Работа системы впрыска Мотроник

Пуск двигателя. В течение всего процесса пуска двигателя осуществляется расчет коли­чества впрыскиваемого форсунками топлива. Кроме того, для первых ко­мандных импульсов на впрыскивание в отсутствие вращения коленчатого вала устанавливается режим «синхронного впрыска». Повышенное количе­ство топлива, впрыскиваемого в соответствии с низкой температурой дви­гателя, обусловлено образованием топливной пленки на внутренних стенках впускного трубопровода и необходимостью компенсации повышенной по­требности в топливе двигателя при работе с низкой частотой вращения. Не­посредственно после начала вращения коленчатого вала вплоть до заверше­ния режима пуска по мере увеличения частоты вращения осуществляется постепенное уменьшение порции впрыскиваемого топлива.

Система Мотроник осуществляет также согласование параметров зажи­гания с параметрами процесса пуска. Угол опережения зажигания регули­руется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала так, чтобы был обеспечен легкий пуск и быст­рый прогрев двигателя.

Послепусковой период. В течение послепускового периода (фазы, начинающейся непосредст­венно после завершения стадии пуска) осуществляется постепенное сниже­ние количества впрыскиваемого топлива в зависимости от температуры ох­лаждающей жидкости и промежутка времени, прошедшего с момента за­вершения стадии пуска. Угол опережения зажигания изменяется в соответ­ствии с количеством впрыскиваемого топлива. Послепусковой период, та­ким образом, плавно переходит в стадию прогрева двигателя.

Прогрев двигателя. В зависимости от конструктивных особенностей двигателя и системы вы­пуска отработавших газов режим прогрева может быть реализован разными способами. Решающими факторами для расчета параметров управления дви­гателем при прогреве является его готовность к началу движения, а также оп­тимизация состава отработавших газов и расхода топлива. Сочетание бедной рабочей смеси с более поздним зажиганием при прогреве двигателя повыша­ет температуру отработавших газов. Другую возможность повышения их тем­пературы предоставляет использование богатой смеси вместе с нагнетанием дополнительного воздуха, который подается в систему выпуска за выпускны­ми клапанами спустя короткое время с момента пуска двигателя. Для подачи воздуха, например, может использоваться специальный насос. Избыток воз­духа при достаточном разогреве системы выпуска приводит к окислению СН и СО и достижению желаемой высокой температуры отработавших газов.

Оба мероприятия обеспечивают быстрое приведение каталитического нейтрализатора в рабочее состояние. Наряду с воздействием на угол опережения зажигания и параметры впрыска ускоренный разогрев нейтрализа­тора может быть реализован также и за счет повышения частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу. При достижении необходимой темпе­ратуры каталитического нейтрализатора осуществляется регулирование впрыска, обеспечивающее коэффициент избытка воздуха, равный 1, и ус­танавливается соответствующий угол опережения зажигания.

Корректировка впрыска топлива при ускорении и замедлении движения автомобиля. Часть впрыскиваемого топлива при очередном открытии впуск­ного клапана сразу не попадает в цилиндр, а остается на стенках трубопровода в виде жидкой пленки. Количество топлива, по­стоянно находящегося в виде та­кой пленки, резко возрастает с повышением нагрузки и с увели­чением количества впрыскивае­мого топлива. Во избежание обед­нения горючей смеси, обуслов­ленного оседанием части топлива на стенках впускной системы, во время разгона автомобиля должен быть обеспечен впрыск соответст­вующего дополнительного коли­чества топлива. Для улучшения ус­ловий смесеобразования иногда применяются форсунки с допол­нительным пневматическим распыливанием топлива, что позво­ляет уменьшить количество топ­лива, оседающего на стенках впускного трубопровода. Такая рабочая форсунка в разрезе показана на рис.. При снижении нагрузки происходит высвобождение осевшего на стен­ках впускного трубопровода топлива. Поэтому при замедлении движения время впрыска должно быть соответственно сокращено. Во время движе­ния в режиме торможения двигателем (ПХХ) впрыск топлива прекращает­ся полностью.

Рис.9 Форсунка с подачей воздуха:

А – направление подачи воздуха; Б – направление подачи топлива

Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу. Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу долж­но обеспечивать соответствие между крутящим моментом и реальной нагруз­кой. Последняя на холостом ходу складывается из различных внутренних нагрузочных моментов, моментов сил трения в кривошипно-шатунном меха­низме, приводе клапанов и дополнительных агрегатов (например, насоса си­стемы охлаждения, кондиционера или гидроусилителя рулевого управления). Внутренние моменты сил трения в течение срока службы двигателя претер­певают постепенное изменение и, кроме того, они сильно зависят от рабочей температуры. На процесс регулирования частоты вращения оказывают влия­ние положение дроссельной заслонки и температура охлаждающей жидкости, а также сигналы датчиков нагрузки, поступающие от дополнительных агрегатов. Заданному значению частоты вращения коленчатого вала двигате­ля для каждого режима соответствует определенный расход воздуха.

Регулирование фаз газораспределения воздействием на распределительный вал. За счет регулирования фаз газораспределения воздействием на распреде­лительный вал появляется возможность оказать влияние на наполнение ци­линдров, чтобы обеспечить возможность максимального повышения мощно­сти и крутящего момента при минимальном расходе топлива и низкой ток­сичности отработавших газов. При этом гидравлические или электрические исполнительные механизмы, управляемые системой Мотроник, поворачива­ют впускной и выпускной распределительные валы относительно коленчато­го на угол, определяемый частотой вращения коленчатого вала или наполне­нием цилиндров.

Регулирование угла опережения зажигания по детонации. Электронное управление моментом зажигания предоставляет возможность очень точно регулировать угол опережения зажигания в зависимости от час­тоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры охлаждающей жид­кости. Тем не менее необходимо обеспечивать еще более узкий допуск на управление углом опережения зажи­гания для надежной работы двига­теля в пределах, исключающих де­тонацию. Такое управление необ­ходимо, чтобы при склонности к детонации, обусловленной допус­ком на размеры деталей двигателя, их износом, внешними условиями, качеством топлива, отложением нагара, ни один из цилиндров не перешел границы детонации. Дат­чик детонации предоста­вляет возможность регулирования по детонации за счет улавливания возникающей при этом вибрации. Детонационное сгорание топлива приво­дит к установке более позднего момента зажигания в соответствующем ци­линдре. Как только детонация прекращается, происходит постепенное воз­вращение момента зажигания к более раннему, вплоть до исходного угла опе­режения зажигания. Для двигателей с турбокомпрессором также имеется ком­бинированная возможность регулирования по детонации за счет варьирова­ния момента зажигания и давления наддува. Регулирование давления надду­ва, к тому же в определенных диапазонах частичной нагрузки двигателя, ока­зывается выгодным, поскольку приводит к сокращению расхода топлива.

Рециркуляция отработавших газов. Во время перекрытия клапанов некоторая часть отработавших газов вы­талкивается из камеры сгорания во впускной трубопровод. В этом случае при последующем открытии впускного клапана наряду со свежей смесью всегда будет происходить всасывание в цилиндр определенного количества отрабо­тавших газов. Варьирование доли отработавших газов возможно за счет их возврата во впускную систему и далее в камеру сгорания посредством клапана рециркуляции, управляемого электронной системой.

Улавливание топливных испарений. В современные системы впрыска, согласно требованиям «Евро-3» и «Евро-4»,устанавливается система улавливания топливных испарений, состоящая из угольного адсорбера и электромагнитного клапана продувки адсорбера. С помощью указанной системы происходит улавливание испаряющихся углеводородов из топливного бака, их адсорбирование и подача во впускной трубопровод через электромагнитный клапан, который открывается по сигналам блока управления.

Крышка топливного бака выполняется герметичной. Пары топлива улавливаются емкостью с древесным углем. По мере испарений пары адсорбируются в емкости и затем по сигналу блока управления выводятся через электромагнитный клапан во впускной трубопровод и затем в цилиндры двигателя. Чтобы обеспечить устойчивую работу двигателя на холостом ходу и защитить каталитический нейтрализатор от переообогащения смеси, клапан закрывается, а на режимах прогретого двигателя и больших нагрузок открывается.

Рецеркуляция отработавших газов. В целях снижения выбросов оксидов азота, количество которых зависит главным образом от температуры сгорания топливовоздушной смеси, в систему выпуска двигателя устанавливают клапана перепуска (рецеркуляции) отработавших газов, которые работают по сигналам блока управления. Перепуск части отработавших газов во впускной трубопровод, на определенных режимах работы двигателя, позволяет снизить температуру цикла, а значит и выброс оксидов азота.

Порядок выполнения работы.

1. Получить задание от преподавателя.

2. Изучить систему распределенного впрыска топлива заданного двигателя.

3. Выписать основные параметры аппаратуры впрыска топлива.

4. Ознакомиться с конструкцией каждого устройства входящего в заданную систему впрыска топлива.

Содержание отчета.

1. Название работы.

2. Схема системы распределенного впрыска топлива заданного двигателя.

3. Описание работы системы распределенного впрыска топлива заданного двигателя.

4. Название устройств входящих в систему распределенного впрыска топлива заданного двигателя, описание их конструкции и принципа действия.

5. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Достоинства и недостатки систем питания с впрыском бензи­на.

2. Принципы дозирования топлива в топливной аппаратуре впрыска бензина.

3. Системы с центральным и распределенным впрыском

4. Система с электронным управлением и циклическим впры­ском.

5. Топливный бак, топливный насос, датчик уровня топлива.

6. Топливные фильтры.

7. Топливная рампа, регулятор давления.

8. Электромагнитная форсунка.

9. Датчик массового расхода воздуха.

10. Датчик угла открытия дроссельной заслонки.

11. Кислородный датчик.

12. Датчик скорости вращения коленчатого вала.

13. Датчик верхней мертвой точки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ БЕНЗИНОВЫХДВИГАТЕЛЕЙ

СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ

Цель работы:

1. Изучить назначение, общую схему и принцип действия сис­темы питания бензинового двигателя сжиженным газом.

2. Изучить конструкцию и работу элементов системы питания бензинового двигателя сжиженным газом.

Оборудование:

автомобили детали системы питания; съемники и приспособления для выполнения разборочно-сборочных работ; стенд; динамометрический ключ; наборы рожковых, торцевых и накидных ключей, плакаты, учебная литература.

Содержание работы: с помощью учебных пособий, плакатов изучить общее уст­ройство системы питания бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива.

Теоретическая часть

Сжи́женные углеводоро́дные га́зы (СУГ) (англ. Liquefied petroleum gas (LPG)) — смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от −50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен.

Производится в основном из попутного нефтяного газа. Транспортируется и хранится в баллонах и газгольдерах.

Сжиженный углеводородный газ при атмосферном давлении и температуре выше нуля находится в газообразном состоянии. При сравнительно небольшом повышении давления — не более 1,6 МПа — он превращается в легкоиспаряющуюся жидкость. Сжиженный газ состоит в основном из смеси двух газов: пропана (около 80%) и бутана (примерно 20%). Кроме того, в нем в небольшом количестве содержатся такие газы, как этан, пентан, пропилен, бутилен и этилен. Теплота сгорания единицы массы сжиженного газа высокая — 46 МДж/кг. При плотности около 0,524 г/см2 (при 20°С) объемная теплота сгорания сжиженного газа превышает 24 000 МДж/м2. Уступая по значению этого показателя бензину, сжиженный газ как топливо является полноценным его заменителем. Относительно небольшая масса тонкостенных стальных баллонов, рассчитанных на рабочее давление до 1,6 МПа, позволяет хранить на автомобиле достаточное количество газа, не уменьшая его полезной нагрузки. Поэтому автомобили, работающие на сжиженном газе, имеют такой же запас хода, как и бензиновые. Газообразное топливо лучше смешивается с воздухом и благодаря этому полнее сгорает в цилиндрах. По этой причине отработавшие газы у автомобилей, работающих на газообразных топливах, менее токсичны, чем у автомобилей, работающих на бензине. Высокая детонационная стойкость сжиженного газа (октановое число по исследовательскому методу более 110) позволяет повысить степень сжатия бензиновых двигателей, переоборудованных для работы на сжиженном газе.

Основными показателями, характеризующими качество сжиженного газа как топлива для автомобилей, являются: компонентный состав, давление насыщенных паров, отсутствие жидкого (неиспаряющегося) остатка, содержание вредных примесей.

Компонентный состав газа -- показатель сжиженного газа, всесезонно отпускаемого газонаполнительными станциями для газобаллонных автомобилей, должен изменяться в ограниченных пределах. Сжиженный газ содержит (по массе) не менее 80±5% пропана, не более 20±5% бутана и не более 6% других газов (пропилена, бутилена, этилена). Нарушение соотношения между пропаном и бутаном изменяет теплоту сгорания газа и состав горючей смеси. В результате ухудшается процесс сгорания смеси в цилиндрах двигателя и увеличивается токсичность отработавших газов.

Давление насыщенных паров оказывает влияние на надежность подачи газа в цилиндры двигателя в холодное время года. При температуре минус 30°С оно не должно быть ниже 0,7 МПа. При дальнейшем уменьшении давления нарушится бесперебойная подача газа из баллона. Давление паров не должно также превышать 1,6 МПа при 45°С, так как именно на такое предельное рабочее давление рассчитаны баллоны, применяемые на газобаллонных автомобилях.

Содержание серы, щелочей и свободной воды. При повышенном содержании серы она оседает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения трубопроводов и разрушающе действуя на резино-технические детали. Сгорая в цилиндрах двигателя, сера повышает токсичность отработавших газов. Ее содержание не должно превышать 0,015% по массе. Щелочи и свободная вода должны отсутствовать.

Жидкий остаток. Данного остатка при температуре 40°С не должно быть.

В качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания обычно используется смесь пропан-бутан. В некоторых странах СУГ использовались с 1940 года как альтернативное топливо для двигателей с искровым зажиганием.

. Преимуществом СУГ является нетоксичность, отсутствие коррозии, высокое октановое число (102—108 в зависимости от местных условий). СУГ горят намного чище, чем бензин или дизтопливо. Пропан является третьим наиболее широко используемым моторным топливом в мире. В 2008 более 13 миллионов автомобилей по всему миру работали на пропане. Более 20 млн тонн СУГ используются ежегодно в качестве моторного топлива.

В соответствии с ГОСТ 20448-80 для газобаллонных автомобилей выпускаются следующие марки топлива:

• СПБТЗ (смесь пропана и бутана технических зимняя).

Метан, этан и этилен не более 4 % по массе, пропан и пропилен не менее 75 % по массе, бутанов и бутиленов не более 20 % по массе.

• СПБТЛ (смесь пропана и бутана технических летняя).

Метан, этан и этилен не более 3 % по массе, пропан и пропилен не менее 34 % по массе, бутанов и бутиленов не более 60 % по массе.

Автомобильное газобаллонное оборудование – это газодозирующая система, установка которых позволяет использовать в качестве автомобильного топлива газ вместо бензина. При этом газобаллонное оборудование встраивается в автомобиль дополнительно «поверх» бензинового и может использоваться опционально.

Системы питания двигателей автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе, может работать как по принципу карбюрации, так и по принципу впрыска.

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 (рис.1), 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. 1. 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.

Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу впрыска используется на двигателях, оборудованных системой впрыска бензина. Система питания для подачи сжиженного газа во впускной трубопровод содержит ресивер с газом, редуктор-испаритель 6, распределитель с шаговым электродвигателем, форсунки-смесители 11 (рис.2).

Рис. 2. Система впрыска сжиженного нефтяного газа (оборудование для работы на бензине не показано):

1 – электронный блок управления; 2 – диагностический разъем; 3 – переключатель для выбора типа используемого топлива; 4 – реле; 5 – датчик давления воздуха; 6 – редуктор-испаритель; 7 – клапан перекрытия подачи газа; 8 – распределитель с шаговым электродвигателем; 9 – прерыватель-распределитель или индуктивный датчик для определения частоты вращения коленчатого вала; 10 – лямбда-зонд; 11 – форсунки для впрыскивания газа

Газ из ресивера поступает в редуктор-испаритель 6, где происходит испарение газа и снижение его давления до 1 кгс/см². Ресиверы оборудуются наружным на­полнительным (впускным) клапаном (с приспособлением, отсекающим подачу газа при заполнении ресивера на 80% его объема) и соленоидным выпускным кла­паном. Емкости ресиверов для легковых автомобилей составляют от 40 до 128 л.

После выбора типа используемого топлива, с помощью переключателя 3 и включении зажигания, при использовании газа, срабатывает клапан 7 на подачу газа, который выключается после отключения зажигания.

В электронный блок управления 1 от датчика 5 поступает информация о разряжении во впускном трубопроводе, зависящего от степени открытия дроссельной заслонки, информация о частоте вращения коленчатого вала от датчика или прерывателя-распределителя 9, информация о составе топливовоздушной смеси от лямбда-зонда 10. На основании полученной информации блок управления определяет поворот угол поворота шагового распределителя, регулирующего расход газа, поступающего через форсунки 11 во впускной трубопровод.

Основным элементом системы питания для сжиженного газа является редуктор-испаритель (рис. 3), в котором происходит расширение газа в два этапа.

Каждая из ступеней редуктора-испарителя состоит из одной внутренней камеры 7, одной наружной камеры 2 и одной управляющей камеры 3, которые заполнены сжиженным газом. Ступени соединены перепускным каналом 11, по которому сжиженный газ попадает из первой ступени во вторую.

Кроме того, в каждой ступени имеется клапан с заслонкой 8 и поршнем 6. Поршень 6 с помощью резьбового соединения соединён с мембраной 9. В каждой пружинной камере имеется по одной пружине. Давление в камере с пружиной первой ступени равно атмосферному. Давление в камере с пружиной второй ступени равно давлению во впускном коллекторе.

Между 1 и 2 ступенями установлено резиновое уплотнение 15, отделяющее контур охлаждающей жидкости от контура сжиженного газа.

Рис. 3. Редуктор- испаритель:

1 ­– охлаждающая жидкость, вход; 2 – наружная камера; 3 – управляющая камера; 4 – камера с пружиной; 5 – пружина; 6 – поршень; 7 – внутренняя камера; 8 – заслонка; 9 – мембрана; 10 – подвод газа от клапана высокого давления; 11 – перепускной канал; 12 – выход к газовому фильтру; 13 – штуцер вакуумной магистрали от впускного коллектора; 14 – охлаждающая жидкость, выход; 15 – резиновое уплотнение

Принцип работы редуктора-испарителя заключается в следующем.

При работе двигателя сжиженный газ поступает, через клапан высокогодавления для работы на газе, во внутреннююкамеру первой ступени по давлением не более10 кгс/см². При этом заслонка клапана 8 открыта.Сжиженный газ проходит из внутренней камеры 7в наружную камеру 2 и далее в управляющую камеру3 первой ступени. Проходя через эти камеры, жидкийгаз расширяется и переходит в газообразноесостояние. Усилие, действующее на мембрану9 первой ступени со стороны камеры 4 с пружиной,складывается из усилия соответствующим образомподобранной пружины и силы атмосферногодавления (поддерживаемого в этой камерес пружиной).

Как только давление газа с другой стороны мембраны, в управляющей камере 3, превысит 1,6 кгс/см², пружина 5, под воздействием усилия от мембраны 9, сожмётся. Жёстко связанный с мембраной 9 поршень 6 приведёт в движение заслонку 8 и клапан, через который газ поступает в испаритель, закроется. Поступление жидкого газа в испаритель прекратится. Находящийся в испарителе газ продолжает расширяться и через перепускной канал 11 перетекает во внутреннюю камеру 7 второй ступени и далее в ее наружную камеру и управляющую камеру. По мере расходования газа давление в управляющей камере 3 второй ступени (действующего на мембрану) уменьшается. Как только давление станет меньше 1,6 кгс/см², пружина 5 второй камеры преодолеет сопротивление мембраны и через поршень 6 откроет заслонку 8 второй камеры, в результате чего сжиженный газ вновь сможет поступать в испаритель.

Порядок выполнения работы.

1 Получить задание от преподавателя.

2 Изучить систему питания двигателя, работающего на сжиженном углеводородном газе (СУГ).

3 Выписать основные параметры оборудования необходимые для работы двигатели на СУГ.

4 Ознакомиться с конструкцией каждого устройства входящего в заданную систему питания.

Содержание отчета.

1. Название работы.

2. Схема системы питания двигателя, работающего на сжиженном углеводородном газе (СУГ).

3 Описание работы системы питания двигателя, работающего на сжиженном углеводородном газе (СУГ).

4 Описание, конструкции и принцип действия редуктора-испарителя.

Контрольные вопросы

1 Достоинства и недостатки систем питания двигателя,, работающего на сжиженном углеводородном газе (СУГ).

2 Химический состав сжиженного углеводородного газа.

3 Основные узлы системы питания двигателя СУГ.

4 Редуктор-испаритель. Назначение. Принцип работы.

6 Перспективы развития двигателей работающих на СУГ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ,

РАБОТАЮЩЕГО НА СЖАТОМ ГАЗЕ

Цель работы:

1. Изучить назначение, общую схему и принцип действия сис­темы питания двигателя на сжатом природном газе.

2. Изучить конструкцию и работу элементов системы питания бензинового двигателя сжатом природном газе.

Оборудование:

автомобили детали системы питания; съемники и приспособления для выполнения разборочно-сборочных работ; стенд; динамометрический ключ; наборы рожковых, торцевых и накидных ключей, плакаты, учебная литература.

Содержание работы: с помощью учебных пособий, плакатов изучить общее уст­ройство системы питания двигателей на сжатом природном газе.

Теоретическая часть

Сжатый газ, в отличие от сжиженного, сохраняет свое газообразное состояние при нормальной температуре и любом повышении давления. Он превращается в жидкость только после глубокого охлаждения (ниже минус 162°С). В качестве топлива для автомобилей используют сжатый до 20 МПа природный газ, добываемый из скважин газовых месторождений. Его основной компонент — метан. Сжатый газ имеет очень высокую теплоту сгорания единицы массы -- 49,8 МДж/кг, но из-за чрезвычайно малой плотности (0,0007 г/см при 0°С и атмосферном давлении) объемная теплота сгорания сжатого даже до 20 МПа природного газа не превышает 7000 МДж/кг, т. е. более чем 3 раза меньше, чем у сжиженного. Невысокое значение объемной теплоты сгорания не позволяет обеспечить хранение на автомобиле достаточного количества газа даже при высоком давлении. Вследствие этого запас хода газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, вдвое меньше, чем у бензиновых или у автомобилей, работающих на сжиженном углеводородном газе. Октановое число метана по исследовательскому методу около 110. Применение вместо бензина сжатого природного газа благодаря его огромным запасам и небольшой стоимости целесообразно, особенно на внутригородских и пригородных перевозка

Показатели сжатого газа:

компонентный состав;

содержание веществ, вредно влияющих на работу газобаллонной аппаратуры и ускоряющих износ двигателей.

Компонентный состав газа. Сжатый газ, предназначенный для всесезонного применения на автомобилях, должен содержать (по объему) метана не менее 90%, этана — не более 4%, небольшое количество (до 2,5%) других горючих углеводородных газов, окиси углерода — до 1%, кислорода — до 1%, азота — не более 5%.

Содержание вредных примесей.

В сжатом газе их содержание строго ограничено: сероводорода не должно быть более 2 г/100 м, механических примесей — более 0,1 г/100 м содержание влаги допускается в очень незначительных количествах.

Система питания двигателя, работающего на сжатом природном газе (рис. 1) состоит из следующих основных составляющих:

- контур высокого давления (заправочный штуцер, трубопроводы, баллоны);

- область перехода от контура высокого давления к стороне низкого давления (редуктор давления газа с клапаном высокого давления для работы на газе и датчиком давления газа);

- контур низкого давления (гибкий шланг, газовая распределительная магистраль, датчик газовой распределительной магистрали, форсунка)

Рис. 1. Система впрыска сжатого природного газа:

1 – газовый баллон 1 с запорным и обратным клапаном; 2 – газовый баллон 2 с запорным клапаном; 3 – газовый баллон 3 с запорным клапаном; 4 – газовый баллон 4 с запорным клапаном; 5 – заправочная горловина со встроенным фильтром и обратным клапаном; 6 – запорный клапан с клапаном отключения подачи газа, ограничителем потока газа, термическим предохранителем и запорным краном; 7 – трубопровод высокого давления; 8 – гибкий шланг; 9 – газовая распределительная магистраль; 10 – датчик давления газовой распределительной магистрали; 11 – форсунка; 12 – двигатель; 13 – двойное зажимное кольцо; 14 – клапан высокого давления; 15 – датчик давления газа; 16 – редуктор давления газа с клапаном высокого давления для работы на газе

Заправочная газовая горловина 5 оснащена обратным клапаном и металлическим фильтром. Газовые трубопроводы высокого давления 7 изготавливаются из нержавеющей стали и рассчитаны на давление до 1000 кгс/см². Они соединяют приемный патрубок с первым запорным клапаном, все четыре запорных клапана между собой, а также последний запорный клапан с регулятором давления газа. Чтобы обеспечить достаточную герметичность газовых магистралей, отдельные детали на обеих сторонах соединяются при помощи двойного зажимного кольца 13. При заправке природный газ подается в заправочную горловину со встроенным фильтром и обратным клапаном далее по газовым магистралям к запорному клапану первого газового баллона. Одновременно с этим газ идет по газовым магистралям к запорному клапану второго газового баллона, оттуда дальше к запорным клапанам остальных баллонов. Из баллонов газ под высоким давлением поступает в редуктор давления газа. Если блок управления двигателя подает сигнал управления, открывается клапан высокого давления 14 редуктора высокого давления для работы на газе.

Запуск двигателя при температуре охлаждающей жидкости ниже 15°C осуществляется в режиме работы на бензине, а при температуре охлаждающей жидкости выше 15°C – на газе.

Подача газа в процессе заправки в баллон осуществляется в первый запорный клапан, при этом газ должен сначала пройти через обратный клапан 1 (рис. 2). Потом газ поступает к клапану отключения подачи газа 9, который в процессе заправки отключен, и своим высоким давлением отжимает тарелку клапана вверх. Таким образом открывается доступ газа в газовый баллон. Газ проходит мимо ручного запорного крана 5 и затем через ограничитель потока газа 3 попадает в газовый баллон 4. По завершении процесса заправки пружина закрывает клапан и, таким образом, доступ к газовому баллону. Отдельный канал напрямую соединяет газовый баллон с термическим предохранителем 11.

Рис. 2. Запорный клапан:

1 – обратный клапан с соединительной резьбой для газовой магистрали в направлении приемного штуцера; 2 – соединительная резьба для газовой магистрали в направлении приемного штуцера; 3 – ограничитель потока газа; 4 – баллон; 5 – ручной запорный кран; 6 – корпус клапана отключения подачи газа; 7 – катушка; 8 – якорь; 9 – клапан отключения подачи газа; 10 – соединительная резьба для газовой магистрали по направлению к следующему газовому баллону; 11 – термический предохранитель

В режиме работы автомобиля на газеблок управления двигателя подает ток на катушку 7 клапана отключения подачи газа. Магнитное поле перемещает якорь 8 клапана отключения подачи газа вверх, открывая доступ к газовому баллону. При прекращении работы на газе блок управления двигателя отключает клапан, и пружина закрывает его, прекращая подачу газа из баллона.

Клапаны отключения подачи газа представляют собой электромагнитные клапаны и получают управление с блока управления двигателя. Они являются составной частью запорных клапанов. Клапаны перекрывают доступ к газовым баллонам.

Ограничитель потока газа 3 представляет собой предохранительный клапан, расположенный в соединительном фланце газового баллона. Он предотвращает непроизвольный внезапный выход газа из баллона вследствие повреждения газовой магистрали или регулятора давления газа. При внезапном повреждении газовых магистралей может произойти внезапное падение давления в системе. Если давление в газовом баллоне на 2 кгс/ см² больше давления в газовой магистрали, то уплотнительная втулка давлением в баллоне перемещается в седло. Таким образом, газовый баллон закрывается, утечка газа из него невозможна.

Термический предохранитель предотвращает разрушение газового баллона вследствие чрезмерного повышения давления из-за воздействия высоких температур. Ядром термического предохранителя является небольшая стеклянная капсула, содержащая жидкость и предотвращающая выход газа. При повышении температуры до 110° С и выше жидкость в капсуле расширяется, капсула лопается и природный газ выходит в атмосферу через специальные отверстия, что предотвращает возможность воспламенения в случае пожара в автомобиле или разрушения газового баллона из-за повышения температуры.

Ручного запорный кран служит для закрытия газового баллона при проведении любых работ по снятию и установке баллонов.

Редуктор давления газа (рис. 3.) должен обеспечивать снижение давления газа с 200 до 6 кгс/см². Снижение давления в редукторе происходит в одной ступени.

Клапан высокого давления для работы на газе 7 представляет собой соленоид и при подаче на него напряжения или отсутствии такового открывает /закрывает доступ к ступени понижения давления газа регулятора давления газа. В обесточенном состоянии клапан высокого давления для работы на газе закрыт.

Датчик давления 4 в газовом баллоне измеряет текущее давление газа в системе на стороне высокого давления. Благодаря этим показаниям блок управления двигателя распознает уровень наполненности баллона.

В камере низкого давления 9 происходит переход давления газа от высокого давления к низкому давлению. Если клапан высокого давления для работы на газе открыт блоком управления двигателя, газ под высоким давлением поступает к поршню редуктора 10 в камере высокого давления 8. Поршень редуктора соединен с камерой низкого давления посредством подпружиненной мембраны 11.

Рис. 3.Редуктор давления газа:

1 – ступень понижения давления; 2 – клапан избыточного давления; 3 – выход газа при низком давлении к двигателю; 4 – датчик давления в баллоне; 5 – вход газа при высоком давлении из газовых баллонов; 6 – фильтр; 7 – клапан высокого давления для режима эксплуатации на газе; 8 – камера высокого давления; 9 – камера низкого давления; 10 – поршень редуктора; 11 – мембрана; 12 – пружина

Если давление газа в камере низкого давления меньше 6 кгс/см², то мембрана и поршень силой пружины поднимаются по направлению вверх. Поршень открывает соединение с камерой высокого давления. Газ, таким образом, поступает из камеры высокого давления в камеру низкого давления. Благодаря поступающему газу повышается давление в камере низкого давления. Как только давление достигает 6 кгс/см², мембрана под действием давления возвращается в нижнее положение, преодолевая усилие пружины. Поршень, соединенный с мембраной, закрывает соединение с камерой высокого давления. Если происходит потребление газа двигателем, то давление в камере низкого давления падает. Пружина выталкивает мембрану опять по направлению вверх, поршень вновь открывается и газ снова поступает в камеру низкого давления.

Газовая распределительная магистраль оснащена электрическими форсунками подачи газа 11, расположенных во впускных каналах цилиндров, а также датчиком газовой распределительной магистрали 10 (рис. 1). В режиме работы на газе они получают управление от блока управления двигателя при помощи сигнала с широтно-импульсной модуляцией. Время открытия форсунок зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузки на двигатель, качество природного газа, давление газа в газовой распределительной магистрали.

Смесеобразование в режимах работы на газе и на бензине регулируется блоком управления двигателя по сигналам лямбда-зонда. В зависимости от качества газа блок управления двигателя проводит адаптацию смесеобразования. Лямбда-зонд измеряет состав ОГ и посылает полученные результаты на блок управления двигателя. На основании полученного сигнала блок управления двигателя рассчитывает требуемые пропорции смеси (воздух/газ). Для управления процессом смесеобразования блок управления двигателя изменяет время открытия клапанов подачи газа.

Дальнейшим совершенствованием систем питания, работающих на природном газе, является применение электронного регулятора давления газа (рис. 4).

Рис. 4. Электронный регулятор давления газа:

1 ­– датчик давления в баллоне; 2 – выход низкого давления к двигателю; 3 – штуцер высокого давления от баллонов; 4 – штуцер отвода охлаждающей жидкости к системе охлаждения; 5 – штуцер подвода охлаждающей жидкости от системы охлаждения; 6 – механический предохранительный клапан; 7 – вентиляционное отверстие для предохранительного клапана; 8 – 1-я ступень редуктора; 9 – 2-я ступень редуктора

Редуктор состоит из двух ступеней – первая ступень редуктора 8 механическая обеспечивает снижение давления до 20 кгс/см², а вторая электронная 9 – до 5-9 кгс/см².

При понижении давления газа поглощается много тепла. При этом температура значительно снижается, что может привести к обледенению. Чтобы избежать этого, регулятор давления газа соединён с системой охлаждения двигателя через штуцеры 4 и 5 и подогревается охлаждающей жидкостью.

Ниже рассматривается принцип работы электронного регулятор давления газа.

Давление газа понижается в электронном регуляторе давления в два этапа. При этом первая ступень редуктора механически понижает его до 20 кгс/см².

Газ поступает от баллонов через штуцер высокого давления 1 в электронный регулятор давления (рис. 5). Там он устремляется сквозь два полых поршня 2 на правую сторону диска 8. Под действием возрастающего давления, направленного на диски, оба поршня смещаются влево, против потока газа и усилия пружин (рис. 5, а). Если давление на правой стороне диска составляет приблизительно 20 кгс/см², полый поршень прижимается к прокладке и перекрывает проход газа (рис 5, б). Давление на первой ступени редуктора понижается до 20 кгс/см².

Рис. 5. Принцип работы механической ступени электронного регулятора давления газа:

1 ­– газовый штуцер высокого давления; 2 – полые поршни; 3 – поступающий газ; 4 – область высокого давления; 5 – поперечное отверстие к датчику давления в баллоне; 6 – датчик давления в баллоне; 7 – прокладка; 8 – диски; 9 – пружина; а – давление газа за полыми поршнями составляет мене 20 кгс/см²; б – давление газа за полыми поршнями составляет 20 кгс/см²

Поперечное отверстие 5 идёт к баллонному датчику давления, который измеряет давление в газовом баллоне и позволяет определить, выполнялась ли дозаправка газом.

На второй ступени редуктора давление газа с помощью электромагнитного клапана понижается до 5…9 кгс/см². Давление в контуре низкого давления измеряет датчик в распределительной магистрали.

Так как первая и вторая ступени редуктора связаны между собой каналом давление в клапане составляет 20 кгс/см², если на обмотку 3 не поступает ток (рис. 6, а). В этом случае игла 7 будет закрыта под воздействуем пружины.

Рис. 6. Принцип работы электронной ступени электронного регулятора давления газа:

1 ­– переход от механической ступени редуктора; 2 – область низкого давления; 3 – обмотка электромагнита; 4 – клапан высокого давления для работы на газе; 5 – якорь; 6 – поступающий газ; 7 – игла клапана; 8 – направляющая шарика; 9 – седло шарика; 10 – шарик клапана; а – давление газа за полыми поршнями составляет мене 20 кгс/см²; б – давление газа за полыми поршнями составляет 20 кгс/см²

Чтобы понизить давление газа до 5…9 кгс/см², клапан высокого давления управляется широтно-импульсным модулированным сигналом от блока управления двигателя и на обмотку поступает ток. Игла клапана смещается, и шарик 10 приподнимается над седлом (рис. 6, б). Теперь газ может проходить из высокой полости в полость низкого давления, пока не будет достигнуто требуемое давление.

Из-за более высоких требований к зажиганию и более высокой температуры воспламенения при работе на природном газе обычные свечи изнашиваются очень быстро. Поэтому материал свечей зажигания в двигателях, работающих на газовом топливе, изменён. Центральный электрод представляет собой иридиевый стержень толщиной 0,6 мм, а массовый электрод изготовлен из платины.

Порядок выполнения работы.

1. Получить задание от преподавателя.

2. Изучить систему питания двигателя, работающего на природном газе.

3. Выписать основные параметры аппаратуры систему питания двигателя, работающего на природном газе.

4. Ознакомиться с конструкцией каждого устройства входящего в заданную систему питания.

Содержание отчета.

1. Название работы.

2. Основные компоненты системы впрыска сжатого природного газа.

3. Описание работы системы впрыска сжатого природного газа.

4. Регулятор давления газа. Назначение. Устройство. Принцип действия.

5. Принцип работы механической ступени электронного регулятора давления газа.

6. Принцип работы электронной ступени электронного регулятора давления газа.

Контрольные вопросы

1. Достоинства и недостатки системы питания двигателя, работающего на природном газе.

2. Химические параметры сжатого природного газа.

3. Основные узлы системы впрыска сжатого природного газа.

4. Назначение и устройство запорного клапана.

5. Назначение и устройство редуктора давления газа. 6.

6. Электронный регулятор давления газа. Назначение.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

C РЯДНЫМ НАСОСОМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель работы:

1. Изучить назначение, общую схему и принцип действия сис­темы питания двигателя работающего на дизельном топливе.

2. Изучить конструкцию и работу элементов системы питания дизельного двигателя.

Оборудование:

автомобили детали системы питания; съемники и приспособления для выполнения разборочно-сборочных работ; стенд; динамометрический ключ; наборы рожковых, торцевых и накидных ключей, плакаты, учебная литература.

Содержание работы: с помощью учебных пособий, плакатов изучить общее уст­ройство системы питания двигателей работающих на дизельном топливе.

Высокая экономичность дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, всегда привлекали автомобилистов, но широкое применение дизелей сдерживалось присущими им недостатками — шумностью при работе, повышенным дымлением и сложностью пуска холодного двигателя. Современные конструкции дизелей в большинстве не имеют этих недостатков.

Дизельное топливо. Фракции продуктов переработки нефти, выкипаю­щие до 390 °С, служат основой для производства дизельного топлива, полу­чившего название от типа двигателя, в котором оно используется. Этот вид топлива предназначен для высокооборотных дизелей. Смесь дизельного то­плива с остаточными продуктами (до 80 %) прямой перегонки или крекинга нефти называют тяжелым дизельным топливом. Тяжелое дизельное топливо предназначено для малооборотных и среднеоборотных дизелей. В зависимо­сти от климатических условий и времени года применяется дизельное топ­ливо различных марок:

Л (летнее), 3 (зимнее), А (арктическое).

Для оценки способности дизельного топлива к самовоспламенению служит цетановое число. Цетановым числом называется процентное содержание цетана (воспламеняемость которого при­нята за 100 единиц.) в его смеси с альфаметилнафталином (воспламеняемость альфаметилнафталина принята за 0), при условии что эта смесь обладает такой же задержкой воспламенения что и данное топливо. Существующие дизельные топлива имеют цетановое число 45-50; при этом для современных дизельных двигателей предпочтительнее более высокие числа. Важнейшим показателем дизельного топлива является воспламеняемость. Топливо, обладающее большей спо­собностью к воспламенению, обеспечивает более мягкое протекание про­цесса сгорания без резкого повышения давления и стуков в цилиндре двигателя

Система питания дизеля обеспечивает раздельную подачу в цилиндры двигателя воздуха и топлива и выпуск отработавших газов.

Система питания дизеля (рис. 1) топливом состоит из топливного бака, фильтра грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, фильтра тонкой очистки, топливного насоса высокого давления, автоматической муфты опережения впрыска топлива, всережимного регулятора, форсунки, топливопроводов (высокого давления, низкого давления и сливного).

Система питания дизеля воздухом состоит из воздухоочистителя, впу­скного трубопровода, турбокомпрессора.

Система выпуска отработавших газов включает в себя выпускной тру­бопровод, приемные трубы, глушитель.

Работа системы питания. Топливо из бака через фильтр грубой очист­ки по топливопроводу поступает к топливоподкачивающему насосу, далее подается по топливопроводу к фильтру тонкой очистки, затем — к насосу высокого давления. Насос по топливопроводам высокого давления подает топливо в форсунки. При такте впуска в цилиндр поступает очищенный в воздухоочистителе воздух. В конце такта сжатия в цилиндр под высоким давлением через форсунку впрыска в мелко распыленном виде подается определенная порция топлива, которая самовоспламеняется вследствие высокой температуры. Отработавшие газы поступают в выпускной трубопровод и через приемные трубы и глушитель в окружающую среду.

Рис. 1. Топливные системы четырехтактных дизелей: а — ЯМЗ-236; б — КамАЗ-740;

1 — фильтр тонкой очистки топлива; 2, J, 7, 10, 12, 14, 15—18, 20 и 2?—27 — топливопроводы; 4 — воздухоочиститель; 5 — насос высокого давления; 6 — форсунка; 8 — фильтр грубой очи­стки топлива; 9 — топливный бак; 11 и 28 —- топливоподкачивающие насосы; 13 — перепуск­ной клапан; 19 — кран отбора топлива к подогревателю; 21 и 22 — тройники

—