Система впуска/выпуска

Впускная система

Впускная система (другое наименование – система впуска) предназначена для впуска в двигатель необходимого количества воздуха и образования топливно-воздушной смеси. Термин «впускная система» появился с развитием конструкции двигателей внутреннего сгорания, особенно с появлением системы непосредственного впрыска топлива. Оборудование для питания двигателя воздухом перестало быть просто воздуховодом, а превратилось в отдельную систему.

В своей работе система впуска взаимодействует со многими системами двигателя, в том числе с системой впрыска, системой рециркуляции отработавших газов, системой улавливания паров бензина, вакуумным усилителем тормозов. Взаимодействие перечисленных систем и еще ряда других систем обеспечивает система управления двигателем.

Для улучшения наполнения цилиндров воздухом, повышения мощности в конструкции системы впуска современных бензиновых и дизелных двигателей используется турбонаддув.

Конструкция впускной системы включает воздухозаборник, воздушный фильтр, дроссельную заслонку, впускной коллектор. на отдельных конструкциях двигателей используются впускные заслонки. Все элементы впускной системы соединены патрубками.

Воздухозаборник обеспечивает забор воздуха из атмосферы и представляет собой патрубок определенной формы.

Воздушный фильтр служит для очистки воздуха от механических частиц. Фильтрующий элемент изготавливается из специальной бумаги и размещается в отдельном корпусе. Фильтрующий элемент воздушного фильтра является расходным материалом, т.е. имеет ограниченный срок службы. В зависимости от условий эксплуатации автомобиля срок службы фильтрующего элемента может изменяться.

Дроссельная заслонка регулирует величину поступающего воздуха в соответствии с величиной впрыскиваемого топлива. На современных двигателях дроссельная заслонка приводится в действие с помощью электродвигателя и не имеет механической связи с педалью газа.

Впускной коллектор распределяет поток воздуха по цилиндрам двигателя и придает ему необходимое движение. Разряжение, возникаемое во впускном коллекторе используется в работе вакуумного усилителя тормозов, а также для привода впускных заслонок.

На двигателях с непосредственным впрыском топлива в дополнение к дроссельной заслонке устанавливаются впускные заслонки. Они обеспечивают процесс смесеобразования за счет разделения воздуха на два впускных канала. Один канал перекрывает заслонка, через другой – воздух проходит безпрепятственно. Впускные заслонки установлены на общем валу, который поворачивается с помощью вакуумного или электрического привода.

Работу впускной системы обеспечивает система управления двигателем. Конструктивные элементы системы управления двигателем, которые используются в работе системы впуска, можно разделить на три группы: входные датчики, блок управления иисполнительные устройства.

К примеру, впускная система двигателя с непосредственным впрыском топлива имеет следующие входные датчики: расходомер воздуха, температуры воздуха на впуске, положения дроссельной заслонки, давления во впускном коллекторе, положения впускной заслонки, положения клапана рециркуляции, давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов.

Расходомер воздуха и датчик температуры воздуха на впуске служат для определения нагрузки на двигатель. На некоторых моделях двигателей расходомер воздуха не устанавливается. Его функции выполняет датчик давления во впускном коллекторе. При совместной установке расходомер воздуха и датчик давления во впускном коллекторе дублируют друг друга. Датчик давления во впускном коллекторе также используется в работе системы рециркуляции отработавших газов для расчета количества перепускаемых газов. Величина нагрузки двигателя определяется с помощью датчика температуры воздуха на впуске и дополнительного датчика атмосферного давления. Остальные датчики обеспечивают работу соответствующих систем.

Работой впускной системы управляют следующие исполнительные устройства:

  • блок управления дроссельной заслонкой;
  • электродвигатель привода впускных заслонок или клапан управления вакуумным приводом заслонок (на двигателе с непосредственным впрыском топлива);
  • запорный клапан системы улавливания паров бензина;
  • электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов.

Исполнительные устройства активирует блок управления двигателем.

Принцип работы впускной системы

Работа впускной системы основана на разности давлений в цилиндре двигателя и атмосфере, возникающей на такте впуска. Объем поступающего воздуха при этом пропорционален объему цилиндра. Величина поступающего воздуха регулируется положением дроссельной заслонки в зависмости от режима работы двигателя.

На двигателях с непосредственным впрыском топлива в дополнение к дроссельной заслонке работают впускные заслонки. Совместная работа дроссельной и впускных заслонок обеспечивает несколько видов смесеобразования:

  • послойное смесеобразование;
  • бедное гомогенное смесеобразование;
  • стехиометрическое гомогенное смесеобразование.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка большую часть времени открыта полностью. Заслонка прикрывается только для обеспечения разряжения, необходимого в работе системы улавливания паров бензина (продувка адсорбера), системы рециркуляции отработавших газов (перепуск отработавших газов во впускной коллектор) и вакуумного усилителя тормозов (создание необходимого разрежения). Впускные заслонки закрыты.

Стехиометрическое (легковоспламеняемое) гомогенное (однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. Дроссельная заслонка открывается в соответствии с требуемым крутящим моментом. Впускные заслонки открыты.

На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах. Дроссельная заслонка открывается также в соответствии с требуемым крутящим моментом. Впускные заслонки закрыты.

Система впуска автомобиля

Двигатели автомобиля постоянно совершенствуются, что в свою очередь приводит не только к осложнению конструкции узлов и механизмов, но и появлению новых систем. Таковой, к примеру, является система впуска, которая появилась с широким внедрением электроники в конструкции силовых установок.

На карбюраторных моторах впускная система отсутствовала как таковая, хотя ее некоторые составные части использовались – воздухозаборник, фильтрующий воздушный элемент, коллектор. В их задачу входила подача воздуха в двигатель, а после прохождения воздушного потока через карбюратор – топливовоздушной смеси в цилиндры. С появлением инжекторов с электронным управлением, конструкция элементов, обеспечивающих наполнение воздухом камер сгорания, усложнилась, добавились новые, в результате образовалась полноценная система впуска.

Система продолжает выполнять все ту же задачу – наполнение цилиндров воздухом. Но за счет использования электронного управления, удается обеспечить заполнение цилиндров оптимальным количеством воздуха в любых режимах работы мотора. Это позволяет поддерживать требуемые пропорции топливовоздушной смеси для получения максимального выхода мощности при минимально возможном расходе топлива. Оптимальная пропорция для смеси является 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива. Именно этот состав и старается поддерживать впускная система практически на любом режиме работы мотора.

Конструкция

Такое функционирование системы впуска обеспечивается использованием электроники. А это значит, что все составные элементы ее делятся на три основных категории:

  1. Следящие устройства (датчики)
  2. Блок управления (ЭБУ, он же ЭСУД)
  3. Исполнительные механизмы

Первые контролируют ряд параметров и на основе их показаний ЭБУ подает сигналы на исполнительные устройства, благодаря чему и корректируется количество подаваемого воздуха.

Система впуска Audi RS4

Следящих устройств, используемых в конструкции впускной системы – достаточно много. Она включает в себя такие датчики как:

Система впуска Audi RS4

  • массового расхода воздуха или ДМРВ (расходомер);
  • температуры воздуха в коллекторе;
  • давления (атмосферного, в коллекторе);
  • положения заслонок;
  • положения клапана системы рециркуляции отработанных газов.

Это общий перечень следящих устройств, которые может включать система впуска. В определенных конструкциях моторов каких-то из них может и не быть. К примеру, на некоторых моторах ДМРВ не устанавливается, а его функцию выполняет датчик давления в коллекторе.

Основными из указанных следящих устройств являются ДМРВ и температурный датчик. Они подают на блок управления информацию о нагрузке на силовую установку. Остальные же датчики являются вспомогательными и обеспечивают информацией, на основе которой ЭБУ принимает более верные решения.

Датчик температуры воздуха в коллекторе

Поскольку впускная система, как и другие, управляется ЭБУ, то понятно, что она взаимодействует с рядом из них. Ее работа «переплетается» с системами:

  • впрыска;
  • рециркуляции отработанных газов;
  • улавливания топливных паров.

Также она взаимодействует с усилителем тормозной системы (вакуумным).

Элементы впускной системы

Конструкция исполнительного механизма включает в себя ряд элементов, указанных выше, а также некоторые другие. Он включает в себя:

  • заборник;
  • фильтрующий элемент;
  • дроссельный узел;
  • коллектор;
  • соединительные трубопроводы;
  • резонатор.

В инжекторных системах с прямым впрыском исполнительный механизм включает в себя также впускные заслонки.

Коллектор в системе прямого впрыска автомобилей VW

Назначение составных частей. Принцип работы

Всасывание воздуха, как и ранее, производится за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах на такте впуска (поршень уходит вниз, впускные клапаны открыты).

Заборник обеспечивает всасывание воздуха из атмосферы. Фильтрующий элемент проводит его очистку от загрязняющих элементов (фильтр – целлюлозный и относиться к расходным материалам).

Резонатор устанавливается на впуске до воздушного фильтра, также может быть малый резонатор после него и перед дроссельной заслонкой. Его основной задачей является снижение шума, исходящего от двигателя при сгорании топлива и разделение воздушных потоков. И это не все, еще он сглаживает пульсации воздуха и защищает двигатель от гидроудара.

Основным дозирующим элементом является дроссельный узел. За счет заслонки он регулирует объем воздуха, подающегося в коллектор. Дроссельная заслонка присутствовала и в карбюраторном двигателе. Но там ее открытие управлялось водителем за счет механической связи ее с педалью газа. В современном инжекторе же все чаще дроссель работает от электрического привода, которым управляет ЭБУ. Это позволяет, на основе показаний датчиков, а также положения педали акселератора, блоку определить угол открытия заслонки, чтобы обеспечить подачу точного количества воздуха.

Впускная система двигателя с непосредственным впрыском топлива

В дизелях и инжекторных моторах с непосредственным впрыском коллектор обеспечивает распределение поступающего воздуха по цилиндрам. В инжекторах же с распределенной подачей топлива он дополнительно используется для обеспечения смесеобразования (в коллектор устанавливают форсунки, которые впрыскивают бензин в проходящий поток). Также разрежение, создающееся в коллекторе, используется для функционирования усилителя тормозов, он включает в себя еще и клапан системы рециркуляции отработанных газов.

Впускная система функционирует очень просто: за счет такта впуска цилиндры создают разрежение, что приводит к засасыванию воздуха из атмосферы. При этом датчики улавливают требуемые параметры – скорость его движения, температуру перед и за дросселем и т.д. На основе этих данных, положения педали газа, а также на информации, поступающей от датчиков системы впрыска, ЭБУ подает сигнал на привод дроссельного узла, и его заслонка открывается на угол, который обеспечит подачу в коллектор требуемого количества воздуха.

Поскольку ЭБУ собирает информацию со всех следящих устройств постоянно, то реакция на изменение режима работы мотора – очень высокая, соответственно система впуска быстро подстраивается под новые условия, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Новые наработки

Конструкторы постоянно совершенствуют устройство составных частей двигателя, касается это и системы впуска.

Они улучшают используемые датчики, чтобы повысить их точность и долговечность. В основном, это сводится к использованию новых принципов работы.

Более интересными являются наработки, касающиеся конструкции элементов исполнительного механизма, в частности – коллектора.

К примеру, инжекторные моторы с прямым впрыском оснащаются коллекторами с дополнительными заслонками – впускными (они же – вихревые). При этом вносятся конструктивные изменения и в головке блока. Такая впускная система подразумевает наличие двух каналов подачи воздуха к впускным клапанам. И разделение этих каналов делается в головке блока. Используемые впускные заслонки применяются для перекрытия этих каналов.

Система впуска такой конструкции позволяет получить три типа смесеобразования для обеспечения максимально эффективной работы силового агрегата:

  1. Послойное
  2. Обедненное гомогенное
  3. Стехиометрическое гомогенное

А суть этой доработки сводится к тому, что на определенных режимах впускные заслонки перекрывают тот или иной канал, чтобы получить требуемое смесеобразование.

Еще один вариант конструктивного исполнения коллектора впускной системы – переменной длины. Суть работы этого коллектора сводится к тому, что при холостом ходу воздух движется по длинному пути, но при начале работы мотора под нагрузкой открывается специальный клапан, который сокращает путь движения воздуха, что обеспечивает более быстрое наполнение цилиндров воздухом.

Коллектор двигателя HEMI

В дальнейшем, возможно появление еще каких-то более интересных решений для получения максимальной эффективности работы этой составляющей силового агрегата.

Впускная или система впуска двигателя внутреннего сгорания — для чего нужна и как работает

В процессе развития двигателя внутреннего сгорания появилась впускная система. Система впуска современного двигателя необходима для подвода воздуха к цилиндрам и образования там рабочей смеси.

Впускная система состоит из: воздухозаборника, воздушного фильтра, дроссельной заслонки, впускного коллектора. Ещё в системе присутствуют: соединительные патрубки и на некоторых двигателях — впускные заслонки.

Устройство впускной системы на примере двигателя К4М:
1 — воздухозаборный патрубок; 2 — глушители шума впуска; 3 — корпус воздушного фильтра; 4 — блок дроссельной заслонки; 5 — впускной коллектор; 6 — подкладка корпусов форсунок; 7 — забор воздуха.

Воздухозаборник — нужен для забора воздуха и подачи его к двигателю. Процесс забора происходит благодаря давлению, которое создается потоком встречного воздуха или благодаря разрежению, которое создается движением поршней в цилиндрах.

Воздушный фильтр выполняет роль очистителя поступающего воздуха от всяческих частиц. Сам элемент фильтра изготовляется из спецбумаги и имеет определенный срок службы. Воздушные фильтры могут иметь разную конструкцию — бывают цилиндрические, панельные, бескаркасные.

Дроссельная заслонка увеличивает или уменьшает подачу воздуха, в зависимости от величины поступающего топлива. Приводится в действие педалью газа, а на современных моторах работает с помощью электродвигателя.

Впускные заслонки имеют место быть на движках с непосредственным впрыском топлива. Они крепятся на одном валу, который приводится в движение электрическим или вакуумным приводом.

Впускной коллектор выполняет роль распределителя воздуха по цилиндрам двигателя.

Как работает система впуска

Система работает по причине разного давления между атмосферным и давлением в цилиндрах двигателя, которое возникает на такте впуска. Объем цилиндра и поступающего воздуха пропорционален. Дроссельная заслонка регулирует величину воздуха, необходимую для конкретного режима работы мотора.

Как работает система впуска:
A — поток воздуха; B — поток отработавших газов; 1 — дроссельная заслонка (только на бензиновых двигателях); 2 — клапан рециркуляции отработавших газов; 3 — поступающие по системе рециркуляции отработавшие газы; 4 — воздух или топливо-воздушная смесь; 5 — впускной клапан.

На двигателях, где установлены впускные заслонки, может быть несколько видов смесеобразования — это послойное, стехиометрическое гомогенное и бедное гомогенное.

Смесеобразование послойное — дроссельная заслонка в основном полностью открыта, а заслонки впускные закрыты. Рабочая смесь на этом режиме бедная, она применяется при работе двигателя на средних и малых оборотах и при нагрузках.

Стехиометрическое гомогенное смесеобразование — заслонки впускные открыты, а дроссельная заслонка открыта от требуемого крутящего момента. Это смесеобразование применяется при больших нагрузках и высоких оборотах двигателя.

Смесеобразование бедное гомогенное — заслонки впускные закрыты, дроссельная заслонка открыта, а режим работы двигателя, так называемый промежуточный.

Система впуска/выпуска

Системы впуска и выпуска служат для подвода свежего заряда (воздуха или горючей смеси) к цилиндрам двигателя и отвода из них выпускных газов. В двигателях с внешним смесеобразованием во впускной системе также происходит смесеобразование, так как процесс испарения жидкого топлива и смешения его паров с воздухом или смешения горючего газа с воздухом не успевает завершиться в карбюраторе или газовом смесителе.

Общим требованием, предъявляемым к системам впуска и выпуска, является по возможности их малое сопротивление и благоприятное протекание газодинамических явлений в них, что необходимо для уменьшения насосных потерь и увеличения наполнения цилиндра, а также более полного использования энергии выпускных газов в газовой турбине.

Впускная система состоит из воздухозаборников с фильтрами и глушителями шума, компрессоров для сжатия воздуха, охладителей воздуха, впускного трубопровода, или ресивера, и впускных органов.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Компоновка и размеры трубопроводов зависят от типа, назначения и мощности двигателя внутреннего сгорания. Впускной трубопровод двигателя с внешним смесеобразованием делают литым из легких сплавов (обычно алюминиевых). На рис. 85 показан впускной трубопровод автомобильного двигателя. Сечение патрубков выбирают таким, чтобы сохранялась определенная скорость потока. Для улучшения испарения жидкого топлива смесь подогревают горячей водой, циркулирующей в полости. Если впускной и выпускной трубопроводы расположены с одной стороны двигателя, то подогрев смеси осуществляется от выпускного трубопровода. Для этого трубопроводы располагают по возможности ближе один к другому. Впускные трубопроводы дизелей выполняют аналогичным образом, только в этом случае не нужно подогревать воздух. В V-образных двигателях впускной трубопровод часто размещают в развале блока.

В двигателях большой мощности (тепловозных, стационарных, судовых) впускной трубопровод обычно представляет собой цилиндрический ресивер с приваренными к нему патрубками. Воздух поступает в него с торца из воздухоочистителя или компрессора.

Двухтактные двигатели, как правило, не имеют впускных трубопроводов. Воздух подается компрессором непосредственно в ресивер, размещаемый в полостях блока или выполняемый в виде отдельных литых или сварных конструкций. В двухтактных дизелях с цилиндрами небольших размеров (автотракторного и тепловозного типа) ресивером являются полости блока или полость между блоками при V-образ-ном или более сложном расположении цилиндров. В двухтактных дизелях большой мощности ресиверы размещают в полостях остова и в емкостях коробчатой или цилиндрической формы, которые крепят к остову двигателя.

Выпускная система включает выпускные органы, патрубки, выпускной трубопровод, дожигатели, нейтрализаторы выпускных газов, газовые турбины или другие устройства, необходимые для использования энергии выпускных газов для сжатия воздуха (волновые обменники давления), эжекционные устройства для удаления пыли из воздухоочистителей или для просасывания охлаждающего воздуха, утилизационный котел и глушители шума.

Выпускные трубопроводы на двигателях с цилиндрами небольших размеров выполняют в виде общего трубопровода, отлитого из серого или жаростойкого чугуна. Наиболее простой конструкцией выпускного трубопровода отличаются двигатели без наддува или с наддувом при постоянном давлении перед турбиной турбокомпрессора. В последнем случае выпускной трубопровод имеет большой объем или представляет собой устройство, в котором поток с переменными параметрами преобразуется в поток с постоянными параметрами. Такое устройство называется преобразователем импульсов.

При использовании импульсной системы наддува давление газов перед турбиной переменное. Поперечное сечение и объем выпускного трубопровода выбирают минимально допустимыми по условию обеспечения лучшего использования энергии выпускных газов в газовой турбине. Наилучшие показатели двигателя при такой системе наддува получаются в том случае, если в один трубопровод происходит выпуск не более чем из трех цилиндров.

Для предохранения обслуживающего персонала от ожогов на судовых и тепловозных двигателях выпускной трубопровод охлаждается водой или покрывается теплоизолирующим материалом. Теплоизолированные трубопроводы более предпочтительны для двигателей с газотурбинным наддувом, так как в этом случае уменьшаются потери энергии выпускных газов.

При нагревании и остывании длина выпускного трубопровода изменяется. Поэтому перед трубиной устанавливают компенсаторы. На больших двигателях компенсаторами соединяют также отдельные секции выпускных трубопроводов, которые по технологическим соображениям делают составными. Существует несколько типов компенсаторов. Схема поршневого компенсатора показана на рис. 5. Гофрированная труба компенсатора препятствует утечке выпускных газов, прорывающихся через кольца, и в то же время дает возможность перемещаться наружной и внутренней втулкам между собой в продольном направлении.

На рис. 6 показана секция охлаждаемого выпускного трубопровода двухтактного с противоположно движущимися поршнями двигателя большой мощности. Особенностью конструкции является объединение в одной детали выпускной коробки с секцией собственно выпускного трубопровода.

4.10 Система впуска и выпуска

Система впуска

Эта система состоит из нескольких элементов, которые обеспечивают подвод воздуха ко впускным каналам головки блока цилиндров. Также она влачит на себе бремя очистки воздуха, который, в основном, содержит пыль, грязь и песок.


Рисунок 4.41 Элементы системы впуска.

Итак, вся система впуска состоит из следующих элементов:

  • воздухозаборника;
  • корпуса воздушного фильтра с фильтрующим элементом;
  • воздуховода (ов);
  • дроссельной заслонки;
  • ресивера (не всегда);
  • впускного коллектора;
  • системы дополнительного (промежуточного) охлаждения воздуха, если автомобиль с системой наддува

Примечание
На рисунке 4.41 нет элементов системы промежуточного охлаждения воздуха.

Рассмотрим все по отдельности.

Воздухозаборник

Зачастую, это пластиковая деталь, призванная, о чем можно догадаться из ее названия, «забирать воздух». Расположен он, чаще всего, максимально близко к передней части моторного отсека, обычно над радиатором (пример воздухозаборника приведен на рисунке 4.41). Деталь ответственная, особенно если автомобиль относится к классу внедорожников, хозяева которых эксплуатируют их в жестких бездорожных условиях, к которым относится преодоление ручейков и рек вброд.

Но, независимо от класса и условий эксплуатации автомобиля, воздухозаборник стараются установить повыше – дальше от дорожной грязи и пыли.

Воздушный фильтр

Это одна из самых простых и в то же время незаменимых деталей автомобиля. Воздушный фильтр призван очищать поступающий извне воздух от загрязнений и частиц пыли. Если бы не было фильтра, то попадающие внутрь инородные частицы превращались бы в «наждачную бумагу», исправно продирающую зеркало цилиндра (что это такое мы рассматривали в разделе «Описание устройства простейшего двигателя»). К чему приводит такая «обработка», можно не объяснять. Схематическое изображение корпуса воздушного фильтра приведено на рисунке 4.41.

Воздуховоды

Воздуховодами (рисунок 4.41) называются воздушные патрубки, соединяющие воздухозаборник с корпусом фильтра, а его, в свою очередь, с корпусом дроссельной заслонки и в конце — заслонку с ресивером.

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка — устройство, регулирующее количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. Дроссельная заслонка в корпусе представлена на рисунке 4.42. В сборе она представляет из себя корпус в виде трубки с установленной на оси внутри нее заслонкой. Через трос заслонка соединена с педалью акселератора («газа»). Вы нажимаете на педаль газа, трос перемещается и поворачивает заслонку на какой-то угол. Соответственно, через открытую заслонку начинает поступать большее количество воздуха, электроника «дает команду», и система питания начинает подавать больше топлива.


Рисунок 4.42 Внешний вид дроссельной заслонки.

Примечание
Более подробное описание работы системы питания дано в разделе «Система питания современных двигателей».

Ресивер предназначен для накопления определенного количества очищенного воздуха перед впускным коллектором и более равномерной его подачи в цилиндры. Пример ресивера представлен на рисунке 4.41.

Впускной коллектор

Впускной коллектор (рисунок 4.41) является посредником между воздушными патрубками и головкой блока цилиндров. В него также устанавливаются топливные форсунки, если в автомобиле предусмотрена система распределенного впрыска. Иногда, в зависимости от конструкции, непосредственно на впускной коллектор устанавливается дроссельная заслонка.

Система дополнительного (промежуточного) охлаждения воздуха

Эта система призвана охлаждать накачиваемый компрессором (если таковой установлен) воздух, направленный в цилиндры двигателя. Делается это с одной целью – увеличить степень наполнения цилиндра за счет повышения плотности воздуха путем охлаждения. Система включает в себя патрубки-воздуховоды, соединяющие компрессор с дроссельной заслонкой, в которые последовательно вмонтирован радиатор с воздушным или жидкостным охлаждением.

Примечание
Степень наполнения цилиндра характеризуется коэффициентом наполнения, который равен отношению объема поступившего воздуха к объему цилиндра.

Примечание
На автомобильные двигатели часто для повышения мощности и крутящего момента устанавливают компрессоры, которые могут быть двух типов: приводные и турбокомпрессоры. Первый тип компрессоров приводится непосредственно от коленчатого вала через приводной ремень, цепь или шестерни. Существует множество компрессоров данного типа. Турбокомпрессор состоит из двух частей – турбины и компрессора. Турбина и компрессор закреплены на одном валу. Турбину раскручивает поток отработанных газов, вместе с ней раскручивается компрессор, закачивая в цилиндры дополнительное количество воздуха.

Система выпуска

Система выпуска необходима для отвода отработанных газов и снижения шума при их выхлопе. Состоит из выпускного коллектора и выхлопной трубы. В современных двигателях для улучшения экологических показателей дополнительно между выпускным коллектором и выхлопной трубой устанавливается каталитический нейтрализатор.


Рисунок 4.43 Система выпуска.

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор (схематически изображен на рисунке 4.43) — это деталь, устанавливаемая непосредственно на головку блока цилиндров и предназначенная для перенаправления отработанных газов далее – в выхлопную трубу.

Этот элемент системы выпуска сильно нагревается, потому в современных автомобилях прикрыт термоизоляционной крышкой. Выпускной коллектор может иметь различную форму, быть изготовленным различными способами и представлять собой литую деталь или набор патрубков (смотрите рисунок 4.44) одинаковой длины, изогнутых в причудливые формы (в быту часто называют «паук»). Сделано это для улучшения отвода отработанных газов от одного цилиндра за счет разряжения, создаваемого при выхлопе газов из другого (следующего согласно «тактности»).


Рисунок 4.44 Двигатель с выпускным коллектором из патрубков.

Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор — устройство, предназначенное для «дожигания» несгоревшего топлива, которое содержится в отработанных газах, и «удаления» части вредных веществ. Не будем вдаваться в подробности химических процессов, происходящих внутри данного устройства, просто скажем о том, что установка данного прибора значительно снизила выбросы вредных веществ, содержащихся в отработанных газах.

Примечание
В основном, срок службы каталитического нейтрализатора равен сроку службы автомобиля. Однако в отечественных условиях эксплуатации, при использовании топлива низкого качества, в которое, вопреки нормам, добавляют этилированные присадки, специальное пористое наполнение катализатора разрушается, что приводит к ухудшению работы двигателя в целом. В отдельных случаях частицы разрушающегося рабочего элемента попадают в цилиндры, что приводит к выходу из строя поршневой группы.

Выхлопная труба

Выхлопная труба (рисунок 4.43 и 4.45) представляет собой трубку, состоящую из нескольких секций, в промежутках которой установлены глушители.


Рисунок 4.45 Выхлопная труба в сборе.

Дело в том, что сгорание топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя происходит настолько быстро, что получается почти взрыв и, как только выпускной клапан открывается, звук начинает распространяться от выпускного канала в головке блока через выпускной коллектор в выхлопную трубу. Дабы исключить грохот и шум, придумали глушители, которые, хоть и отбирают какую-то долю мощности двигателя, но делают это исключительно с благими намерениями – чтобы работа двигателя была по возможности незаметной.

СИСТЕМЫ ВПУСКА И ВЫПУСКА

Система впуска состоит из воздухофильтра, кор­ректора, впускных патрубков (рис. 2.15) и служит для очистки воздуха, поступающего в двигатель, для уменьшения шума впуска и для корректировки со става смеси.

Первоначально воздух вместе с механическими примесями движется с определенней, скоростью вниз между корпусом фильтра и набивкой и ударяется в масляную ванну, образованную в нижней части корпуса фильтра. Механические примеси как более тяжелые и инертные прилипают к масляной пленке и оседают. Далее воздух как более легкий и менее инертный поворачивает вверх и проходит через на­бивку («путанку») фильтра, пропитанную маслом.

Оставшиеся в воздухе более легкие и менее инертные частицы, двигаясь по извилистым каналам «путанки», прилипают к масляной пленке. Таким образом, воздух подвергается двойной очистке: инерционной (около масляной ванны) и контактной (при контакте с поверхностью набивки, покрытой масляной пленкой).

По мере работы двигателя все большая поверх­ность «путанки» покрывается частицами пыли, поэтому фильтр необходимо периодически промывать и (промасливать). Поскольку впуск воздуха производится отдельны­ми порциями, то при этом возникают звуковые колебания, которые при эффективных глушителях шума выпуска становятся довольно заметными. Для умень­шения шума впуска корпус фильтра имеет двойные стенки, и полость между стенками

сообщается с внут­ренней полостью фильтра. Колебания давления, воз­никающие в фильтре при впуске, вызывают перетекание воздуха из внутренней полости фильтра в полость между двойными стен­ками и обратно, в ре­зультате чего колеба­ния давления на вы­ходе из фильтра уменьшаются, и уменьшается уровень шума.

Воздушный коррек­тор позволяет умень­шить подачу воздуха от фильтра в двига­тель за счет уменьше­ния проходного сече­ния. В результате этого в карбюраторе возни­кает

дополнительное разрежение и увеличи­вается подача топли­ва. Таким образом, воздушный корректор за счет корректировки (уменьшения) подачи воздуха изменяет со­став смеси в сторону обогащения.

Система выпуска служит для снижения шума при выпуске отработавших газов, а также для их отвода в наиболее удобное при эксплуатации место. В нее входят две выхлопные трубы, левый и правый глу­шители, соединенные патрубками, либо один глуши­тель на оба цилиндра. Выход отработавших газов не­посредственно в атмосферу сопровождается значи­тельным шумом, вследствие довольно высоких темпе­ратуры и давления газов. В системе выпуска газовый поток получает дополнительное расширение и за счет перегородок глушителей неоднократно изменяет направление. За счет этого температура и давление газов понижаются, уменьшается их скорость на вы­пуске и снижается уровень шума.

Устройство автомобилей

Впускной и выпускной трубопроводы

Впускной трубопровод обеспечивает подачу горючей смеси в цилиндры, а выпускной – удаление отработавших газов. Иногда эти трубопроводы называют коллекторами — впусной коллектор и выпусной коллектор.

Впускной трубопровод обычно отливают из алюминиевого сплава, а выпускной – из серого чугуна.
Трубопроводы должны оказывать минимальное сопротивление движению газов с целью максимального наполнения цилиндров горючей смесью и лучшей их очистки от отработавших газов.
Впускной трубопровод, кроме того, должен обеспечивать равномерное распределение горючей смеси по всем цилиндрам. Однако при движении по нему происходит осаждение частиц топлива в отдельных цилиндрах.

Для лучшего испарения топлива, оседающего на стенках трубопровода, применяют подогрев горючей смеси, для чего часть впускного трубопровода выполняют с двойными стенками, между которыми циркулируют отработавшие газы или охлаждающая жидкость, поступающая из системы охлаждения.
В конструкциях некоторых двигателей на выпусном трубопроводе предусматривают специальные металлические чехлы или щитки, из-под которых подогретый воздух отбирается для подачи во впускной коллектор ( Рис.1 ).

В V-образных двигателях устанавливаются два выпускных трубопровода, по одному к каждой головке цилиндров или группе головок при раздельной конструкции (как например, у двигателя КамАЗ-740).
Впускной трубопровод у таких двигателей ( Рис. 2 ) размещается между головками блока цилиндров в развале. Он крепится гайками на шпильках к обоим блокам и тщательно уплотняется прокладками для исключения подсоса воздуха извне. Из-за характерной формы, присущей впускному трубопроводу таких двигателей, водители иногда называют их «пауками».

Каналы 7 и 8, подводящие горючую смесь к цилиндрам, омываются горячей охлаждающей жидкостью через каналы 6 и 9 системы охлаждения, что обеспечивает подогрев горючей смеси.

Сверху на впускном трубопроводе размещаются шпильки для крепления карбюратора и других приборов и элементов различных систем двигателя. Впускные каналы в трубопроводе расположены так, что каждая камера карбюратора питает горючей смесью определенную группу цилиндров.

У однорядных двигателей оба трубопровода могут быть объединены в один узел или выполнены отдельно (как на Рис. 1 ). Крепятся они фланцами с помощью шпилек к блоку цилиндров или головке блока цилиндров.

Система впуска/выпуска

Система впуска воздуха и выпуска отработавших газов двигателя 3M3-5143.10

В двигателях ЗМЗ-5143.10 применена четырехклапанная на один цилиндр система газораспределения, которая позволяет значительно улучшить наполнение и очистку цилиндров по сравнению с двухклапанной, а также в совокупности с винтовой формой впускных каналов обеспечить вихревое движение воздушного заряда для лучшего смесеобразования.

Система впуска воздуха (Рисунок 32) включает в себя: воздушный фильтр, шланг, впускной патрубок турбокомпрессора, турбокомпрессор 5, выпускной (нагнетательный) патрубок турбокомпрессора 4, воздуховод 3, ресивер 2, впускную трубу 1, впускные каналы головки цилиндров, впускные клапаны.

Подача воздуха при запуске двигателя осуществляется за счет разрежения, создаваемого поршнями, а далее турбокомпрессором с регулируемым наддувом.

Рисунок 32 – Система впуска воздуха:

1 – впускная труба; 2 – ресивер; 3 – воздуховод; 4 – выпускной патрубок турбокомпрессора; 5 – турбокомпрессор

Выпуск отработавших газов осуществляется через выпускные клапаны, выпускные каналы головки цилиндров, чугунный выпускной коллектор, турбокомпрессор, приемный патрубок трубы глушителя и далее по системе выпуска автомобиля.

Турбокомпрессор (Рисунок 33) является одним из основных агрегатов системы впуска воздуха и выпуска отработавших газов, от которого зависят эффективные показатели двигателя – мощность и крутящий момент. Турбокомпрессор использует энергию отработавших газов для нагнетания воздушного заряда в цилиндры. Колесо турбины и колесо компрессора находятся на общем валу, который вращается в плавающих радиальных подшипниках скольжения.

Рисунок 33 – Турбокомпрессор:

1 – корпус компрессора; 2 – пневмопривод перепускного клапана; 3 – корпус турбины; 4 – корпус подшипников

Система рециркуляции отработавших газов (СРОГ) дизеля 3M3-5143.10

Система рециркуляции отработавших газов (Рисунок 34) служит для снижения выброса токсичных веществ (NOx) с отработавшими газами путём подачи части отработавших газов (ОГ) из выпускного коллектора в цилиндры двигателя.

Рециркулирование отработавших газов на двигателе начинается после прогрева охлаждающей жидкости до температуры 20.23 °С и осуществляется во всем диапазоне частичных нагрузок. При работе двигателя на полной нагрузке система рециркуляции отработавших газов выключается.

При подаче напряжения 12 В открывается электромагнитный клапан, который устанавливается на автомобиле, и под воздействием разрежения, которое создаётся в наддиафрагменной полости пневмокамеры 1 вакуумным насосом, цилиндрическая пружина 3 сжимается, шток 4 с клапаном 5 поднимается и в результате этого происходит перепуск части ОГ из коллектора 7 в выпускной (нагнетательный) патрубок 8 турбокомпрессора, а далее в цилиндры двигателя.

Рисунок 34 – Система рециркуляции отработавших газов:

смесь отработавших газов с воздухом

1 – пневмокамера; 2 – шланг от электромагнитного клапана управления к клапану рециркуляции; 3 – пружина; 4 – шток клапана рециркуляции; 5 – клапан рециркуляции; 6 – трубка рециркуляции; 7 – коллектор; 8 – выпускной патрубок турбокомпрессора

Система рециркуляции не работает на минимальных оборотах холостого хода и при полной подаче топлива. В эксплуатации обслуживать СРОГ не требуется.

Система впуска двигателя

Вопреки распространенному мнению, двигатель работает не на бензине или дизеле, а на смеси, состоящей из мельчайших капель топлива и воздуха. Для смешения этих двух компонентов на протяжении истории автомобилестроения придумана целая разветвленная система впуска.

Устройство системы впуска

Система состоит из нескольких частей — устройств подачи воздуха и топлива, а также из коллектора, где происходит смешение двух компонентов. В результате работы системы впуска в двигатель подается топливо-воздушная смесь, которая сгорает в нем практически без остатка.

Чем сложнее система впуска, тем больше вероятность появления неисправности. Это убедительно доказывают системы FSI первого поколения от компании Volkswagen

Каждый компонент системы впуска имеет сложную конструкцию. Система забора воздуха состоит из приемного патрубка определенного, рассчитанного инженерами для двигателя данной мощности, диаметра.

Пройдя по патрубку, поток воздуха сначала поступает в дозирующее устройство — дроссельный узел, а затем строго отмеренное количество воздуха поступает во впускной коллектор. В нем поток воздуха смешивается с топливом, которое поступает через вмонтированные в стенки коллектора форсунки, или централизованно, самотеком из карбюратора. В наиболее современных конструкциях систем прямого впрыска коллектор не применяется, и смешение топлива с воздухом происходит непосредственно в цилиндрах.

На двигателях с непосредственным впрыском топлива в дополнение к дроссельной заслонке устанавливаются впускные заслонки. Они обеспечивают процесс смесеобразования за счет разделения воздуха на два впускных канала. Один канал перекрывает заслонка, через другой – воздух проходит беспрепятственно. Впускные заслонки установлены на общем валу, который поворачивается с помощью вакуумного или электрического привода.

Главнейший враг системы впуска — пыль, поэтому замена воздушного фильтра никогда не будет бесполезной тратой времени и денег

В зависимости от конструкции впускной системы в список компонентов может входить и турбокомпрессор (гораздо более известный просто как «турбина»), который увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель.

Работа системы впуска тесно связана с процессами, происходящими в других системах автомобиля: в системе впрыска, рециркуляции отработанных газов, улавливания паров топлива и так далее. Основным связующим звеном в этой цепи является разрежение, создающееся во впускном коллекторе во время работы двигателя. Вакуум используется в качестве движущей силы для различных механизмов — клапана системы рециркуляции картерных газов, вакуумного усилителя тормозов и тп.

Система впуска под контролем электроники

С развитием микропроцессорных систем управления и автоматизации процессов, происходящих в двигателе, работу впускной системы и ее взаимодействие с другими системами контролирует блок управления двигателем. Для работы ЭБУ требуются данные измерений, которые поставляют в режиме реального времени различные датчики:

датчик температуры воздуха на впуске;

датчик давления во впускном коллекторе;

датчик положения дроссельной заслонки;

С переходом на микропроцессорное управление работой двигателя система впуска стала «основной ареной» сражений за оптимизацию расхода топлива

Расходомер и температурный датчик нужны для определения необходимой нагрузки на двигатель. В некоторых вариантах системы вместо расходометра используется датчик давления в коллекторе. Датчик положения дроссельной заслонки нужен для определения режима работы (разгон — торможение и тп). В зависимости от конструкции в системе могут быть и дополнительные, не перечисленные здесь датчики.

С развитием автоматизации процессов в систему впуска для точности работы были введены различные исполнительные механизмы: блок управления дроссельной заслонкой, электродвигатель привода впускных заслонок, запорный клапан системы улавливания паров бензина, электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов и так далее.

Требования к составу топливо-воздушной смеси

Совместная работа дроссельной и впускных заслонок современного инжекторного двигателя с системой непосредственного впрыска обеспечивает несколько видов смесеобразования. Разный состав смеси необходим для функционирования двигателя в разных режимах.

Послойное смесеобразование нужно для работы двигателя на небольших оборотах. В этом случае, дроссельная заслонка находится в полностью открытом состоянии большую часть времени, а впускные — в закрытом.

Гомогенное (однородное) смесеобразование используется для высоких оборотов двигателя. При этом степень открытия дроссельной заслонки напрямую зависит от необходимого крутящего момента двигателя. Впускные же заслонки находятся в открытом положении.

Существует и такое смесеобразование (бедное гомогенное), при котором двигатель работает на средних оборотах. Открытие заслонки происходит при этом также в зависимости от крутящего момента, а впускные заслонки закрыты.

Характерные неисправности системы впуска

Самый большой враг системы впуска — грязь. Она может попадать даже в воздуховоды, защищенные высококачественными воздушными фильтрами. Фильтр сделан из хлопчатобумажной ткани, и его необходимо менять по мере загрязнения или по регламенту. Тем не менее, мельчайшие частицы грязи способны просочиться даже через самый лучший и новый фильтр. Попадая внутрь системы, пыль способствует образованию налета, затрудняющего работу механических частей, в первую очередь, дроссельной заслонки. Кроме того, пыль оседает на чувствительном элементе ДМРВ, нарушая его показания.

Система EGR прекрасно защищает окружающую среду, но может стать безжалостным убийцей для системы впуска

Не менее губительны для работы системы впрыска нарушения в работе системы EGR, то есть рециркуляции отработавших газов. Система, созданная для защиты окружающей среды, нередко становится «убийцей» системы впрыска. В случае попадания масла из неисправной EGR во впускной коллектор, оно смешивается с пылью и попадает в камеру сгорания, покрывая все слоем налета и нагара. Поэтому к исправности двигателя, оснащенного системой рециркуляции, предъявляются повышенные требования.

Системы впуска и выпуска

Высокая частота вращения коленчатого вала (более 3000 об/мин)
Средняя частота вращения коленчатого вала (до 3000 об/мин)
Перепускной клапан
Регулируемый глушитель

Фильтрующий элемент воздушного фильтра
Промежуточный охладитель наддувочного воздуха
Смазка турбо­компрессора

Система впуска двигателя включает в себя следующие узлы и детали.

1. Впускной воздушный патрубок.

2. Корпус воздушного фильтра.

3. Фильтрующий элемент.

4. Датчик массового расхода воздуха (в зависимости от системы управления двигателем).

5. Соединительные трубы.

6. Труба, идущая к турбокомпрессору (в зависимости от двигателя).

7. Труба, идущая от турбокомпрессора (в зависимости от двигателя).

8. Труба, идущая к промежуточному охладителю наддувочного воздуха (в зависимости от двигателя).

9. Труба, идущая от промежуточного охладителя наддувочного воздуха (в зависимости от двигателя).

10. Труба, идущая к впускному коллектору.

Фильтрующий элемент воздушного фильтра

Обычный воздушный фильтр представляет собой сменный гофрированный бумажный фильтрующий элемент с уплотнительной прокладкой из синтетического материала. Применяются в основном фильтры двух типов: панельные (используются на большинстве двигателей с впрыском топлива) и радиальные (карбюраторные двигатели). Воздушный фильтр задерживает частицы, которые могут повредить стенки цилиндров, поршни и поршневые кольца. Кроме того, он предохраняет от загрязнения датчик расхода воздуха, а также очищает воздух, используемый для вентиляции картера. Воздушный фильтр также выполняет роль глушителя системы впуска.

Высокая частота вращения коленчатого вала (более 3000 об/мин)
Средняя частота вращения коленчатого вала (до 3000 об/мин)
Перепускной клапан
Регулируемый глушитель

Фильтрующий элемент воздушного фильтра
Промежуточный охладитель наддувочного воздуха
Смазка турбо­компрессора

Турбокомпрессор/промежуточный охладитель наддувочного воздуха

Турбокомпрессоры повышают мощность двигателей. По мере роста температуры подавае­мого в цилиндры турбокомпрессорного двигателя воздуха повышается температура сгора­ния и соответственно увеличиваются выбросы вредных веществ. Поэтому в турбокомпрес­сорных двигателях применяется промежуточный охладитель наддувочного воздуха. Это обеспечивает снижение токсичности отработавших газов.

Турбокомпрессор охлаждается жидкостью из системы охлаждения двигателя, что значи­тельно понижает температуру корпуса подшипников, это, в свою очередь, снижает вероят­ность закипания масла и вызванных этим повреждений. Охлаждающая жидкость поступает по трубке из головки цилиндров. Охладив корпус подшипников, жидкость направляется к корпусу термостата.

Точно отбалансированный вал турбокомпрессора вращается с очень высокой скоростью во втулках подшипников скольжения. Такое решение требует подачи большого количества масла, чтобы вал вращался на масляной подушке. Масло в турбокомпрессор поступает из системы смазки двигателя по специальной магистрали, идущей от переходника масляного фильтра, и отводится в поддон картера двигателя. Уплотнение между валом и корпусом подшипников обеспечивается кольцами (похожими на поршневые), расположенными в ка­навках вала. Точно отбалансированный вал турбокомпрессора вращается с очень высокой скоростью во втулках подшипников скольжения. Уплотнение между валом и корпусом под­шипников обеспечивается кольцами (похожими на поршневые), расположенными в канав­ках вала.

Высокая частота вращения коленчатого вала (более 3000 об/мин)
Средняя частота вращения коленчатого вала (до 3000 об/мин)
Перепускной клапан
Регулируемый глушитель

Фильтрующий элемент воздушного фильтра
Промежуточный охладитель наддувочного воздуха
Смазка турбо­компрессора

Система выпуска отводит из цилиндров отработавшие газы, обеспечивая при этом низкое сопротивление, низкий уровень шума, и имеет длительный эксплуатационный ресурс. В систему входят выпускной коллектор, передняя часть выпускной трубы с каталитическим нейтрализатором и задняя часть выпускной трубы с глушителями. Глушитель обычно и поглощает, и резонирует звук отработавших газов. Части выпускной трубы соединяются друг с другом и крепятся под днищем кузова в различных местах через резиновые подушки. Участки системы выпуска, нагревающиеся до высоких температур, что может стать причиной повреждения других деталей, закрываются теплозащитными экранами.

Некоторые модели автомобилей оснащаются регулируемым глушителем. При работе дви­гателя с частотой вращения коленчатого вала менее 3000 об/мин внутренний перепускной канал закрывается, что снижает уровень шума. При более высокой частоте вращения под действием противодавления перепускной канал открывается, повышая тем самым динами­ческие показатели двигателя.

Дата добавления: 2016-07-18 ; просмотров: 1363 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию