Устройство автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Машиностроительный институт

Кафедра автомобилей

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Устройство автомобилей»

Вариант № 9

Выполнила: Гаренских Е.Ю.

Екатеринбург 2014



Инжекторные системы автомобилей

Инжекторная система подачи топлива -- система подачи топлива, устанавливаемая на современных бензиновых двигателях. Эта система подачи топлива постепенно вытесняет карбюраторную систему подачи топлива. Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными двигателями.

В конце 60х-начале 70х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами, среди которых значительную часть составляли выхлопные газы автомобилей. До этого времени состав продуктов сгорания двигателей внутреннего сгорания никого не интересовал. В целях максимального использования воздуха в процессе сгорания и достижения максимально возможной мощности двигателя состав смеси регулировался с таким расчетом, чтобы в ней был избыток бензина. В результате в продуктах сгорания совершенно отсутствовал кислород, однако оставалось несгоревшее топливо, а вредные для здоровья вещества образуются главным образом при неполном сгорании.

В стремлении повышать мощность конструкторы устанавливали на карбюраторы ускорительные насосы, впрыскивающие топливо во впускной коллектор при каждом резком нажатии на педаль акселератора, т.е. когда требуется резкий разгон автомобиля. В цилиндры при этом попадает чрезмерное количество топлива, не соответствующее количеству воздуха. В условиях городского движения ускорительный насос срабатывает практически на всех перекрестках со светофорами, где автомобили должны то останавливаться, то быстро трогаться с места. Неполное сгорание имеет место также при работе двигателя на холостых оборотах, а особенно при торможении двигателем. При закрытом дросселе воздух проходит через каналы холостого хода карбюратора с большой скоростью, всасывая слишком много топлива.

Из-за значительного разрежения во впускном трубопроводе в цилиндры засасывается мало воздуха, давление в камере сгорания остается к концу такта сжатия сравнительно низким, процесс сгорания чрезмерно богатой смеси проходит медленно, и в выхлопных газах остается много несгоревшего топлива. Описанные режимы работы двигателя резко повышают содержание токсических соединения в продуктах сгорания.

Стало очевидно, что для понижения вредных для жизнедеятельности человека выбросов в атмосферу надо кардинально менять подход к конструированию топливной аппаратуры.

Система впрыска бензина"K-JETRONIC"

(К - Джетроник)

Для снижения вредных выбросов в систему выпуска было предложено устанавливать каталитический нейтрализатор отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух/бензин 14,7:1). Любое отклонение состава смеси отуказанного приводило к падению эффективности его работы и ускоренному выходу из строя. Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили. Альтернативой могли стать только системы впрыска.

Первые системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля. Этот результат вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы. Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий. Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь - в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-зонд. Данная система разрабатывалась уже с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). По сигналам датчика кислорода ЭБУ корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси.

На сегоднящний день инжекторый (или, говоря по-русски, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшую карбюраторную систему. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

Точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход.

Снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов.

Увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%. Происходит за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.

Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси.

Легкость пуска независимо от погодных условий.

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

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

Топливный насос 2, (рис. 2), забирает топливо из бака 1 и подает его под давлением около 5 кгс/см2 через накопитель 3 и фильтр 4 к каналу "А" дозатора-распределителя 6. При обычном карбюраторном питании управление двигателем осуществляется воздействием на педаль "газа" т.е. поворотом дроссельной заслонки. Если при карбюраторном питании дроссельная заслонка регулирует количество подаваемой в цилиндры рабочей смеси, то при системе впрыска дроссельная заслонка 11 регулирует только подачу чистого воздуха.

Для того, чтобы установить требуемое соотношение между количеством поступающего воздуха и количеством впрыскиваемого бензина используется расходомер воздуха с так называемым напорным диском 5 и дозатор-распределитель топлива 6.

В действительности расходомер не замеряет, в буквальном смысле слова, расход воздуха, просто его напорный диск перемещается "пропорционально" расходу воздуха. А само название "расходомер" объясняется тем, что в этом устройстве использован принцип действия физического прибора, называемого трубкой Вентури и приме замера расхода газов.

Рис. 2. Схема главной дозирующей системы и системы холостого хода системы впрыска "K-Jetronic": 1 - топливный бак, 2 - топливный насос, 3 - накопитель топлива, 4 - топливный фильтр, 5 - напорный диск расходомера воздуха, 6 - дозатор-распределитель количества топлива, 7 - регулятор давления питания, 8 - регулятор управляющего давления, 9 - форсунка (инжектор). 10 - регулировочный винт холостого хода, 11 - дроссельная заслонка. Каналы: А - подвод топлива к дозатору-распределителю, В - слив топлива в бак, С - канал управляющего давления, D - канал толчкового клапана, Е - подвод топлива к форсункам.

Механическая система: расходомер воздуха - дозатор-распределитель обеспечивает только соответствие перемещений напорного диска и плунжера распределителя. Но, если трубка Вентури обеспечивает линейную зависимость перемещения напорного диска от расхода воздуха, то простейший по форме плунжера распределитель, линейной зависимости между перемещением плунжера и расходом бензина уже не дает. Для получения линейной зависимости применена система дифференциальных клапанов, о них речь ниже.

Напомним, "линейная зависимость " - в буквальном смысле слова означает, что график функции - прямая линия. Другими словами, изменение аргумента вызывает прямо пропорциональное изменение функции. Например, аргумент (расход воздуха) увеличился в 2 раза во столько же раз увеличится и функция (перемещение). В данном случае независимым переменным (аргументом) будет уже перемещение плунжера, а функцией - расход бензина.

Из дозатора-распределителя топливо по каналам "Е" поступает к форсункам впрыска 9, (см. рис. 2). Иногда вместо слова форсунка применяется слово инжектор.

Итак, перемещение напорного диска вызывает перемещение плунжера распределителя. Направления перемещений на рис.2 показаны стрелками. Взаимосвязь перемещений и упомянутые выше дифференциальные клапаны обеспечивают стехиометрическое соотношение воздуха и бензина в рабочей смеси. Но, напомним еще раз, характерной особенностью автомобильного двигателя является то, что он должен быть приспособлен к различным режимам: холодный пуск, холостой ход, частичные нагрузки, полная нагрузка. Смесь приходится при соответствующих режимах или обогащать или обеднять. Для получения соответствия состава рабочей смеси режиму работы двигателя в системе впрыска со стороны верхней части плунжера (см. рис. 2) враспределитель подходит по каналу "C" управляющее давление. Величина последнего определяется регулятором управляющего давления 8. Это давление в зависимости от режима работы двигателя имеет большую или меньшую величину. В первом случае сопротивление перемещению плунжера увеличивается - смесь обедняется. Во втором случае, напротив, сопротивление перемещению плунжера уменьшается - смесь становится богаче. Одним из режимов работы автомобильного двигателя является резкое открытие дроссельной заслонки. При карбюраторной системе питания необходимое обогащение смеси (в противном случае, так как воздух более подвижен, было бы ее обеднение) производится ускорительным насосом. При системе впрыска обогащение обеспечивается почти мгновенной реакцией напорного диска (рис. 3).

Бензиновый электрический насос 2 (см. рис. 2) работает независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Он включается при двух условиях, когда включено зажигание и вращается коленчатый вал. Если учесть, что насос имеет запасы по давлению двухкратный, по подаче десятикратный, то понятно, что система впрыска должна иметь регулятор давления питания. Этот регулятор 7, (см. рис. 2) встроен вдозатор-распределитель, соединен с каналом "А" (подвод топлива), по каналу "В" осуществляется слив излишнего топлива в бак, канал "D" соединен с регулятором управляющего давления 8.

Холостой ход карбюраторных двигателей регулируется двумя винтами: количества и качества смеси. Система питания с впрыском топлива также имеет два винта: винт качества (состава) рабочей смеси, этим винтом регулируется содержание СОв отработавших газах, и винт количества смеси 10, этим винтом устанавливается частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.



Система впрыска "KE-Jetronic"

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

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

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

Система "KE-Jetronic" является дальнейшим развитием системы "K-Jetronic". Она более сложная, но позволяет лучше оптимизировать дозирование топлива. Идеальное дозирование это топливная экономичность, наименьшая токсичность отработавших газов, наилучшая динамика. К сожалению, совместить все три эти составляющие не удается. Поэтому, к примеру, о топливной экономичности заботятся при всех частичных нагрузках, а при полной нагрузке - только о наилучших динамических показателях.

Топливо под давлением поступает к форсункам 11 (рис. 26), установленным перед впускными клапанами. Форсунки распыляют топливо, количество которого определяется его давлением в зависимости от нагрузки (от разрежения во впускном коллекторе) и от температуры охлаждающей жидкости.

Регулирование количества топлива обеспечивается дозатором-распределителем 5, управляемым расходомером воздуха 6 и электрогидравлическим регулятором управляющего давления 9, управляемым электронным блоком управления 16 по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя 13, выключателя положения дроссельной заслонки 7 и датчика частоты вращения (числа оборотов) коленчатого вала двигателя (датчика начала отсчета). Как отмечалось выше, эти сигналы могут браться также от катушки зажигания или от коммутатора. В настоящее время для этой цели применяются индуктивные датчики. Последние закрепляются на картере маховика, а их "чувствительная" часть располагается над зубчатым венцом маховика. При прохождении зуба мимо датчика в его обмотке генерируется ЭДС. Применяются датчики и на основе эффекта Холла, которые лучше индуктивных, но сложнее и дороже.

Система впрыска (рис. 26) работает следующим образом. Электронасос 2 забирает топливо из бака и подает его под давлением к дозатору-распределителю топлива 5 через топливный фильтр 3 и накопитель 4.

Топливо поступает в верхние камеры дифференциальных клапанов дозатора-распределителя под давлением, которое изменяется регулятором 10 в зависимости от положения плунжера распределителя.

Количество топлива, поступающего к рабочим форсункам 11, регулируется диафрагмой дифференциальных клапанов, прижимаемой управляющим давлением (противодавлением) к выходным отверстиям (трубкам форсунок).

Рис. 26. Схема системы впрыска "KE-Jetronic": 1 - топливный бак, 2 - топливный насос, 3 - топливный фильтр, 4 - накопитель топлива, 5 --дозатор-распределителъ количества топлива, 6 - расходомер воздуха, 7 - выключатель положения дроссельной заслонки, 8 - клапан дополнительной подачи воздуха, 9 - электрогидравлический регулятор управляющего давления (противодавления), 10 - регулятор давления топлива в системе, 11 - форсунка (инжектор), 12 - пусковая электромагнитная форсунка, 13 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 14 - термореле, 15 - датчик-распределитель, 16 - электронный блок управления. Каналы: A - подвод топлива (давление системы), B - слив топлива в бак, C - канал управляющего давления (в дозаторе-распределителе), D - канал регулятора давления, E - подвод топлива к форсункам, F - подвод топлива к пусковой электромагнитной форсунке

В отличие от системы "K-Jetronic", управляющее давление к верхнему торцу плунжера распределителя в системе "KE-Jetronic" не подводится.

Регулятор управляющего давления 9 представляет собой электроклапан, управляемый электронным блоком 16. При работе главной дозирующей системы меняется положение биметаллической пластины. При увеличении частоты вращения коленчатого вала (ускорение) верх пластины отклоняется вправо, отверстие подвода топлива к регулятору прикрывается. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала (замедление) верх пластины отклоняется влево, отверстие подвода топлива к регулятору увеличивается. При равномерной работе двигателя (постоянной частоте вращения коленчатого вала) пластина находится в выпрямленном состоянии.

Потенциометр напорного диска и выключатель положения дроссельной заслонки передают в электронный блок управления информацию о текущей нагрузке двигателя и о "поведении" дроссельной заслонки. В свою очередь, электронный блок управления через электрогидравлический регулятор управляющего давления корректирует воздействие перемещений напорного диска на плунжер распределителя. Например, при резком нажатии на педаль "газа", ("взаимосвязь" открытия дроссельной заслонки, перемещения напорного диска и роста частоты вращения коленчатого вала (см. рис. 3) электронный блок управления различает, ускорение ли это движения автомобиля или просто увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.

При полной нагрузке сигнал от выключателя положения дроссельной заслонки поступает в электронный блок управления, последний через регулятор управляющего давления дозатора-распределителя обогащает смесь.

Система холостого хода, представленная на рис. 26, почти не отличается от системы холостого хода "K-Jetronic". Параллельно каналу дроссельной заслонки идут еще два воздушных канала. В одном установлен конический винт регулировки холостого хода (винт количества), которым поддерживается минимальное разрежение в расходомере воздуха 6 под диском, и обеспечивается работа двигателя на холостом ходу. Клапан дополнительной подачи воздуха 8 работает при холодном пуске и прогреве двигателя аналогично системе "K-Jetronic".



Система впрыска "L-Jetronic"

Система впрыска "L-Jetronic" - это управляемая электроникой система многоточечного (распределенного) прерывистого впрыска топлива (L - нем. Lade - заряд, порция). Главные отличия от систем "K-Jetronic" и "KE-Jetronic": нет дозатора-распределителя и регулятора управляющего давления, все форсунки (пусковая и рабочие) с электромагнитным управлением. Так как нет дозатора-распределителя, существенно изменился и расходомер воздуха. В системах "L-Jetronic" примерно в два раза меньше давление топлива в системе и возможно отсутствие накопителя (гидроаккумулятора).

Система впрыска "L-Jetronic" - это более совершенная система, с увеличением экономичности, снижением токсичности отработавших газов, улучшением динамики автомобиля.

Принцип действия:

Электрический топливный насос 2 забирает топливо из бака 1, (рис. 35) и подает его под давлением 2,5 кгс/см2 через фильтр тонкой очистки 3 к распределительной магистрали 5, соединенной шлангами е рабочими форсунками цилиндров 8. Установленный с торца распределительной магистрали 5, регулятор давления топлива в системе 4 поддерживает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишнего топлива в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Количество впрыскиваемого топлива определяется электронным блоком управления 10 в зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя, а также от температуры охлаждающей жидкости.

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

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

Рис. 35. Схема системы впрыска топлива: 1 - топливный бак, 2 - топливный насос. 3 - фильтр тонкой очистки топлива, 4 - регулятор давления топлива в системе, 5 - распределительная магистраль, 6 - пусковая форсунка, 7 - блок цилиндров двигателя, 8 - форсунка (инжектор) впрыска, 9 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 10 - электронный блок управления, 11 - блок реле., 12 - датчик-распределитель зажигания, 13 - выключатель положения дроссельной заслонки, 14 - высотный корректор, 15 - расходомер воздуха, 16 - подвод воздуха, 17 - термореле, 18 - винт качества (состава) смеси на холостом ходу, 19 - клапан добавочного воздуха, 20 - винт количества смеси на холостом ходу, 21 - выключатель зажигания, 22 - подвод разрежения к регулятору давления топлива в системе.

Рис. 36. Функциональная схема управления системой впрыска "L-Jetronic": A - устройство входных параметров: 1 - датчик температуры всасываемого воздуха, 2 - расходомер воздуха, 3 - выключатель положения дроссельной заслонки, 4 - высотный корректор, 5 - датчик-распределитель зажигания, б - датчик температуры охлаждающей жидкости, 7 - термореле. В - устройства управления и обеспечения: 8 - электронный блок управления, 9 - блок реле, 10 - топливный насос, 11 - аккумуляторная батарея, 12 - выключатель зажигания. С - устройства выходных параметров: 13 - рабочие форсунки, 14 - клапан добавочного воздуха, 15 - пусковая форсунка

Клапан дополнительной подачи воздуха 19, (см. рис. 35), установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, подводит к двигателю добавочный воздух при холодном пуске и прогреве двигателя, что приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала. Для ускорения прогрева используются повышенные обороты холостого хода (более 1000 об/мин).

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

Функциональную связь всех элементов системы впрыска "L-Jetronic" можно увидеть обратившись к рис. 36. Величина необходимой в настоящий момент дозы топлива вычисляется электронным блоком управления в зависимости от массы всасываемого воздуха (объем, давление, температура), температуры двигателя и режима его работы.

Система впрыска "le-jetronic"

Система впрыска "LE-Jetronic" в принципе подобна системе "L-J". Изменения касаются в основном электронной части (E-Elektronik).

В результате изменения электросхемы блока электронного управления удалось уменьшить общее количество контактов в разъеме с 35 до 25. В расходомере воздуха, изменился потенциометр в нем отсутствуют контакты насоса. Вследствие этого число контактов электроразъема уменьшилось с 7 до 5.

Вместо блока реле 9 и реле пуска холодного двигателя появилось реле управления

Клапанные форсунки работают без дополнительных сопротивлений. Последнее достигается применением латунных проводов вместо медных, что обеспечивает необходимое электрическое сопротивление.

Система "LE2-J" отличается от "LE-J" улучшенным пуском и лучшим процессом уменьшения подачи топлива.

Система “LE3-J” работает на основе цифрового кода. Блок электронного управления размещен в подкапотном пространстве и объединен с расходомером воздуха. Электронный блок управления контролирует колебания напряжения бортовой сети и "выравнивает" их за счет замедления срабатывания реле клапанных форсунок, при помощи изменения времени впрыска. Система впрыска "LE4-J", отличается от системы "LE3-J" отсутствием пусковой форсунки, термореле и клапана добавочного воздуха.

Рис. 39. Реле управления (включения топливного насоса)

Принцип работы генераторов постоянного и переменного тока

На автомобилях применяются два типа источников тока:

- генератор, преобразующий механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую и питающий все потребители при работающем двигателе;

- аккумуляторная батарея, питающая потребители при неработающем двигателе за счет преобразования накопленной химической энергии в электрическую.

К группе «Источники тока» отнесены также и приборы их регулирования.

Генераторы.

В настоящее время на отечественных автомобилях устанавливают генераторы переменного тока. Это объясняется их большей надежностью, меньшей массой и способностью обеспечивать получение номинального напряжения и мощности при меньшей частоте вращения коленчатого вала двигателя. Однако большое количество автомобилей, работающих в автохозяйствах, имеют генераторы постоянного тока, а ряд зарубежных фирм продолжает выпускать автомобили с такими генераторами.



Электрическая схема генераторов:

а -- постоянного тока;

б -- переменного тока с постоянным магнитом;

1 -- якорь;

2 -- коллектор;

3 --обмотка возбуждения;

4 и 5 --щетки;

6 -- регулятор напряжения;

7--9 --выводы обмоток;

10 -- магнитный ротор;

Я и Ш -- клеммы.



Генератор постоянного тока (рис.,а) состоит из двух основных частей: неподвижного корпуса (статора), В котором создается магнитное поле, и вращающегося в корпусе якоря l с обмотками, в которых индуцируется ЭДС, В каждой секции обмотки якоря ЭДС меняется по величине и направлению в зависимости от положения секции в магнитном поле. Концы секции подключены к двум изолированным диаметрально расположенным на коллекторе 2 пластинам (ламелям).

При определенном положении секции ламели подходят к двум неподвижным меднографитовым щеткам, снимающим напряжение с данной секции. Таким образом, к щеткам всегда проводится напряжение, постоянное по величине и направлению. Магнитное поле создается электромашинами.

Электрическая схема генератора переменного тока с выпрямительным блоком:

а -- схема соединения;

б -- напряжение в фазовых обмотках генератора;

в -- выпрямленное напряжение;

1 -- обмотки статора;

2 -- диод;

3 -- аккумуляторная батарея;

4 -- выключатель зажигания;

5 -- регулятор напряжения;

6 -- щетки;

7 -- обмотки возбуждения.



Генератор переменного тока (рис., б) состоит также из двух основных частей: статора с неподвижной обмоткой, в которой индуцируется переменный ток, и ротора, создающего подвижное магнитное поле. Полюсы ротора 10 поочередно проходят мимо неподвижных катушек, размещенных в пазах с внутренней стороны корпуса генератора. При этом в сердечниках катушек, расположенных с внутренней стороны корпуса генератора, изменяется направление магнитного потока, а следовательно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС.

Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе такое, которое необходимо для получения трехфазного тока. У трехфазных генераторов обмотки часто имеют одну общую точку -- в ней соединяются их концы. Такая схема соединения называется «звезда», а общая точка обмоток -- «нулевой». Вторые концы 1 -- 3 обмоток присоединяют к двухполупериодномувыпрямителю.

Магнитное поле ротора может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом. В последнем случае к обмотке возбуждения электромагнита необходимо подводить постоянное напряжение. Применение в роторе электромагнитов усложняет конструкцию генератора, так как требуется подводить напряжение к вращающейся детали, однако в этом случае возможно регулирование напряжения при изменении частоты вращения ротора.

Переменный ток генератора выпрямляется двухполупериодным трехфазным выпрямителем с полупроводниковыми диодами. Подключение фазовых обмоток генератора к двухполупериодному выпрямителю показано на рис., а, изменение напряжения в фазовых обмотках на рис., б, а выпрямленное напряжение -- на рис., в.

Регулирование напряжения генераторов

инжекторный топливо холостой впрыск генератор

Для надежной работы потребителей к ним необходимо подводить электрический ток, напряжение которого соответствует номинальной расчетной величине. Величина напряжения определяется зарядным напряжением U3 на клеммах полностью заряженной аккумуляторной батареи. Поэтому напряжение на клеммах генератора должно иметь строго определенную постоянную величину.

Напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения якоря и от магнитного потока возбуждения Е = сФw, где с -- постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора; Ф -- магнитный поток возбуждения; со -- частота вращения якоря генератора.

Якорь генератора клиноременной передачей связан с коленчатым валом двигателя, и частота его вращения меняется в широких пределах, следовательно, при постоянном магнитном потоке напряжение на клеммах генератора также будет меняться в широких пределах.

Для того чтобы напряжение при увеличении частоты вращения якоря не изменялось, необходимо пропорционально уменьшать магнитный поток возбуждения. При применении в генераторе электромагнитов это можно обеспечить, уменьшая силу тока в обмотках возбуждения. На этом принципе и основано регулирование напряжения автомобильных генераторов. Как только напряжение на клеммах генератора достигает предельно допустимой величины, в цепь обмотки возбуждения включается резистор, в результате резко уменьшается сила тока возбуждения и соответственно падает напряжение на клеммах генератора. При этом резистор вновь отключается, сила тока возбуждения увеличивается и напряжение генератора вновь возрастает. Такие процессы происходят непрерывно, и в среднем на клеммах генератора поддерживается требуемое напряжение.

При использовании генераторов постоянного тока необходимо также ограничивать максимальную силу тока, чтобы защитить генератор от перегрузок и отключать батарею от генератора, если напряжение на его клеммах ниже, чем на клеммах аккумуляторной батареи, чтобы батарея не разряжалась через обмотки генератора. Эти функции выполняют соответственно ограничитель тока и реле обратного тока.

Для регулирования напряжения генераторов используют вибрационные реле, контактно-транзисторные и транзисторные регуляторы.

Регулирование напряжения генераторов постоянного тока осуществляется с помощьюэлектромагнитных вибрационных реле. Обычно три электромагнитных реле, осуществляющих соответственно регулирование напряжения, ограничение максимальной силы тока и отключение батареи от генератора при неработающем генераторе, объединяют в один блок, называемый реле-регулятором.

Бесконтактная система зажигания

Бесконтактная система зажигания является конструктивным продолжение контактно-транзисторной системы зажигания. В данной системе зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком. Бесконтактная система зажигания стандартно устанавливается на ряде моделей отечественных автомобилей, а также может устанавливаться самостоятельно вместо контактной системы зажигания.

Применение бесконтактной системы зажигания позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ за счет более высокого напряжения разряда (30000В) и соответственно более качественного сгорания топливно-воздушной смеси.

Конструктивно бесконтактная система объединяет ряд элементов, среди которых источник питания, выключатель зажигания, датчик импульсов, транзисторный коммутатор, катушка зажигания, распределитель и конечно свечи зажигания. Распределитель соединен со свечами и катушкой зажигания с помощью проводов высокого напряжения.

Схема бесконтактной системы зажигания

свечи зажигания

датчик-распределитель

распределитель

датчик импульсов

коммутатор

катушка зажигания

монтажный блок

реле зажигания

выключатель зажигания

А - к клемме генератора

В целом устройство бесконтактной системы зажигания аналогично контактной системе зажигания, за исключением датчика импульсов и транзисторного коммутатора.

Датчик импульсов предназначен для создания электрических импульсов низкого напряжения. Различают датчики импульсов следующих типов: Холла, индуктивный и оптический.

Наибольшее применение в бесконтактной системе зажигания нашел датчик импульсов использующий эффект Холла (возникновение поперечного напряжения в пластине проводника с током под действием магнитного поля). Датчик Холла состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины с микросхемой и стального экрана с прорезями (обтюратора).

Прорезь в стальном экране пропускает магнитное поле и в полупроводниковой пластине возникает напряжение. Стальной экран не пропускает магнитное поле, и напряжение на полупроводниковой пластине не возникает. Чередование прорезей в стальном экране создает импульсы низкого напряжения.

Датчик импульсов конструктивно объединен с распределителем и образуют одно устройство - датчик-распределитель. Датчик-распределитель внешне подобен прерывателю-распределителю и имеет аналогичный привод от коленчатого вала двигателя.

Транзисторный коммутатор служит для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания в соответствии с сигналами датчика импульсов. Прерывание тока осуществляется за счет отпирания и запирания выходного транзистора.



Принцип работы бесконтактной системы зажигания

При вращении коленчатого вала двигателя датчик-распределитель формирует импульсы напряжения и передает их на транзисторный коммутатор. Коммутатор создает импульсы тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания. В момент прерывания тока индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения подается по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси.

При увеличении оборотов коленчатого вала регулирование угла опережения зажигания осуществляется центробежным регулятором опережения зажигания.

При изменении нагрузки на двигатель регулирование угла опережения зажигания производит вакуумный регулятор опережения зажигания.

Электронная система зажигания

Электронной называется система зажигания, в которой создание и распределение тока высокого напряжения по цилиндрам двигателя осуществляется с помощью электронных устройств. Система имеет другое название - микропроцессорная система зажигания.

Необходимо отметить, что контактно-транзисторная система зажигания и бесконтактная система зажигания также включают электронные компоненты, но данные системы уже имеют свои устоявшиеся названия. С другой стороны электронная система зажигания не имеет механических контактов, поэтому, по сути, является бесконтактной системой зажигания.

На современных автомобилях электронная система зажигания является составной частью системы управления двигателем. Данная система осуществляет управлениеобъединенной системой впрыска и зажигания, а на последних моделях автомобилей и рядом других систем - впускной и выпускной системами, системой охлаждения.

Существует множество конструкций электронных систем зажигания (BoschMotronic, Simos, Magneti-Marelli и др.), отличающихся по конструкции. Электронные системы зажигания можно разделить на два вида: системы зажигания с распределителем и системы прямого зажигания.

Первый вид электронных систем зажигания в своей работе использует механический распределитель, с помощью которого осуществляется подача тока высокого напряжения на конкретную свечу. В системах прямого зажигания подача тока высокого напряжения на свечу производится непосредственно с катушки зажигания.

Конструкция электронной системы зажигания включает традиционные элементы - источник питания, выключатель зажигания, катушку, свечи, а также провода высокого напряжения (на некоторых видах системы). Помимо этого система включает следующие элементы управления: входные датчики, электронный блок управления и исполнительное устройство - воспламенитель.

Входные датчики фиксируют текущие параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Система электронного зажигания в своей работе использует датчики, входящие в состав системы управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения распределительного вала, массового расхода воздуха, детонации, температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, положения дроссельной заслонки, положения педали акселератора, давления топлива,кислородный датчик и другие. Номенклатура датчиков на разных моделях автомобилей может различаться.

Электронный блок управления двигателем обрабатывает сигналы входных датчиков и формирует управляющие воздействия на воспламенитель.

Воспламенитель представляет собой электронную плату, обеспечивающую включение и выключение зажигания. Основу воспламенителя составляет транзистор. При открытом транзисторе ток протекает по первичной обмотке катушки зажигания, при закрытом - происходит его отсечка и наводка тока высокого напряжения во вторичной обмотке.

Электронная система зажигания может иметь одну общую катушку зажигания, индивидуальные катушки зажигания или сдвоенные катушки зажигания.

Общая катушка зажигания применяется в электронной системе зажигания с распределителем. Индивидуальные катушки зажигания устанавливаются непосредственно на свечу, поэтому необходимость в высоковольтных проводах отпадает.

В системах прямого зажигания также используются сдвоенные катушки зажигания. На четырехцилиндровом двигателе устанавливается две таких катушки: одна для 1 и 4 цилиндров, другая - для 2 и 3 цилиндров. Каждая из катушек создает ток высокого напряжения на двух выводах, поэтому искра зажигания всегда происходит одновременно в двух цилиндрах. В одном из цилиндров она воспламеняет топливно-воздушную смесь, в другом происходит вхолостую.

Принцип работы электронной системы зажигания

В соответствии с сигналами датчиков электронный блок управления вычисляет оптимальные параметры работы системы. Осуществляется управляющее воздействие на воспламенитель, который обеспечивает подачу напряжения на катушку зажигания. В цепи первичной обмотки катушки зажигания начинает протекать ток.

При прерывании напряжения, во вторичной обмотке катушки индуцируется ток высокого напряжения. По высоковольтным проводам или непосредственно с катушки зажигания ток высокого напряжения подается к соответствующей свече зажигания. Создающаяся искра в свече зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь.

При изменении скорости вращения коленчатого вала двигателя датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и датчик положения распределительного вала подают сигналы в электронный блок управления, который в свою очередь осуществляет необходимое изменение угла опережения зажигания.

При увеличении нагрузки на двигатель управление углом опережения зажигания осуществляется с помощью датчика массового расхода воздуха. Дополнительную информацию о процессе воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси дает датчик детонации. Другие датчики представляют дополнительную информацию о режимах работы двигателя.

Назначение, типы, общее устройство интеркуллеров

Интеркулер - это радиатор (теплообменник), который располагается между компрессором и коллектором (впускным).

Интеркулером оборудованы двигатели с турбонаддувом. Дело в том, что в таких силовых агрегатах происходит сжатие воздуха с одновременным увеличением его плотности. Но сжатие воздуха ведет к его сильному нагреву (до 200 градусов), что дополняется работой самого турбокомпрессора, который приводится в действие отработанными газами. По причине нагрева падает давление наддува, потому как плотность воздуха становится ниже.

Интеркулер находится между компрессором и коллектором

Данное устройство устанавливается на двигатели для охлаждения воздуха, поступающего в результате работы турбокомпрессора. Как известно, понижение температуры наддувочного воздуха всего на 10 градусов дает 3% прибавку к мощности. Интеркулер же в состоянии обеспечить охлаждение потока воздуха до температуры в 50-60 градусов.

Кроме этого, несколько повышается экономичность мотора и экологические показатели, потому как сгорание смеси становится более эффективным. В итоге интеркулер заметно повышает мощность двигателя (прирост составляет порядка 20%). Лучше всего, если воздух в нем будет охлажден до той температуры, которая в конкретный момент на улице, однако такой агрегат будет слишком громоздким.

Однако у данного прибора есть и определенные минусы. Главный из них - создание барьера на пути воздушного потока. Это необратимо, потому как интеркулер охлаждает его. В результате давление наддува немного падает. Следовательно, для достижения наддувного эффекта тратится часть энергии, которая предназначена для этого самого наддува.

Типы интеркулеров

Существует 2 категории таких приборов. Они делятся в зависимости от типа охлаждения:

воздушное охлаждение;

водяное охлаждение.

Воздушный тип

Наиболее распространенным является именно первый тип. Эта популярность объясняется его простотой. Такой агрегат представляет собой радиатор из труб и пластин, который монтируется между компрессором и коллектором.

В целях большего охлаждения конструкторы применили схему, согласно которой трубы изменяют направление (по длине). Благодаря этому общая площадь увеличивается, что способствует достижению цели. Что касается пластин, то они призваны заметно увеличить площадь агрегата и повысить теплоотдачу. Однако такая компоновка несколько снижает эффективность интеркулера. Дело в том, что большое количество изгибов создает дополнительные препятствия для воздушного потока, а это понижает давление.

Расположение такого прибора может быть разным. Как правило, его могут установить в следующих местах под капотом автомобиля:

За бампером - это расположение в центральной части. Для этого в бампере делается вырез;

Над мотором - в капоте приходится вырезать часть и делать специальный воздухозаборник;

Сбоку - это может быть боковая часть левого или правого крыла. Воздухозаборник нужно делать в крыльях.

Как правило, для изготовления таких радиаторов используется «крылатый металл», так как его теплопроводность на высоком уровне, но иногда интеркулеры могут быть и медными. Для каждого конкретного типа двигателя создается свойинтеркулер. Это необходимо, потому как следует учитывать множество факторов, среди которых направление потока, площадь самого радиатора, внутреннее сечение труб и тому подобные аспекты.

Водяной тип

Данный вид конструкции гораздо эффективнее воздушного. Он намного компактнее, поэтому его можно установить водяной типпрактически в любом месте под капотом машины, где есть свободное пространство. Благодаря охлаждающей жидкости тепло отводится намного эффективнее, что означает гораздо большую производительность такого радиатора.

Единственно, после нагрева этого интеркулера требуется больше времени для того, чтобы он остыл.

Но данная компоновка таит в себе не только достоинства. Без недостатков не обходится. К ним можно отнести более сложную конструкцию всего теплообменника. Ведь для его нормальной работы необходима установка дополнительных комплектующих: патрубков, воздушного радиатора, ЭБУ и водяного насоса.

Все это называется двухконтурной системой охлаждения. Наличие всего этого оборудования делает такой интеркулер более дорогим и обременительным в эксплуатации и ремонте.

Такая сложность всей системы обусловила ее невысокую популярность, однако на тех моторах, где применение воздушного радиатора, в силу каких-либо причин, невозможно, происходит установка водяного типа. Яркий пример - двигатели TSI.

Назначение, типы, общее устройство механических нагнетателей

Центробежный нагнетатель

Подобные нагнетатели получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом. Основная деталь центробежного нагнетателя (рис.1) - рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму.

Рисунок 1 - Схема работы центробежного нагнетателя

Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя.

В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч 1/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре 200 тыс. 1/мин. И поскольку привод осуществляется от коленчатого вала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора. Здесь стоит упомянуть интересное решение компании Powerdyne. Внутри единого корпуса нагнетателя располагается дополнительная повышающая ременная передача. Она не требует обслуживания, смазки и рассчитана на пробег более 80 тыс. км. Это позволяет уменьшить передаточное число внешней, основной ременной передачи, чем снизить ее рабочие нагрузки. Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей. И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона. Как было отмечено выше, центробежные нагнетатели очень популярны. Сравнительно низкая цена и, самое главное, простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы. Особенно в сфере тюнинга. В настоящее время центробежные нагнетатели производятся рядом компаний. Вотлишьсамыеизвестныеизних: Paxton Automotive, Powerdyne Automotive, ATI ProCharger, RK Sport, Vortech.

Объемный нагнетатель

К классу объемных нагнетателей относятся компрессоры типа «Roots». Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя (рис.2).



Рисунок 2 - Объемный нагнетатель типа «Roots»

В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями. Между самими роторами и корпусом поддерживается небольшой зазор. Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием. Воздух как бы зачерпывается кулачками (попадая в пространство между роторами и корпусом) и выжимается в нагнетательный трубопровод.

Главным минусом такого способа нагнетания является то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это возможно лишь до определенных пределов.

Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя. Чтобы повысить давление наддува, применялись конструкции с двумя и более ступенями. Они позволяли поднять итоговые значения давления в 2, 3 раза и больше. Но в силу того, что эти компрессоры теряли одно из своих главных преимуществ - компактность, такие многоярусные конструкции не прижились.

Еще один существенный недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в данных компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами (особое устройство для охлаждения воздуха). Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность. Но, в отличие от последних, работа роторно-шестеренчатых нагнетателей сопровождается пульсациями давления. Происходит это по причине неравномерности подачи воздуха.

Для снижения шума и амплитуды пульсаций в последнее время наибольшее распространение получили роторы спиральной формы с тремя зубьями (рис.3).

Рисунок 3 - Схема работы нагнетателя типа «Roots»

Кроме того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным. Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры работают достаточно тихо и равномерно.

В настоящее время современные технологические возможности вывели подобные компрессоры на очень высокий уровень производительности. Такие автогиганты, как DaimlerChrysler, Ford и GeneralMotors, устанавливают на некоторые свои автомобили механические нагнетатели именно Roots-типа. Тому есть несколько причин. В первую очередь объемные нагнетатели, в отличие от центробежных, эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Другой важный плюс - относительная простота конструкции. Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена (относительно центробежных) несколько снизили их рыночную популярность. Если не считать перечисленных выше производителей, для вторичного рынка подобные нагнетатели производит несколько компаний. Вотнекоторыеизних: Jackson Racing, Kenne Bell Superchargers, Magna Charger. Отдельно стоит отметить компанию EatonAutomotive. Именно она является лидером по продвижению нагнетателей Roots-типа.

...