Материал: Инжекторные двигатели

Инжекторные двигатели

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

Кафедра «Техника и технологии наземного транспорта»

Реферат

по дисциплине: «Конструкция автомобиля»

на тему: «Инжекторные двигатели»

Выполнил: ст-т.гр.ДМЭА31 Винокуров А.С../

Проверил: ст.пр. Абубакаров А.Я/

Астрахань 2013г

Введение

Словосочетание инжекторный двигатель, наверняка, знакомо сегодня каждому владельцу автомобиля, да и тем, кто его не имеет, но просто интересуется автомобилестроением. Для непосвященных, сразу скажу, что это не какой-то отличительно новый вид двигателя, а все на всего тот же знакомый нам бензиновый двигатель внутреннего сгорания, но с инжекторной системой подачи топлива, которая и является его принципиальным отличием. Изначально системой образования топливно-воздушной смеси, которая непосредственно и сгорает в цилиндрах двигателя, приводя его в движение, занимался такой узел автомобиля, как карбюратор. Он располагался непосредственно перед впускным коллектором и готовил смесь для работы двигателя. Однако потребности отдачи от двигателя постоянно росли, и карбюратор уже не мог дальше удовлетворять все требования, которые к нему предъявляли конструктора. Особенно это было актуально в авиации, где важны такие параметры успеха, как малый вес и большой КПД (мощность) двигателя.

Получилось, что при применении карбюраторов конструкторы 40-х, так сказать, уперлись в «потолок» по увеличению мощности двигателя от стандартной системы подачи топлива и приготовления воздушно-топливного коктейля. Поэтому был выбран абсолютно новый подход к образованию топливной смеси, а именно впервые была придумана и применена технология впрыска топлива непосредственно в цилиндры двигателя, что-то сродни дизельных двигателей, но при этом еще и с применением свечей зажигания, так и появились первые инжекторные двигатели

1.Инжектор. Виды. Назначение

Инжектор (форсунка) (рис.1) - являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси. В системе впрыска топлива дизельного двигателя форсунки и их держатели являются важным связующим звеном между топливным насосом высокого давления (ТНВД) и двигателем.

Рис.1 Форсунка

Назначение форсунки следующее:

дозировка впрыскиваемого топлива;

управление и приготовление струи топлива;

определение кривой скорости сброса;

отделение системы впрыска от камеры сгорания.

Дизельное топливо впрыскивается под высоким давлением с пиковыми значениями до 1200 бар, которые в будущем станут еще выше. При таких высоких давлениях дизельное топливо больше не ведет себя как несжимаемое вещество, а становится сжимаемым. В течение короткого периода подачи (примерно 0,001 секунды) высокое давление приводит к тому, что система впрыска расширяется в определенных точках, причем поперечное сечение форсунки определяет количество топлива, которое впрыскивается в камеру сгорания.

Длина отверстия распылителя форсунки, его диаметр и (в определенной степени) форма, влияют на управление струей топлива и через нее, на выходную мощность двигателя,расход топлива и выброс вредных веществ.В определенных пределах кривая скорости сброса может быть приспособлена к требованиям по правильному управлению сечением потока топлива из форсунки (в зависимости от подъема иглы). И, в конце концов, форсунка должна быть способна надежно отделять систему впрыска топлива от горячих, сильно сжатых газов из камеры сгорания (температура может доходить до 1000°С). Чтобы предотвратить прорыв этих газов, когда форсунка открыта, давление в камере (полости) форсунки всегда должно быть выше, чем давление сжатия. Это требование особенно трудно удовлетворить в конце процесса впрыска (когда давление впрыска уже спало, тогда как давление в камере сгорания резко возрастает), и это требует тщательного подбора ТНВД, форсунки и нажимной пружины.

Виды инжекторов.

Форсунки классифицируются:

по назначению:

газовые;

гидравлические;

по способу управления:

гидравлические - управление временем впрыска производится при помощи изменения давления топлива;

электромагнитные - управление временем впрыска и самим впрыском происходит за счет включения электромагнитного клапана;

электрогидравлические - управление впрыском производится при помощи изменения давления топлива, повышение давления топлива осуществляется при помощи клапанов, управляемых электрическим соленоидом

пьезоэлектрические - управление впрыском производится при помощи изменения давления топлива, повышение давления топлива производится при помощи открытия клапанов, управляющим пьезоэлементом;

Гидравлическая форсунка (рис.2)

Гидравлические форсунки применяются на дизельных двигателях внутреннего сгорания, не требующих быстрого изменения частоты вращения коленчатого вала, например тракторные двигатели. Изначально на всех дизельных двигателях применялись именно гидравлические форсунки. Устройство и принцип работы гидравлической форсунки показан на рисунке 2.

(рис. 2) Устройство гидравлической форсунки

а - устройство; б - принцип работы, схема 1 колпак; 2- регулировочный винт; 3- контргайка; 4- пружина; 5- тарелка; 6- сетчатый фильтр; 7- штуцер для присоединения топливопровода; 8-штанга; канал подвода топлива в распылитель; 9- корпус форсунки; 10 -игла распылителя; 11- корпус распылителя; 12- гайка распылителя; 13-прокладка; 14- камера распылителя

Все детали форсунки смонтированы в стальном корпусе 10. Основной частью форсунки является распылитель, в его состав входят корпус 12 и игла 11. Игла 11 и корпус 12 притираются друг к другу, для получения минимального зазора между ними, вследствие чего эти детали не взаимозаменяемы. Игла 11 прижимается к седлу корпуса пружиной 4, при помощи штанги 8.

Давление пружины регулируется при помощи винта 2, сверху винт закрывается колпаком 1, в колпаке находится отверстие для присоединения сливной трубки, отводящей топливо, просочившееся в полость пружины.

Во время работы двигателя топливо подается от топливного насоса высокого давлениячерез канал 9 в камеру 15. Как только давление топлива в камере превысит усилие пружины 4, игла 11 начинает подниматься, топливо в этот момент поступает к распыливающим отверстиям, через которые происходит впрыск в камеру сгорания двигателя. После впрыска давление в камере 15 резко снижается и игла закрывает отверстие форсунки, под действием пружины 4, происходит отсечка.

Электормагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на двигателях с низким давлением впрыскиваемого топлива (инжекторные двигатели). Устройство электромагнитной форсунки изображено на рисунке 3.

Рис.3 устройство электромагнитной форсунки

-электрический разъем; 2- сетчатый фильтр; 3- уплотнительное кольцо: 4- обмотка электромагнита; 5- корпус форсунки; 6- корпус клапана; 7- распылительное отверстие; 8-игла клапана; 9- сердечник.

Открытие форсунки происходит после подачи напряжения на электромагнитную катушку, сердечник втягивается. После прекращения подачи напряжения сердечник возвращается на место за счет действия пружины, впрыск прекращается. Время впрыска и количество впрыскиваемого топлива определяет контроллер, в соответствии с заложенным в него алгоритмом управления (программой). Контроллер считывает информацию с датчиков в режиме реального времени, в зависимости от нагрузки на двигатель время впрыска и количество впрыскиваемого топлива как было сказано ранее, корректируется.

Электрогидравлическая форсунка.

В электрогидравлических форсунках давление топлива используется для открытия и закрытия форсунки, а так же для удержания иглы в состоянии покоя. Электрогидравлические форсунки чаще всего применяются в системе впрыска топлива Common Rail, на дизельных двигателях внутреннего сгорания. Рассмотрим конструкцию (рисунок 4) и принцип действия электрогидравлической форсунки. Топливо подается по магистрали 9 высокого давления, через подводящий канал к распылителю форсунки, а также через дроссельное отверстие 10 подачи топлива - в камеру 5 управляющего клапана. Дроссельное отверстие отвода топлива 8 открывается электромагнитным клапаном, соединяя камеру с магистралью 1, по которой происходит обратный слив топлива. Снизу на конус 6 иглы распылителя воздействует давление топлива. Когда дроссельное отверстие 8 закрыто на поршень 11 управляющего клапана, воздействует гидравлическое давление, превышающее давление топлива на конус 6. Вследствие такой разницы давлений игла прижимается к седлу распылителя 7, форсунка закрыта.

Рис.4 Устройство электрогидравлической форсунки

а - форсунка в состоянии покоя; b - форсунка открыта; c - форсунка закрыта;

-магистраль обратного слива топлива; 2- катушка электромагнита; 3- якорь электромагнита; 4- шарик клапана; 5- камера управляющего клапана; 6-конус иглы распылителя; 7-отверстия распылителя; 8-дроссельное отверстие отвода топлива; 9-магистраль высокого давления; 10- дроссельное отверстие отвода топлива; 11- поршень управляющего клапана.

Как только на электромагнитный клапан подается электрический импульс, якорь электромагнита сдвигается вверх, шарик клапана 4, открывает дроссельное отверстие 8, через которое топливо из управляющей камеры перетекает в магистраль обратного слива, вследствие чего давление топлива в камере управления снижается. Игла распылителя поднимается вверх под воздействием давления топлива, находящегося внизу, топливо через отверстия 7 поступает в камеру сгорания. При снятии напряжения якорь под воздействием пружины смещается вниз, шарик клапана 4 закрывает дроссельное отверстие, после чего давление в камере управляющего клапана возрастает, игла распылителя закрывается, происходит отсечка. Использование непрямого принципа управления иглой форсунки позволяет обеспечить быстрый подъем иглы, что не возможно обеспечить при прямом воздействии электромагнитного клапана.

В настоящее время чаще всего используются пьезоэлектрические форсунки, там дроссельное отверстие открывается при помощи использования пеьезоэффекта - изменение формы пьезоэлемента под воздействием электрического импульса. Принцип работы пьезоэлектрической форсунки такой же, как и у электрогидравлической, с той разницей, что дроссельное отверстие открывает пьезоэлемент. Использование пьезоэлектрических форсунок позволяет производить впрыск топлива многократно, в течении одного цикла, так как быстродействие пьезоэлектрической форсунки выше. [#"801954.files/image005.gif">

Рис.5 Нейтрализатор:

- керамический блок с катализаторами

Электронный блок управления

Электронный блок управления (ЭБУ) 11 (рис. 6), расположенный под панелью приборов с правой стороны, является управляющим центром системы впрыска топлива. Этот блок называют еще контроллером. Он непрерывно обрабатывает информацию от различных датчиков и управляет системами, влияющими на токсичность отработавших газов и на эксплуатационные показатели автомобиля.

В блок управления поступает следующая информация:

о положении и частоте вращения коленчатого вала;

о массовом расходе воздуха двигателем;

о температуре охлаждающей жидкости;

о положении дроссельной заслонки;

о содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);

о наличии детонации в двигателе;

о напряжении в бортовой сети автомобиля;

о скорости автомобиля;

о запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле).

топливоподачей (форсунками и электробензонасосом);

системой зажигания;

регулятором холостого хода;

адсорбером системы улавливания паров бензина (если - эта система есть на автомобиле);

вентилятором системы охлаждения двигателя;

муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле);

системой диагностики.

Рис. 6 Схема системы впрыска:

- воздушный фильтр; 2 - датчик массового расхода воздуха; 3 - шланг впускной трубы; 4 - шланг подвода охлаждающей жидкости; 5 - дроссельный патрубок; 6 - регулятор холостою хода; 7 - датчик положения дроссельной заслонки; 8 - канал подогрева системы холостого хода; 9 - ресивер; 10 - шланг регулятора давления; 11 - электронный блок управления; 12 - реле включения электробензонасоса; 13 - топливный фильтр; 14 - топливный бак: 15 - электробензонасос с датчиком уровня топлива; 16 - сливная магистраль; 17 - подающая магистраль; 18 - регулятор давления: 19 - впускная труба: 20 - рампа форсунок: 21 - форсунка; 22 -датчик скорости; 23 - датчик концентрации кислорода; 24 - газоприемник впускной трубы; 25 - коробка передач; 26 - головка цилиндров; 2 7 - выпускной патрубок системы охлаждения; '28 - датчик температуры охлаждающей жидкости; А - к подводящей трубе насоса охлаждающей жидкости

Память

В электронном блоке управления имеется три вида памяти: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), однократно программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), и электрически программируемое запоминающее устройство (ЭПЗУ).Оперативное запоминающее устройство это «блокнот» электронного блока управления. Микропроцессор ЭБУ использует его для временного хранения измеряемых параметров для расчетов и для промежуточной информации. Микропроцессор может по мере необходимости вносить в него данные или считывать их.Микросхема ОЗУ смонтирована на печатной плате ЭБУ. Эта память является энергозависимой и требует бесперебойного питания для сохранения. При прекращении подачи питания содержащиеся в ОЗУ диагностические коды неисправностей и расчетные данные стираются.

Рис. 9-35. Электронный блок управления:

- программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)

Электрически программируемое запоминающее устройство используется для временного хранения кодов-паролей противоугонной системы автомобиля (иммобилизатора). Коды-пароли, принимаемые ЭБУ от блока управления иммобили-затором (если он имеется на автомобиле), сравниваются с хранимыми в ЭПЗУ и при этом разрешается или запрещается пуск двигателя. Эта память является энергонезависимой и может храниться без подачи питания на ЭБУ.

Датчики инжектора

Датчик температуры охлаждающей жидкости представляет собой термистор, (резистор, сопротивление которого изменяется от температуры). Датчик завернут в выпускной патрубок охлаждающей жидкости на головке цилиндров. При низкой температуре датчик имеет высокое сопротивление (100 кОм при -40 °С), а при высокой температуре - низкое (177 Ом при 100 °С).Температуру охлаждающей жидкости ЭБУ рассчитывает по падению напряжения на датчике. Падение напряжения высокое на холодном двигателе и низкое на прогретом. Температура охлаждающей жидкости влияет на большинство характеристик, которыми управляет ЭБУ.

Датчик детонации заворачивается в верхнюю часть блока цилиндров (рис. 9-36) и улавливает аномальные вибрации (детонационные удары) в двигателе.Чувствительным элементом датчика является пьезокристаллическая пластинка. При детонации на выходе датчика генерируются импульсы напряжения, которые увеличива-ются с возрастанием интенсивности детонационных ударов. Блок управления по сигналу датчика регулирует опережение зажигания, для устранения детонационных вспышек топлива.

Рис.7 Расположение датчика детонации на двигателе

- датчик детонации

Для нормальной работы датчик должен иметь температуру не ниже 360°С. Поэтому для быстрого прогрева после пуска двигателя, в датчик встроен нагревательный элемент. Датчик массового расхода воздуха расположен между воздушным фильтром и шлангом впускной трубы. Он термоанемометрического типа. В датчике используются три чувствительных элемента. Один из элементов определяет температуру окружающего воздуха, а два остальные нагреваются до заранее установленной температуры, превышающей температуру окружающего воздуха.ЭБУ использует информацию от датчика массового расхода воздуха для определения длительности импульса открытия форсунок.