№1 Преимущества и недостатки автомобильного транспорта перед другими видами транспорта.

+ Возможность автоперевозки грузов «от двери до двери». Высокая маневренность, гибкость, динамичность автомобильного транспорта. Возможность использования различных маршрутов и схем доставки автомобильным транспортом. Возможность отправки груза мелкими партиями. Широкие возможности выбора наиболее подходящего перевозчика. Автомобильный транспорт обеспечивает регулярность поставки. У автомобильного транспорта наименее жесткие требования к упаковке товара. - Низкая производительность автомобильного транспорта. Зависимость автомобильного транспорта от погодных и дорожных условий. Относительно высокая себестоимость перевозок автомобильным транспортом. Большое количество экологически вредных выбросов и шума отечественных автомобилей. Срочность разгрузки. Возможны хищения груза и угона автотранспорта. Сравнительно малая грузоподъемность автомобильного транспорта. Легковые автомобили — самый расточительный транспорт по сравнению с другими видами транспорта в пересчёте на затраты, необходимые на перемещение одного пассажира. Основная доля (63 %) экологического ущерба планете связана с автотранспортом. Значительный экологический ущерб наносится окружающей среде и обществу на всех стадиях производства, эксплуатации и утилизации автомобилей, топлива, масел, покрышек, строительства дорог и других объектов автомобильной инфраструктуры. В частности, окислы азота и серы, выбрасываемые в атмосферу при сжигании бензина, вызывают кислотные дожди. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств составили 12 190,7. Также автомобильный транспорт требует хороших дорог.

№2 Загрязнение автотранспортом окружающей среды.

Первым виновником порчи атмосферного воздуха является детище научно-технического прогресса - автомобиль. Поглощая столь необходимый для жизни кислород, он интенсивно “обогащает” воздушную среду токсичными компонентами, наносящими вред всему живому и неживому/

Угарный газ и окислы азота, выделяемые из глушителя автомобиля, выступают причинами головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ воздействует на святая святых — генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам. Все эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. “Вклад” автомобильного транспорта в атмосферу составляет 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота. Автомобиль добавляет в почву и воздух тяжелые металлы, другие вредные вещества,

В результате сжигания жидкого топлива в воздух ежегодно выбрасывается, по разным оценкам, от 180 тыс. до 260 тыс. т свинцовых частиц, что в 60—130 раз превосходит естественное поступление свинца в атмосферу при вулканических извержениях (2—3 тыс. т/год). /В некоторых крупных американских, европейских и японских городах, переполненных автомобилями, содержание свинца в атмосфере уже достигло опасной для здоровья человека концентрации или приближается к ней. При вдыхании городского воздуха крупные свинцовые аэрозоли задерживаются в бронхах и носоглотке, а те, что имеют диаметр менее 1 мк (их примерно 70— 80%), попадают в легкие, а затем проникают в капилляры и, соединяясь с эритроцитами, отравляют кровь. Причем известно, что “свинцовый воздух” вреднее “свинцовой воды”. Признаки свинцового отравления - анемия, постоянные головные боли, мышечная боль - проявляются при содержании в крови свинца 80 мкг/100 мл. Это опасный рубеж, начало болезни.

Токсичные вещества, содержащиеся в отработанных газах автомобильных двигателей, могут сохраняться в атмосфере в течение длительного времени и переноситься на значительные расстояния. Первичные загрязнители в атмосфере при соответствующих условиях могут взаимодействовать друг с другом, образуя новые токсичные вещества:

сульфаты, нитраты, кислоты, фотооксиданты и др. Атмосферный воздух следует рассматривать как вторичный реактор до образования вредных веществ, токсичность которых в некоторых случаях значительно превышает токсичность первичных компонентов.

№3 Причины образования загрязняющих веществ в цилиндре двигателя.

При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси. В двигателях с принудительным воспламенением концентрация окиси углерода достигает больших значений из-за недостатка кислорода для полного окисления топлива при их работе на богатой топливом смеси (при α < 1). При движении автомобилей в городе и на дорогах с переменным уклоном и часто меняющимися скоростями с включенной передачей и открытой дроссельной заслонкой двигателям приходится около 1/3 путевого времени работать в режиме принудительного холостого хода. На принудительном холостом ходу двигатель не отдает а, напротив, поглощает энергию, накопленную автомобилем. При этом непроизводительно расходуется топливо, усиленное всасывание которого приводит к наи­большему выбросу токсичных газов СО и СН в атмосферу. На территории бывшего СССР на долю автотранспорта приходится 22 % выбросов оксида азота, 44 % углеводорода, 60 % оксидов углерода и других вредных веществ. Сажа. При сгорании углеводородных топлив в различных горелках и двигателях внутреннего сгорания в отработавших газах может содержаться твердый углеродный продукт в дисперсном состоянии (сажа). Другие твердые углеродистые соединения (пироуглерод и нитевидный углерод) обычно в отработавших газах не содержатся, так как образование их происходит на твердых поверхностях. Образование сажи представляет собой объемный процесс термического разложения (пиролиза) углеводородов в газовой (паровой) фазе в условиях сильного недостатка (отсутствия) окислителя (кислорода).

№4 Воздействие топлив и отработавших газов на организм человека и окр. среду

I. Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами.

На сегодняшний день в мире существует много экологических проблем, начиная от исчезновения генетического разнообразия животных и растений, заканчивая угрозой вырождения человеческой расы. Проблемы экологии окружающей среды в целом, по всеобщему признанию, стали самыми грозными после проблемы ядерной войны. Состояние природной среды больше изменяется в худшую сторону, что влечет за собой увеличению в объеме уже существующих проблем и возникновению новых, к решению которых человечество еще не готово, т.к. еще не разработаны пути решения старых проблем, а появляются все новые.

Одной из причин уничтожения современной человеческой цивилизации может явиться глобальная экологическая катастрофа. Как это ни парадоксально, но именно человек является одной из главных причин экологических катастроф.

Смертельно опасное количество вредных газов в воздухе – беда всех городов.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, работающий на основе тепловых двигателей. Выхлопные газы автомашин дают основную массу свинца, оксид азота, оксид углерода и др.; износ шин – цинк; дизельные моторы – кадмий. Тяжелые металлы относятся к сильным токсикантам. Каждый автомобиль выбрасывает более 3 кг вредных веществ ежедневно.

Самое страшное в загрязнении атмосферного воздуха – это содержание в выхлопных газах автотранспорта тяжелого элемента- свинца. Каждый автомобиль за 1 год выбрасывает в среднем 1 кг свинца в виде аэрозоля. Содержание свинца в организме выше у тех людей, которые живут поблизости от дорог с интенсивным движением.

II.Влияние выхлопных газов на организм человека.

Бензин, получаемый из некоторых видов нефти и нефтепродуктов, при сгорании выделяет в атмосферу диоксид серы.

Попадая в воздух, он соединяется с водой и образует серную кислоту. Диоксид серы наиболее токсичен, он поражает легкие человека. Оксид углерода или угарный газ, попадая в легкие, соединяется с гемоглобином крови и вызывает отравление организма. В небольших дозах, воздействуя систематически, угарный газ способствует отложению липидов на стенках кровеносных сосудов. Если это сосуды сердца, то человек заболевает гипертонией и может получить инфаркт, а если сосуды мозга, то человек имеет потенциальную возможность получить инсульт. Оксиды азота вызывают отеки органов дыхания. Соединения цинка не только поражают нервную систему, но и, накапливаясь в организме, вызывают мутации.

Кроме того, газы являются непосредственной причиной заболевания верхних дыхательных путей. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака легких. Выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечнососудистой системы.

Продукты переработки автомобильного топлива становятся причиной смерти европейцев в пять раз чаще, чем дорожно-транспортные происшествия. Ученые подсчитали, что ежегодно от заболеваний, связанных с выхлопными газами, в Европе умирают 225 тыс. человек.

№5 Системы впрыска бензиновых двигателей

K-JETRONIK ("К-Джетроник")

Система впрыска "K-Jetronic" фирмы BOSCH представляет собой механическую систему постоянного впрыска топлива. Топливо под давлением поступает к форсункам, установленным перед впускными клапанами во впускном коллекторе. Форсунка непрерывно распыляет топливо, поступающее под давлением. Давление топлива (расход) зависит от нагрузки двигателя (от разрежения во впускном коллекторе) и от температуры охлаждающей жидкости.

KE-Jetronic

Система впрыска " KE-Jetronic " это механическая система постоянного впрыска топлива, подобная системе "K-Jetronic", но с электронным блоком управления (E-Elektronik). В системе " KE-Jetronic " регулятор управляющего давления заменен электрогидравлическим регулятором.

Кроме этого, система имеет: установленный на рычаге расходомера воздуха потенциометр (реостатный датчик) и выключатель положения дроссельной заслонки. Потенциометр сообщает электрическими сигналами в электронный блок управления информацию о положении напорного диска расходомера воздуха. Положение напорного диска определяется расходом воздуха (разрежением во впускном трубопроводе, положением дроссельной заслонки, нагрузкой двигателя).

Выключатель положения дроссельной заслонки может информировать электронный блок управления: о крайних положениях дроссельной заслонки ≈ полностью открыта или закрыта (в этом случае выключатель называется концевым); обо всех положениях дроссельной заслонки; обо всех положениях и о скорости ее открытия и закрытия.

L-Jetronic

Система впрыска "l-jetronic" — это управляемая электроникой система многоточечного (распределенного) прерывистого впрыска. Главные отличия от систем "к-j" и "ke-j": нет дозатора-распределителя и регулятора управляющего давления, все форсунки (пусковая и рабочие) с электромагнитным администрированием. Так как нет дозатора-распределителя, важно изменился и расходомер воздуха. В системах "l-jetronic" ориентировочно в 2 раза меньше давление топлива в системе и вероятно отсутствие накопителя (гидроаккумулятора). Система впрыска "l-jetronic" — это больше совершенная система, с увеличением экономичности, снижением токсичности отработавших газов, улучшением динамики автомобиля.

Мотроник

  Система  впрыска  топлива  "Motronic"  представляет из себя комбинированную систему  с распределенным впрыском, т.е. на каждый цилиндр установлена отдельная форсунка. Каждая из  основных  форсунок  управляется  индивидуально  эл.блоком  управления.  Кроме того, на впускном коллекторе установлена дополнительная пусковая форсунка, управляемая сигналом термо-реле.        Система  впрыска  может  включать  в  себя  эл.механический  топливный  насос,  фильтр тонкой очистки топлива, аккумулятор-распределитель топлива, регулятор давления топлива в системе, топливный демпфер, электронный блок управления (ECU), регулятор холостого хода, инжекторы, пусковую форсунку, расходомер воздуха, элементы контроля углового положения колен-вала,  термореле, датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя,  датчик ВМТ, элементы  контроля  положения  дроссельной  заслонки, элементы зажигания и управляющие реле.  

№6)Схема системы электронного впрыска бензинового двигателя во впускной трубопровод «Мотроник». Схема электронного блока управления системы Мотроник

Система впрыска топлива "Motronic" представляет из себя комбинированную систему с распределенным впрыском, т.е. на каждый цилиндр установлена отдельная форсунка. Каждая из основных форсунок управляется индивидуально эл.блоком управления. Кроме того, на впускном коллекторе установлена дополнительная пусковая форсунка, управляемая сигналом термо-реле.

Функционирует система впрыска (см. Рис.1) следующим образом: топливный эл.насос (2) через фильтр тонкой очистки топлива (3) под давлением подает топливо к аккумулятору-распределителю топлива (4) и далее к форсункам (11 и 12). На конце аккумулятора-распределителя топлива установлен регулятор давления топлива в системе (6), который обеспечивает оптимальное давление топлива, включая зависимость от разрежения во впускном тракте двигателя. При превышении необходимого в конкретный момент давления топлива в системе, регулятор давления через топливный демпфер (5) возвращает излишки топлива обратно в топливный бак. За счет постоянного давления и рециркуляции топлива в системе исключается возможность образования паров топлива. Установленные на впускном коллекторе в непосредственной близости к впускным клапанам форсунки (11) обеспечивают хорошее смесеобразование. Управляются они посредством ECU по специальной программе. Чем дольше открыта форсунка, тем больше обогащается топливная смесь. Время открытия форсунок ECU вычисляется в зависимости от выходных сигналов датчиков. Таким образом учитывается температура двигателя, количество всасываемого воздуха и его температура, положение дроссельной заслонки, обороты двигателя. Кроме того, в систему управления может быть включена обратная связь по лямбда-зонду (18). При наличии датчика содержания кислорода в выхлопных газах (лямбда-зонд), ECU регулирует смесеобразование с учетом сигналов данного датчика. ECU прекращает подачу топлива в цилиндры двигателя, если достигнут предел оборотов колен-вала и в режиме принудительного холостого хода. Количество оборотов колен-вала контролируется по датчику ВМТ (23), а угловое положение колен-вала по соответствующему датчику (24). Температуру двигателя ECU контролирует по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости (20), количество воздуха по сигналу расходомера всасываемого воздуха (16), а его температуру по термодатчику (17). Положение дроссельной заслонки контролируется по сигналам датчика углового положения дроссельной заслонки (потенциометр) и выключателя крайнего ее положения (15).

При пуске холодного двигателя по сигналу термореле (19) включается дополнительная форсунка (12), за счет чего и производится обогащение смеси, необходимое для пуска двигателя. За счет регулятора дополнительной подачи воздуха (21) поддерживаются необходимые обороты колен-вала на двигателе.

По сигналам датчика ВМТ и датчика углового положения колен-вала ECU регулирует угол опережения зажигания.

Структурная схема системы впрыска топлива "Motronic"

1) Топливный бак

9) Распределитель зажигания

19) Термореле

Топливный насос

10) Свеча зажигания

20) Термодатчик ох.жидкости

3)Топливный фильтр

11) Инжектор

21) Регулятор ХХ

4) Аккумулятор топлива

12) Пусковая форсунка

22) Винт регулировки ХХ

5) Топливный демпфер

13) Регулятор состава смеси

23) Датчик ВМТ

6) регулятор давления топлива

14) Дроссельная заслонка

24) Датчик положения колен-вала

7) Эл.блок управления

15)Датчики дроссельной заслонки

25)Аккумуляторная батарея

8)Катушка зажигания

16) Расходомер воздуха

26) Замок зажигания

17) Термодатчик воздуха

27) Управляющее реле

18) Лямбда-зонд (О2)

28) Реле бензонасос

Схема электронного блока управления системы Мотроник

Управление системами зажигания и впрыска осуществляется контроллером, представляющим собой специализированную цифро­вую ЭВМ, обрабатывающую по программе импульсы зажигания и впрыска согласно заложенному алгоритму.

Контроллер выполняет следующие функции:

• управление системой впрыска топлива;

• управление системой зажигания и регулирование моме­нта зажигания;

• распределение тока высокого напряжения (на двигателях М42);

• управление пуском холодного двигателя;

• регулирование холостого хода двигателя;

• регулирование частоты вращения коленчатого вала дви­гателя;

• самодиагностика.

  Выполнение указанных функций зависит от сигналов, полученных от датчиков. Контроллер обрабатывает полученную от датчиков информацию и по собственной программе управляет процессами зажигания и впрыска топлива.

Функциональная схема микроЭВМ.

1 — входные сигналы; 2 — аналого-цифровой преобразователь; 3 — вхо­дные и выходные схемы; 4 — к системе зажигания; 5 — к электрическому топли­вному насосу; 6 — к системе впрыска топлива; 7 — промежуточное ЗУ; 8 -микропроцессор; 9 — постоянное ЗУ.

№7) Cхема электронного впрыска бензинового двигателя л-джетроник и схема эбу системы

Общая характеристика системы

Система впрыска топлива L-Джетроник – это управляемая электроникой система многоточечного (распределенного) прерывистого впрыска топлива (L – нем. Lade – заряд, порция). Она объединяет в себе преимущества непосредственного измерения расхода воздуха с особыми возможностями, предоставляемыми электроникой.

Главные отличия данной системы от систем К-Джетроник и КЕ-Джетроник: нет дозатора топлива и регулятора управляющего давления, все форсунки (пусковая и клапанные) с электромагнитным управлением. Так как нет дозатора топлива, существенно изменился и расходомер воздуха. В данной системе примерно в два раза меньше давление топлива в системе и отсутствует накопитель топлива.

В системе L-Джетроник, как и в системе КЕ-Джетроник, учитываются все изменения условий работы и состояния двигателя (износ, нагарообразование в камере сгорания, изменения в фазах газораспределения).

Задачей этой системы впрыска топлива является индивидуальное дозирование каждого цилиндра таким количеством топлива, которое необходимо для эффективной работы двигателя на данном режиме. В связи с постоянным изменением условий и режима работы двигателя решающее значение имеет быстрая корректировка количества подаваемого топлива в данный момент времени. Таким требованиям отвечает электронно-управляемая система впрыска, способная собирать огромное количество параметров о состоянии автомобиля и преобразовывать их в электрические сигналы посредством датчиков. Далее эти сигналы получает и обрабатывает электронный блок управления, вычисляя на их основе точное количество поступающего в цилиндры топлива, которое дозируется по продолжительности впрыскивания.

Принцип действия системы

Топливный насос с электрическим приводом 2 (рис.50) забирает топливо из бака 1 и подает его под давлением 0,25 МПа через фильтр тонкой очистки 3 к распределительному трубопроводу 4, соединенной шлангами с клапанными форсунками цилиндров 22. Установленный с торца распределительного трубопровода 4, регулятор давления топлива в системе 5 поддерживает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишнего топлива в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Количество впрыскиваемого топлива определяется электронным блоком управления 20 в зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя, а также от температуры охлаждающей жидкости.

Основным параметром, определяющим дозировку топлива, является объем всасываемого воздуха, измеряемый расходомером воздуха 12. Поступающий воздушный поток отклоняет напорную измерительную заслонку расходомера воздуха, преодолевая усилие пружины, на определенный угол, который преобразуется в электрическое напряжение посредством потенциометра. Соответствующий электрический сигнал передается на электронный блок управления, который определяет необходимое количество топлива в данный момент работы двигателя и выдает на электромагнитные клапаны форсунок 22 импульсы времени подачи топлива. Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя (за цикл, за два такта).

Если впускной клапан в момент впрыска закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Клапан дополнительной подачи воздуха 15, установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, подводит к двигателю добавочный воздух при холодном пуске и прогреве двигателя, что приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала. Для ускорения прогрева используются повышенные обороты холостого хода (более 1000 об/мин).

Для облегчения пуска холодного двигателя, также как и в других рассмотренных системах впрыска, здесь применяется электромагнитная пусковая форсунка 6, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости с помощью термореле 17.

Конструктивная схема системы впрыска топлива L-Джетроник:

1 – топливный бак; 2 – топливный насос с электрическим приводом; 3 – топливный фильтр; 4 – распределительный трубопровод; 5 – регулятор давления; 6 – пусковая форсунка; 7 – регулировочный винт количества смеси; 8 – датчик положения дроссельной заслонки; 9 – дроссельная заслонка; 10 – датчик температуры воздуха; 11 – реле включения топливного насоса; 12 – расходомер воздуха; 13 – замок зажигания; 14 – аккумуляторная батарея; 15 – клапан подачи дополнительного воздуха; 16 – прерыватель-распределитель; 17 – термореле; 18 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 19 – лямбда-зонд; 20 – электронный блок управления; 21 – регулировочный винт качества смеси; 22 – клапанная форсунка

Функциональная схема управления системой впрыска "L-Jetronic":

А — устройство входных параметров: 1 — датчик температуры всасываемого воздуха, 2 — расходомер воздуха, 3 — выключатель положения дроссельной заслонки, 4 — высотный корректор, 5 — датчик-распределитель зажигания, б — датчик температуры охлаждающей жидкости, 7 — термореле. В — устройства управления и обеспечения: 8 — электронный блок управления, 9 — блок реле, 10 — топливный насос, 11 — аккумуляторная батарея, 12 — выключатель зажигания. С — устройства выходных параметров: 13 — рабочие форсунки, 14 — клапан добавочного воздуха, 15 — пусковая форсунка

№8) Лямбда-регулирование системы л-джетроник

На части автомобилей для получения более рационального дозирования топлива применяется обратная связь - от отработавших газов - к составу смеси. При этом в электронный блок управления подаются сигналы от лямбда-зонда или датчика кислорода (фиксируется свободный кислород), размещенного в выпускном трубопроводе двигателя. Сигнал лямбда-зонда регистрируется электронным блоком управления и преобразуется в команду для регулятора управляющего давления, который изменяет давление управления и тем самым обогащает или обедняет смесь.

Датчики кислорода работают обычно в диапазоне температур 350- 900°C. Принцип действия применяемых датчиков различный.

Циркониевый датчик (используется керамический элемент на основе двуокиси циркония ZrO2, покрытый платиной) - гальванический источник тока, меняющий напряжение в зависимости от температуры и наличия кислорода в окружающей среде. Циркониевые датчики, формируют (создают) электрический сигнал, и являются наиболее распространенными.

Титановые датчики (используется двуокись титана TiO2) применяются реже и представляют собой резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры и наличия кислорода в окружающей среде. Можно сказать, что эти датчики в принципе работают также, как и датчики температуры двигателя.

Лямбда-зонды применяются обогреваемые и необогреваемые. Обогреваемые зонды, как правило, находятся несколько дальше от выпускного коллектора в выпускном трубопроводе. Без обогрева они достигали бы своей рабочей температуры при пуске двигателя с задержкой. Главная же цель электрического обогрева зондов - включение их в работу, когда температура, контактирующих с ними отработавших газов ниже 350°C.

При помощи датчиков концентрации кислорода в отработавших газах удается оптимизировать состав рабочей смеси только по токсичности выхлопа при определенных режимах работы двигателя. Применяются эти датчики, как правило, совместно с нейтрализаторами отработавших газов.

№9)Механическая система впрыска к-джетроник.Устр-во и принцип д-я

Общая характеристика системы

Система впрыска К-Джетроник фирмы Бош представляет собой механическую систему постоянного впрыска топлива. Отсюда и название системы К-Джетроник – от немецкого слова «Kontinuierlich» (постоянно, непрерывно).

Топливо под давлением поступает к форсункам, установленным перед впускными клапанами во впускном коллекторе. Форсунка непрерывно распыляет топливо, поступающее под давлением. Давление топлива (расход) зависит от нагрузки двигателя (от разрежения во впускном трубопроводе) и от температуры охлаждающей жидкости.

Количество подводимого воздуха постоянно измеряется расходомером, а количество впрыскиваемого топлива строго пропорционально (1:14,7) количеству поступающего воздуха (за исключением ряда режимов работы двигателя, таких как пуск холодного двигателя, работа под полной нагрузкой и т.д.) и регулируется дозатором-распределителем топлива. Дозатор-распределитель состоит из регулятора количества топлива и расходомера воздуха. Регулирование количества топлива обеспечивается распределителем, управляемым расходомером воздуха и регулятором управляющего давления. В свою очередь воздействие регулятора управляющего давления определяется величиной подводимого к нему разрежения во впускном трубопроводе и температурой жидкости системы охлаждения двигателя.

Принцип действия системы

Система К-Джетроник выполняет следующие функции:

· подача топлива; · измерение количества всасываемого воздуха;

· дозирование топлива.

При повороте ключа в замке зажигания 18 (рис.1) включается топливный насос с электрическим приводом 13, который подает топливо из бака 8, через накопитель топлива 10 и топливный фильтр 9 к дозатору топлива 6. С помощью встроенного в дозатор регулятора давления 7 в дозаторе поддерживается постоянное давление топлива. От дозатора топливо поступает к клапанным форсункам 1. Форсунки непрерывно впрыскивают топливо во впускные каналы двигателя и, при открытии впускных клапанов, топливная смесь поступает в камеры сгорания цилиндров.

Рис.1 – Конструктивная схема системы впрыска топлива К-Джетроник:

1 – клапанная форсунка; 2 – клапан подачи дополнительного воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 - дифференциальный клапан; 5 – регулятор управляющего давления; 6 – дозатор топлива; 7 – регулятор давления топлива в системе; 8 – топливный бак; 9 – топливный фильтр; 10 – накопитель топлива; 11 – регулировочный винт качества смеси; 12 – расходомер воздуха; 13 – топливный насос с электрическим приводом; 14 – пусковая форсунка; 15 – реле включения топливного насоса; 16 – прерыватель-распределитель; 17 – термореле; 18 – замок зажигания; 19 - аккумуляторная батарея; 20 – регулировочный винт количества смеси

Количество топлива, которое подается к форсункам, определяется положением дроссельной заслонки 3. Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем больше воздуха проходит через впускной трубопровод и тем больше топлива необходимо подавать к форсункам для нормальной работы двигателя. Для определения количества проходящего через впускной трубопровод воздуха служит расходомер воздуха 12. Расходомер воздуха совместно с дозатором топлива конструктивно составляет единый узел – корректор состава горючей смеси. Расположенный между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой напорный диск расходомера воздуха отклоняется под динамическим напором всасываемого во впускной трубопровод воздуха. Отклонение напорного диска передается через систему рычагов на распределительный золотник дозатора топлива. Распределительный золотник, перемещаясь вверх, определяет подачу топлива через дифференциальные клапаны 4 к механическим клапанным форсункам 1и дальше в цилиндры двигателя, обеспечивая оптимальный состав топливно-воздушной смеси.

Подача топлива во время прогрева двигателя осуществляется с помощью регулятора управляющего давления 5. Для увеличения частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу во время прогрева двигателя служит клапан подачи дополнительного воздуха 2, установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке.

Пусковая форсунка 14 используется для облегчения пуска холодного двигателя, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры двигателя с помощью термореле 17.

При пуске двигателя топливо одновременно подается к пусковой форсунке, регулятору давления топлива 6, распределителю, нижним камерам дифференциальных клапанов и каналу управляющего давления (рис.3).

В зависимости от величины управляющего давления на верхний торец распределителя действует сила, которая тормозит или облегчает движение распределителя вверх. Таким образом, появляется возможность коррекции подачи топлива к форсункам. Эта возможность реализуется для некоторых режимов работы двигателя с помощью уже упоминавшегося регулятора управляющего давления.

№10. Статическая система зажигания бензиновых двигателей

Контактные и бесконтактные системы зажигания в настоящее время имеют ограниченное применение, а на импортных легковых автомобилях  начиная с середины 90-х годов, используются ограниченно. Им на смену пришли системы зажигания четвертого поколения – системы с электронно-вычислительными устройствами управления и без высоковольтного распределителя энергии по свечам в выходном каскаде, так называемые статические системы зажигания. Такие системы принято подразделять на электронно-вычислительные (аналоговые) и микропроцессорные (цифровые).

В электронно-вычислительных системах основной сигнал зажигания формируется с применением время-импульсного способа преобразо­вания информации от входных датчиков. Это значит, что контролируемый процесс задается временем его про­текания, с последующим преобразованием времени в длительность электрического импульса. Таким обра­зом, в электронно-вычислительных системах контроллер содержит электронный хроно­метр, и управляется аналоговыми сигналами

В микропроцессорной системе, для формирования сигнала зажигания приме­няется число-импульсное преобразование, при котором параметр процесса задается не временем протекания, а непосредственно числом электрических импульсов.

Функции электронного вычислителя здесь выполня­ет число-импульсный микропроцессор, который работает от электрических импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности (от цифровых сигналов). По­этому между микропроцессором и входными датчиками в электронный блок управления микропроцессорной системы устанавливаются число-импульсные преобразователи аналоговых сигналов в цифровые (ЧИПы).

В отличие от электронной, микропроцессорная си­стема зажигания работает по заранее заданной для данного двигателя внутреннего сгорания программе управления. Поэтому в вычислителе микропроцессор­ной системы зажигания имеется электронная память (постоянная и оперативная).

Статическая система зажигания состоит из следующих компонентов: 1 – свеча зажигания; 2 – катушка зажигания; 3 – датчик положения дроссельной заслонки; 4 – блок управления; 5 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 – датчик детонации; 7 – индуктивный датчик; 8 – зубчатый диск; 9 – АКБ; 10 – замок зажигания.

Характеристические кривые, получаемые при использовании обычных распределителей зажигания с центробежными и вакуумными регуляторами, заменяются оптимизированными электронными отображениями процесса зажигания. Механическое  распределение тока высокого напряжения осталось только в некоторых системах зажигания с распределителем зажигания. В таких системах сохранилась одна катушка зажигания на все цилиндры.

Применение электронных систем зажигания позволило создать систему постоянной энергии для двигателей, работающих на бедной смеси во всем диапазоне режимов их работы. Одним и важных факторов предопределивших применение таких систем стал фактор приближения опережения зажигания к порогу начала детонации – чем ближе работа двигателя к этому порогу, тем выше его мощность.

Электронные системы зажигания более точно, чем обычные механические выбирают угол опережения зажигания.

В механических системах зажигания угол опережения может изменяться только в зависимости от работы вакуумного и центробежного регуляторов, определяющих изменение частоты вращения коленчатого вала и нагрузки, в то же время у электронных, от значительно большего количества факторов (температура двигателя, начало детонации, положение дроссельной заслонки и т. д.). Преимущество электронных систем также заключается в том, что процесс зажигания определяется углом поворота коленчатого вала, а не валика распределителя, чем исключается влияние износов в приводе распределителя.

Исключаются ограничения, накладываемые механическими устройствами регулировки. Число входных параметров тео­ретически ничем не ограничено, что поз­воляет расширить диапазон регулирова­ния зажигания.

Электронная система зажигания обычно ком­бинируется с системой электронного управления впрыском топлива (система Motronic), устройством контроля дето­нации двигателя, ABS и т.д., что дает возможность использовать датчики и/или сигналы от других узлов автомо­биля в более чем одной системе управ­ления.

№11. Аккумуляторная топливная система дизельных двигателей с электронным управлением «Common Rail»

Аккумуляторная топливная система или система типа Common rail  — система подачи топлива, применяемая в дизельных двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива. В системе типа Common rail насос высокого давления нагнетает топливо под высоким давлением (до 300 МПа, в зависимости от режима работы двигателя) в общую топливную магистраль существенного объема (аккумулятор).

Управляемые электроникой электрогидравлические форсунки с электромагнитным или пьезоэлектрическим приводом управляющих клапанов впрыскивают топливо под высоким давлением в цилиндры. В зависимости от конструкции форсунок и класса двигателя, может впрыскиваться до 9 порций топлива за 1 цикл. Одной из ключевых особенностей систем Common Rail является независимость процессов впрыскивания от угла поворота коленчатого вала и от режима работы двигателя, что делает возможным достижение высокого давления впрыскивания на частичных режимах, что необходимо для удовлетворения современных и перспективных экологических требований.

Современные системы топливоподачи дизелей разделяются на 2 класса: системы непосредственного действия и аккумуляторные системы. В первом классе сжатое в ТНВД топливо поступает непосредственно через форсунку в цилиндр. В системах же аккумуляторного типа между ТНВД и форсунками содержится аккумулятор, накапливающий топливо в пределах нескольких циклов, что позволяет сглаживать пульсации давления от работы насоса(-ов) и форсунок, а также позволяет осуществлять впрыскивание в любой момент времени, вне зависимости от положения коленчатого вала, о чем было упомянуто выше. Данная особенность позволяет точнее дозировать порции топлива, а также время их впрыскивания, что важно для приближения к оптимальным значениям для каждого отдельно взятого цикла. Два основных ограничивающих экологических фактора для дизельных двигателей - это выбросы оксидов азота NO_x и выбросы твердых частиц, сажи. Эти параметры находятся в обратной зависимости в силу организации рабочего процесса в дизеле, и при снижении одного из них путем регулировки рабочего процесса, неизбежно получается повышение второго. Для снижения эмиссии оксидов азота наиболее действенным на сегодняшний день методом является применение рециркуляции части отработавших газов EGR с выпуска двигателя на впуск. Но применение EGR ведет к увеличению выбросов сажи, для борьбы с которыми (без применения внешней обработки отработавших газов) эффективным является увеличение давления впрыскивания топлива одновременно с точным его дозированием. Увеличение давления впрыскивания приводит к лучшему распыливанию топлива, к уменьшению размера капель и как следствие, к уменьшению количества несгоревшего топлива, которое и является основным источником образования сажи.

Таким образом, для удовлетворения перспективных экологических нормативов, таких как Euro-VI, Tier-IV, Euro Stage IV для тяжелых дизелей, системы Common Rail Были признаны наиболее подходящими для применения на всех классах двигателей.

№12. Электрогидравлические форсунки фирмы «Бош» и их принцип действия

Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail. Конструкция электрогидравлической форсунки объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

1 - сопло форсунки; 2 – пружина; 3 - камера управления; 4 - сливной дроссель; 5 - якорь электромагнита; 6 - сливной канал; 7 - электрический разъем; 8 - обмотка возбуждения; 9 - штуцер подвода топлива; 10 - впускной дроссель; 11 – поршень; 12 - игла форсунки

Принцип работы электрогидравлической форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении. В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.

По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.

13. Насос-форсунки.Схема питания двигателя с насос форсунками и принцип их работы

Насос-форсунки состоят из трех подсистем: подачи топлива низкого давления, подачи топлива высокого давления, подачи воздуха и выпуска отработавших газов

Подсистема подачи топлива низкого давления необходима для подачи топлива к насосу высокого давления и очистки топлива.

Подсистема подачи топлива высокого давления служит для создания высокого давления впрыска топлива в камеру сгорания.

Подсистема подачи воздуха и выпуска отработавших газов включает в себя приборы для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя и очистки отработавших газов после выпуска их из цилиндров.

Основные компоненты системы питания дизельного двигателя с насос-форсунками показаны на рисунке:

Рис. Система питания дизельного двигателя с насос-форсунками: 1 – топливный бак; 2 – топливопровод к дополнительному отопителю; 3 – охладитель топлива; 4 – датчик температуры топлива; 5 – ограничительный клапан в сливном трубопроводе; 6 – сливной трубопровод; 7 – распределитель топлива; 8 – трубопровод высокого давления; 9 – насос-форсунка; 10 – топливоподкачивающий насос; 11 – редукционный клапан в трубопроводе подачи топлива; 12 – обратный клапан; 13 – топливный фильтр; 14 – трубопровод низкого давления; 15 – топливоподкачивающий насос

Расположенный в баке электрический топливоподкачивающий насос 15 подкачивает топливо к фильтру. Обратный клапан 12 предотвращает слив топлива из распределителя 7 и трубопровода низкого давления 14 в бак после остановки двигателя.

Топливоподающий насос 10 служит для забора топлива из фильтра и подачи его под повышенным давлением к насос-форсункам. Редукционный клапан 11 поддерживает давление подаваемого к насос-форсункам топлива в пределах 8,5 кгс/см2. Ограничительный клапан 5 удерживает давление топлива в сливном трубопроводе на уровне 1 кгс/см2, благодаря ему снижаются пульсации давления в системе. Из-за высокого давления впрыска в топ­ливных системах дизелей легковых автомо­билей с насос-форсунками и в некоторых системах коммон рейл, топливо нагревает­ся до такой степени, что для предотвраще­ния повреждения топливного бака и датчи­ка уровня топлива оно должно охлаждаться перед возвратом в бак. Топливо, возвраща­ющееся от форсунок, проходит через охла­дитель 3, отда­вая тепло в контуре охлаждения. Датчик температуры топлива 4 вырабатывает сигнал, поступающий в блок управления двигателем.

От фильтра топливо подается в питающую магистраль в головке блока. В питающей магистрали топливо течет по внутренним стенкам распределителя топлива 7 в направлении первого цилиндра. Через отверстия в стенках топливо подается в кольцевую полость между распределителем и стенками головки блока.

Топливо смешивается с нагретым топливом, которое выдавлено от насос-форсунок в питающую магистраль. Благодаря этому достигается одинаковая температура, а значит и одинаковое количество топлива поступающего ко всем насос-форсункам, что обеспечивает равномерную работу двигателя. Без распределителя топливо поступало бы в насос-форсунки неравномерно. Нагретое топливо, выжимаемое от насос-форсунок в питающую магистраль, продвигалось бы поступающим топливом от четвертого цилиндра в направление первого цилиндра. Из-за этого температура топлива повышалась бы от четвертого цилиндра к первому, и к насос-форсункам поступало бы различное количество топлива. Следствием этого была бы неравномерная работа двигателя и слишком высокая температура в зоне передних цилиндров.

№14 Насос-форсунки с пьезоэлектричяеским клапаном управления

Система впрыска насос-форсунками является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. В отличии от системы впрыска Common Rail в данной системе функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Собственно насос-форсунка и составляет одноименную систему впрыска.

Применение насос-форсунок позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы вредных веществ, а также уровень шума.

В системе на каждый цилиндр двигателя приходится своя форсунка. Привод насос-форсунки осуществляется от распределительного вала, на котором имеются соответствующие кулачки. Усилие от кулачков передается через коромысло непосредственно к насос-форсунке.

Насос-форсунка имеет следующее устройство: плунжер; клапан управления; запорный поршень; обратный клапан; игла распылителя. http://systemsauto.ru/feeding/shema_nasos_forsunka.html

Плунжер служит для создания давления топлива. Поступательное движение плунжера осуществляется за счет вращения кулачков распределительного вала, возвратное – за счет плунжерной пружины.

Клапан управления предназначен для управления впрыском топлива. В зависимости от привода различают следующие виды клапанов:

электромагнитный; пьезоэлектрический.

Пьезоэлектрический клапан пришел на смену электромагнитному клапану. Пьезоэлектрический клапан обладает большим быстродействием. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана.

Пружина форсунки обеспечивает посадку иглы распылителя на седло.

Усилие пружины при необходимости поддерживается давлением топлива. Данная функция реализуется с помощью запорного поршня и обратного клапана. Игла распылителя предназначена для обеспечения непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания.

Управление насос-форсунками осуществляет система управления двигателем. Блок управления двигателем на основании сигналов датчиков управляет клапаном насос-форсунки.

Принцип действия насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки обеспечивает оптимальное и эффективное образование топливно-воздушной смеси. Для этого в процессе впрыска топлива предусмотрены следующие фазы:

предварительный впрыск; основной впрыск; дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск производится для достижения плавности сгорания смеси при основном впрыске. Основной впрыск обеспечивает качественное смесеобразование на различных режимах работы двигателя. Дополнительный впрыск осуществляется для регенерации (очистки от накопленной сажи) сажевого фильтра.

Работа насос-форсунки осуществляется следующим образом. Кулачек распределительного вала через коромысло перемещает плунжер вниз. Топливо перетекает по каналам форсунки. При закрытии клапана происходит отсечка топлива. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 13 МПа игла распылителя, преодолевая усилие пружины, поднимается и происходит предварительный впрыск топлива. Предварительный впрыск топлива прекращается при открытии клапана. Топливо переливается в питающую магистраль. Давление топлива снижается. В зависимости от режимов работы двигателя может осуществляться один или два предварительных впрыска топлива. Основной впрыск производится при дальнейшем движении плунжера вниз. Клапан снова закрывается. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 30 МПа, игла распылителя, преодолевая усилие пружины и давление топлива, поднимается и происходит основной впрыск топлива. Чем выше давление, тем больше количества топлива сжимается и соответственно больше впрыскивается в камеру сгорания двигателя. При максимальном давлении 220 МПа впрыскивается наибольшее количество топлива, тем самым обеспечивается максимальная мощность двигателя.

Основной впрыск топлива завершается при открытии клапана. При этом падает давление топлива и закрывается игла распылителя.

Дополнительный впрыск выполняется при дальнейшем движении плунжера вниз. Принцип действия насос-форсунки при дополнительном впрыске аналогичен основному впрыску. Обычно производится два дополнительных впрыска топлива.

№15 Свечи накаливания

Для облегчения запуска дизельных двигателей в холодное время (от +5 до –30°С) производится нагрев воздуха в цилиндрах с помощью свечей накаливания. По своей сути свечи накаливания являются одним из устройств предпускового подогрева.

Свеча накаливания имеет различные места установки в зависимости от конструкции дизельного двигателя : в вихревой камере (двигатели с раздельной камерой сгорания); в форкамере (двигатели с раздельной камерой сгорания); в камере сгорания (двигатели с нераздельной камерой сгорания).

Конструктивно свеча накаливания представляет собой электрическое нагревательное устройство, состоящее из спирали накала, помещенной в защитную оболочку. Различают два вида свечей накаливания: с металлической спиралью; керамические.

Керамические свечи накаливания имеют высокую температуру накала (до 1350°С), меньшее время прогрева, чем с металической спиралью (2 сек) и соответственно лучшие характеристики холодного запуска. Ведущими производителями свечей накаливания являются фирмы Bosch, NGK, Lucas. Управление свечами накаливания производится с помощью реле или отдельного электронного блока управления. Данные устройства регулируют величину подаваемого на свечи напряжения и, тем самым, обеспечивают необходимый момент и температуру накала, а также продолжительность нагрева.

Свечи накаливания включаются при определенных температурных условиях во время запуска двигателя (первое положение ключа в замке зажигания), о чем сигнализирует контрольная лампа на панели приборов. После того, как лампа погаснет, а прогрев закончится, производится запуск двигателя (второе положение ключа в замке зажигания). На современных дизельных двигателях свечи накаливания помимо предварительного (предпускового) накала обеспечивают дополнительный накал после запуска двигателя. Дополнительный накал производится для уменьшения шума при сгорании смеси на непрогретом двигателе, а также сокращения вредных выбросов в атмосферу. Фаза дополнительного накала имеет продолжительность порядка 3 минут и заканчивается при достижении охлаждающей жидкостью температуры 20-30°С.

№16) Назначение натдува, существующие системы натдува, натдув с механическим приводом!

Наддув — увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания, за счёт повышения давления при впуске. Наддув обычно применяют с целью повышения мощности (на 20-45 %) без увеличения массы и габаритов двигателя, а также для компенсации падения мощности в условиях высокогорья. Наддув с «качественным регулированием» может применяться для снижения токсичности и дымности отработавших газов. Агрегатный наддув осуществляется с помощью компрессора, турбокомпрессора или комбинировано. Наибольшее распространение получил наддув с помощью турбокомпрессора, для привода которого используется энергия отработавших газов.

Агрегатный наддув применяют почти на всех видах транспортных дизелей (судовых, тепловозных, тракторных). Наддув на карбюраторных двигателях ограничивается возникновением детонации. К основным недостаткам агрегатного наддува относят:

повышение механической и тепловой напряжённости двигателя вследствие увеличения давления и температуры газов;

снижение экономичности;

усложнение конструкции.

К безагрегатному наддуву относят:

динамический (ранее называемый инерционным, резонансным, акустическим), при котором эффект достигается за счёт колебательных явлений в трубопроводах;

скоростной, применяемый на поршневых авиационных двигателях на высотах больше расчётной и при скоростях более 500 км/ч;

рефрижерационный, достигаемый испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования.

Всё большее распространение на транспортных двигателях внутреннего сгорания получает динамический наддув, который при несущественных изменениях в конструкции трубопроводов приводит к повышению коэффициента наполнения до в широком диапазоне изменения частоты вращения двигателя. Увеличение при наддуве позволяет форсировать дизель по энергетическим показателям в случае одновременного увеличения цикловой подачи топлива или улучшить экономические показатели при сохранении мощностных (при той же цикловой подаче топлива). Динамический наддув повышает долговечность деталей цилиндро-поршневой группы благодаря более низким тепловым режимам при работе на бедных смесях.

Существует несколько систем наддува. В первую очередь к ним следует отнести самый распространенный вид - турбонаддув - наддув за счет использования энергии выхлопных газов (рис. а). Этот вид наддува более подробно рассмотрим далее.

Второй вариант наддува - это наддув от приводного нагнетателя - так называемый SUPERCHARGER. На современных двигателях данная схема применяется редко из-за сложности конструкции нагнетателя и его недостаточной надежности. Преимуществом его по сравнению с турбонаддувом является более высокое давление наддува на пониженных режимах, а также отсутствие так называемой "турбоямы", т.е. характерного "провала" мощности при резком открытии дроссельной заслонки. Это определяет область применения приводного нагнетателя - в основном на не слишком быстроходных двигателях (FORD, GM), хотя в последние годы наметилась тенденция их использования и на высокооборотных двигателях (MERCEDES).

На дизелях автомобилей MAZDA установлен волновой обменник давления COMPREX, обеспечивающий наддув за счет взаимодействия волн давления и разрежения, распространяющихся в каналах вращающегося ротора. Этот тип наддува позволяет достичь более высокого форсирования, чем другие системы наддува, но пока не получил распространения из-за сложности конструкции

№17) турбокомпрессор, его уво и принцип работы

Oснова турбонаддува

Основой системы турбонаддува двигателя, и в то же время наиболее сложным ее элементом, является турбокомпрессор. Принцип работы турбокомпрессора заключается в том, что энергия оставшаяся в выхлопных газах не уходит в атмосферу, а идет на повышение давления и плотности воздуха поступающего в двигатель.

Отработанные двигателем газы через выпускной коллектор попадают в корпус турбины (горячая улитка). Давление газов и тепловая энергия газов вращают колесо турбины (горячая крыльчатка), которое, в свою очередь, вращает колесо компрессора (холодная крыльчатка). После этого выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

При вращении колесо компрессора всасывает воздух через воздушный фильтр. Лопасти колеса компрессора ускоряют и выталкивают воздух в корпус компрессора (холодная улитка), где воздух сжимается и во впускной коллектор двигателя. Воздух на выходе из компрессора имеет не только повышенное давление, но и температуру, снижающую плотность заряда, что неблагоприятно отражается на наполнении и, следовательно, мощности двигателя. Поэтому на многих двигателях с турбонаддувом с целью повышения плотности воздуха и, соответственно, улучшения наполнения цилиндров применяют промежуточное охлаждение наддуваемого воздуха (intercooler). Для этого, после компрессора воздух направляют в специальный "воздухо-воздушный" радиатор, установленный рядом с радиатором системы охлаждения.

№18)электронная схема управления турбонатдувом

вакуумная магистраль

блок управления двигателем

датчики давления наддува и температуры воздуха на впуске

блок управления воздушной заслонкой

интеркулер

клапан рециркуляции отработавших газов

клапан ограничения давления наддува

турбонагнетатель

впускной коллектор

вакуумный привод направляющих лопаток

выпускной коллектор

А - воздух

Б - отработавшие газы

№19. ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЬ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ ТУРБИНЫ (VGT).

VGT (Variable Geometry Turbine) - это определенный тип турбонагнетателя, функционирующего за счет использования энергии потока отработавших газов. На приведенном ниже графике показана сравнительная характеристика скоростных возможностей автомобилей, оборудованных обычным турбонагнетателем и турбонагнетателем VGT. Максимальная скорость: VGT позволяет увеличить максимальную скорость на 4,1%.

Время разгона: по сравнению с обычным турбонагнетатель VGT позволяет уменьшить время разгона от 0 км/ч до 100 км/ч на 15,1%.

Время разгона при ускорении: данная характеристика показывает возможности автомобиля при резком ускорении (с 60 км/ч до 100 км/ч) во время движения. Чем оно меньше, тем лучше характеристики.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Функционирование при низких оборотах двигателя

При работе двигателя на низких оборотах количество отработавших газов относительно невелико, энергия их потока мала и в обычном турбонагнетателе не создается значительного эффекта турбонаддува, а в турбонагнетателе VGT существует возможность пропуска отработавших газов через более узкое сечение проходного канала, за счет чего скорость и энергия их потока значительно возрастают. Следовательно, система VGT улучшает характеристики работы двигателя на низких оборотах.

Принцип действия при низких оборотах двигателя

В данной конструкции используется принцип трубки Вентури, суть которого в том, что при перетекании воздуха через суженное сечение (точка "А") скорость потока увеличивается, а давление понижается. При уменьшении диаметра проходного сечения пропорционально будет увеличиваться скорость потока (см. уравнение).

Функционирование при высоких оборотах двигателя

При высоких оборотах двигателя энергия потока отработавших газов достаточно высока и способна создавать требуемое усилие для вращения турбины. В этом случае сечение проходного канала увеличивается и к турбине устремляется весь поток отработавших газов, при этом уменьшается насосное сопротивление выпускного тракта. Выходные характеристики двигателя будут зависеть от объема воздуха на впуске.

Управление системой VGT

Управляющий сигнал системы VGT формируется на основании анализа сигналов датчиков частоты вращения коленчатого вала (КВ), положения педали акселератора, атмосферного давления, давления наддува, температуры охлаждающей жидкости (ОЖ), температуры воздуха на впуске и сигнала включения сцепления.

При этом ECU определяет условия движения автомобиля и требуемое давление наддува в зависимости от оборотов двигателя и объема впрыскиваемого топлива. Затем ECU выдает на электромагнитный клапан соответствующий сигнал частотой 3 00 Гц с заданными параметрами. Подобная система позволяет поддерживать эффективную работу двигателя на любых оборотах.

Следует заметить, что датчик давления наддува также предназначен для измерения фактического давления воздуха во впускном коллекторе и осуществления обратной связи в системе управления давлением наддува (через ECU). Такая обратная связь способствует точности управления.

Условия, исключающие возможность функционирования системы VGT

1. Обороты двигателя ниже 700 об/мин

2. Температура ОЖ понизилась до 0°

3. Повреждение какой-либо детали системы EGR

4. Повреждение штока привода системы VTG

5. Неисправность датчика давления наддува

6. Повреждение датчика расхода воздуха (MAF)

7. Повреждение дроссельной заслонки

8. Неисправность датчика положения педали акселератора

При наличии хотя бы одного из этих условий ECU прекращает управление системой VTG.

№20.Дополнительные мероприятия по снижению токсичности отработавших газов

С целью снижения уровня эмиссии в атмосферу токсичных составляющих, попадающих в состав отработавших газов двигателя в результате испарения и неполноты сгорания топлива, а также для поддержания эффективности отдачи двигателя и снижения расхода топлива, современные автомобили оснащаются целым рядом специальных систем, которые можно объединить под общим названием системы управления двигателем и снижения токсичности отработавших газов. Рассмотрим наиболее распространенные системы:

1. Управление дозированием топлива.

Контроль над составом смеси осуществляют системы управления подачей топлива.

При коэффициенте избытка воздуха λ=0,9 двигатель работает с максимальной мощностью и крутящим моментом.

Оптимальная экономичность и минимальные выбросы CO и CH достигаются при работе на смесях с коэффициентом λ=1,1. Однако содержание в отработавших газах оксидов азота при этом оказываются максимальными.

Для работы двигателя в режиме холостого хода состав смеси должен характеризоваться коэффициентом λ=0,9 – 1,05.

Режим принудительного холостого хода (торможение двигателем) позволяет полностью отключить подачу топлива в цилиндры. Выбросы токсичных веществ будут отсутствовать.

2. Рециркуляция отработавших газов.

Направление части отработавших газов обратно в камеру сгорания (рециркуляция) применяется для уменьшения температуры сгорания смеси с целью снижения образования оксидов азота и расхода топлива. Однако при этом снижается и мощность двигателя.

Рециркуляция отработавших газов (система EGR) реализуется двумя способами: 1) внутренней рециркуляцией, обеспечиваемой управлением фазами газораспределения, и в первую очередь перекрытием клапанов; 2) внешней рециркуляцией, при которой отработавшие газы забираются на выходе из выпускного коллектора и через систему клапанов направляются обратно в камеру сгорания.

3. Вентиляция картера двигателя.

Так как токсичность картерных газов многократно выше отработавших, их выпуск в атмосферу запрещён. При работе двигателя картерные газы, системой вентиляции картера, перепускаются во впускной тракт двигателя, где смешиваются с рабочими газами и на такте впуска поступают в цилиндр для последующего дожигания.

4. Термическое дожигание отработавших газов.

Дожигание компонентов отработавших газов, которые не сгорели в цилиндре двигателя, происходит в выпускной системе, куда специальным нагнетателем подают дополнительный воздух, необходимый для протекания реакции дожигания.

С развитием систем каталитической очистки отработавших газов, термическое дожигание используется уже не столь широко как ранее.

5. Каталитическое дожигание.

Дожигание компонентов отработавших газов происходит в специальном приборе – каталитическом нейтрализаторе. Нейтрализатор монтируется в системе выпуска отработавших газов и размещается под днищем автомобиля. В корпусе нейтрализатора имеется керамический блок на который наносится покрытие из каталитического материала (металлы – Pt, Rh, Rd).

Нейтрализаторы окислительного типа осуществляют окисление CO и CH за счёт остаточного кислорода в обеднённых смесях или подачи в систему дополнительного воздуха.

Нейтрализаторы восстановительного типа восстанавливают NОx до безвредного азота.

Двухкомпонентные нейтрализаторы объединяют в себе нейтрализаторы окислительного и восстановительного типов.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы (селективные каталитические нейтрализаторы) с λ – зондом на сегодняшний день являются наиболее распространённой и эффективной системой очистки отработавших газов. Кислородный датчик (λ – зонд) данной системы используется для расчёта соотношения воздуха и топлива в горючей смеси.

6. Системы с обратной связью (λ – регулирование).

Данная система обеспечивает нейтрализацию до 96% вредных веществ в отработавших газах. В системе используются два кислородных датчика. Один датчик устанавливается перед каталитическим нейтрализатором, другой после него. Датчики, измеряя количество свободного кислорода в отработавших газах, через систему управления подачей топлива влияют на состав топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Для обеспечения соответствующей очистки отработавших газов нейтрализатором, двигатель должен работать в узком диапазоне значений λ = 1±0,005, называемом «окном» каталитического нейтрализатора.

№21. Схема системы непрерывного изменения фаз газораспределения с гидроуправляемой муфтой. Регулируемые фазы газораспределения.

Система изменения фаз газораспределения (общепринятое международное название Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулирования параметров работы газораспределительного механизма в зависимости от режимов работы двигателя. Применение данной системы обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, топливную экономичность и снижение вредных выбросов.

К регулируемым параметрам работы газораспределительного механизма относятся:

-момент открытия (закрытия) клапанов;

-продолжительность открытия клапанов;

-высота подъема клапанов.

В совокупности эти параметры составляют фазы газораспределения – продолжительность тактов впуска и выпуска, выраженную углом поворота коленчатого вала относительно «мертвых» точек. Фаза газораспределения определяется формой кулачка распределительного вала, воздействующего на клапан.

На разных режимах работы двигателя требуется разная величина фаз газораспределения. Так, при низких оборотах двигателя фазы газораспределения должны иметь минимальную продолжительность («узкие» фазы). На высоких оборотах, наоборот, фазы газораспределения должны быть максимально широкими и при этом обеспечивать перекрытие тактов впуска и выпуска (естественную рециркуляцию отработавших газов).

Кулачок распределительного вала имеет определенную форму и не может одновременно обеспечить узкие и широкие фазы газораспределения. На практике форма кулачка представляет собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах коленчатого вала. Это противоречие, как раз и разрешает система изменения фаз газораспределения.

В зависимости от регулируемых параметров работы газораспределительного механизма различают следующие способы изменяемых фаз газораспределения:

поворот распределительного вала;

применение кулачков с разным профилем;

изменение высоты подъема клапанов.

Наиболее распространенными являются системы изменения фаз газораспределения, использующие поворот распределительного вала:

-VANOS (Double VANOS) от BMW;

-VVT-i (Dual VVT-i), Variable Valve Timing with intelligence от Toyota;

-VVT, Variable Valve Timing от Volkswagen;

-VTC, Variable Timing Control от Honda;

-CVVT, Continuous Variable Valve Timing от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors;

-VCP, Variable Cam Phases от Renault.

Принцип работы данных систем основан на повороте распределительного вала по ходу вращения, чем достигается раннее открытие клапанов по сравнению с исходным положением.

Система изменения фаз газораспределения данного типа имеет следующее общее устройство:

-гидроуправляемая муфта;

-система управления.

Гидроуправляемая муфта (обиходное название фазовращатель) непосредственно осуществляет поворот распределительного вала. Муфта состоит из ротора, соединенного с распределительным валом, и корпуса, в роли которого выступает шкив привода распределительного вала. Между ротором и корпусом имеются полости, к которым по каналам подводится моторное масло. Заполнение той или иной полости маслом обеспечивает поворот ротора относительно корпуса и соответственно поворот распределительного вала на определенный угол.

В большинстве своем гидроуправляемая муфта устанавливается на распределительный вал впускных клапанов. Для расширения параметров регулирования в отдельных конструкциях муфты устанавливаются на впускной и выпускной распределительные валы.

Система управления обеспечивает автоматическое регулирование работы гидроуправляемой муфты. Конструктивно она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства. В работе системы управления используются датчики Холла, оценивающие положения распределительных валов, а также другие датчики системы управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, расходомер воздуха. Блок управления двигателем принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительное устройство – электрогидравлический распределитель. Распределитель представляет собой электромагнитный клапан и обеспечивает подвод масла к гидроуправляемой муфте и отвод от нее в зависимости от режимов работы двигателя.

Система изменения фаз газораспределения предусматривает работу, как правило, в следующих режимах:

-холостой ход (минимальные обороты коленчатого вала);

-максимальная мощность;

-максимальный крутящий момент.

№ 22. Система изменения высоты подъема клапанов

Представителем механического привода является система Valvetronic, применяемая на автомобилях БМВ, управляющая подъемом впускных клапанов и дозирующая поступающую в цилиндры рабочую смесь, что позволяет повысить экономичность двигателя без потерь мощности при удовлетворении норм Евро-4 и сохранении системы впрыска во впускной коллектор. Благодаря изменению хода клапана на высокой частоте вращения коленчатого вала достигается наилучшая вентиляция цилиндра и заполнение топливовоздушной смесью. При минимальной частоте вращения коленчатого вала ход клапана минимален. При этом уменьшается эффект перекрытия клапанов, благодаря чему расход топлива минимален. С увеличением частоты вращения коленчатого вала величина открытия клапанов увеличивается. При этом уменьшается сопротивление газовым потокам внутри цилиндра, скорость продувки и наполнения цилиндра топливовоздушной смесью возрастает. Кроме того, увеличивается действие инерционного эффекта. Топливовоздушная смесь внутри цилиндра запирается клапанами при гораздо большем давлении, ее плотность выше, чем при минимальной частоте вращения коленчатого вала. Благодаря изменяющемуся ходу клапана снижаются потери на трение относительно обычного привода клапанов, вследствие небольшого сопротивления при малом ходе клапана.

Схема системы управления подъемом впускных клапанов двигателя Valvetronic БМВ:

1 – пружина рычага; 2 – электродвигатель; 3 – колесо червячной передачи; 4 – эксцентриковый управляющий вал; 5 – распределительный вал; 6 – рычаг с роликовой опорой; 7 – коромысло; 8 – клапан.

Между распределительным валом 5 и каждой парой впускных клапанов 8 размещен дополнительный рычаг 6, который крепится на оси. Электродвигатель 2 через червячную передачу поворачивает эксцентриковый управляющий вал 4 на угол, определяемый электронной системой управления. Клапана открываются непосредственно рычагами 6 с роликовыми опорами при воздействии на коромысла, опирающиеся с одной стороны на клапан, с другой стороны на гидравлический толкатель. Рычаги 6 посредством витых пружин 1 прижимаются к кулачку распределительного вала. Для снижения потерь на трения на осях рычага с роликовой опорой и коромысла установлены игольчатые роликовые подшипники. При повороте эксцентрикового вала, эксцентрик набегая на рычаг 6, поворачивает его на определенный угол. Перемещая эксцентриковый вал, электродвигатель увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага, тем самым, удлиняя или укорачивая ход впускных клапанов в соответствии с нагрузкой двигателя. Учитывая, что эксцентрик смещающий ось толкателя, имеет электрический привод, это позволяет задавать угол поворота нелинейным и программировать его индивидуально для каждого двигателя.

Изменение высоты подъема клапана может осуществляться изменением высоты кулачка распределительного вала, воздействующего через коромысло на клапан. Такое решение под названием «VTEC-System» применяется фирмой «Хонда». Аббревиатура VTEC полностью расшифровывается следующим образом – Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. Переключающий механизм установлен на оси коромысел. Эта система позволяет изменять ход клапана в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (высокая или низкая), а также выключать цилиндры из работы. Распределительный вал, кроме двух кулачков небольшой высоты 3, имеет посреди них кулачок большой высоты 6 для привода клапанов каждого цилиндра с увеличенным ходом и продолжительностью открытия. Кулачок большой высоты воздействует на дополнительное коромысло 7, которое подпирается специальным пружинным устройством 9. Внутри оси распределительного вала имеется канал 2 подачи масла к запирающему плунжеру, состоящему из двух частей. Подача масла к деталям системы осуществляется по каналу, выполненному внутри распределительного вала. Для создания необходимого давления предусмотрен дополнительный масляный насос, запитывающийся от основной масляной магистрали. Запирающий плунжер состоит из двух поршней, которые могут передвигаться под давлением масла и соединять дополнительное коромысло 7 с основными коромыслами 4. При этом кулачок 6, имеющий большую высоту, чем кулачки 3, воздействуя на дополнительное коромысло 7, соединенное с основными коромыслами 4, открывая клапана на большую величину и увеличивая продолжительность подачи топливовоздушной смеси. При прекращении подачи масла запирающий плунжер под воздействием пружины возвращается в исходное состояние, и дополнительное коромысло отсоединяется от основных.

№23. Электромеханический привод клапанов

Улучшение наполнения цилиндров можно достигнуть без увеличения числа клапанов, удлинения фазы впуска и увеличения подъема клапана, применяя электромагнитный привод клапана EVA (Electromagne­tic Valve Actuator). Такие системы в настоящее время интенсивно разрабатываются как в Европе, так и США.

Электромагнитный привод клапанов представляет собой подпружиненный клапан, который помещен между двумя электромагнитами, которые удерживают его в крайних положениях: закрытом или полностью открытом. Специальный датчик выдает блоку управления информацию о текущем положении клапана. Это необходимо для того, чтобы снизить до минимальной его скорость в момент посадки в седло.

Принцип работы систе­мы показан на рисунке. Как видно из схемы ра­боты этой системы, в системе управления кла­панами полностью отсутст­вует кулачковый вал со сво­им приводом, который заме­нен электромагнитами на каждый клапан.

Рис. Электромеханический привод клапана: 1 – электромагнит открытия клапана; 2 – якорь; 3 – электромагнит закрытия клапана; 4 – клапанная пружина

Якорь электромагнита образует комбинацию с двумя пружинами для открытия и закрытия клапана. Когда к электромагнитам не подводится электричес­кий ток, пружины клапана и электромагнита держат клапан в сред­нем положении, соответствующем половине хода клапана, при этом он полуоткрыт, что позволяет легко прокру­чивать коленчатый вал двигателя в началь­ной стадии пуска. При до­стижении необходимой час­тоты вращения от блока управления поступает сигнал и в верхний электромагнит открытия по­дается электрический ток, клапан закрывается. Одно­временно осуществляется впрыск топлива.

№24. Гидравлический привод клапанов

Применение электромагнитного привода клапанов требует больших затрат электроэнергии на их открытие, поэтому немецкие производители двигателей предлагают открывать клапана с помощью гидравлики, а управлять гидравликой с помощью электроэнергии. В отличие от других типов открытия клапанов применение электрогидравлического привода клапанов позволяет отказаться не только от распределительного вала и дроссельной заслонки, но и от клапанных пружин. При применение этого типа клапанов, наряду с простым открытием-закрытием клапанов и ходом клапана можно изменять фазы газораспределения и их работу независимо для каждого цилиндра, снижая тем самым расход топлива и выброс токсичных веществ в отработавших газах и повысить мощность двигателя.

Схема электрогидравлического привода клапанов: 1 – насос высокого давления; 2 – линия высокого давления (50…200 кгс/см2); 3 – клапан регулировки высокого давления; 4 – линия управляющего давления (5…20 кгс/см2 ); 5 – блок электрогидравлического подъема клапана; 6 – регулятор подъема клапана; 7 – электромагнитный клапан на линии низкого давления; 8 – линия низкого давления ( менее 5 кгс/см2 ); 9 – клапан механизма газораспределения; 10 –электромаг-нитный клапан на линии высокого давления; 11 – цилиндр; 12 – поршень.

Принцип действия системы заключается в следующем. Насос высокого давления создает давление масла в системе до 200 кгс/см2. Электромагнитный редукционный клапан 3 регулирует давление в линии высокого давления в пределах 50…200 кгс/см2 по сигналу блока управления, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки, температуры и т. д. Этот клапан регулирует переменный ход высоты подъема клапана одновременно для всех клапанов сразу. Если на электромагнитный клапан 10 подается напряжение, он открывается и масло из линии высокого давления поступает в цилиндр сверху поршня. Электромагнитный клапан на линии низкого давления 7 в это время закрыт, так как на него не подается напряжение. Поршень, воздействуя на клапан механизма газораспределения перемещает его вниз, таким образом клапан открывается. В зависимости от режима работы двигателя срабатывает регулятор подъема клапана 6, изменяя скорость посадки всех клапанов одновременно. Изменение фаз газораспределения клапанов происходит при изменении времени подачи напряжения на электромагнитный клапан на линии высокого давления 10.

При обесточивании электромагнитного клапана 10 и масло из линии высокого давления поступает в цилиндр снизу поршня. Поршень, воздействуя на клапан механизма газораспределения перемещает его вверх, таким образом клапан закрывается. Масло из пространства над поршнем подается в линию низкого давления и затем снова подается к насосу.

Для того чтобы увеличить силу открытия клапана и одновременно снизить потребление энергии при большом ходе открытия клапана, применяются поршни, состоящие из двух частей. При среднем давлении около 100 кгс/см2 и относительно малом времени срабатывания полный ход клапана составляет 1 мм, а скорость посадки колеблется от 0.05 до 0,5 м/с.

Электрогидравлический привод клапанов связан с системой циркуляции масла двигателя. Общими с системой смазки двигателя являются поддон картера двигателя, масляный насос для подачи масла в систему смазки двигателя и к насосу высокого давления привода клапанов, фильтр очистки масла и магистраль слива масла из головки блока. К используемому маслу, единому для общей системы смазки и привода клапанов предъявляются высокие требования по качеству при длительной эксплуатации и вязкостным характеристикам. Поэтому в систему смазки должно заливаться масло типа 0W40. Для отслеживания вязкости при эксплуатации двигателя предусмотрен специальный датчик, посылающий сигнал о потере вязкости.

Блоки электрогидравлического подъема клапана могут устанавливаться и монтироваться независимо друг от друга. Выполненная с большой точностью плоская поверхность блока позволяет обеспечивать необходимую гидравлическую плотность соединения блока с корпусом двигателя.

№25. Системы изменения степени сжатия топливно-воздушной смеси. Различные способы отключения цилиндров.

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания тесно связана с к.п.д. В бензиновых двигателях степень сжатия ограничивается областью детонационного сгорания. Эти ограничения имеют особое значение для работы двигателя на полных нагрузках, в то время как на частичных нагрузках высокая степень сжатия не вызывает опасности детонации. Для увеличения мощности двигателя и повышения экономичности желательно снижать степень сжатия, однако если степень сжатия будет малой для всех диапазонов работы двигателя, это приведет к снижению мощности и увеличению расхода топлива на частичных нагрузках. При этом значения степени сжатия, как правило, выбираются намного ниже тех величин, при которых достигаются наиболее экономичные показатели работы двигателей. Заведомо ухудшая экономичность двигателей, это особенно сильно проявляется при работе на частичных нагрузках. Между тем, снижение наполнения цилиндров горючей смесью, увеличение относительного количества остаточных газов, уменьшение температуры деталей и т.п. создают возможности для повышения степени сжатия при частичных нагрузках с целью повышения экономичности двигателя и увеличения его мощности. Чтобы решить такую компромиссную задачу, разрабатываются варианты двигателей с изменяющейся степенью сжатия.Один из наиболее распространенных вариантов двигателя с изменяющейся степенью сжатия показан на рисунке.

На частичных нагрузках дополнительный шатун 4 занимает крайнее нижнее положение и поднимает зону рабочего хода поршня. Степень сжатия при этом максимальна. При высоких нагрузках эксцентрик на валу 3 поднимает ось верхней головки дополнительного шатуна 4. При этом увеличивается надпоршневой зазор и уменьшается степень сжатия.

Цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок, т. е. единым блоком, а не раздельно как у обычных двигателей. Отдельный блок представляет собой также блок-картер и шатунно-поршневая группа. Моноблок может перемещаться в блок-картере. Левая сторона моноблока при этом опирается на расположенную в блоке ось 1, служащую шарниром, правая сторона может приподниматься или опускаться при помощи шатуна 3 управляемого эксцентриковым валом 4.

Для герметизации моноблока и блок-картера предусмотрен гофрированный резиновый чехол 2. Степень сжатия изменяется при наклоне моноблока относительно блок-картера посредством гидропривода при неизменном ходе поршня. Отклонение моноблока от вертикали приводит к увеличению объема камеры сгорания, что вызывает снижение степени сжатия.

При уменьшении угла наклона степень сжатия повышается. Максимальная величина отклонения моноблока от вертикальной оси – 4%.

На минимальной частоте вращения коленчатого вал и сбросе подачи топлива, а также при малых нагрузках, моноблок занимает самое нижнее положение, в котором объем камеры сгорания минимален (степень сжатия – 14). Система наддува отключается, и воздух поступает в двигатель напрямую.

Под нагрузкой, за счет поворота эксцентрикового вала, шатун отклоняет моноблок в сторону, и объем камеры сгорания увеличивается (степень сжатия – 8). При этом сцепление подключает нагнетатель, и воздух начинает поступать в двигатель под избыточным давлением. Оптимальная степень сжатия рассчитывается блоком управления электронной системы с учетом частоты вращения коленчатого вала, степени нагрузки, вида топлива и др. параметров.

В связи с необходимостью быстрого реагирования на изменение степени сжатия в данном двигателе пришлось отказаться от турбокомпрессора в пользу механического наддува с промежуточным охлаждением воздуха с максимальным давлением наддува 2,8 кгс/см2.

Расход топлива для разработанного двигателя на 30% меньше, чем у обычного двигателя такого же объема, а показатели по токсичности отработавших газов соответствуют действующим нормам.

Основные способы отключения цилиндров: отключение цилиндров путем выключения топливоподачи при сохранении переменной степени дросселирования неработающих цилиндров (способ 1); отключение цилиндров выключением топливоподачи с одновремен­ным сообщением неработающих цилиндров напрямую с атмосферой или с выпускным трубопроводом (способ 2); отключение цилиндров посредством удерживания впускного и выпускного клапанов в закрытом положении и прекращения газообмена в неработающих цилиндрах (способ 3).

№26. Рециркуляция отработанных газов в дизельном двигателе.

В отработавших газах дизелей содержится небольшое количество вредных веществ, поэтому раньше на автомобиль не приходилось устанавливать специальные устройства. Но со временем произошло ужесточение норм. А все, благодаря содержанию частиц сажи и оксида азота в выхлопе. Поэтому для дизельных двигателей стали использовать системы, позволяющие снизить токсичность выхлопа, в состав которых включены рециркуляция отработавших газов дизелей вместе с нейтрализатором, позволяющим снизить токсичность отработавших газов путем восстановления оксида азота, и использования получившегося кислорода для дожига угарного газа вместе с недогоревшими углеводородами, и сажевым фильтром.

Сажевый фильтр представляет собой пористый фильтрующий материал, состоящий из карбида кремния. Если рассматривать конструкции прошлых лет, то в них производили периодическую очистку фильтров от накопленной сажи отработавшими газами, у которых температуру увеличивали, производя обогащение смеси. Фильтр очищался командой блока управления после 400 500 км пробега. В таком случае происходило резкое увеличение выбросов других вредных веществ. Поэтому современные сажевые фильтры работают вместе с окислительным нейтрализатором, с помощью которого дожигается сажа при наиболее низкой температуре примерно, 250 градусов по Цельсию.

В фильтрах нового поколения принцип ни сколько не изменился: задерживание и уничтожение. Каким образом достичь необходимой температуры для сгорания частиц сажи? С одной стороны, фильтр размещают за выпускным коллектором. С другой, через каждые 300-500 км пробега контроллер включает режим "многофазный впрыск", в результате чего происходит увеличение количества поступающего в цилиндр топлива. Самое главное, поверхность фильтрующего элемента покрывает тонкий слой катализатора, позволяющего дополнительно повысить температуру отработавших газов до требуемой (560 600 град. Цельс.).

Фильтрующий элемент представляет собой керамическую микропористую губку. Между ее каналами толщина стенок составляет не более 0,4 мм, поэтому фильтрующая поверхность большая. Такую "губку" часто изготавливают из сверхтонкого стального волокна, покрытого катализатором. За счет плотной набивки задерживается до 80% частиц размером от 20 до 100 нм.

Новые фильтры стали применять для управления работой двигателя. На входе и выходе фильтра устанавливаются датчики давления, и после того, как с них поступит сигнал, включится режим обогащения. Когда разница между показаниями станет существенной, компьютер даст понять, что "губка" закупорена сажей. Контроль над выжиганием осуществляют с помощью датчика температуры.

В качестве примера стоит привести современный механизм рециркуляции отработавших газов дизелей электронную систему, управляющую дизельным двигателем ЕДС. Конструкция представлена многокомпонентной системой выпуска отработавших газов, в которую входит 7 датчиков: 2 лямбда зонда, 2 температурных, 2 давления, один уровня сажи в выхлопе. Сюда же еще относятся 3 очистительных элемента каталитический нейтрализатор, катализатор накопитель, сажевый фильтр накопительного типа. При помощи датчиков, установленных в системе выхлопа, были оптимизированы процессы смесеобразования и сгорания. Для контроля сажевого фильтра были переданы многие системы двигателя, топливоподача и воздухоподача, рециркуляция отработавших газов, электронная дроссельная заслонка и турбонаддув. Благодаря датчикам давления, установленным на входе и выходе, из сажевого фильтра осуществляется контроль степени его загрязнения. Качество работы катализаторов оценивают по данным лямбда зондов, установленных на входе и на выходе. Работу системы двигателя корректируют, опираясь на показания лямбда зондов, датчиков температуры и по уровню сажи на выходе. С помощью каталитического нейтрализатора "перерабатываются" токсичные вещества в нетоксичные и малотоксичные соединения (вода, азот, углекислый газ), а при помощи катализатора - накопителя происходит дополнительная очистка от окиси азота и от частиц сажи.

№ 27. Система дополнительной подачи воздуха.

Данная система в течение 65 с нагнетает воздух за выпускные клапаны при температуре охлаждающей жидкости двигателя между 15° и 35° C. Вследствие этого из двигателя выходят обогащенные кислородом отработавшие газы, которые способствуют дожиганию, и позволяют катализатору быстрее прогреться. Работой системы дополнительной подачи воздуха управляет ЭБУ системы «Motronic» через реле вторичного насоса к клапану впуска вторичного воздуха и комбинированному клапану. После каждого последующего старта двигателя и до того момента, как температура двигателя достигнет 85° C, система дополнительной подачи воздуха включается с запозданием в 20 с и работает на холостом ходу двигателя в течение 5 с, при этом работу системы контролирует устройство самодиагностики. Состояние деталей системы дополнительной подачи воздуха отслеживается либо в «конечном заключении о неисправностях», либо если появится какой-либо дефект, то он будет зафиксирован в регистраторе неисправностей. При обращении к памяти регистратора неисправностей (работа производится на СТО), неисправность легко диагностируется, а затем может быть исправлена. Для некоторых позиций (см. рис. 99) даются следующие дополнительные пояснения:- в воздуховод 1 головки блока цилиндров нагнетается дополнительный воздух;

- подъемная проушина 4 привинчена слева на головке блока цилиндров;

- в хомут 5 вкручен клапан подачи дополнительного воздуха;

- штекерная колодка 7 надета на впускной клапан (черный цвет);

- вакуумный шланг 8 присоединен между верхней частью впускного трубопровода и распределительной топливной магистралью;

- впускной шланг 9 идет от верхней части воздушного фильтра. Его соединение должно быть герметично, без поступления воздуха;

- штекерная колодка 11 относится к мотору воздушного насоса. Она черного цвета и имеет два штырьковых вывода;

- держатель 12 удерживает мотор воздушного насоса. Он завинчен в воздухозаборник вентилятора охлаждения;

- шланговый хомут 14 крепит впускной шланг;

- напорный рукав 15 крепится между двигателем насоса 10 и комбинированным клапаном 17;

- держатель 16 крепит комбинированный клапан на направляющей трубке щупа для проверки уровня масла;

- всегда меняйте О-образное уплотнительное кольцо 19.

Рис. 99. Элементы системы дополнительной подачи воздуха: 1 — воздушный канал в головке блока цилиндров; 2 — болт, 25 Н·м; 3 — вакуумный шланг; 4 — подъемная проушина; 5 — держатель; 6 — дополнительный впускной клапан */**; 7 — штекерная колодка; 8 — вакуумный шланг; 9 — впускной шланг; 10 — мотор воздушного насоса*; 11 — штекерная колодка; 12 — держатель; 13 — болт, 10 Н·м; 14 — зажим для шланга; 15 — шланг под давлением; 16 — держатель; 17 — комбинированный клапан; 18 — болт, 15 Н·м; 19 — O-образное уплотнительное кольцо

№28. Система вентиляции топливного бака

Основными входными сигналами, поступающими на блок управления двигателем для регулирования системы вентиляции топливного бака, являются:

частота вращения коленчатого вала

сигнал измерителя массового расхода воздуха, соответствующий нагрузке двигателя

температура двигателя

сигналы датчиков кислорода

сигналы с блоков управления дроссельными заслонками

Пары топлива удерживаются в адсорбере 3. Он представляет собой емкость с подсоединенными патруб­ками, заполняемую поверхностно-активным веществом – адсорбентом. Адсорбенты, помимо высокой поглощающей способности, должны отли­чаться стабильными характеристиками при изменении температуры окру­жающей среды, эффективной десорбцией (освобождением накопленных паров) и стабильностью при многократном повторении циклов адсорбция-десорбция, невосприимчивостью к атмосферной влаге, высокой механи­ческой прочностью во избежание их истирания в процессе эксплуатации автомобиля. Наиболее приемлемым адсорбентом является активирован­ный уголь АГ-3, получаемый из каменного угля и полукокса. После обработки входных сигналов блок управления двигателем выдает команду на открытие электромагнитного клапана 4. В результате накопленные в адсорбере пары топлива отводятся во впускной трубопровод 6 двигателя и затем сжигаются в его цилиндрах. При этом кратковременно изменяется соотношение топлива и воздуха в смеси. Это изменение смеси регистрируется датчиками кислорода 10, по сигналам которых система регулирования производит необходимую ее коррекцию. Вентиляция картера. Система вентиляции картера предназначена для уменьшения выброса вредных веществ из картера двигателя в атмосферу. При работе двигателя из камер сгорания в картер могут просачиваться отработавшие газы. В картере также находятся пары масла, бензина и воды. Все вместе они называются картерными газами. Скопление картерных газов ухудшает свойства и состав моторного масла, разрушает металлические части двигателя.

На современных двигателях применяется принудительная система вентиляции картера закрытого типа. Система вентиляции картера у разных производителей и на разных двигателях может иметь различную конструкцию. Вместе с тем можно выделить следующие общие конструктивные элементы данной системы:

маслоотделитель;

клапан вентиляции картера;

воздушные патрубки.

 При помощи вентиляции из картера двигателя удаляются как пары бензина, так и отработавшие газы. Есть два типа вентиляции картера: закрытая и открытая. У каждой есть свои недостатки и преимущества. 

Открытая вентиляция

не работает на ХХ или при малой скорости;

насыщает подкапотное пространство выхлопными газами и загрязняет окружающую среду (что актуально, так как вы в ней тоже находитесь в непосредственной близости от источника загрязнения);

есть вероятность засасывания окружающего неотфильтрованного воздуха при остывании мотора;

конструктивно проще (всего один патрубок на крышке толкателей).

Закрытая вентиляция

усиливает засмоление карбюратора (впрочем, это имело значение в 1960-е годы с учётом имевшихся тогда масел; это менее критично при использовании современного качественного полусинтетического моторного масла);

возможны проблемы с конденсатом;

на высоких оборотах создаётся слишком большая тяга в отсосе, и есть мнение, что масло, имеющее свойство окисляться от кислорода воздуха, сокращает срок своей службы;

возможны вспышки топливо-воздушной смеси в карбюраторе;

более эффективна в отношении расхода масла;

№29. Система охлаждения с электронным управлением

На параметры работы двигателя, среди прочего, существенно влияет оптимальный температурный режим охлаждающей жидкости.  Повышенная температура охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно влияет на расход топлива и токсичность отработавших газов. Благодаря пониженной температуре охлаждающей жидкости при полной нагрузке мощность двигателя увеличивается, вследствие  охлаждения всасываемого воздуха и тем самым увеличения его количества, поступающего в двигатель. Применение системы охлаждения с электронным регулированием температуры позволяет регулировать температуру жидкости при частичной нагрузке двигателя в пределах от 95 до 110°C и при полной нагрузке – от 85 до 95°C. Система охлаждения двигателя с электронным регулированием оптимизирует температуру охлаждающей жидкости в соответствии с нагрузкой двигателя. Согласно программе оптимизации, заложенной в память блока управления двигателем, посредством действия термостата и вентиляторов достигается требуемая рабочая температура двигателя. Таким образом, температура охлаждающей жидкости приведена в соответствие с нагрузкой двигателя. Основными отличительными составляющими системы охлаждения с электронным регулированием от обычной является наличие  распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом. В связи с введением электронного регулирования системы охлаждения в блок управления двигателем поступает следующая дополнительная информация:

электропитание термостата (выходной сигнал)

температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора (входной сигнал)

управление вентиляторами радиатора (2 выходных сигнала)

положение потенциометра у регулятора системы отопления (входной сигнал)

При нагревании охлаждающей жидкости наполнитель 2 разжижается и расширяется, что ведет к подъему штифта 1. Когда к нагревательному сопротивлению не поступает ток, термостат действует как традиционный, однако температура его срабатывания повышена и составляет 110°C (температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя). В наполнитель встроено нагревательное сопротивление 3. Когда на него подается ток, оно нагревает наполнитель 2, который при этом расширяется, в результате чего штифт выдвигается на определенную величину «x» в зависимости от степени нагрева наполнителя.  Штифт 1 теперь перемещается не только под действием нагретой охлаждающей жидкости, но и под действием нагревания сопротивления, а степень его нагревания определяет блок управления двигателем в соответствии с заложенной в него программой оптимизации температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от характера импульса и времени его подачи изменяется степень нагревания наполнителя.

Распределитель размещен вместо подсоединительных штуцеров у головки блока цилиндров и представляет собой устройство для направления потока охлаждающей жидкости в малый или большой круг. При полной нагрузке двигателя требуется интенсивное охлаждение охлаждающей жидкости. На термостат в распределителе поступает ток, и открывается путь для жидкости из радиатора. Одновременно посредством механической связи малая клапанная тарелка перекрывает путь к насосу в малом круге. Насос подает охлаждающую жидкость, выходящую из головки блока непосредственно к радиатору. Охлажденная жидкость из радиатора поступает в нижнюю часть блока двигателя и оттуда засасывается насосом. Возможна также комбинированная циркуляция охлаждающей жидкости. Одна часть жидкости проходит по малому кругу, другая – по большому.

Управление термостатом в оптимизированной системе охлаждения двигателя (движение охлаждающей жидкости по малому или большому кругу) осуществляется в соответствии с трехмерными графиками зависимости оптимальной температуры охлаждающей жидкости от ряда факторов, основными из которых являются нагрузка двигателя, частота вращения коленчатого вала, скорость движения автомобиля и температура всасываемого воздуха. По этим графикам определяется величина номинальной температуры охлаждающей жидкости.

№30. Двигатели, работающие на газообразном топливе. Система питания, работающая по принципу карбюрации, установленная на бензиновом двигателе с электронной системой впрыска.

А) Газовый двигатель — двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве топлива сжиженные углеводородные газы (пропан-бутан) или природный газ (метан).

Отличие от бензиновых двигателей, работающих по этому циклу — более высокая степень сжатия (около 17-ти). Объясняется это тем, что используемые газы имеют более высокое октановое число, чем бензин.

Двигатели разделяются на:

специальные (или модифицированные), предназначенные только для работы на газе, бензин используется краткосрочно при неисправности газовой аппаратуры, когда нет возможности произвести ремонт на месте;

универсальные, рассчитанные на длительную работу как на газе, так и на бензине.

На автомобиле сжиженная пропан—бутановая смесь находится в стальных цельнотянутых (без сварных швов) баллонах, установленных на раме, под полом салона автобуса или в багажнике легкового автомобиля. Сжиженный газ находится в баллоне под давлением 16 атмосфер (баллон рассчитан на максимальное давление 25 атмосфер).

Баллоны для сжатого природного газа находятся на раме, под полом салона автобуса или на его крыше (на легковых автомобилях сжатый газ не применяется — очень мало места для громоздких и тяжёлых баллонов). Сжатый метан находится под давлением до 150 атмосфер. Несколько баллонов объединены в общую магистраль, имеется общий заправочный вентиль, каждый баллон также имеет собственный вентиль.

Газ из общей магистрали поступает в испаритель (подогреватель) — теплообменник, включен в систему жидкостного охлаждения, после прогрева двигателя газ подогревается (сжиженный газ испаряется) до температуры ≈75 °C. Далее газ проходит через магистральный фильтр.

Затем газ поступает в двухступенчатый газовый редуктор, где его давление снижается до рабочего.

Далее, газ поступает в смеситель (или в карбюратор-смеситель или в смесительную проставку под штатным карбюратором, определяется конструкцией топливной аппаратуры). Смесители устроены аналогично карбюраторам, имеют дроссельную и воздушную заслонку, систему холостого хода, систему работы на полной мощности и др.

Б) Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу карбюрации, используется как на двигателях работающих на бензине, оборудованных карбюратором, так и на двигателях, оборудованных системой впрыска бензина. Система питания, работающая по принципу карбюрации при использовании ее на двигателях с электронным впрыском бензина, кроме основных элементов обычной системы впрыска содержит ресивер 2, редуктор-испаритель 6, серводвигатель для управления расходом газа 7, трубопровод для подачи газа в диффузор.

Рис. Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу карбюрации, установленная на бензиновом двигателе с электронной системой впрыска: 1 – вентиляционная трубка для газового ресивера; 2 – ресивер с сжиженным газом; 3 – арматура газового ресивера; 4 – наполнительный клапан; 5 – клапан перекрытия газа; 6 – редуктор-испаритель; 7 – серводвигатель для управления расходом газа; 8 – электронный блок управления; 9 – переключатель вида используемого топлива «газ-бензин»; 10 – диффузор-смеситель; 11 – лямда-зонд; 12 – датчик разряжения; 13 – аккумуляторная батарея; 14 – выключатель зажигания; 15 – реле

При переключении на использование газа в качестве топлива, газ поступает из ресивера 2 в редуктор-испаритель, где происходит снижение давление газа и его испарение. В зависимости от сигналов, поступаемых от датчиков, блок управления выдает определенный сигнал на серводвигатель 7, определяющий расход газа на определенном режиме работы двигателя. Газ по трубопроводу поступает в диффузор, где смешивается с воздухом и проходит к впускному клапану, а затем в цилиндр двигателя. Для управления работой двигателя, предусматриваются отдельные блоки управления для работы двигателя на бензине и газе. Между обоими блоками управления идет обмен информацией.

№31. Система питания двигателя, работающего на сжатом природном газе.

Автомобильные двигатели могут работать на сжатом и сжиженном газе. Компоновочная схема системы питания при работе на сжатом газе: баллон подогреватель — редуктор высокого давления — редуктор низкого давления смеситель-карбюратор. Система питания двигателей, работающих на сжатом газе. Входящие в состав системы баллоны выполнены из стали и рассчитаны на рабочее давление 19,6 МПа. Вместимость их 50 л, масса 93 кг. Вентили используют для перекрытия магистралей при неработающем двигателе. Подогреватель газа служит для предотвращения возможного замерзания влаги, находящейся в газе. Он выполнен в виде нескольких витков газопровода высокого давления на выпускном коллекторе. Газовый редуктор высокого давления (ГРВД) служит для снижения давления газа до 1,2 МПа. Газ из баллона поступает в полость редуктора через штуцер с накидной и керамический фильтр к клапану. На клапан давит сверху через толкатель и мембрану пружина редуктора. При давлении газа в другие полости меньше заданного пружина редуктора через толкатель опускает клапан, пропуская через образовавшуюся щель газ в полость в эту же полость. Газ при этом проходит дополнительный фильтр. При достижении заданного давления в полости сила его на мембрану уравновешивает пружину, и клапан закрывает проход газа. Выходное давление регулируют рукояткой с винтом. Работу редуктора контролируют по манометру, принимающему сигнал от датчика высокого давления и сигнализатора падения выходного давления.

Газовый редуктор низкого давления (ГРНД) снижает давление до рабочего значения, необходимого для подачи в смеситель (0,085 — 0,08 МПа). К ГРНД газ поступает через электромагнитный клапан-фильтр, который при выключении зажигания перекрывает подачу газа. Если газ не поступает, то атмосферное давление в определенной полости прогибает диафрагму вниз и через рычаг открывает клапан первой ступени редуктора. В данной полости также атмосферное давление, поэтому диафрагма через пружину и шток перемещает рычаг вверх и открывает клапан второй ступени редуктора. Давление во всем редукторе атмосферное.

№32. Система питания дизельного двигателя, работающего по газожидкостному циклу.

Дизельные двигатели могут быть переведены на питание газообраз­ным топливом путем ввода газа в цилиндры двигателя как в жидкой, так и в газообразной фазе. Сжиженный газ впрыскивается в камеру сгорания с помощью стандартного топливного насоса и форсунок. Для предотвра­щения испарения жидкости и образования паровых пробок используют в качестве охлаждающего агента незначительное количество этого же сжиженного газа. После испарения части жидкости и охлаждения вслед­ствие этого основной массы сжиженного газа пары засасываются в ци­линдры двигателя вместе с воздухом, а охлажденная жидкость впрыски­вается насосом в камеры сгорания, как и в обычном двигателе с воспла­менением от сжатия.

Наиболее широкое распространение получил способ, при котором в качестве источника зажигания газовоздушной смеси используется фа­кел жидкого топлива, самовоспламеняющегося от сжатия. При переводе двигателя на газ этим способом степень сжатия, как правило, остается неизменной. Цилиндры двигателя в течение впуска заполняются газовоз­душной смесью обедненного состава. Для этого на впускном трубопро­воде двигателя (или воздушного нагнетателя) устанавливают смеситель­ное устройство, предназначенное для перемешивания газа с воздухом, регулирования качества и количества газовоздушной смеси, поступающей в двигатель.

На рисунке приведена схема установки для дизеля, работающего по газожидкостному циклу, т.е. со всасыванием и сжатием газовоздуш­ной смеси и воспламенением ее струей самовоспламенившегося жидкого топлива. Сжатый газ из баллона 17 или сжиженный газ из баллона 20 по­ступает через соответствующие вентили к подогревателю-испарите­лю 16. Подогрев осуществляется отработавшими газами. От подогревателя-испарителя газ направля­ется через магистральный вентиль 15 и газовый фильтр 12 в двухступен­чатый редуктор 11, в котором давление газа снижается до значения, близ­кого к атмосферному. Газ низкого давления поступает к газовому смеси­телю 5, откуда после смешивания с воздухом засасывается в цилиндры двигателя.

Жидкое топливо из бака 9, пройдя подкачивающий 7 и топлив­ный 6 насосы, впрыскивается через форсунки в камеры сгорания при подходе поршней к верхней „мертвой» точке. При использовании струи самовоспламенившегося жидкого топлива в качестве источника воспла­менения газовоздушной смеси регулирование двигателя может быть коли­чественным, качественным или смешанным. Так как последнее предпочти­тельно, то разработана специальная система управления дозирующими приспособлениями для жидкого и газообразного топлива.

В случае смешанной системы регулирования, кроме обычного регу­лирования количества газовоздушной смеси, применяется дополнительный ввод воздуха для повышения коэффициента избытка воздуха при работе двигателя на холостом ходу и малых нагрузках и автоматическое вклю­чение дополнительной подачи топлива для повышения мощности двигате­ля при полностью открытой дроссельной заслонке газовоздушной смеси. На холостом ходу двигатель работает в основном на жидком топливе, впрыскиваемом топливным насосом 6; воздух поступает через отвер­стие 4 для дополнительного ввода воздуха, а также через зазор между дроссельной заслонкой и стенками газового смесителя.

По мере перехода к нагрузочным режимам работы двигателя уве­личивается подача газовоздушной смеси постоянного состава. Количество воздуха, поступающего через канал 4, уменьшается, так как разрежение во впускном трубопроводе падает. В момент, когда дроссельная заслонка полностью открыта и требуется дальнейшее увеличение мощности двига­теля, перемещением педали подачи топлива производят передвижение рейки топливного насоса и увеличивают подачу жидкого топлива. Такой способ повышения мощности двигателя применяется в тех случаях, когда чрезмерное обогащение газовоздушной смеси недопустимо по причине повышенной жесткости протекания процесса сгорания.

Применение газодизельного процесса позволяет снизить расход топлива, уровень внешнего и внутреннего шумов, уменьшить выбросы с отработавшими газами твердых частиц (в 1,8 раза).

Однако газодизельный процесс увеличивает выброс углеводородов и оксида углерода при незначительном уменьшении выброса оксидов азота. Повышенное содержание углеводородов вызвано неполным сгора­нием метана, который сам не является токсичным. Причина повышенных выбросов оксида углерода – то, что газодизельный двигатель с воспла­менением от запальной дозы жидкого топлива и приготовлением газовоз­душной рабочей смеси во впускном тракте занимает промежуточное по­ложение между двигателем внутреннего сгорания с внутренним смесе­образованием и двигателем с внешним смесеобразованием, а последний, как известно, из-за меньших коэффициентов избытка воздуха на порядок уступает в этом дизелю.

Улучшения экономических и экологических характеристик газодизель­ных двигателей можно достичь за счет применения систем смешанного (качественно-количественного) регулирования газовоздушной смеси, введения электронного управления системой питания со смешанным ре­гулированием. Перспективны также и системы непосредственного впрыска газа в цилиндры дизеля.

№33. Автомобили с нетрадиционными двигателями. Электромобили.

Электромобиль оснащен электромотором вместо бензинового или дизельного двигателя. Электродвигатель получает энергию от контроллера, который регулирует количество электроэнергии, на основании использования водителем педали акселератора. Электромобили (их также называют электрокары) используют энергию, хранящуюся в аккумуляторных батареях, которые заряжаются от обычной домашней электросети.

В отличие от гибридных автомобилей, которые работают на бензине, и используют батареи и двигатель для повышения эффективности, — электромобили работают на одном только электричестве. Так исторически сложилось, что электрокары еще не получили широкого распространения из-за ограниченного запаса хода прежде чем потребуется подзарядка, из-за долгого времени зарядки, а также отсутствия готовности автомобилестроителей производить и продавать электромобили, которые имеют все блага бензиновых автомобилей. Но все меняется. Аккумуляторные технологии совершенствуются с одновременным улучшением аккумулирования энергии и снижением стоимости, и крупные автопроизводители планируют внедрение нового поколения электромобилей.

Электромобили не выбрасывают выхлопные газы, уменьшают нашу зависимость от нефти, а еще они дешевле в эксплуатации. Само собой, процесс получения электроэнергии переводит выбросы на более высокий уровень — не будем забывать дымовые трубы энергетических компаний, — но даже грязная электроэнергия, используемая в электромобилях, как правило, уменьшает наш коллективный выброс углерода в атмосферу.

Еще один фактор — удобство: за одну поездку на заправочную станцию можно закачать 330 кВт∙ч в 40-литровый бак. Потребуется около 9 дней, чтобы получить то же количество энергии от домашней сети. К счастью, зарядка электромобиля занимает несколько часов, а не дней, потому что он гораздо экономичнее.

Говоря об удобстве, не следует забывать два важных момента: зарядка у себя дома означает отсутствие необходимости поездок на заправочную станцию; а также то, что электромобиль почти не требует такого техобслуживания, как замена масла или проверки уровня выбросов, а вот автомобилю с двигателем внутреннего сгорания это необходимо.

Также электродвигатели развивают самый высокий крутящий момент с нулевых оборотов, что означает быстрое ускорение от нуля до сотни.

№34. Гибридные системы электромобилей.

Гибридным автомобилем называется транспортное средство, приводимое в движение с помощью гибридной силовой установки. Отличительной особенностью гибридной силовой установки является использование двух и более источников энергии и соответствующим им двигателей, преобразующих энергию в механическую работу. В некоторых источниках информации используется термин "гибридный двигатель", который с технической точки зрения неверен. Несмотря на многообразие источников энергии (тепловая энергия бензина или дизельного топлива, электроэнергия, энергия сжатого воздуха, энергия сжатого сжиженного газа, солнечная энергия, энергия ветра и др.) в промышленном масштабе на гибридных автомобилях используется комбинация двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Главное преимущество гибридного автомобиля заключается в существенном сокращении расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается:

согласованной работе ДВС и электродвигателя;

применением аккумуляторов большой емкости;

использованием энергии торможения, т.н. рекуперативное торможение, преобразующее кинетическую энергию движения в электроэнергию. Вместе с тем, в гибридных автомобилях используется множество других инновационных разработок, позволяющих экономить топливо и беречь атмосферу, в том числе:

система изменения фаз газораспределения;

система стоп-старт; система рециркуляции отработавших газов;

система подогрева охлаждающей жидкости отработавшими газами;

улучшенная аэродинамика;

электропривод вспомогательных устройств (водяного насоса, климатической установки, усилителя руля и др.);

шины с пониженным сопротивлением качению.

Необходимо отметить, что больший эффект от гибридных автомобилей наблюдается при движении в городском цикле, который характеризуется частыми остановками, работой в режиме холостого хода. При движении с постоянной высокой скоростью (загородный цикл) гибриды не так эффективны.

№35. Двигатели с внешним подводом теплоты. Двигатель Стирлинга.

Два поршня (нижний - рабочий, верхний - вытеснительный) соединены с кривошипным механизмом концентричными штоками. Газ, находящийся в полостях над и под вытеснительным поршнем, нагреваясь попеременно от горелки в головке цилиндра, проходит через теплообменник, охладитель и обратно. Циклическое изменение температуры газа сопровождается изменением объема и соответственно действием на перемещение поршней.

Подобные двигателя работали на мазуте, дровах, угле. К их достоинствам относятся долговечность, плавность работы, отличные тяговые характеристики, что позволяет обойтись вообще без коробки передач. Основные недостатки: внушительная масса силового агрегата и низкий КПД. Опытные разработки недавних лет (например, американца Б. Лира и др.) позволили сконструировать агрегаты замкнутого цикла (с полной конденсацией воды), подобрать составы парообразующих жидкостей с показателями более выгодными, чем вода. Тем не менее, на серийное производство автомобилей с паровыми двигателями не осмелился ни один завод за последние годы. Тепловоздушный двигатель, идею которого предложил Р. Стирлинг ещё в 1816 году относится к двигателям внешнего сгорания. В нем рабочим телом служат гелий или водород, находящийся под давлением, попеременно охлаждаемые и нагреваемые. Такой двигатель в принципе прост, имеет меньший расход топлива, чем внутреннего сгорания поршневые двигатели, при работе не выделяет газов, которые имеют вредные вещества, а также имеет высокий эффективный КПД, равный 0,38. Однако внедрению двигателя Р. Стирлинга в серийное производство мешают серьезные трудности. Он тяжел и очень громоздок, медленно набирает обороты по сравнению с поршневым двигателем внутреннего сгорания. Более того, в нем сложно технически обеспечить надежное уплотнение рабочих полостей.

№36) Нейтрализация отработавших газов. Каталитическая нейтрализация

Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН, и СО и разлагать оксиды азота. Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции сгорания зависит от температуры носителя.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СН и СО применяют благородные металлы, а также оксиды переходных металлов. Для нейтрализации могут применяться, кроме вышеназванных элементов, катализаторы на основе меди с добавкой ванадиевого ангидрида или оксида хрома, на основе оксида железа или алюминия, на основе металлических сплавов.

Катализаторы представляют собой собственно активный каталитический слой, нанесенный на инертное тело-носитель. Наибольшее распространение получили гранулированные и блочные носители. Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали толщиной 0,1…0,5 мм или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладываются в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками.

Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между ОГ и каталитической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия, содержащего каталитический материал. Гранулы из оксида алюминия покрываются непосредственно каталитическим материалом. Блок-носитель помещают внутри корпуса нейтрализатора из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющая прокладка.

Для уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя нейтрализатор присоединяется в выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или через компенсатор колебаний.

Для работы системы с каталитическим окислительным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащенных смесей необходимо к ОГ добавлять воздух. Для этого используются специальные воздушные насосы или специальные клапанные устройства, функционирующие под действием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Наилучшую очистку отработавших газов дают двухсекционные каталитические нейтрализаторы, позволяющие после прохождения первой секции уменьшать содержание NO_x, а после ввода во вторую секцию дополнительного воздуха – содержание СО и СН.

В последнее время наибольшее распространение нашли трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные системой обратной связи с лямбда-зондом, позволяющие одновременно при восстановлении NO окислять СО и СН.

Основным недостатком каталитических нейтрализаторов является высокая стоимость. Кроме того, при их установке на автомобиле не допускается применение этилированных бензинов.

№37) Предварительный стартовый нейтрализатор

Поскольку на режимах пуска и прогрева расход ОГ через нейтрализатор невелик, в некоторых системах используют специальные стартовые нейтрализаторы. Имея в сравнении с основным меньшие габариты и массу, стартовый нейтрализатор устанавливается перед основным или же параллельно ему.

При параллельном расположении стартового нейтрализатора во время прогрева двигателя весь поток ОГ направляется в этот нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать. Затем по мере прогрева двигателя поток ОГ специальной заслонкой направляется в основной нейтрализатор.

Положительный эффект при последовательном включении стартового нейтрализатора достигается вследствие его расположения перед основным нейтрализатором, т.е. ближе к выпускному коллектору, и меньших размеров, а значит и более быстрого прогрева.

Стартовый нейтрализатор в виде металлического блока, диаметром 60 мм устанавливают в выпускной приемной трубе прямо за фланцем выпускной системы, что обеспечивает быстрый его прогрев и вступление в работу. Но поскольку на режиме прогрева двигателя его питают обогащенной горючей смесью, на вход стартового нейтрализатора подают дополнительный воздух, а в качестве катализатора используют палладий, как более устойчивый к высоким температурам. Размеры нейтрализатора и плотность его ячеек выбираются из условий минимальных газодинамических потерь.

Повышение долговечности стартового нейтрализатора: рекомендуется размещать его, как отмечалось, в байпасном патрубке и выключать после прогрева основного нейтрализатора.

№38) Накопительный нейтрализатор

По конструкции он не отличается от обычного трехкомпонентного нейтрализатора.

Помимо выполнения функций трехкомпонентного нейтрализатора он способен накапливать оксиды азота. При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси накопительный нейтрализатор работает как обычный трехкомпонентный нейтрализатор. При работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях этот нейтрализатор не может преобразовывать оксиды азота обычным способом, но он способен их удерживать. Как только количество удержанных оксидов азота достигает предельного для данного нейтрализатора значения, двигатель переводится на режим регенерации. Содержащаяся в топливе сера также может удерживаться нейтрализатором, занимая место оксидов азота, с которыми она имеет химическое родство.

Принцип действия накопительного нейтрализатора заключается в следующем. В накопительном нейтрализаторе помимо трех прослоек из платины, родия и палладия предусмотрена четвертая прослойка из оксида бария. Эта прослойка способна связывать оксиды азота при работе двигателя на бедных смесях. Процесс связывания оксидов азота начинается с их преобразования в диоксид азота в присутствии платины и завершается реакцией, в результате которой оксид бария переводится в нитрат бария.

№39. Датчики кислорода и датчики содержания оксида азота.

Датчик оксидов азота контролирует содержание оксидов азота в отработавших газах. Он устанавливается в выпускной системе бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива после дополнительного (накопительного) нейтрализатора. Датчик включает две камеры. В первой камере оценивается концентрация кислорода. Во-второй камере происходит восстановление оксидов азота на кислород и азот. Концентрация оксидов азота оценивается по величине восстановленного кислорода. Кислородный датчик (другое название – лямбда-зонд) устанавливается в выпускной системе и в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах вырабатывает определенный сигнал. На основании сигнала система управления двигателем поддерживает стехиометрический состав топливно-воздушной смеси (т.н. лямбда-регулирование).

На современных автомобилях, оборудованных каталитическим нейтрализатором, устанавливается два датчика концентрации кислорода. Кислородный датчик на выходе из нейтрализатора контролирует его работоспособность и обеспечивает содержание вредных веществ в отработавших газах в пределах установленных норм. В зависимости от конструкции различают два вида кислородных датчиков: двухточечный датчик; широкополосный датчик. Кислородный датчик (двухточечный) представляет собой керамический элемент, имеющий двухстороннее покрытие из диоксида циркония. Измерение осуществляется электрохимическим способом. Электрод одной стороной контактирует с выхлопными газами, другой - с атмосферой. Принцип действия кислородного датчика основан на измерении содержания кислорода в отработавших газах и атмосфере. При разной концентрации кислорода в отработавших газах и атмосфере на концах электрода создается напряжение. Чем выше содержание кислорода (обедненная топливно-воздушная смесь), тем ниже напряжение, чем ниже содержание кислорода (обогащенная топливно-воздушная смесь), тем выше напряжение. Электрический сигнал от кислородного датчика поступает в электронный блок управления системы управления двигателем. В зависимости от величины сигнала блок управления воздействуют на исполнительные органы подконтрольных ему систем автомобиля.

№40. Сажевые фильтры.

Дизельный сажевый фильтр (Diesel Particulare Filter, DPF) предназначен для снижения выброса сажевых частиц в атмосферу с отработавшими газами. Применения фильтра позволяет добиться снижения частиц сажи в отработавших газах до 80-100%. Сажевый фильтр устанавливается за выпускным коллектором в непосредственной близости от двигателя, там, где температура отработавших газов максимальна. В работе сажевого фильтра различается два последовательных этапа: фильтрация и регенерация сажи. При фильтрации происходит захват частиц сажи и оседание их на стенках фильтра. Не задерживаются только частицы сажи малого размера (от 0,1 до 1 мкм). Их доля невелика (до 5%), но это самые опасные для человека выбросы. Скопившиеся частицы сажи создают препятствие для отработавших газов, что приводит к снижению мощности двигателя. Поэтому периодически требуется очистка фильтра от накопившейся сажи или регенерация. В разных конструкциях сажевого фильтра реализованы разные способы регенерации сажи. Основным конструктивным элементом сажевого фильтра является матрица, которая изготавливается из керамики (карбида кремния). При прохождении отработавших газов через сажевый фильтр, частицы сажи задерживаются на поверхности стенок матрицы. Нанесенный на стенки матрицы катализатор способствует окислению несгоревших углеводородов и угарного газа. В работе сажевого фильтра с каталитическим покрытием различают активную и пассивную регенерацию.

При пассивной регенерации происходит непрерывное окисление сажи за счет действия катализатора и высокой температуры отработавших газов (350-500°С). При определенных режимах работы двигателя (небольшая нагрузка и др.) наблюдается недостаточно высокая температура отработавших газов и пассивная регенерация происходить не может. В этом случае осуществляется активная (принудительная) регенерация сажевого фильтра. Активная регенерация происходит при температуре 600-650°С, которая создается при помощи системы управления дизелем. При данной температуре частицы сажи сгорают, т.е. вступают в реакцию с кислородом с образованием углекислого газа.

№41. Очистка отработавших газов дизельных двигателей по принципу SCR.

В наше время есть проверенная техника для очистки выхлопных газов дизельных двигателей называемая SCR и представляющая собой техническое решение на которое в настоящем и ближайшем будущем будет делать ставку все большее число производителей автомобилей. SCR обозначает Selective Catalytic Reduction, т.е. селективное каталитическое восстановление.

Дизельный двигатель, укомплектованный системой SCR, имеет много преимуществ в области экологи по сравнению с обычным дизельным двигателем:

- Чрезвычайно малые выбросы ОГ в атмосферу, отвечающие нормам Евро-4,

- более низкий расход топлива и меньшее содержание оксидов азота в выхлопных газах.

- достаточно простая (но требующая периодического дорогостоящего обслуживания) техника, которая экологична и применима в двигателях, как малой, так и большой мощности.

Принцип работы системы SCR заключается во впрыскивании раствора мочевины, легко растворимой в воде, в систему выпуска отработавших газов, где последние превращаются в безопасные газообразные азот и воду.

Техника SCR работает при температурах до минус 40 градусов Цельсия. Синтетические кристаллы мочевины находят применение для уменьшения выбросов оксидов азота на отопительных установках и тепловых станциях с 70-х годов.

Раствор мочевины, используемой в системе SCR, носит название AdBlue.

При нормальном обращении с AdBlue не требуется никаких специальных защитных средств.