Система улавливания паров топлива

Для выполнения законодательных норм по ограничению эмиссии углеводородов авто­мобили оснащаются системой улавлива­ния паров топлива. Эта система предотвра­щает выход паров топлива (бензина) из топливного бака в атмосферу.

Образование паров топлива

Большое количество паров топлива выхо­дит из топливного бака при следующих ус­ловиях:

• При нагреве топлива в баке из-за высо­кой температуры окружающей среды или за счёт нагретого в моторном отсеке топ­
лива, возвращаемого в топливный бак;

• При падении давления окружающей среды, например, при движении в гор­ных условиях.

Устройство и принцип действия

Система улавливания паров топлива (рис.4) включает в себя бачок с активированным углем 3 с вентиляционной трубкой 2 из топ­ливного бака 1 вместе с так называемым продувочным клапаном 5, соединённым с бачком и с впускным коллектором 8. Активированный уголь в бачке абсорби­рует топливо, содержащееся в парах, и пропускает только воздух во впускной кол­лектор. Как только продувочный клапан открывает линию 6 между бачком и впуск­ным коллектором, разрежение заставляет свежий воздух 4 проходить через активи­рованный уголь. Абсорбированное топ­ливо захватывается свежим воздухом и подаёт его для сгорания в нормальном про­цессе (продувка и регенерация активиро­ванного угля). Система управления двига­теля уменьшает при этом количество впрыскиваемого топлива на величину его расхода, проходящего через продувочный клапан. Регенерация - это процесс, регули­руемый системой управления с обратной связью (замкнутая система управления), в которой концентрация топлива в потоке газа из бачка/продувочного клапана посто­янно рассчитывается на основе изменений в значениях величины коэффициента из­бытка воздуха А.

Количество регенерированного газа регу­лируется как функция рабочего режима двигателя и может очень точно дозиро­ваться продувочным клапаном. Для того чтобы бачок с угольным абсорбером был всегда способен поглощать пары топлива, активированный уголь через определён­ные интервалы должен восстанавли­ваться.

Особенности применения системы улавливания паров топлива при непосредственном впрыске бензина

Во время работы двигателя с непосредс­твенным впрыском бензина на топливовоздушной смеси с послойным зарядом реге­нерация абсорбера в бачке ограничена из-за низкого уровня разрежения во впускном коллекторе (что вызвано работой при прак­тически полном открытии дроссельной за­слонки) и неполным сгоранием гомогенной смеси из абсорбера. Результатом этого яв­ляется уменьшение потока регенерирован­ного газа по сравнению с работой на гомо­генной смеси. Например, если расход реге­нерированного газа не соответствует высокому уровню испаряемости бензина, то двигатель должен работать на гомоген­ной смеси до тех пор, пока концентрация бензина в потоке газа из бачка не умень­шится до соответствующего уровня.

Рис.4

1 Топливный бак

2 Вентиляционная трубка топлив­ного бака

3 Бачок с активи­рованным углем

4 Свежий воздух

5 Продувочный клапан

6 Линия к впуск­ному коллектору

7 Дроссельная заслонка

8 Впускной коллектор

Электрический топливоподкачивающий насос

Назначение

Электрический топливоподкачивающий насос (анг. ЕКР) должен постоянно пода­вать к двигателю достаточное количество топлива под давлением определённого уровня, чтобы обеспечивать эффективный впрыск топлива. Основные требования, предъявляемые к топливному насосу, за­ключаются в следующем:

• Величина подачи при номинальном электрическом напряжении 60.. .200 л/ч;

• Давление в топливной системе 300...450 кПа (3,0...4,5 бар);

• Обеспечение повышения давления при падении напряжения до 50...60% от но­минального уровня.

Кроме этого, электрический насос всё чаще служит в качестве топливоподкачивающего насоса низкого давления в современных системах с непосредственным впрыском топлива, используемых в дизелях и бензи­новых двигателях.

Например, в системах с непосредственным впрыском бензина топливоподкачивающий насос должен обеспечивать давление 700 кПа при нагретом топливе.

Рис.5

1 Электрический разъём

2 Гидравлический вывод (выход топлива)

3 Обратный клапан

4 Графитовые щётки

5 Якорь электро­мотора с посто­янным магнитом

6 Рабочее колесо центробежногонасоса

7 Вход топлива

Конструкция

Электрический насос состоит из следую­щих деталей:

• Верхняя крышка А (рис. 5), в которой могут быть установлены детали для уст­ранения помех от работы системы зажи­гания;

• Электромотор В;

• Насосный элемент С, спроектирован­ный как объёмный или центробежный (описание насосов см. ниже).

Типы насосов

Объёмные насосы

В насосах такого типа всасываемое топливо сжимается в закрытой камере при враще­нии насосного элемента и подаётся на сто­рону нагнетания. В электрических насосах применяются шестерёнчатые с внутренним зацеплением или роликовые насосные эле­менты (рис.6а и 6б). Если в топливной сис­теме требуется повышенное давление (400 кПа и выше), то применяются преимущест­венно топливные насосы объёмного типа. Такие насосы имеют хорошие характерис­тики при низких электрических напряже­ниях, то есть относительно плоские харак­теристики топливоподачи в функции рабо­чего напряжения. КПД насоса может быть выше 25%.

Неустранимые пульсации давления топ­лива могут вызывать шум определённой звуковой частоты, в зависимости от конс­трукции деталей и условий в месте уста­новки. Другим недостатком может быть падение величины подачи при нагреве топ­лива, которое имеет место в исключитель­ных случаях. Это происходит из-за наличия пузырьков пара в топливе, поэтому обыч­ные насосы объёмного типа оснащаются периферийной ступенью в целях дегаза­ции.

В настоящее время топливоподкачивающие насосы объёмного типа в значительной сте­пени вытесняются центробежными насо­сами, которые в качестве классических топливоподкачивающих насосов завоевали новое поле применения в системах с непос­редственным впрыском топлива, работаю­щих со значительно более высокими давле­ниями.

Центробежные насосы. Такой тип насоса включает в себя рабочее колесо (крыльчатку) с множеством лопаток, вставленных в прорези по его периферии (6 на рис. 6с). Рабочее колесо вращается в ка­мере, образованной двумя секциями кор­пуса, в каждой из которых рядом с лопат­ками имеется канал 7, начинающийся от впускного отверстия А и заканчивающийся в месте выхода топлива В под давлением в системе. Затвор 8 между началом и концом канала предотвращает внутренние утечки топлива.

На некотором расстоянии от впускного от­верстия под определённым углом выпол­нено маленькое отверстие для дегазации, через которое могут выходить пузырьки газа при их образовании в топливе. Хотя это и улучшает характеристики подачи на­гретого топлива, но происходит за счёт очень небольших внутренних утечек. Такое отверстие для дегазации не требуется в ди­зельных системах.

Рост давления вдоль канала 7 является ре­зультатом обмена импульсами между ло­патками колеса и частицами жидкости. Это приводит к спиральному вращению жид­кого объёма, захваченного крыльчаткой и находящегося также в каналах. В центро­бежном насосе (рис. 6с) лопатки по перифе­рии колеса полностью окружены каналами (отсюда термин «центробежный»). В дру­гой конструкции центробежного насоса на каждой стороне крыльчатки, рядом с ло­патками, расположены два канала.

Центробежные насосы отличаются низким уровнем шума, поскольку рост давления происходит постоянно и практически без пульсаций. Значения КПД центробежных насосов находятся в пределах 10 - 20%. Сле­дует отметить, что конструкция центро­бежных насосов значительно проще конс­трукции насосов объёмного типа.

Одноступенчатые насосы могут создавать давление в топливной системе до 450 кПа. В будущем центробежные насосы будут применяться для создания более высоких давлений в топливных системах двигателей с высокими давлениями наддува и двигате­лей с непосредственным впрыском бензина.

Из-за низкой стоимости и благодаря бес­шумной работе во вновь создаваемых авто­мобильных бензиновых двигателях почти исключительно используются насосы цент­робежного типа.

Рис. 6

а Роторный роликовый насос (RZP)

b Шестерёнчатый насосе внутрен­ним зацепле­нием (IZP)

с Центробежный насос (РР)

А Входное отверстие

В Выходное отверстие

1-Эксцентриковый ротор 2-Ролик 3-Внутренняя ведущая шестерня 4-Ротор 5-Рабочее колесо
(крыльчатка) 6-Лопатки рабо­чего колеса 7-Канал (перифе­рийный канал) 8-Затвор

Топливный фильтр

Высокая точность дозирования в системах впрыска топлива двигателей с искровым за­жиганием требует применения прецизион­ных деталей систем, а для того чтобы не повредить их, требуется эффективная очис­тка топлива. Износ прецизионных деталей могут вызвать твёрдые частицы, содержа­щиеся в топливе, которые должны быть удалены топливными фильтрами. Топлив­ные фильтры могут быть сменными, после­довательно установленными в топливной линии, или встроенными в топливный бак на длительный срок службы («lifetime»). Кроме эффекта фильтрования, для удале­ния загрязняющих веществ из топлива мо­жет использоваться ряд других процессов, которые включают в себя эффекты импуль­сного воздействия, диффузии и блоки­ровки.

Рис.7

1 Крышка корпуса фильтра

2 Корпус фильтра

3 Фильтрующий элемент

4 Опорная пластина

Эффективность фильтрации определяется размером задерживаемых частиц и скоро­стью их прохождения. Соответствующим образом должен быть выбран фильтрую­щий материал.

Одним из основных фильтрующих матери­алов является предварительно пропитан­ная гофрированная бумага (3 на рис. 7). Фильтрующий материал должен распола­гаться в корпусе фильтра таким образом, чтобы скорость прохождения потока топ­лива через все участки его поверхности была по возможности одинаковой. В то время как в системах впрыска топлива во впускной коллектор средний размер пор фильтрующего элемента равен 10 мкм, в системах непосредственного впрыска бен­зина требуется более тонкая фильтрация, при которой из топлива должно надежно отсеиваться до 85% частиц размером больше 5 мкм.

Кроме того, для двигателей с непосредс­твенным впрыском бензина важным фак­тором является то, что в новых фильтрах после их изготовления не должны оста­ваться следы загрязняющих частиц в виде металла, минералов, пластика и стеклово­локна размером больше 200 мкм.

В зависимости от объёма срок службы (га­рантированный пробег) стандартных филь­тров, последовательно установленных в топливной линии, составляет 60 000 -90 000 км. Гарантированный пробег филь­тров, встроенных в топливный бак, состав­ляет 160 000 км. Существуют топливные фильтры для топливных систем с непос­редственным впрыском бензина, срок службы которых превышает 250 000 км.

Корпус топливного фильтра 2 выполняется из стали, алюминия или пластика (полно­стью без металла). В качестве соединений используются резьбовые штуцеры, шланги или самозажимные фитинги.

Эффективность топливного фильтра зави­сит от направления потока. При замене топливного фильтра нужно обратить вни­мание на стрелку, указывающую направле­ние потока топлива.

Топливный коллектор