневматичне регулювання також витісняється автоматичним електронним;
Електронне регулювання знаходить все більше розповсюдження;
Г). По типу дозувальних пристроїв:
плунжерні насоси продовжують використання;
дозатори-розподільники набирають все більшого застосування;
форсунки (“L-Джетронік”) продовжують використання.
Д). По параметрах регулювання складу пальної суміші:
в залежності від витрат повітря;
в залежності від розрідження у системі впуску;
в залежності від кута повороту дросельної заслінки;
Е). По способу керування системою:
програмне набирає поширення;
програмно – адаптивне (системи зі зворотнім зв’язком запровадження, синтезу, обчислення інформації (“КЕ-Джетронік” та інші)- прогресивний спосіб керування.
адаптивний, що має інформацію від багатьох датчиків, оптимізує процес впорскування за рядом параметрів: економічність, токсичність, тощо (“L-Джетронік”)- прогресивний спосіб керування.
Застосування основних систем впорскування
“Моно-Джетронік”- електронна з центральним циклічним впорскуванням палива у впускний колектор – ВАЗ і інші - відтискується біль сучасними;
“К-Джетронік” - механічна багатоточкова з безперервним впорскуванням палива - BMW, “Bольво” та інші - відтискується більш сучасними;
“КЕ-Джетронік”- електронно-механічна, багатоточкова з безперервним впорскуванням бензину –“Мерседес Бенц” та інші - відтискується;
“L-Джетронік”- електронна, багато точкова з циклічним впорскуванням бензину - BMW, “Bольво”, ВАЗ та інші - застосування розширюється;
“Мотронік”- комбінована електронна з впорскуванням палива і запалювання - BMW, “Bольво”, ВАЗ та інші - застосування розширюється;
Рис. 6. Багато точкова акумуляторна система живлення двигуна V6 VW (Магістраль високого тиску)
Система передбачає безпосереднє впорскування палива в циліндр.
Рис. 7. Схема механічної системи живлення з безперервним впоркуванням бензину “К-Джетронік”:
1 — паливний бак; 2 — паливний насос; 3 — накопичувач палива;
4 — паливний фільтр; 5 — напірний диск витратоміра повітря; 6 — дозатор-розподільник кількості палива; 7 — регулятор тиску палива; 8 — регулятор керуючого тиску; 9 — форсунка (інжектор); 10 — регулюючий гвинт холостого ходу, 11 — дросельна заслінка. Канали: А — підведення палива до дозатора-розподільника; В — заливання палива в бак; С — канал керуючого тиску; D — канал штовхаючого клапана; E — підведення палива до форсунок.
Загальний принцип дії заключається у безперервній дозованій подачі палива до форсунок, які встановлені у впускному колекторі двигуна перед впускними клапанами.
Системи живлення з впорскуванням палива “МE- Motronic (Мотронік)” і електронної цифрової системи запалювання представляє собою комплекс, що складається з апаратури впорскування палива “LE 2 – Jetronic (Джетронік)” і електронної цифрової системи запалювання знаходить все більше застосування. Об’єднаний електронний цифровий блок керування формує вихідні сигнали як для керування роботою електромагнітних форсунок, так і для керування системою запалювання. В систему "Motronic" можуть бути включені різноманітні системы впорскування, наприклад, "Мопо-Jetronic", "KE-Jetronic", " L-Jetronic" і т.п.
Цифрова система "МЕ-Мотронік" об’єднує систему впорскування палива "LE2-Jetronic", в котрій окрім клапана додаткової подачі повітря в додатковому повітряному каналі, виконаному паралельно дросельній заслінці, є повторний регулятор холостого ходу, та систему електронного запалювання VSZ.
Рис. 8. Схема системи живлення з впорскуванням палива “МE-Мотронік” і електронної цифрової системи запалювання:
1 - паливний насос, 2 - паливний бак, 3 - фільтр тонкої очистки палива, 4 - регулятор тиску, 5 – розподільник запалювання, 6 - свічка запалювання, 7 - теплове реле часу, 8 - датчик температури охолоджуючої рідини, 9 - котушка запалювання, 10 - датчик числа обертів двигуна, 11 - датчик кутових імпульсів, 12 - зубчатий вінець маховика, 13 - акумуляторна батарея, 14 – центральний блок керування, 15 – вимикач запалювання, 16 - повітряний фільтр, 17 – вимірювач кількості повітря, 18 - регулятор холостого ходу,
19 - вимикач дросельної заслінки, 20 - пускова форсунка, 21 - робочі форсунки.
1. Позитивна сторона: поєднання функцій агрегатів та датчиків дозволяє скоротити їх число; процеси запалювання і сумішоутворення оптимізуються сумісно, при цьому покращуються характеристики крутного моменту, витрати палива, складу відпрацьованих газів, покращується запуск та прогрівання холодного двигуна; є можливості для виконання інших функцій: керування автоматичною коробкою передач, антибуксовальною системою ведучих коліс, антиблокувальною гальмівною системою, кондиціонером, протиугінним приладдям і т.п.
2. Негативна сторона: складність конструкції, велика собівартість та необхідність обладнання для обслуговування та ремонту електронних приладів системи, а також необхідний високий рівень підготовки фахівців.
Існує багато різноманітних систем впорскування палива, які постійно удосконалюються, особливо їх електронні системи керування.