История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания

Эволюция двигателей- как было тогда, и как есть сейчас

Несмотря на то, что первые двигатели внутреннего сгорания были сконструированы более 140 лет назад, у современных автомобильных моторов по-прежнему чрезвычайно много общего с теми первыми агрегатами, которые по своему принципу действия напоминают миниатюрные электростанции.

Как известно, топливом для первого двигателя был газ, воспламеняющийся в специальной камере внутреннего сгорания. Как и тогда, в сегодняшних моторах пары бензина, предварительно смешанные с воздухом, поджигаются в камере внутреннего сгорания при помощи искры. Таким образом очевидно, что основной принцип автомобильного двигателя остался неизменным. А вот что касается энергоэффективности и экологичности современных моторов, то они в значительной степени эволюционировали, став более дружелюбными и безопасными для окружающей среды при существенном росте эффективности.

Карбюратор и инжектор

Одним из ключевых элементов в конструкции бензиновых моторов до последнего времени являлся карбюратор. Подобное техническое решение для автомобильных моторов можно встретить еще и сегодня, заглянув под капот некоторых отечественных машин, сконструированных в ХХ веке.

Как показали исследования, модернизация карбюратора, являющегося устройством, необходимым для качественного и правильного смешивания топлива и воздуха, зашла в тупик. Повышать эффективность карбюраторов больше уже было невозможно, ввиду чего инженеры в сфере автомобильной индустрии стали один за другим отказываться от применения карбюраторов на моторах своих автомобилей.

Кроме того, карбюраторные моторы являются весьма не экологичными, что в свете тезисов о защите окружающей среды стало дополнительным стимулом отказа от карбюраторов. Стоит отметить, что долгое время работа двигателя внутреннего сгорания предполагала смазку трущихся внутренних частей мотора посредством добавления моторного масла непосредственно в бензин. Здесь было чрезвычайно важно соблюсти оптимальные пропорции, позволяющие обеспечивать необходимый эффект смазки, вместе с тем допуская минимальное количество нагара, образующегося после выгорания топливной смеси, сдобренной моторным маслом. Нарушение технологии смешивания бензина и масла влекло за собой появление густого сизого дыма позади даже вполне исправной машины.

Первые моторы, оснащаемые системой топливного впрыска, увидели свет в конце ХIХ столетии. В то время, на заре прошлого века, когда подавляющее количество автомобилестроителей работали над усовершенствованием карбюратора, один из немецких инженеров впервые получил патент на систему впрыска топлива в камеру сгорания автомобильного цилиндра. Однако надежность и практическая безотказность карбюраторных моторов не дала возможности бурному развитию инжекторных моторов, ввиду чего говорить о первых серьезных попытках конструкторов двигателей запустить систему топливного впрыска в серийное производство стало возможным лишь применительно к периоду начала Первой мировой войны. Но именно немецкие военные самолеты стали первыми серийными аппаратами, на чьих моторах карбюраторы уступили место впрыску. А вот советская, английская и американская авиация получила на вооружение самолеты с инжекторными моторами лишь к концу войны. Правда, тогда это была система механического топливного впрыска, по своей эффективности мало чем напоминающая современные электронные системы.

В отличие от карбюраторных моторов, двигатели, оснащенные системой топливного впрыска, отличались большей мощностью и тягой благодаря тому, что для каждого цикла сгорания количество и состав смеси были точно отмерены.

Что касается автомобилестроения, то здесь, несмотря на меньшую эффективность карбюратора, карбюраторные моторы оставались практически безальтернативными еще очень долгое время.

Рециркуляция выхлопных газов

Может показаться, что усовершенствование автомобильных двигателей происходило недостаточно быстро, однако этот вывод преждевременен и не справедлив. Одной из первых деталей, играющих ключевую роль в работе мотора, стал клапан рециркуляции отработанных газов. Система рециркуляции выхлопа является неотъемлемой частью силовых агрегатов подавляющего числа современных автомобилей. Эта система позволяет максимально эффективно задействовать топливо, сжигая его в камерах цилиндров с наибольшим эффектом. Благодаря процессу рециркуляции продуктов сгорания топлива отработанные газы вновь поступают в двигатель, где опять участвуют в процессе воспламенения и сгорания топливной смеси. Таким образом достигается не только более полное сжигание бензина, но и уменьшается количество вредных выбросов, образующихся в результате работы двигателя внутреннего сгорания.

Стоит отметить, что в современных моторах клапан рециркуляции отработанных газов позволяет сэкономить до 25% топлива, не сгоревшего при первоначальном воспламенении рабочей смеси, которое в отсутствии системы рециркуляции попросту вылетело бы в атмосферу. Таким образом, появившись впервые в середине прошлого века, система рециркуляции выхлопных газов стала обязательной частью для выпускаемых ныне моторов.

Система электронного зажигания

Другим важным шагом в процессе эволюции автомобильных моторов можно назвать разработку и применение электроники в системе зажигания. Довольно продолжительное время система зажигания автомобильного двигателя имела контактную конструкцию. Однако при такой конструкции мотора от правильно выставленного опережения зажигания в полной мере зависела эффективность работы всего агрегата.

Электроника, пришедшая на смену контактному зажиганию, позволила точно выверять момент воспламенения топливной смеси, исключив ее преждевременное возгорание относительно хода поршня. Впрочем, весьма продолжительное время электронное зажигание применялось только для некоторых карбюраторных моторов будучи своеобразной опцией для дорогих моделей машин, предназначенной для повышения отдачи двигателя. Но поскольку используемые устройства требовали сложных настроек и специального оборудования, электронные системы зажигания долгое время оставались редкостью, тогда как подавляющее число автомобилистов продолжали сжигать миллионы тонн топлива ввиду неэффективной работы карбюраторных моторов, оснащаемых морально-устаревшей системой зажигания контактного типа.

Применение обедненной топливной смеси

Вариантом повышения эффективности бензиновых двигателей стал переход некоторых разработчиков на использование обедненной топливной смеси. Инженерами было изменено привычное соотношение топливной смеси. По такой технологии во второй половине 70-х годов стали строить свои моторы инженеры Honda, Mitsubishi, Nissan, а также некоторых других производителей. Но поскольку моторы, разработанные под применение обедненной смеси, требовали установки сложнейших и дорогостоящих каталитических нейтрализаторов, подобные агрегаты не прижились и уже к началу 90-х годов практически полностью перестали производиться.

Электронный топливный впрыск

Пожалуй, наиболее серьезным шагом в процессе эволюции автомобильных моторов является разработка системы электронного топливного впрыска. По сравнению с механическими аналогами, электронные системы позволяли гораздо точнее контролировать количество смеси, подаваемой в камеру сгорания. Первоначальные технологии предусматривали одноточечную конструкцию электронного впрыска, на смену которой пришли системы многоточечного и даже многопортового впрыска. Впрочем, многопортовый впрыск сегодня практически не используется ввиду сложности и дороговизны конструкции.

Сегодня в конструкции инжекторных моторов повсеместно применяются датчики кислорода, именуемые лямбда-зондами. Такие датчики устанавливаются в системе выпуска отработанных газов, выполняя функцию контроля эффективности сгорания топлива в каждом цикле. Многие автомобили располагают двумя и более кислородными датчиками, устанавливаемыми до и после каталитического нейтрализатора. При всех плюсах, лямбда-зонды обладают существенным недостатком, особенно заметным в российских условиях эксплуатации автомобилей. Эти устройства чрезвычайно чувствительны к качеству топлива и при использовании некачественного бензина могут выйти из строя уже после нескольких тысяч пробега.

Помимо двигателей, работающих по принципу цикла Отто, в мире современного автомобилестроения находят применение и другие технологии. Так, в качестве альтернативы можно назвать моторы, работающие по принципу цикла Аткинсона. Правда, такие двигатели не столь распространены ввиду меньшей мощности при прочих равных характеристика. Как правило, бензиновые двигатели, работающие по циклу Аткинсона, используются в гибридных силовых установках.

Сегодня, как и сто лет назад, конструкторы продолжают трудиться над повышением эффективности автомобильных двигателей. Так, уже возможно совсем скоро в свечах зажигания будут использоваться лазерные технологии, а для изготовления дроссельной заслонки будут применяться альтернативные материалы.

4.11 Система питания (топливная система). Основные отличия бензиновых двигателей от дизельных

Общее устройство системы питания

Назначение и основные части системы питания

Система питания любого двигателя внутреннего сгорания служит для приготовления горючей смеси, за счет сгорания которой в цилиндрах двигателя осуществляется его работа. Горючая смесь состоит из топлива и воздуха, смешанных в определенной пропорции.

В систему питания бензинового двигателя входят топливный бак, топливный насос, топливный фильтр, топливопроводы, карбюратор/топливные форсунки, топливная рампа. Схематическое изображение системы питания бензинового двигателя приведено на рисунке 4.46.

Рисунок 4.46 Основные части топливной системы современного бензинового двигателя.

Рисунок 4.47a Схема карбюраторного бензинового двигателя.

Примечание
Максимально упрощенно работа системы питания двигателя в целом описана далее.

Топливо из бака посредством насоса подводится к карбюратору, где смешивается в определенной пропорции с воздухом, проходящим через воздухоочиститель (схематически изображено на рисунке 4.47 а). Если же на двигателе установлена система впрыска, то топливо, подводится к форсункам, которые впрыскивают его во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр (подробнее устройства и работы системы впрыска мы будем касаться ниже). Полученная горючая смесь по впускному коллектору поступает в цилиндры двигателя, где и сгорает. Отработавшие газы из цилиндров отводятся через выпускной коллектор и глушитель.

Топливо для питания бензиновых двигателей

Само собой разумеется, что для работы бензинового двигателя необходим бензин.

Внимание
Бензин является легким жидким топливом и представляет собой светлую жидкость, которая испаряется на воздухе и легко воспламеняется.

Основными свойствами бензина являются испаряемость, теплотворность и антидетонационная стойкость. Для простого обывателя определяющей характеристикой является антидетонационная стойкость.

Антидетонационная стойкость определяет возможную величину степени сжатия двигателя.

Примечание
Детонация – сгорание топлива с такой скоростью, что его можно смело называть взрывом (2000 м/сек и выше против 20-40 м/сек при нормальном сгорании), который протекает при чрезвычайно высоких температурах с резким повышением давления в цилиндре. Возникает при использовании топлива с несоответствующей степени сжатия двигателя антидетонационной стойкостью.

При детонационном сгорании смеси в двигателе слышны резкие металлические стуки и звон, объясняемые ударами звуковых волн высокого давления о стенки камер сгорания, цилиндров и днищ поршней и возникновением вибрации в деталях. При этом в результате неполного сгорания топлива, усиленной теплоотдачи и увеличения механических потерь мощность и экономичность двигателя резко снижаются.

Внимание
Длительная работа при детонационном сгорании может привести не только к повышенному износу деталей двигателя, но даже к их поломке или образованию крупных дефектов в виде трещин и изгиба деталей с последующим их разрушением.

Поэтому если во время движения со стороны двигателя начали доноситься постоянные звонкие металлические удары, лучше остановиться. В противном случае появится перспектива капитального ремонта двигателя или его замены.

Примечание
Детонация может быть устранена путем уменьшения нагрузки на двигатель (переход на более низкую передачу) и прикрытия дроссельной заслонки.

Показателем, характеризующим антидетонационные свойства бензина, является его октановое число. Чем больше октановое число бензина, тем меньше он детонирует и тем большая степень сжатия может быть принята для двигателя.

Продаваемые на топливном рынке бензины имеют свое обозначение. Например, «А-95», где «А» говорит нам о том, что бензин этот «автомобильный», а число после буквы обозначает октановое число.

Смесеобразование и составы горючей смеси

Смесеобразованием называют процесс смешивания мелко распыленного топлива с воздухом.

Необходимо, чтобы приготовляемая смесь, называемая горючей смесью, удовлетворяла двум основным требованиям:

1) смесь при воспламенении в цилиндре двигателя должна сгорать очень быстро, в промежуток времени, измеряемый тысячными долями секунды, чтобы обеспечить соответствующее давление газов на поршень в начале его рабочего хода;

2) бензин, находящийся в горючей смеси, должен сгорать полностью, чтобы обеспечить наибольшее выделение тепла и повышение экономичности работы двигателя.

Смесь может быстро и полно сгорать при условии, что бензин с воздухом смешивается в строго определенной весовой пропорции и происходит очень тщательное распыление и испарение бензина в воздухе и их перемешивание.

При этом каждая мельчайшая частица топлива будет окружена частицами кислорода в требуемом количестве, что и обеспечит одновременное быстрое и полное сгорание всей смеси.

В зависимости от весового соотношения бензина и воздуха различают следующие виды смесей: нормальная, обедненная, бедная, обогащенная, богатая.

Нормальной называется смесь, в которой на 1 кг бензина приходится примерно 15 кг воздуха. Такое количество воздуха теоретически необходимо для полного сгорания топлива. При такой смеси двигатель работает устойчиво со средними показателями по мощности и экономичности.

Обедненной называется смесь, в которой имеется избыток воздуха против нормального количества топлива (примерно 16,5 кг, а то и больше, на 1 кг).

При работе на обедненной смеси мощность двигателя вследствие замедления скорости сгорания смеси несколько снижается, но экономичность заметно повышается, так как расходуется меньшее количество топлива.

Бедной называется смесь, имеющая значительный избыток воздуха. Из-за относительно большого расстояния между частицами распыленного в воздухе бензина бедная смесь горит медленно и давление газов в цилиндре двигателя понижается. Вследствие медленного горения смеси большая часть тепла поглощается стенками цилиндров и охлаждающей их водой, что вызывает перегрев двигателя. Двигатель на бедной смеси работает неустойчиво, мощность его падает, значительно возрастает удельный расход топлива (расход топлива на единицу мощности).

Обогащенной называется смесь, имеющая незначительный недостаток воздуха против нормального количества (около 13 кг на 1 кг топлива). Скорость сгорания обогащенной смеси возрастает, в результате чего давление газов в цилиндре к началу рабочего хода поршня увеличивается. Поэтому при работе на обогащенной смеси двигатель развивает наибольшую мощность, но при этом наблюдается несколько повышенный расход топлива.

Богатой называется смесь, имеющая значительный недостаток воздуха по сравнению с нормальным количеством. В такой смеси вследствие недостатка кислорода бензин сгорает не полностью, что вызывает снижение мощности двигателя при значительном расходе топлива. Несгоревшие частицы топлива в виде копоти частично отлагаются внутри цилиндров, а основная часть несгоревших частиц топлива выбрасывается в выпускной трубопровод и выходит из него в виде черного дыма. В результате догорания несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе образуются хлопки и выстрелы, что и является внешним признаком сильного обогащения смеси.

Исходя из рассмотренных свойств различных составов горючей смеси, можно сделать вывод, что, если двигатель по условиям работы не должен развивать полной мощности (при средних нагрузках), самой выгодной является обедненная смесь, так как расход топлива при этом значительно снизится. Образующееся при этом некоторое снижение мощности двигателя при работе его с неполной нагрузкой значения не имеет. При больших нагрузках целесообразнее работать на обогащенной смеси, так как двигатель при этом развивает наибольшую мощность. Несколько же увеличенный расход топлива вследствие кратковременности работы двигателя на данном режиме не вызывает заметного увеличения общего расхода топлива за большой период времени.

Работа на бедной или богатой смесях, вызывающих снижение мощности и экономичности двигателя, недопустима.

Простейший карбюратор

Все, даже самые современные из тех, что закончили свой век в середине девяностых годов ХХ-го века, карбюраторы в основе своей работают по принципу, который можно описать на примере простейшего карбюратора. Он-то ниже и будет описан и представлен на рисунке 4.47 b.

Рисунок 4.47b Простейший карбюратор.

Карбюратором называется прибор, обеспечивающий смешивание бензина с воздухом в определенной пропорции и тщательное распыление бензина в воздухе.

Обратив внимание на рисунок 4.47 b можно с уверенностью сказать, что действительно, ничего сложного в карбюраторе нет! Он состоит из следующих частей: поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном, дозирующего устройства с жиклером и распылителем, смесительной камеры с диффузором, дроссельной заслонкой и воздушной заслонкой. Смесительная камера карбюратора соединяется со впускным коллектором двигателя.

Поплавковая камера служит для поддержания постоянного уровня топлива в распылителе жиклера. При помощи поплавка с игольчатым клапаном топливо в камере и распылителе поддерживается на постоянном уровне — на 1—1,5 мм выше нижнего конца распылителя. Такой уровень обеспечивает легкое высасывание топлива из распылителя и устраняет вытекание топлива из него при неработающем карбюраторе. В карбюратор, изображенный на рисунке 4.47, топливо из топливного бака поступает самотеком благодаря вездесущей на Земле силе тяжести.

В момент понижения уровня топлива в камере поплавок опускается и открывает игольчатый клапан, топливо начинает поступать в камеры. По достижении нормального уровня, топливо поднимет поплавок, который с помощью игольчатого клапана перекроет поступление топлива в поплавковую камеру.

Распылитель служит для подачи топлива в центр смесительной камеры, где оно распыляется. Он представляет собой тонкую трубку, входящую в смесительную камеру и сообщающуюся через жиклер с поплавковой камерой.

Жиклер дозирует количество топлива, проходящего к распылителю. Он выполнен в виде пробки с калиброванным отверстием.

Смесительная камера служит для смешивания топлива с воздухом и представляет собой короткий прямой или изогнутый патрубок, одним концом соединенный со впускным трубопроводом двигателя, а другим концом — с воздухоочистителем, через который в карбюратор проходит очищенный воздух.

Диффузор обеспечивает увеличение скорости воздушного потока в центре смесительной камеры и создает разрежение около конца распылителя, что необходимо для высасывания топлива из распылителя и лучшего его распыления. Конструктивно диффузор представляет собой короткий патрубок, суженный внутри и устанавливаемый в смесительной камере около конца распылителя.

Дроссельной заслонкой изменяют проходное сечение отверстия для горючей смеси и тем самым регулируют количество горючей смеси, поступающей из карбюратора в цилиндр двигателя. В соответствии с количеством поступающей в двигатель смеси изменяется мощность двигателя и число оборотов коленчатого вала.

Воздушной заслонкой можно уменьшить проходное сечение для воздуха, поступающего в карбюратор, и тем самым увеличить разрежение в смесительной камере, а следовательно, увеличить подачу топлива. Воздушную заслонку обычно используют только при пуске двигателя и управляют ею из кабины водителя.

Теперь опишем работу карбюратора. При вращении коленчатого вала двигателя во время тактов впуска, происходящих в его цилиндрах, через смесительную камеру карбюратора проходит воздух. Внутри диффузора скорость воздушного потока значительно возрастает и около конца распылителя получается разрежение. При этом топливо из распылителя поступает в смесительную камеру струйками, которые распыляются на мельчайшие частицы проходящим с большой скоростью воздухом. Топливо перемешивается с воздухом, испаряется в нем, и полученная горючая смесь поступает в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу. Поплавковая камера с помощью поплавка и игольчатого клапана непрерывно поддерживает в распылителе нормальный уровень топлива (не забудьте, мы описываем простейший карбюратор, в котором нет насоса).

При управлении автомобилем водитель, по сути, устанавливает дроссельную заслонку карбюратора в различные положения, и в цилиндры двигателя поступает большее или меньшее количество горючей смеси, в результате чего получается необходимая мощность двигателя и скорость движения автомобиля.

Рабочие режимы двигателя и требования к карбюратору

В данном разделе мы будем рассматривать различные режимы работы карбюратора в зависимости от условий работы двигателя. Также приведем требования к функциям карбюратора и увидим, как должен преобразоваться конструктивно простейший карбюратор, чтобы удовлетворить все поставленные перед ним задачи.

Различают следующие основные рабочие режимы двигателя:

• пуск (говорит сам за себя);
• холостой ход (режим, при котором необходимо поддерживать обороты холостого хода, об этом сказано в примечании);

Примечание
Обороты холостого хода — это минимальные обороты, при которых двигатель может работать устойчиво без нагрузки. Вы запустили двигатель, при этом никакого движения и воздействия на педаль газа не происходит.

• средние нагрузки (движетесь по незагруженной трассе/дороге, без особых ускорений – равномерно);
• полная нагрузка (начало движения автомобиля, драг-рейсинг и все в этом духе);
• быстрый переход со средней нагрузки на полную нагрузку (в основном, при обгоне).

В зависимости от режима в цилиндры двигателя необходимо не только подавать различное количество горючей смеси, но и использовать различное соотношение компонентов для ее получения.

При пуске двигателя в его цилиндры должно поступать большее количество бензина. Это достигается путем сильного обогащения смеси в результате усиленной подачи топлива в смесительную камеру карбюратора и на стенки впускного коллектора.

Когда двигатель запускается, разрежения, которое создается в диффузоре карбюратора, недостаточно для того, чтобы топливо начало поступать через распылитель. Чтобы создать так необходимое для пуска двигателя разрежение, используют воздушную заслонку, которую на время пуска прикрывают, вследствие этого через распылитель начинает поступать необходимое количество топлива. После того, как двигатель начал работать и прогрелся, воздушную заслонку снова полностью открывают.

Холостой ход

На холостом ходу для работы требуется небольшое количество топлива, однако оно должно быть достаточно обогащенным, чтобы этого хватило для устойчивой работы двигателя.

В простейшем карбюраторе, рассчитанном на нормальную работу при прикрытии дроссельной заслонки, для работы двигателя с малым числом оборотов холостого хода разрежение в диффузоре уменьшается настолько, что топливо из распылителя не поступает совсем, поэтому вводится система холостого хода, которая позволяет работать двигателю независимо от разрежения в диффузоре.

Средние нагрузки

На средних нагрузках (от малых и до 85% от полной нагрузки) для получения наилучших показателей экономичности необходимо подавать различное количество топливовоздушной смеси, но всегда одного вида — немного обедненной.

Примечание
Жиклер – это похожий на болт, только без головки, элемент с просверленным насквозь отверстием, размер которого подобран с высокой точностью (его называют калиброванным).

Примечание
В простейшем карбюраторе путем подбора жиклера соответствующего диаметра и диффузора можно получать смеси требуемого состава только при некотором постоянном, например среднем, положении дроссельной заслонки.

При дальнейшем открытии заслонки смесь, приготовляемая карбюратором, начинает обогащаться. Происходит это потому, что в этом случае значительно возрастает разрежение в диффузоре, вследствие чего сопротивление вытеканию топлива из жиклера становится меньше, чем при малом разрежении в диффузоре. Поэтому количество топлива, поступающего в смесительную камеру, увеличивается, но не пропорционально увеличению количества проходящего воздуха, что и приводит к обогащению смеси. При прикрытии заслонки смесь начинает обедняться. Для поддержания примерно постоянного наиболее выгодного состава смеси при различном открытии дроссельной заслонки на средних нагрузках, т. е. для компенсации смеси, в карбюраторе должно быть специальное устройство (например, экономайзер).

Полная нагрузка

При полной нагрузке двигателя топливовоздушная смесь, подаваемая в его цилиндры, должна быть обогащенной, что необходимо для получения от двигателя наибольшей мощности. Простейший карбюратор не обеспечивает такого обогащения. Для выполнения этого требования в карбюратор нужно ввести специальное устройство, называемое экономайзером.

При быстром открытии дроссельной заслонки (нажатии на педаль газа) необходимо подавать больше бензина, обогащая смесь для того, чтобы двигатель быстро увеличивал число оборотов, повышая мощность.

При быстром открытии дроссельной заслонки в простейшем карбюраторе в первый момент получается сильное обеднение смеси, в результате чего скорость набора оборотов (приемистость) двигателя ухудшается. Объясняется это тем, что воздух, имеющий меньшую плотность и обладающий хорошей подвижностью, при открытии заслонки сразу устремляется в смесительную камеру в значительном количестве. Топливо вследствие большей плотности менее подвижно и не успевает в первый момент быстро проходить через жиклер, поэтому смесь обедняется. Для повышения приемистости двигателя в карбюратор вводят специальное устройство, называемое ускорительным насосом.

Примечание
Таким образом, простейший карбюратор при различных режимах работы двигателя не обеспечивает питание его горючей смесью надлежащего состава и должен быть оснащен дополнительными устройствами: для компенсации смеси, для легкого пуска двигателя, для работы двигателя на холостом ходу, для обогащения смеси при полной нагрузке и для улучшения приемистости двигателя.

Рисунок 4.48 Карбюратор семейства автомобилей ВАЗ 2108/2109 «Солекс».
1 – рычаг привода ускорительного насоса; 2 – регулировочный винт диафрагмы пускового устройства; 3 – диафрагма пускового устройства; 4 – воздушный канал пускового устройства; 5 – электромагнитный запорный клапан; 6 – топливный жиклер системы холостого хода; 7 – главный воздушный жиклер первой камеры; 8 – воздушный жиклер системы холостого хода; 9 – воздушная заслонка; 10 – распылитель главной дозирующей системы первой камеры; 11 – распылитель ускорительного насоса с шариковым клапаном; 12 – распылитель главной дозирующей системы второй камеры; 13 – распылитель эконостата; 14 – главный воздушный жиклер второй камеры; 15 – воздушный жиклер переходной системы второй камеры; 16 – балансировочный канал поплавковой камеры; 17 – поплавковая камера; 18 – топливный (игольчатый) клапан; 19 – топливовозвратный штуцер с жиклером; 20 – сетчатый фильтр; 21 – топливоподводящий штуцер; 22 – диафрагма экономайзера мощностных режимов; 23 – топливный жиклер экономайзера мощностных режимов; 24 – шариковый клапан экономайзера мощностных режимов; 25 – поплавок; 26 – топливный жиклер эконостата с трубкой; 27 – топливный жиклер переходной системы второй камеры с трубкой; 28 – эмульсионная трубка второй камеры; 29 – главный топливный жиклер второй камеры; 30 – выходное отверстие переходной системы второй камеры; 31, 33 – дроссельные заслонки; 32 – демпфирующий жиклер; 34 – щель переходной системы первой камеры; 35 – выходное отверстие системы холостого хода; 36 – блок подогрева карбюратора; 37 – регулировочный винт состава «качества» смеси холостого хода; 38 – штуцер системы вентиляции картера двигателя; 39 – штуцер отбора разрежения к вакуумному регулятору распределителя зажигания; 40 – штуцеры отбора разрежения системы рециркуляции отработавших газов; 41 – главный топливный жиклер первой камеры; 42 – эмульсионная трубка первой камеры; 43 – шариковый клапан ускорительного насоса; 44 – диафрагма ускорительного насоса; 45 – толкатель ускорительного насоса.

Основные отличия бензиновых двигателей от дизельных

Самое главное отличие двигателей, использующих различные виды топлива, состоит в том, что топливовоздушная смесь в бензиновом двигателе поджигается электрическим разрядом свечи, а в дизельном самовоспламеняется от сильно разогретого воздуха. Такты такие же, фазы смещены в соответствии с началом и концом впрыскивания топлива.

В современных дизельных двигателях топливо впрыскивается форсункой под большим давлением непосредственно в цилиндр. Основным условием нормальной работы является тщательное перемешивание топливовоздушной смеси.

Итак, несколько кардинальных отличий дизельного двигателя от бензинового:

1. Зажигание топливовоздушной смеси происходит за счет сильного нагревания сжатого в цилиндре воздуха.
2. Камера сгорания находится не в головке блока цилиндров, а в поршне (пример того, как выглядит такой поршень, приведен в разделе «Поршень», раздела 4.6 «Блок цилиндров и кривошипно-шатунный механизм»).
3. В системе подачи топлива установлено два топливных насоса: подкачивающий и топливный насос высокого давления (ТНВД), который создает достаточное давление в системе, чтобы обеспечить нормальное распыление топлива. Топливный насос высокого давления схематически показан на рисунке 4.50.
4. Если установлена система впрыска Common-Rail (устройство системы показано на рисунке 4.50), то топливо насосом высокого давления нагнетается в специальную топливную рампу (показана на рисунке 4.49 и представляет из себя трубку). В рампе давление с помощью регулятора поддерживается на одном уровне (порядка 2000 бар, а то и выше), а из рампы подводится через топливные патрубки высокого давления к топливным форсункам.

Рисунок 4.49 Внешний вид топливной рампы дизельного двигателя с системой Common-Rail.

1. На современных дизельный двигателях в системе выпуска установлен сажевый фильтр.

Примечание
Именно сажа, содержащаяся в отработанных газах дизельных двигателей, является одним из самых опасных компонентов, и, по словам ученых, может приводить к образованию раковых опухолей.

1. Не на всех дизельных двигателях устанавливается система подачи мочевины, которая способствует снижению выбросов вредных веществ (а именно: окислов азота) при работе двигателя.

Рисунок 4.50 Система непосредственного впрыска дизельного двигателя Common-Rail.

Топливо

На дизельных двигателях, как можно догадаться, применяется дизельное топливо (часто называемое «тяжелым топливом»). Качество дизельного топлива отражается цетановым числом.

Примечание
Цетановое число – характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси (т. е. свежего заряда) (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.

Тяжелое топливо содержит парафины и серу. Чем больше их в составе дизеля, тем хуже, поскольку сера снижает способность к самовоспламенению, а парафины влияют на работу топлива в условиях низких температур окружающего воздуха. Если в дизеле будет высокое содержание парафинов и будут отсутствовать необходимые присадки, то после ночевки автомобиля на открытой стоянке при —15°С, хозяин его завести не сможет, так как само топливо в патрубках превратится в подобие желатина или солидола. Это, кстати, одна из причин установки на многие современные автомобили систем подогрева топливного фильтра и свечей накала предпускового подогрева.

Топливная система автомобиля, система подачи топлива — устройство, назначение, принцип работы

Топливная система — это одна из важнейших систем автомобиля, которая самым непосредственным образом отвечает за работу машины. Без топливной системы двигатель бы не смог работать, а, следовательно, машина никуда бы не поехала.

Назначение топливной системы

Топливная система хранит и подает топливо в камеры сгорания так, чтобы процесс сгорания проходил эффективно. Причем, несмотря на то что почти все топливные системы содержат много общих узлов, они различаются: одни для подачи топлива в двигатель используют инжекторы, другие — карбюраторы. Это, что касается бензиновых двигателей. В дизельных двигателях топливо подается через форсунки.

В целом, топливная система состоит из следующих элементов:

• топливный бак (в нем хранится запас топлива — бензина или дизтоплива)
• топливный насос (забирает топливо из бака и гонит его к двигателю)
• датчик уровня топлива (подает сигнал о необходимости дозаправки)
• топливный фильтр или система фильтров (очищают топливо от механических примесей)
• воздушный фильтр (очищает воздух от пыли и других мелких частиц)
• топливопровод (система трубок и шлангов, по которым топливо подается в двигатель)
• система впрыска (устройство, через которое топливо попадает в камеру сгорания)

Топливный бак, или бензобак, представляет собой металлическую или пластиковую емкость, которая обычно находится под багажником, хотя в некоторых машинах для него нашли довольно интересные места. Если вы не можете найти бензобак, его местоположение лучше выяснить в инструкции либо у механика.

Внутри бензобака находится маленький поплавок, который плавает на поверхности топлива, посылая сигналы датчику уровня топлива на панели приборов, благодаря чему можно узнать, когда нужна очередная заправка. Невзирая на то что некоторые машины работают на дизельном топливе, сейчас в большинстве случаев используется бензин, поэтому под словом «топливо» мы будем подразумевать именно его, хотя это и не совсем корректно.

Топливный насос подает бензин (или дизтопливо) по топливопроводу, который идет под днищем автомобиля от бака к карбюратору или инжекторам — для бензиновых двигателей. В дизельных двигателях топливо подается в насос высокого давления (ТНВД) и далее в форсунки. В старых машинах с карбюраторами используется механический насос, который работает от двигателя. Двигатели с впрыском топлива используют электрический насос, который может находиться внутри бака либо где-то рядом.

Топливный фильтр делает именно то, о чем говорит его название, — фильтрует топливо, то есть очищает его. На своем пути по бензопроводу к инжекторам или карбюратору топливо проходит через топливный фильтр. Маленькая сетка внутри фильтра задерживает грязь и ржавчину, которая может присутствовать в бензине. На некоторых машинах установлены дополнительные фильтры между баком и насосом. Важно менять фильтры, следуя заводскому графику обслуживания.

Воздухоочиститель очищает воздух перед его смешиванием с бензином. В карбюраторных двигателях воздухоочиститель обычно большой и круглый с торчащей сбоку трубкой для облегчения забора свежего воздуха. На инжекторных двигателях может быть установлен круглый воздухоочиститель, а может быть и прямоугольный.

Чтобы найти прямоугольный воздухоочиститель, следуйте за большим раструбом воздухозаборника, отведенного как можно дальше от двигателя.

Внутри воздухоочистителя находится воздушный фильтр, который задерживает грязь и частицы пыли из забираемого воздуха. Если вы часто ездите по пыльной или песчаной местности, нужно периодически проверять воздушный фильтр и менять его по мере загрязнения (чаще чем того требует инструкция по эксплуатации).

Работа топливной системы автомобиля

Все рассмотренные элементы работают в следующей последовательности. в момент запуска двигателя, а на некоторых машинах в момент открытия водительской двери, начинает работать топливный насос, создавая необходимое рабочее давление в топливной системе, необходимое для подачи топлива к двигателю.

В момент прохождения топливного фильтра или системы фильтров, по пути к двигателю, топливо очищается от различных механических примесей. Воздух, поступает к камере сгорания или карбюратору через воздушный фильтр, где так же очищается.

В зависимости от конструкции двигателя топливо-воздушная смесь может готовиться как непосредственно внутри камеры сгорания цилиндра двигателя, так и до попадания в цилиндр, например, в карбюраторе. Возможен так же комбинированный способ приготовления топливо-воздушной смеси.

После того, как топливо-воздушная смесь готова и поступила в камеру сгорания, происходит ее воспламенение. Для продолжения работы двигателя требуется постоянная подача все новых порций топлива, за что и отвечает топливная система.

Источник http://1gai.ru/publ/516862-istoriya-razvitiya-benzinovyh-dvigateley-vnutrennego-sgoraniya.html
Источник Источник http://monolith.in.ua/structure-avto/toplivnaja-systema/
http://autodromo.ru/articles/toplivnaya-sistema-avtomobilya-sistema-podachi-topliva-ustroystvo-naznachenie-princip