2327
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических
комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования»
Пенза 2013
УДК 621.432 ББК 39.33 08
Т58
Рецензенты: кафедра «Эксплуатация машино трак торного парка» Пензенской государ ственной сельскохозяйственной акаде мии (зав.каф. доктор технических наук, профессор К.З. Кухмазов); профессор кафедры «Теоретическая и
прикладная механика» Пензенской госу дарственной технологической академии доктор технических наук, профессор В.В. Коновалов
Топливные системы современных и перспективных двига Т58 телей внутреннего сгорания: учеб. пособие / В.В. Лянден бурский, А.А. Грабовский, А.М. Белоковыльский, В.В. Салмин,
П.И. Аношкин. – Пенза: ПГУАС, 2013. – 324 с.
ISBN 978 5 9282 0893 6
Представлены сведения о конструкции топливных систем современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих на различных видах топлива.
Учебное пособие подготовлено на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта» и предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования» всех форм обучения.
|
© Пензенский государственный университет |
ISBN 978 5 9282 0893 6 |
архитектуры и строительства, 2013 |
|
© Лянденбурский В.В., Грабовский А.А., |
|
Белоковыльский А.М., Салмин В.В., |
|
Аношкин П.И., 2013 |
2
О Г Л А В Л Е Н И Е |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................................................................... |
5 |
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................. |
6 |
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ |
|
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ...................................................................... |
8 |
1.1. Назначение и классификация систем питания ................................. |
8 |
1.2. Общее устройство систем питания и назначение элементов ... |
11 |
Контрольные вопросы..................................................................................... |
13 |
2. СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.... |
14 |
2.1. Общее устройство карбюратора. Назначение систем |
|
карбюратора................................................................................................. |
14 |
2.2. Карбюраторы МКЗ;К89АЕ и К;88АМ.............................................. |
15 |
Контрольные вопросы..................................................................................... |
37 |
3. ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ С ВПРЫСКОМ ЛЕГКОГО |
|
ТОПЛИВА.......................................................................................................... |
38 |
3.1. Основные принципы управления двигателем................................ |
38 |
3.2. Системы автоматического управления экономайзером |
|
принудительного холостого хода......................................................... |
40 |
3.3. Системы подачи топлива с электронным управлением.............. |
47 |
3.4. Система впрыска "K;JETRONIK" ("К;Джетроник")................... |
51 |
3.5. Система впрыска «KE;JETRONIK» .................................................. |
69 |
3.6. Система пуска............................................................................................. |
72 |
3.7. Другие системы впрыска ........................................................................ |
73 |
3.8. Комплексные системы управления двигателем............................. |
81 |
3.9. Датчики электронных систем управления двигателем ............... |
85 |
3.10. Исполнительные устройства систем впрыска.............................. |
94 |
Контрольные вопросы................................................................................... |
101 |
4. СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ................ |
102 |
4.1. Теоретические основы функционирования системы питания |
|
двигателя внутреннего сгорания тяжелого топлива ................... |
102 |
4.2. Влияние эксплуатационных факторов на характеристику |
|
впрыска........................................................................................................ |
108 |
4.3. Особенности рабочего процесса дизеля.......................................... |
114 |
4.4. Особенности устройства и принцип действия системы питания |
|
двигателей внутреннего сгорания тяжелого топлива................. |
121 |
Контрольные вопросы................................................................................... |
161 |
5. УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ |
|
ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ............................................. |
162 |
3
5.1. Применение горючих газов для двигателей внутреннего |
|
сгорания....................................................................................................... |
162 |
5.2. Конструктивные особенности газобаллонной установки |
|
карбюраторных бензиновых двигателей ......................................... |
164 |
5.3. Схемы переоборудования инжекторных топливных систем |
|
на газовое топливо ................................................................................... |
170 |
5.4. Автомобильные газодизельные системы ........................................ |
174 |
5.5. Баллоны для газового топлива ........................................................... |
178 |
5.6. Арматура газобаллонных установок................................................. |
182 |
5.7. Испаритель, подогреватель и фильтры газа .................................. |
191 |
5.8. Газовый редуктор .................................................................................... |
199 |
5.9. Газовый смеситель .................................................................................. |
208 |
5.10. Карбюраторы;смесители .................................................................... |
212 |
5.11. Резервная система питания двигателя бензином ...................... |
215 |
Контрольные вопросы................................................................................... |
223 |
6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА ГАЗА |
|
И ДРУГИХ ГАЗОВ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА................................. |
224 |
Контрольные вопросы................................................................................... |
237 |
7. НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ВЫЯВЛЕНИЯ |
|
НЕИСПРАВНОСТЕЙ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ |
|
ДВИГАТЕЛЕЙ ................................................................................................ |
238 |
7.1. Общие сведения о неисправностях систем питания |
|
двигателей................................................................................................... |
238 |
7.2. Способы выявления неисправностей топливных систем ......... |
256 |
7.3. Виртуальное диагностирование топливной системы |
|
дизельного двигателя.............................................................................. |
272 |
7.4. Виртуальное диагностирование топливной системы |
|
бензинового двигателя ........................................................................... |
277 |
7.5. Встроенная система диагностирования автомобилей с |
|
дизельным двигателем ........................................................................... |
282 |
7.6. Встроенная система диагностирования автомобилей с |
|
инжекторными двигателями................................................................ |
288 |
Контрольные вопросы................................................................................... |
303 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... |
304 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................ |
305 |
ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................................................................... |
308 |
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дисциплина «Топливные системы современных и перспективных ДВС» имеет большое значение при подготовке высококвалифици; рованных специалистов автомобильного транспорта.
Все системы и механизмы автомобилей претерпевают изменения, которые для топливных систем связаны с ужесточением экологических норм, а также снижением запасов нефтепродуктов. Знание сущес; твующих и перспективных топливных систем поможет будущим инженерам автомобильного транспорта в работе.
Данное пособие состоит из шести разделов. Для лучшего усвоения материала по завершении соответствующего раздела дисциплины сту; дентам предлагается ответить на контрольные вопросы. Учебное посо; бие поможет закрепить знания, полученные при изучении специальных дисциплин.
5
ВВЕДЕНИЕ
С каждым годом увеличивается парк автомобилей, автопоездов и других установок с ДВС, которые потребляют значительное коли; чество топлива. Поэтому все более возрастает диспропорция между реальным приростом добычи нефти и темпами потребления нефтяных топлив для обеспечения развития автомобилестроения, в результате чего возникает проблема экономного использования ресурсов мотор; ного топлива. Вот почему любая конкретная задача по экономии горю; чесмазочных материалов и улучшению экологических характеристик установок с ДВС является задачей государственной важности. А полная (или хотя бы частичная) замена жидких топлив другими видами горючего, пригодного для ДВС в качестве моторного, является одной из важнейших комплексных задач.
В настоящее время современные автомобили в основной своей массе работают на продуктах переработки нефти: бензине, дизельном топливе, сжиженном нефтяном газе, которые небезграничны.
Безусловно, целесообразно использование природного газа в каче; стве топлива на крупных, расположенных вблизи газовых месторож; дений, электростанциях с газовыми и газодизельными ДВС, с паровыми и газотурбинными установками для последующей передачи электроэнергии в густонаселенные и промышленно развитые районы страны (целесообразен также экспорт, но не газового сырья, а электроэнергии).
Применение газового топлива непосредственно в автомобильном транспорте требует создания отводов от газопроводов, газокомпрес; сорных заправочных станций (для хранения газа в баллонах высокого давления) или установок сжижения природного газа (для хранения его в криогенных сосудах). Этот путь длителен, трудоемок и требует значительных затрат.
Достаточно сказать, что в России, имеющей разветвленную сеть газопроводов, лишь после 25 лет практического использования газово; го топлива на автомобильном транспорте начинает проявляться эконо; мический эффект. При этом очевидно, что положительный экологический эффект проявляется значительно быстрее.
Существует другой путь использования газа для автомобильного транспорта. Этот путь – синтез из газа жидких топлив и последующая транспортировка их автоцистернами в густонаселенные районы,
6
хранение и раздача обычным порядком автозаправочными станциями. Но этот путь дорог.
При использовании водорода на транспортных средствах главная проблема заключается в хранении его в сжатом, сжиженном или растворенном состоянии.
Использование сжатого водорода в соответствующих баллонах приводит к увеличению массы автомобиля на 50 %.
Применение гидридов металлов как аккумуляторов водорода также увеличивает массу автомобиля.
Считается наиболее рациональным хранение водорода в сжижен; ном виде, хотя это сложно и дорого.
Стоимость водорода пока значительно превышает стоимость не; фтяного топлива. При развитии атомных электростанций и получении сравнительно дешевой теплоты атомных реакторов эта стоимость снизится. В настоящее время при производстве Н2 из угля 1/3 его количества тратится на сам процесс производства, но работа ДВС на Н2 более экономична и менее токсична. В отработавших газах (ОГ) содер; жится лишь NOx, которых меньше, чем в ОГ бензиновых двигателей.
Отличительные особенности в топливных системах современных и перспективных транспортных средств приводят к необходимости объединения информации по данным системам.
7
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
1.1.Назначение и классификация систем питания
Системы питания (СП) предназначены для приготовления и подачи горючей смеси в объем рабочих органов двигателя внутреннего сгорания.
В зависимости от вида различают топлива:
твердотопливные (угольная, сланцевая пыль и др.);
жидкостные (бензин, дизельное топливо, керосин, спирт, рафинированные постные масла);
газовые (сжиженные и сжатые природные газы, газогене; раторные установки).
Жидкостные СП подразделяются на:
СП легкого топлива (бензин, спирт);
СП тяжелого топлива (дизельное топливо, постные масла). Газовые СП подразделяются на:
СП сжиженного газа;
СП сжатого газа;
газогенераторные СП;
газодизельные СП.
В зависимости от способа смесеобразования:
с внешним смесеобразованием (карбюраторные);
с внутренним смесеобразованием: впрыск (инъекционные, ин; жекторные СП), дизели.
Дизели – ДВС с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия. Рабочая смесь образуется в процессе впрыска топлива в цилиндр, и тут же самовоспламеняется под воздействием высокой температуры сжатия.
Основным недостатком такого смесеобразования является изме; нение коэффициента избытка воздуха LД/LТ, в зависимости от оборотов и нагрузки двигателя.
Этого недостатка лишены дизели, у которых впрыск топлива осуществляется совместно с воздухом под большим давлением. Однако это требует наличия баллона со сжатым воздухом (20 МПа) и компрессора.
ДВС легкого топлива – двигатели с внешним смесеобразованием и принудительным смесеобразованием. Прибор, осуществляющий при; готовление горючей смеси с определенным соотношением между ко; личеством воздуха и топлива, в зависимости от режимов работы ДВС, называется КАРБЮРАТОРОМ, а процесс смесеобразования, – КАРБЮРАЦИЕЙ.
8
Существуют три типа карбюраторов:
испарительный (барботажный), принцип работы которого осно; ван на смешивании воздуха с парами легкоиспаряющегося топлива при прохождении воздуха над поверхностью топлива. Качество смеси (концентрация) регулируется путем изменения объема полости между поверхностью топлива и крышкой карбюратора. Дроссельная заслонка определяет количество подаваемой смеси.
Преимущество – однородность смеси.
Недостатки – громоздкость, пожароопасность, необходимость частых регулировок, незначительная производительность и т.д.;
впрыскивающий (мембранный) представляет собой устройство с воздушной и топливной камерами, каждая из которых разделена соответствующей мембраной на две полости. Мембраны установлены на одной оси с клапаном подачи топлива в камеру высокого давления. Положения мембран, следовательно, и количество распыляемого в смесительной камере топлива, определяется разностью давлений меж; ду горловиной диффузора и полостью перед диффузором. Качество горючей смеси определяется пропускной способностью жиклера, а его количество – положением дроссельной заслонки.
Преимущество – точность и надежность работы при любых режимах работы двигателя.
Недостаток – сложность регулировки;
поплавковые (всасывающие), принцип смесеобразования которых основан на распылении топлива и его смешивании с воздухом в смесительной камере, расположенной за диффузором. При этом топливо из поплавковой камеры по специальному наклонному каналу подается в горловину диффузора за счет разрежения в диффузоре вследствие местного повышения скорости потока воздуха.
Различают карбюраторы:
горизонтальные;
вертикальные, с восходящим потоком;
вертикальные, с нисходящим (падающим) потоком. Преимущество – простота и надежность.
Недостаток – инерционность и «стихийность» смесеобразования,
несоответствие качества горючей смеси рабочим режимам двигателя. Современные карбюраторы для устранения данных недостатков
снабжаются дополнительными устройствами, число которых порой превышает десять. Кроме того, они оснащаются электронным или электровакуумным управлением смесеобразования, обеспечивающим стехиометрическое соотношение бензина и воздуха (1:14,7); оптими; зирующим наполнение цилиндров на различных режимах работы; уве;
9
личивающим топливную экономичность; уменьшающим содержание вредных соединений в отработавших газах, повышающим надежность работы, облегчающим обслуживание и диагностику. Однако эта система имеет предел адаптации к режимам работы двигателя и равномерности наполнения цилиндров.
Единственное положительное свойство карбюраторов – это то, что они легко адаптируются под любое газовое топливо.
Наиболее эффективной системой питания в настоящее время яв; ляются системы с впрыском топлива. Они позволяют оптимизировать процесс смесеобразования по месту, времени и необходимому коли; честву топлива.
Впервые система механического впрыска бензина была разработана компанией Даймлер–Бенц. Первый серийный автомобиль с впрыском бензина – «Мерседес–Бенц–300SL», начало выпуска – 1954 г.
Распределение СП выпускаемых автомобилей на 1995 г. показано в табл. 1.1.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 . 1 |
||
|
Распределение СП выпускаемых автомобилей по типам, % |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Карбюра; |
Одноточечный, |
Многоточечный |
|
|
Дизели |
(центральный, |
|||||
торные |
(распределенный) |
|||||
|
|
моновпрыск) |
|
|||
|
|
|
|
|
||
14 |
|
10 |
11 |
65 |
100 |
|
В настоящее время, если не учитывать выпуск двигателей устаревших разработок (10–15 лет), 100 % современных двигателей имеют впрыск легкого и тяжелого топлива.
Современные инъекционные (инжекционные) системы питания классифицируются:
По месту подвода топлива:
центральный одноточечный;
распределенный впрыск;
непосредственный впрыск в цилиндр. По способу подачи топлива:
непрерывный;
прерывистый.
По типу узлов дозирования:
плунжерные насосы;
распределители;
форсунки;
регуляторы давления:
По способу регулирования количества смеси:
10