Система питания топливом бензинового (карбюраторного) двигателя
Система питания топливом бензинового двигателя ⭐ предназначена для размещения и очистки топлива, а также приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве в соответствии с режимом работы двигателя (за исключением двигателей с непосредственным впрыском, система питания которых обеспечивает поступление бензина в камеру сгорания в необходимом количестве и под достаточным давлением).
Бензин, как и дизельное топливо, является продуктом перегонки нефти и состоит из различных углеводородов. Число атомов углерода, входящих в молекулы бензина, составляет 5 — 12. В отличие от дизелей в бензиновых двигателях топливо не должно интенсивно окисляться в процессе сжатия, так как это может привести к детонации (взрыву), что отрицательно скажется на работоспособности, экономичности и мощности двигателя. Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом.
Чем больше оно, тем выше детонационная стойкость топлива и допустимая степень сжатия. У современных бензинов октановое число составляет 72—98. Кроме антидетонационной стойкости бензин должен также обладать низкой коррозионной активностью, малой токсичностью и стабильностью.
Поиск (исходя из экологических соображений) альтернатив бензину как основному топливу для ДВС привел к созданию этанолового топлива, состоящего в основном из этилового спирта, который может быть получен из биомассы растительного происхождения. Различают чистый этанол (международное обозначение — Е100), содержащий исключительно этиловый спирт; и смесь этанола с бензином (чаще всего 85 % этанола с 15 % бензина; обозначение — Е85). По своим свойствам этаноловое топливо приближается к высокооктановому бензину и даже превосходит его по октановому числу (более 100) и теплотворной способности. Поэтому данный вид топлива может с успехом применяться вместо бензина. Единственный недостаток чистого этанола — его высокая коррозионная активность, требующая дополнительной защиты от коррозии топливной аппаратуры.
К агрегатам и узлам системы питания топливом бензинового двигателя предъявляются высокие требования, основные из которых:
- герметичность
- точность дозирования топлива
- надежность
- удобство в обслуживании
В настоящее время существуют два основных способа приготовления горючей смеси. Первый из них связан с использованием специального устройства — карбюратора, в котором воздух смешивается с бензином в определенной пропорции. В основу второго способа положен принудительный впрыск бензина во впускной коллектор двигателя через специальные форсунки (инжекторы). Такие двигатели часто называют инжекторными.
Независимо от способа приготовления горючей смеси ее основным показателем является соотношение между массой топлива и воздуха. Смесь при ее воспламенении должна сгорать очень быстро и полностью. Этого можно достичь лишь при хорошем смешении в определенной пропорции воздуха и паров бензина. Качество горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение действительной массы воздуха, приходящейся на 1 кг топлива в данной смеси, к теоретически необходимой, обеспечивающей полное сгорание 1 кг топлива.
Когда в цилиндры двигателя поступает смесь нормального состава, он работает устойчиво со средними показателями мощности и экономичности. При работе на обедненной смеси мощность двигателя несколько снижается, но заметно повышается его экономичность. На бедной смеси двигатель работает неустойчиво, его мощность падает, а удельный расход топлива возрастает, поэтому чрезмерное обеднение смеси нежелательно. При поступлении в цилиндры обогащенной смеси двигатель развивает наибольшую мощность, но и расход топлива также увеличивается. При работе на богатой смеси бензин сгорает неполностью, что приводит к снижению мощности двигателя, росту расхода топлива и появлению копоти в выпускном тракте.
Карбюраторные системы питания
Рассмотрим сначала карбюраторные системы питания, которые еще недавно были широко распространены. Они более просты и дешевы по сравнению с инжекторными, не требуют высококвалифицированного обслуживания в процессе эксплуатации и в ряде случаев более надежны.
Система питания топливом карбюраторного двигателя включает в себя топливный бак 1, фильтры грубой 2 и тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающий насос 3, карбюратор 5, впускной трубопровод 7 и топливопроводы. При работе двигателя топливо из бака 1 с помощью насоса 3 подается через фильтры 2 и 4 к карбюратору. Там оно в определенной пропорции смешивается с воздухом, поступающим из атмосферы через воздухоочиститель 6. Образовавшаяся в карбюраторе горючая смесь по впускному коллектору 7 попадает в цилиндры двигателя.
Топливные баки в силовых установках с карбюраторными двигателями аналогичны бакам систем питания дизелей. Отличием баков для бензина является лишь их лучшая герметичность, не позволяющая бензину вытечь даже при опрокидывании ТС.
Для сообщения с атмосферой в крышке наливной горловины бака обычно устанавливают два клапана — впускной и выпускной. Первый из них обеспечивает поступление в бак воздуха по мере расходования топлива, а второй, нагруженный более сильной пружиной, предназначен для сообщения бака с атмосферой, когда давление в нем выше атмосферного (например, при высокой температуре окружающего воздуха).
Фильтры карбюраторных двигателей аналогичны фильтрам, применяемым в системах питания дизелей. На грузовых автомобилях устанавливаются пластинчато-щелевые и сетчатые фильтры. Для тонкой очистки используют картон и пористые керамические элементы. Кроме специальных фильтров в отдельных агрегатах системы имеются дополнительные фильтрующие сетки.
Топливоподкачивающий насос служит для принудительной подачи бензина из бака в поплавковую камеру карбюратора. На карбюраторных двигателях обычно применяют насос диафрагменного типа с приводом от эксцентрика распределительного вала.
В зависимости от режима работы двигателя карбюратор позволяет готовить смесь нормального состава (а = 1), а также обедненную и обогащенную смеси. При малых и средних нагрузках, когда не требуется развивать максимальную мощность, следует готовить в карбюраторе и подавать в цилиндры обедненную смесь. При больших нагрузках (продолжительность их действия, как правило, невелика) необходимо готовить обогащенную смесь.
Рис. Схема системы питания топливом карбюраторного двигателя:
1 — топливный бак; 2 — фильтр трубой очистки топлива; 3 — топливоподкачивающий насос; 4 — фильтр тонкой очистки; 5 — карбюратор; 6 — воздухоочиститель; 7 — впускной коллектор
В общем случае в состав карбюратора входят главное дозирующее и пусковое устройства, системы холостого хода и принудительного холостого хода, экономайзер, ускорительный насос, балансировочное устройство и ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала (у грузовых автомобилей). Карбюратор может содержать также эконостат и высотный корректор.
Главное дозирующее устройство функционирует на всех основных режимах работы двигателя при наличии разрежения в диффузоре смесительной камеры. Основными составными частями устройства являются смесительная камера с диффузором, дроссельная заслонка, поплавковая камера, топливный жиклер и трубки распылителя.
Пусковое устройство предназначено для обеспечения пуска холодного двигателя, когда частота вращения проворачиваемого стартером коленчатого вала невелика и разрежение в диффузоре мало. В этом случае для надежного пуска необходимо подать в цилиндры сильно обогащенную смесь. Наиболее распространенным пусковым устройством является воздушная заслонка, устанавливаемая в приемном патрубке карбюратора.
Система холостого хода служит для обеспечения работы двигателя без нагрузки с малой частотой вращения коленчатого вала.
Система принудительного холостого хода позволяет экономить топливо во время движения в режиме торможения двигателем, т.
е. тогда, когда водитель при включенной передаче отпускает педаль акселератора, связанную с дроссельной заслонкой карбюратора.
Экономайзер предназначен для автоматического обогащения смеси при работе двигателя с полной нагрузкой. В некоторых типах карбюраторов кроме экономайзера для обогащения смеси используют эконостат. Это устройство подает дополнительное количество топлива из поплавковой камеры в смесительную только при значительном разрежении в верхней части диффузора, что возможно лишь при полном открытии дроссельной заслонки.
Ускорительный насос обеспечивает принудительный впрыск в смесительную камеру дополнительных порций топлива при резком открытии дроссельной заслонки. Это улучшает приемистость двигателя и соответственно ТС. Если бы ускорительного насоса в карбюраторе не было, то при резком открытии заслонки, когда расход воздуха быстро растет, из-за инерционности топлива смесь в первый момент сильно обеднялась бы.
Балансировочное устройство служит для обеспечения стабильности работы карбюратора.
Оно представляет собой трубку, соединяющую приемный патрубок карбюратора с воздушной полостью герметизированной (не сообщающейся с атмосферой) поплавковой камеры.
Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливается на карбюраторах грузовых автомобилей. Наиболее широко распространен ограничитель пневмоцентробежного типа.
Инжекторные топливные системы
Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.
Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя).
Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.
В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.
Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.
Рис. Схема системы питания топливом бензинового двигателя с многоточечным впрыском:
1 — топливная рампа; 2 — форсунки; 3 — регулятор давления; 4 — впускной патрубок двигателя; 5 — фильтр; 6 — замок зажигания; 7 — топливный насос; 8 — топливный бак
Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков.
Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:
- угол поворота дроссельной заслонки
- степень разрежения во впускном коллекторе
- частота вращения коленчатого вала
- температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
- концентрация кислорода в отработавших газах
- атмосферное давление
- напряжение аккумуляторной батареи
- и др.
Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:
- топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
- появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
- достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
- обеспечивается лучшая приемистость двигателя
- в отработавших газах содержится меньше вредных веществ
Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.
Система питания карбюраторного двигателя. Грузовые автомобили. Система питания
Система питания карбюраторного двигателя
Смесеобразование в двигателях карбюраторного типа происходит в специальных устройствах, называемых карбюраторами. Карбюратор распределяет в каком количестве подавать топливо непосредственно в цилиндры двигателя. К качестве топлива в карбюраторных двигателях используется бензин или газ.
Для полного сгорания топлива необходимо достаточное количество кислорода, находящегося в воздухе, на определенное количество топлива, обычно это соотношение 1:15 (топливо:бензин).
В систему питания карбюраторного двигателя входят механизмы, необходимые для хранения и подачи топлива, очистки воздуха и приготовление горючей смеси, а также выпуска отработавших газов.
На рис. «Схема питания карбюраторного двигателя» показано расположение этих агрегатов на автомобиле с карбюраторным двигателем.
Рис. Схема питания карбюраторного двигателя. 1 – глушитель, 2 – топливный бак, 3 – фильт-отстойник, 4 – впускной трубопровод, 5 – выпускной трубопровод, 6 – бензиновый насос, 7 – топливный фильтр, 8 – воздушный фильтр 9 – карбюратор.
Топливо помещается в топливном баке, который расположен сбоку автомобиля на раме или под сиденьем водителя. При работе двигателя топливо из топливного бака 2, через фильтр – отстойник 3, подается бензиновым насосом 6 к карбюратору 9.
Одновременно в карбюратор поступает воздух через воздушный фильтр 8, который смешивается с мелкораспыленными частицами бензина, образуя горючую смесь. Горючая смесь через впускной коллектор поступает в цилиндры двигателя и, смешиваясь с остаточными газами, образует рабочую смесь. Рабочая смесь воспламеняется при помощи электрической искры и сгорает. Отработавшие газы после сгорания отводятся через выпускной трубопровод (коллектор), и далее через глушитель 6 в атмосферу.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Неисправности двигателя
Неисправности двигателя
Якорь стартера не вращается при включении замка зажигания
Неисправности системы пуска
Проверить работу стартера одним из трех способов:1. Убедиться в надежности кабельных соединений наконечников на клеммах аккумуляторной батареи.
Освободить
Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов
Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов Диагностирование двигателя по цвету дыма из выхлопной трубы Сине-белый дым – неустойчивая работа двигателя. Рабочая фаска клапана подгорела. Оценить состояние газораспределительного
Двоичная система счисления – идеальная система для ЭВМ
Двоичная система счисления – идеальная система для ЭВМ Мы уже говорили о том. что в нервных сетях действуют законы двоичного счисления: О или 1, ДА или НЕТ. Какими особенностями отличается двоичная система? Почему именно её избрали для ЭВМ?Мы принимаем как должное счёт до
Экономичность ракетного двигателя
Экономичность ракетного двигателя
Наряду с мощностью важнейшей характеристикой каждого двигателя является его экономичность.
Если речь идет о тепловом двигателе, то экономичность его определяется расходом топлива на единицу мощности, т. е. на 1 л. с. Экономичный
Крепление двигателя
Крепление двигателя Картер – это основание, на котором крепят основные детали двигателя. Картер изготавливают из алюминиевого сплава. Кривошипной камерой называется место картера, в котором вращается шатун и щеки коленчатого вала. Крепление двигателя к раме или
Система питания Смесеобразование (карбюратор) [3]
Система питания Смесеобразование (карбюратор) [3] Рис. 5. Трубка приемная с фильтром. Рис. 6. Замер установки поплавка относительно игольчатого клапана: 1 – поплавок; 2 – серьга для регулировки шага игольчатого клапана; 3 – игольчатый клапан; 4 – язычок для регулировки
Неисправности в системе питания карбюраторного двигателя
Неисправности в системе питания карбюраторного двигателя
Около 50% нарушений работы двигателя вызываются сбоями в работе системы питания двигателя.
Неисправная топливная система значительно сказывается на мощности и экономичности двигателя. В большинстве случаев
Обслуживание системы питания карбюраторного двигателя
Обслуживание системы питания карбюраторного двигателя Ежедневно проверять систему питания с целью проверки ее герметичности и при необходимости заправить автомобиль топливом.– Первое и второе технические обслуживания (ТО-1, ТО-2).– Проверить крепление приборов,
Система питания газовых двигателей
Система питания газовых двигателей Переведя автомобиль на газовое топливо можно сэкономить более дорогой и дефицитный бензин. Газовое топливо более экологически чистое, от его сгорания выделяется меньше токсических веществ в атмосферу. Существенным недостатком
Система питания дизельного двигателя
Система питания дизельного двигателя
В отличие от карбюраторных двигателей, в цилиндры которых поступает готовая горючая смесь из карбюратора, горючая смесь у дизелей образуется непосредственно в цилиндрах, куда топливо и воздух подаются раздельно.
Чистый воздух
Промывка двигателя
Промывка двигателя Если масло в вашем двигателе, после пробега автомобилем нескольких тысяч километров, остается чистым и прозрачным, это должно навести вас на мысль, что масло не слишком качественное и не обладает необходимыми «моющими» свойствами и его необходимо
10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ
10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ Цель: ознакомиться с основными понятиями культуры и режима питанияКультура питания – это знание:• основ правильного питания;• свойств продуктов и их воздействия на организм, умение их правильно выбирать и
Принципы карбюрации поршневого двигателя
Принципы Вентури
Карбюратор должен измерять расход воздуха через систему впуска и использовать это измерение для регулирования количества топлива, выбрасываемого в воздушный поток.
Единицей измерения воздуха является трубка Вентури, в которой используется основной закон физики: по мере увеличения скорости газа или жидкости давление уменьшается. Как показано на рисунке 1, простая трубка Вентури представляет собой проход или трубку, в которой есть узкая часть, называемая горловиной. Когда скорость воздуха увеличивается, чтобы пройти через узкую часть, его давление падает. Обратите внимание, что давление в горловине ниже, чем в любой другой части трубки Вентури. Это падение давления пропорционально скорости и, следовательно, является мерой воздушного потока. Основной принцип работы большинства карбюраторов зависит от перепада давления между входом и горловиной Вентури.
| Рисунок 1. Простой Вентури |
Применение принципа Вентури к карбюратору
. Карбюрар установлен на двигатель, чтобы на эфире было забита. карбюратора с трубкой Вентури.
Размер и форма трубки Вентури зависят от требований двигателя, для которого предназначен карбюратор. Карбюратор для двигателя большой мощности может иметь одну большую трубку Вентури или несколько маленьких. Воздух может проходить вверх или вниз по трубке Вентури, в зависимости от конструкции двигателя и карбюратора. Карбюраторы, в которых воздух проходит вниз, называются карбюраторами с нисходящим потоком, а те, в которых воздух проходит вверх, называются карбюраторами с восходящим потоком. В некоторых карбюраторах используется боковая тяга или горизонтальный вход воздуха в систему впуска двигателя, как показано на рис. 2.9.Рис. 2. Карбюратор с горизонтальной подачей воздуха с боковой тягой Когда поршень движется к коленчатому валу (вниз) на такте впуска, давление в цилиндре снижается. Воздух устремляется через карбюратор и впускной коллектор к цилиндру, чтобы заменить воздух, вытесненный поршнем, когда он движется вниз на такте впуска. Из-за этой области низкого давления, вызванной движением поршня вниз, воздух с более высоким давлением в атмосфере поступает, чтобы заполнить область низкого давления.
При этом воздушный поток должен проходить через трубку Вентури карбюратора. Дроссельная заслонка расположена между трубкой Вентури и двигателем. Механическая связь соединяет этот клапан с рычагом дроссельной заслонки в кабине. С помощью дроссельной заслонки регулируется подача воздуха в цилиндры и контролируется выходная мощность двигателя. На самом деле в двигатель поступает больше воздуха, и карбюратор автоматически подает достаточно бензина, чтобы поддерживать правильное соотношение топливо/воздух. Это связано с тем, что по мере увеличения объема воздушного потока скорость в трубке Вентури увеличивается, снижая давление и позволяя большему количеству топлива попасть в воздушный поток. Дроссельная заслонка очень мало препятствует прохождению воздуха, когда она параллельна потоку, при полностью открытой дроссельной заслонке. Действие дроссельной заслонки показано на рисунке 3. Обратите внимание, как она ограничивает воздушный поток все больше и больше по мере того, как она поворачивается в сторону закрытого положения.
| Рисунок 3. Широкое открытое положение дроссельной заслонки |
Измеритель и разряд топлива
на рисунке 4, показывая разряд топлива в атмосферу, локация вставка, через которое топливо. поступает в карбюратор от насоса с приводом от двигателя. Игольчатый клапан с поплавковым приводом регулирует поток через впускное отверстие, что поддерживает правильный уровень топлива в поплавковой камере. [Рис. 5 и 6] Этот уровень должен быть немного ниже выходного отверстия выпускного патрубка, чтобы предотвратить переполнение при неработающем двигателе. проходит через карбюратор в цилиндры двигателя. На топливо в карбюраторе воздействуют два разных давления: низкое давление у нагнетательного сопла и более высокое (атмосферное) давление в поплавковой камере. Более высокое давление в поплавковой камере выталкивает топливо через нагнетательное сопло в воздушный поток.
Если дроссельная заслонка открывается шире, чтобы увеличить поток воздуха к двигателю, давление в горловине Вентури падает сильнее. Из-за более высокого перепада давления расход топлива увеличивается пропорционально увеличению потока воздуха. Если дроссель перемещается в положение «закрыто», поток воздуха и расход топлива уменьшаются.| Figure 4. Fuel discharge |
| Figure 5. Needle valve and seat |
| Рис. 6. Нагнетательный патрубок поплавковой камеры и поплавок |
Топливо должно пройти через дозирующий жиклер, чтобы попасть на нагнетательный патрубок.
[Рисунок 4] Дозирующая форсунка на самом деле представляет собой отверстие определенного размера, через которое проходит топливо. Размер этой струи определяет скорость выброса топлива при каждом перепаде давления. Если жиклер заменить на больший, подача топлива увеличится, что приведет к обогащению смеси. При установке меньшего жиклера происходит уменьшение расхода топлива и обеднение смеси.
Связанные посты
- Системы топливного топлива двигателя и топлива
- Требования к топливной системе
- Основная топливная система
- Устройства топлива для получения топлива
- 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111Р1У 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111РИн. Карбюраторы с впрыском под давлением и автоматический контроль смеси (AMC)
Теория двигателя
Воздушный фильтр на впускном отверстии: Вся система впуска находится на ветру на семейном автомобиле Тымчишин 1931 Buhl LA-1 Bull Pup.
Компактный двигатель A-65 Continental позволяет использовать впускные каналы одинаковой длины (хромированные) от центрального карбюратора. Удивительно мало что изменилось в низкопроизводительном аспирационном двигателе за 56 лет, прошедших с момента установки.Те, кто не усыпил прошлогодний обзор принципов работы авиационных двигателей, вспомнят, что рабочим телом поршневого двигателя является воздух. В этом месяце мы рассмотрим, как двигатель дышит воздухом и подливает масла в огонь, и эту тему обычно называют впуском или впуском.
Поскольку тема очень большая, мы также разобьем вводную часть на три основных раздела. В этом месяце мы рассмотрим общие основы и то, как они применимы к карбюраторным двигателям. Мы рассмотрим впрыск топлива и принудительную индукцию — турбины и тому подобное — в отдельных статьях.
Учебник по основам
Большинство экспериментальных моделей имеют направленный вперед воздухозаборник, предназначенный для воздухозаборника двигателя, хотя бы для обеспечения подачи прохладного, незагрязненного (без масляного тумана) воздуха.
Поскольку самолеты являются одними из немногих машин, которые движутся достаточно быстро и достаточно долго, чтобы оправдать затраты на набегающие воздухозаборники, любители быстрой езды часто выбирают безфильтровые набегающие воздухозаборники, подобные модели Harmon Rocket. Скорость полета имеет значение; прирост давления в коллекторе на 1 дюйм является типичным при приближении к скорости 200 миль в час, более быстрые гонщики Reno могут увидеть повышение на 3 дюйма.Перед тем, как приступить к описанию оборудования впуска, краткий обзор концепций и номенклатуры дыхания двигателя убедит нас в том, что мы все на одной волне.
Полезно помнить, что воздух поступает в двигатель благодаря весу атмосферы над двигателем, толкающей воздух вниз. Другими словами, когда открывается впускной клапан двигателя, вес атмосферы выталкивает воздух в цилиндр. Это называется естественной аспирацией и является нормой для большинства экспериментальных авиационных двигателей. Очевидно, что воздух и энергия, доступные для дыхания двигателя, зависят от плотности высоты над уровнем моря, поэтому в холодный день на уровне моря двигатель может всасывать больше воздушной массы, чем в жаркий день в Денвере или на высоте 50 000 футов.
И важна масса воздуха, а не объем.
Большинство из нас, любителей самолетов, хотя бы разбираются в аэродинамике, и было бы неплохо напомнить себе, что аэродинамические свойства, действующие снаружи корпуса, также действуют и внутри впускного тракта. В идеале впускной тракт должен иметь тщательную форму, чтобы поддерживать оптимальные объемы, площади поперечного сечения и оставаться свободным от острых краев, защемленных поворотов и других аэродинамических нарушений. Все это имеет значение во впускном тракте, где плотная упаковка и низкоэнергетический поток воздуха (по сравнению с выхлопом) усугубляют недостатки конструкции. Чем меньше ваше входное отверстие будет напоминать сузафон или наполовину раздавленную обувную коробку, тем лучше.
Спонсор освещения авиашоу:
Холодный воздух — это плотный воздух, поэтому он лучше подходит для дыхания двигателя, а также для охлаждения масла и других задач теплопередачи, поэтому по возможности стоит постараться построить специальные воздухозаборники. Круглые двигатели делают это, извиваясь от входа в капот между цилиндрами двигателя и к вспомогательной части двигателя.Воздушный тракт
На практике воздух начинает свой путь в камеру сгорания через воздухозаборник, который может включать или не включать воздушный фильтр. Кроме того, более быстрые самодельные машины выигрывают от напорного воздухозаборника, когда специальный совок набирает немного больше воздуха, чем двигатель может вдохнуть, для незначительного эффекта наддува. В этом случае воздушный фильтр обычно обходится после того, как он окажется в воздухе, чтобы максимизировать поток воздуха.
Поскольку нагрузка двигателя и, во вторую очередь, частота вращения в бензиновых двигателях легче всего контролировать путем дросселирования подачи воздуха в двигатель (турбины и дизели делают это, ограничивая подачу топлива), дроссельная заслонка обычно является следующим элементом в нашем воздушном канале. . Дроссель находится либо в карбюраторе, либо в корпусе дроссельной заслонки системы впрыска топлива.
Последний традиционно называется топливным сервоприводом на авиационном жаргоне, потому что система Bendix, являющаяся отраслевым стандартом, объединяет функции корпуса дроссельной заслонки и дозатора топлива в одном устройстве, и акцент в названии, по-видимому, был сделан на топливной стороне вещей.
Карбюратор представляет собой механическое устройство, предназначенное для смешивания поступающего воздуха с бензином для получения горючей смеси. Следовательно, после карбюратора во впускном тракте находится топливно-воздушная смесь. В случае впрыска топлива это не так, так как топливо добавляется позже, поэтому впускной тракт «сухой» — через него проходит только воздух.
Авиадвигатели могут работать в основном в чистом небе, но взлетают и садятся они в песке, как автомобили и тракторы. Кроме того, небольшие вентиляционные отверстия и трубки для измерения давления в топливных сервоприводах иногда засоряются насекомыми, что приводит к значительным потерям мощности. Тогда лучше использовать воздушный фильтр, даже если он только останавливает валуны, как свидетельствует фильтр этого грязного биплана.
Из корпуса дроссельной заслонки воздух или воздушно-топливная смесь подается в цилиндр через впускной патрубок. В большинстве двигателей внутреннего сгорания полозья или, по крайней мере, некоторая их часть сгруппированы в единую отливку или сварную конструкцию, называемую впускным коллектором.
Когда направляющая достигает головки блока цилиндров, она соединяется с впускным отверстием в головке. Порт заканчивается седлом впускного клапана, где, что неудивительно, находится впускной клапан, когда он не открыт. По ту сторону впускного клапана находится камера сгорания и довольно грубое изменение температуры для наших молекул воздуха.
Для исторического контекста и для иллюстрации того, что на самом деле существует множество вариаций архитектуры впуска, большие радиальные двигатели и двигатели V-12 прошлого обычно использовали карбюратор высокого давления. Сегодня мы назвали бы это одноточечным механическим впрыском топлива, но в жаргоне того времени «карбюратор» (сегодня мы бы назвали его топливным сервоприводом) дозировал поток воздуха и получаемый бензин, а также обеспечивал дроссельную заслонку.
Но вместо того, чтобы подавать топливо в воздушный поток в «карбюраторе», топливо распылялось во впускной канал ниже по потоку с помощью единственной топливной форсунки. Обычно этот крупнообъемный разбрызгиватель газона направлялся на вход нагнетателя, или, как во многих радиальных двигателях, топливо выбрасывалось из каналов в крыльчатке нагнетателя. Это значительно помогло равномерно распределить топливо по цилиндрам (что может быть проблемой в карбюраторных радиальных двигателях без наддува).
Прежде чем закончить обзор системы впуска, мы должны коснуться концепции настройки впуска. Очевидно, что при работающем двигателе воздух не течет постоянным потоком через впускной тракт. Ритмичное открытие и закрытие впускного клапана плюс переменная энергия (иногда называемая сигналом), сообщаемая всасываемому воздуху движущимся вниз поршнем, не говоря уже о ошеломляющих сложностях этих впускных импульсов, сообщающихся в общей области впускного коллектора. — пленум — создает очень динамичную, пульсирующую среду.
Короче говоря, молекулы воздуха не только совершают серию быстро ускоряющихся и замедляющихся движений, но и генерируют осмысленные энергетические волны. Описание этого сложного, загадочного волнового действия выходит далеко за рамки этой статьи, но достаточно сказать, что длина впускного канала (особенно), поперечное сечение, конусность, общий объем и форма имеют значение. Разработчики двигателей и производители органов называют оптимизацию этих параметров настройкой; он существенно влияет на мощность и КПД и в первую очередь зависит от рабочего объема цилиндра, оборотов и фаз газораспределения. Эти волновые эффекты приобретают все большее значение по мере увеличения удельной мощности двигателя (мощность на рабочий объем). Это еще одна причина, по которой в авиации преобладают большие тихоходные двигатели — такие двигатели обычно требуют небольшой настройки впуска (простые, легко компонуемые впускные коллекторы подходят).
Теперь более подробно рассмотрим карбюраторную и инжекторную системы.
Карбюратор
Уровень сложности карбюратора самолета в наши дни варьируется от дозированной утечки до хорошо спроектированной дозированной утечки. Этот базовый карбюратор способствует доступности (если вы можете назвать двигатель за 27 000 долларов доступным), и всегда есть впрыск топлива, когда требуется большая эффективность.
Карбюраторы работают на перепадах давления. Внутри карбюратора трубка Вентури сужает, а затем расширяет воздушный поток, создавая область низкого давления, вентилируемую против более высокого давления окружающего воздуха, чтобы вытолкнуть топливо из небольшого топливного резервуара, называемого поплавковой камерой.
Минимальное давление топлива необходимо для того, чтобы поплавковая камера оставалась на постоянном уровне, а в высокоплане эту работу будет выполнять гравитационный поток, поэтому все, что нужно, — это простой топливный насос малого объема с приводом от двигателя низкого давления.
Гравитация также используется для поддержания постоянного уровня топлива в поплавковой камере, поэтому переворачивание самолета вверх дном для всех маневров, кроме положительной перегрузки, означает, что выплескивание топлива в камеру приведет к переобогащению или обеднению смеси до такой степени, что двигатель заглохнет.
Несколько вспомогательных цепей устраняют осложнения, вызванные холостым ходом, максимальной мощностью двигателя и переходной характеристикой (ускорение двигателя). Контур холостого хода представляет собой простой крошечный канал, лучше масштабированный для обеспечения небольшого количества топлива, необходимого на холостом ходу.
Ускорительный насос механически соединен с дроссельной заслонкой.
Это простой поршень, обеспечивающий дополнительную подачу топлива при быстром открытии дроссельной заслонки. Это связано с тем, что легкий воздух имеет низкую инерцию и почти мгновенно реагирует на открытие дроссельной заслонки, в то время как более тяжелое топливо запаздывает. В отсутствие ускорительного насоса получаемой мгновенно обедненной воздушно-топливной смеси достаточно, чтобы вызвать вопросы у пассажиров, когда двигатель на мгновение останавливается каждый раз, когда пилот нажимает на газ для ухода на второй круг.
Поскольку для получения максимальной мощности требуется относительно богатая воздушно-топливная смесь, а дополнительное топливо подается для охлаждения процесса сгорания (подавления детонации), контур обогащения топлива открывается при достижении широко открытой дроссельной заслонки (WOT). . Необъяснимым образом это было известно как схема «экономайзера» в приступе маркетинговой щедрости в 1950-х и 60-х годах. Ну, это было выгодно для экономики нефтяных компаний, так что это все, как вы на это смотрите.
Поскольку поплавковая камера обеспечивает подачу топлива к двигателю, двигатель можно заправить, нажав на дроссельную заслонку, тем самым активировав ускорительный насос.
Нет необходимости в резервном электрическом топливном насосе для подкачки при запуске двигателя.
Обоюдоострый меч с карбюратором заключается в том, что топливо подается в двигатель в одной точке далеко от впускных отверстий. С положительной стороны, это дает воздуху и топливу больше времени для смешивания. Это действие обеспечивает испарительное охлаждение для более плотного заряда, и в целом сложный карбюраторный впуск (не совсем то, что мы обычно имеем в GA) может обеспечить отличную мощность на WOT, даже превосходя по характеристикам электронный впрыск топлива. Да, распределение топлива, работа на обедненных пиках, экономия топлива, загрязнение свечи зажигания и снижение рабочей нагрузки пилота могут улучшиться за счет впрыска топлива, но не обязательно при пиковой мощности.
За вычетом выхлопа легко увидеть, как впускные направляющие этого Lycoming 540 вырастают из стандартного (горячего) масляного поддона/отливки впускного коллектора, а затем направляются к головкам цилиндров.
Литая часть бегунов внутри масляного поддона залита маслом 185+ F, что снижает обледенение впуска при карбюраторе. Конечно, этот пример Bendix с впрыском топлива — обратите внимание на топливный сервопривод, прикрепленный болтами к нижней части картера — не нуждается в антиобледенительной помощи.Опыт показывает, что преимущество карбюратора в пиковой мощности за счет более плотного заряда составляет около 4%, а в высокоразвитых двигателях переход с карбюратора на впрыск топлива может привести к потере пиковой мощности; Гонщики NASCAR недавно прошли через это, когда правила требовали перехода на впрыск топлива. Тем не менее, впускные коллекторы и карбюраторы авиационных двигателей общего назначения часто являются достаточно простыми, поэтому переход на впрыск топлива настолько улучшает распределение топлива, что достигается чистое увеличение пиковой мощности.
Как мы только что выяснили, большой недостаток одноточечного распределения топлива в карбюраторе заключается в том, что получающийся в результате «мокрый» коллектор не может не подавать непостоянные смеси между цилиндрами.
Топливо с его большей инерцией может врезаться в крутые повороты в полозьях, а воздух легко хлещет за угол. А внутри длинных впускных патрубков топливо может конденсироваться из смеси при работе в холодном состоянии. Все это неэффективно и исключает возможность агрессивной работы на обедненных пиках, так как некоторые цилиндры могут быть довольно обедненными, а другие все еще слегка богатыми пиками, прямо в окне детонации.
Карбюраторы также подвержены обледенению. Проблема заключается в трубке Вентури карбюратора, где сочетание расширяющегося воздуха на задней стороне трубки Вентури и топлива, испаряющегося в воздушный поток, приводит к резкому снижению температуры. Как мы узнали в наземной школе, этого достаточно, чтобы вода в воздухе замерзала в карбюраторе даже в день с температурой 70 F, перекрывая подачу воздуха и снижая мощность двигателя. Поэтому требуется какой-то подогрев карбюратора. Наконец, поскольку поплавковая чаша основана на гравитации, карбюратор также имеет ограничения в пилотажных приложениях.