Смесеобразование в карбюраторных двигателях.

В таких двига­телях горючая смесь требуемого состава приготовляется из топли­ва и воздуха в специальном устройстве — карбюраторе, а затем подается в нужном количестве непосредственно в цилиндры дви­гателя. В качестве топлива для карбюраторных двигателей приме­няют бензин или газ.

Для полного сгорания бензина необходимо определенное ко­личество кислорода, находящегося в воздухе. Быстрое сгорание возможно при распыливании и смешивании его с воздухом.

Для полного сгорания 1 г бензина необходимо 15 г воздуха. Смесь в таком соотношении бензина и воздуха называют нор­мальной. При избытке воздуха смесь называют обедненной (содержит 15... 17 г воздуха на 1 г бензина) или бедной (свыше 17 г воздуха). При недостатке воздуха смесь называют обога­щенной (содержит 13... 15 г воздуха на 1 г бензина). Смесь при соотношении бензина и воздуха 1: 6 и меньше, 1:21 и больше не воспламеняется.

Процесс приготовления горючей смеси из бен­зина и воздуха вне цилиндра двигателя называют карбюра­цией, а прибор, в котором происходит этот процесс, — карбюратором. Приготовление горючей смеси в карбюраторе ос­новано на принципе пульверизации. Воздух, выходящий из труб­ки 2 пульверизатора (рис 9) и проходящий с большой скоростью у вершины распылителя, создает в этой зоне разрежение, под действием которого жидкость поднимается по распылителю и раз­брызгивается (распыляется) воздухом в виде мельчайших частиц.

Рис. 9. Пульверизатор:

1 - распылитель; 2 - трубка; 3 - со­суд с жидкостью

Простейший карбюратор (рис.10) состоит из поплав­ковой камеры 14, распылителя 6, смесительной камеры 8, воздуш­ной 5 и дроссельной 12 заслонок. Топливо подается в поплавко­вую камеру самотеком или насосом из бака. Поплавковая камера соединена со смесительной камерой распылителем, в котором ус­тановлен жиклер 13. Последний представляет собой пробку с небольшим калиброванным отвер­стием, через которое в единицу времени проходит определенная порция топлива.

Необходимый уровень топли­ва в поплавковой камере поддер­живается поплавком 15 и иголь­чатым клапаном 7. При напол­нении топливом поплавковой камеры поплавок всплывает и через рычажок поднимает иголь­чатый клапан, который перекры­вает отверстие в подводящем топливопроводе 2, прекращая дальнейшее поступление топли­ва в камеру. Благодаря этому в поплавковой камере и распыли­теле топливо находится на одном уровне, не доходя до верхнего конца распылителя на 1 ...2 мм.

При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение, которое передается в смесительную камеру карбюратора, в резуль­тате чего в нее засасывается воздух.

Поступающий в карбюратор воздух проходит через узкое сече­ние диффузора 7, поэтому скорость его движения, а следователь­но, и разрежение возрастают. Между поплавковой камерой и диф­фузором создается перепад давлений (атмосферное и ниже атмо­сферного), благодаря чему топливо поднимается по распылителю, выходит из него, распыливается, перемешивается с воздухом, час­тично испаряется и в виде горючей смеси поступает в цилиндры двигателя через впускной клапан 10.

Простейший карбюратор может обеспечить приготовление смеси необходимого состава только при одном установившемся режиме, т.е. при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя и открытой дроссельной заслонке. В условиях эксплуатации дви­гатели работают с переменным режимом. Поэтому на них устанав­ливают более сложные карбюраторы, дополненные устройствами и приспособлениями, обеспечивающими приготовление горючей смеси необходимого состава на разных режимах работы. Напри­мер, при пуске они готовят богатую смесь для получения наиболь­шей мощности двигателя; при полной его загрузке и при холостом ходе образуется обогащенная смесь, а при средних нагрузках — обедненная. Кроме того, карбюратор должен обеспечивать мини­мальную токсичность отработавших газов.

Рис. 10. Схема простейшего карбюратора:

1 - игольчатый клапан; 2 - топливопровод; 3 - балансировочное отверстие;

4 - воздушный фильтр; 5 - воздушная заслонка; 6 - распылитель; 7 - диффузор;

8 - смесительная камера; 9 - поршень (стрелкой показано его движение); 10 - впускной клапан; 11 — впускная труба; 12 - дроссельная заслонка; 13 - жиклер; 14 - поплавковая камера; 15 – поплавок

Автомобильный карбюратор в отличие от простейше­го более сложный, так как двигатель автомобиля работает в меняю­щихся условиях, соответственно часто меняются и режимы его работы. На автомобильных двигателях устанавливают двухкамерные карбюраторы с падающим потоком (рис. 11). Такой карбюратор со­стоит из трех корпусных деталей, соединенных винтами: корпуса 16 поплавковой камеры, крышки 6 и корпуса 14 смесительных камер, который конструктивно объединен с корпусом пневмоцентробежного ограничителя частоты вращения коленчатого вала. Между крышкой поплавковой камеры, ее корпусом и корпусом смеситель­ных камер установлены уплотнительные картонные прокладки.

Рис. 11. Карбюратор К-135МУ:

1 — клапан; 2 и 15 — воздушная и две дроссельные заслонки; 3 и 4 — малый и большой диффузоры; 5 — винт регулировки количества смеси; 6 — крышка поплав­ковой камеры; 7— сетчатый фильтр; 8— игольчатый клапан; 9— ось поплавка; 10 — рычажок поплавка; 11 — поплавок; 12 — пробка; 13 — ось дроссельных заслонок; 14 — корпус смесительных камер; 16 — корпус поплавковой камеры; 17 — мембрана

В корпусе смесительных камер расположены два больших 4 и два малых 3 диффузора, распылители (выведенные в малые диф­фузоры), воздушные и топливные жиклеры. Все каналы жиклеров снабжены пробками 12 для обеспечения доступа к ним без разбор­ки карбюратора. В корпусе поплавковой камеры размещены по­плавок 11, подвешенный на оси 9, и игольчатый клапан 8 подачи топлива. Поплавок и клапан поддерживают необходимый уровень топлива в распылителе при неработающем двигателе. Поплавко­вая камера имеет сбоку смотровое окно для контроля уровня топ­лива и состояния механизма.

В крышке поплавковой камеры находится воздушная заслон­ка 2 с двумя автоматическими клапанами. В корпусе смеситель­ных камер расположены две дроссельные заслонки 15, находящи­еся на одной оси.

Особенностью конструкции карбюратора К-135МУ (двигателя 3M3) является свободный доступ ко всем жиклерам. Они могут быть промыты и продуты без разборки карбюратора.

Необходимый состав горючей смеси для разных режимов рабо­ты двигателя обеспечивают следующие дозирующие системы ав­томобильных карбюраторов: главная, холостого хода, пуска холод­ного двигателя, экономайзера, ускорительного насоса.

Рассмотрим работу карбюратора в разных режимах. Обе каме­ры карбюратора работают параллельно, но независимо. Каждая подает горючую смесь в свой ряд цилиндров и имеет главную до­зирующую систему, экономайзер и систему холостого хода. Воз­душная заслонка, поплавковая камера и ускорительный насос — общие для двух камер карбюратора.

Необходимый состав горючей смеси в диапазоне от малых до больших нагрузок обеспечивается главной дозирующей системой (рис. 12, а).

Главная дозирующая с и с т е м а каждой камеры состо­ит из большого 7 и малого 5 диффузоров, распылителя 1, главных топливного 4 и воздушного 2 жиклеров. На эмульсионном распы­лителе 1 выше средней части имеются отверстия, в которые посту­пает добавляемый к топливу воздух, проходящий через воздуш­ный жиклер 2. При работе двигателя топливо из поплавковой ка­меры 3 поступает через главный жиклер и распылитель в малый диффузор. Расход топлива из распылителя 1 (в положении дрос­сельной заслонки, открытой наполовину) больше, чем его приток через главный топливный жиклер 4. Уровень топлива в распыли­теле понижается. Увеличивается количество воздуха, поступающего в распылитель через воздушный жиклер 2. Сечения топливного и воздушного жиклеров выбраны такими, чтобы состав горючей смеси при работе двигателя на средних нагрузках был экономичным.

Система холостого хода (рис. 12, б) обеспечивает ра­боту двигателя с малой частотой вращения коленчатого вала. К системе холостого хода относят топливный жиклер 8 холостого хода, воздушный жиклер 10, каналы Г и регулировочный винт 9 (для упрощения на рис. 12, б, в и г показан один диффузор). Силь­ное разрежение, создаваемое под дроссельной заслонкой 6, пере­дается через нижнее отверстие А и каналы В и Г системы холосто­го хода в поплавковую камеру. Топливо из поплавковой камеры, пройдя через главный топливный жиклер 4 и топливный жиклер 8 холостого хода, поступает в канал В где к нему примешивается воздух через воздушный жиклер 10, и отверстие Б расположенное выше дроссельной заслонки 6. Образовавшаяся эмульсия вытекает через отверстие под дроссельной заслонкой и распыливается воз­духом.

Экономайзер (рис. 12, в) обеспечивает подачу обогащен­ной горючей смеси при полной нагрузке двигателя. Экономайзер состоит из клапана 15 с пружиной 16, жиклера 17 и привода. При открытии дроссельной заслонки более чем на ³/₄ рычаг 18, закреп­ленный на ее оси, через тягу 14 перемещает шток 21 привода вниз.

Шток нажимает на клапан 15 экономайзера, и дополнительное топливо из поплавковой камеры через отверстие при открытом клапане 15 и жиклер 17 экономайзера, поступает к распылителю ё главной дозирующей системы карбюратора.

Ускорительный насос (рис. 12, г) предназначен для крат­ковременного обогащения горючей смеси при резком открытии дроссельной заслонки путем принудительной подачи дополнитель­ной порции топлива. Насос состоит из цилиндрического колод­ца Д сообщающегося с поплавковой камерой через отверстие, за­крытое обратным клапаном 22, поршня 23, нагнетательного кла­пана 19 и распылителя 20.

При резком открытии дроссельной заслонки рычаг 18 быстро опускает тягу 14 и шток с поршнем 23 вниз. Под действием порш­ня топливо закрывает обратный клапан 22 и, поднимая нагнета­тельный клапан 19, впрыскивается через распылитель 20 в смеси­тельную камеру.

Рис. 12. Схемы дозирующих систем карбюратора:

а - главная; б - холостого хода; в - экономайзера; г - ускорительный насос;

1 - распылитель; 2 и 4 - главные воздушный и топливный жиклеры; 3 - поплавковая камера; 5 и 7 - малый и большой диффузоры; 6 - дроссельная заслонка; 8 - топливный жиклер холостого хода; 9 - регулировочный винт качества смеси; 10 - воздушный жиклер; 11 - шток; 12 - планка; 13 - седло; 14 - тяга; 15 - клапан; 16 - пружина; 17 - жиклер экономайзера; 18 - рычаг; 19 и 22 - нагнетательный и обратный клапаны; 20 - распылитель ускоритель­ного насоса; 21 - шток; 23 - поршень; А и Б - отверстия; В и Г - каналы;

Д - колодец

Пусковое устройство служит для обогащения горючей смеси при пуске двигателя. Роль пускового устройства выполняет воздушная заслонка. При пуске двигателя дроссельную заслонку немного открывают, а воздушную прикрывают. Вследствие этого при проворачивании коленчатого вала во время пуска двигателя в карбюраторе создается большое разрежение, и топливо вытекает из жиклеров главной дозирующей системы и системы холостого хода.

В воздушной заслонке находятся клапаны с пружинами, кото­рые открываются автоматически, как только двигатель начнет ра­ботать. По мере его прогрева воздушную заслонку открывают. На всех режимах работы воздушная заслонка открыта полностью. Управляют воздушной заслонкой вручную рукояткой, расположен­ной в кабине.

Управление дроссельной заслонкой двойное: рукояткой, как, например, при прогреве двигателя (фиксируется требуемая часто­та вращения коленчатого вала), и ножной педалью, которая воз­вращается в исходное положение пружиной.

Система рециркуляции отработавших газов (СРОГ) осуществляется на двигателях некоторых автомобилей (на­пример, ГАЗ-3307), прогретых до температуры охлаждающей жид­кости не ниже 35 ...40 °С при малых нагрузках. Эта система служит для снижения выбросов токсичных веществ с отработавшими газа­ми путем их частичной подачи из выпускного коллектора 8 (рис. 13) по трубке 9 во впускной тракт через специальную проставку 2 под карбюратором 3. Управление работой СРОГ осуществляется разре­жением, передаваемым из корпуса дроссельных заслонок через шланг 1, термовакуумный включатель 5 и шланг 4 на клапан рецир­куляции 7. При эксплуатации автомобиля с неисправной СРОГ воз­можны неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, перерас­ход топлива и повышенный выброс токсичных веществ.

Рис. 13. Схема рециркуляции отработавших газов:

1 - шланг; 2 - проставка рециркуляции; 3 - карбюратор; 4 - шланг от термова­куумного включателя к клапану рециркуляции; 5 - термовакуумный включатель; 6 - шток клапана рециркуляции; 7 - клапан рециркуляции; 8 - выпускной коллектор; 9 - трубка рециркуляции

Ограничитель частоты вращения коленчатого вала служит для предотвращения повышения частоты вращения сверх допустимых значений. Во время работы автомобилей на­грузка на двигатель часто уменьшается или увеличивается в зави­симости от внешних условий (рельефа местности, состояния по­чвы и др.). Изменение нагрузки на двигатель при неизменном положении дроссельной заслонки вызывает рост или падение час­тоты вращения коленчатого вала. При снижении нагрузки она может возрасти сверх допустимых значений, что приводит к повы­шенному износу деталей двигателя и перерасходу топлива.

Ограничитель частоты вращения (рис. 14) пневмоцентробежный, состоит из двух механизмов: центробежного датчика и ис­полнительного механизма с диафрагменным приводом, располо­женным в карбюраторе.

Центробежный датчик установлен на крышке распредели­тельных шестерен. Он включает в себя ротор 7, вал 3 которого получает вращение от распределительного вала. В роторе поме­щен клапан 5, который оттягивается от седла пружиной 4.

Рис. 14. Схема ограничителя частоты вращения:

1 - ротор; 2 - регулировочный винт; 3 - вал; 4, 11 - пружины; 5 - клапан с седлом;

6 - шток; 7 - двуплечий рычаг; 8 - кулачковая муфта; 9 - дроссельная заслонка;

10 - жиклеры; А и Б - полости диафрагмы; В – отверстие

Исполнительный механизм состоит из диафрагмы, ко­торая штоком 6 соединена с одним концом двуплечего рычага 7, тогда как другой конец рычага связан с пружиной 11 ограничите­ля. Двуплечий рычаг укреплен на оси дроссельных заслонок 9, в свою очередь, привод заслонок снабжен специальной кулачковой муфтой 8, с помощью которой дроссельные заслонки

закрываются и открываются под действием исполнительного механизма неза­висимо от положения акселератора (ножной педали управления подачи топлива).

При частоте вращения коленчатого вала ниже максимальной пружина 11 удерживает диафрагму в положении, соответствую­щем открытию дроссельных заслонок, как показано на рис. 14. В этом случае полость Б (над диафрагмой) соединена через трубки и датчик с атмосферой. С атмосферой связана и полость А (под диафрагмой).

При частоте вращения коленчатого вала ниже (3200 об/мин) центробежной силы клапана 5 недостаточно для пре­одоления усилия пружины 4, и клапан остается открытым. При увеличении частоты вращения коленчатого вала клапан 5 под дей­ствием центробежной силы преодолевает сопротивление пружи­ны 4 и перемещается к седлу, закрывая отверстие В, т.е. прерывает сообщение полостей А и Б. В результате разрежение над диафраг­мой, передаваемое от камеры карбюратора по жиклерам 10, увели­чивается и диафрагма перемещается вверх. Она преодолевает со­противление пружины ограничителя, и через шток 6 и двуплечий рычаг 7 прикрывает дроссельные заслонки на определенный угол, уменьшая частоту вращения коленчатого вала.

Благодаря наличию жиклеров обеспечивается работа ограничи­теля под нагрузкой, когда работают оба жиклера 10, и на холостом ходу, когда работает в основном нижний жиклер.

Рис.15. Схема карбюратора К – 135: (ЗМЗ)

1 - обратный клапан ускорительного насоса; 2 - клапан экономайзера; 3 - корпус поплавковой камеры; 4 - шток экономайзера;

5 - подвижная стойка; 6 — поршень ускорительного насоса; 7 - рычаг привода ускорительного насоса и экономайзера; 8 и 9 - соответственно воздушный жиклер и распылитель главной дозирующей системы; 10 - малый диффузор; 11 и 18 - топливные жиклеры системы холостого хода; 12 - балансировочный канал; 13 - клапан воздушной заслонки; 14 -воздушная заслонка; 15 - распылитель ускорительного насоса;

16 - распылитель экономайзера; 17 - нагнетательный клапан; 19 - крышка поплавковой камеры; 20 - колодец главной дозирующей системы;

21 - игольчатый клапан; 22 - сетчатый фильтр; 23 - поплавок; 24 - смотровое окно; 25 и 38 - каналы; 26 и 37 - мембрана и пружина исполнительного механизма ограничителя; 27 - седло клапана; 28 - крышка датчика; 29 - клапан датчика; 30 - пружина клапана;

31 - ротор; 32 - регулировочный винт датчика; 33 - корпус датчика; 34 и 35 - трубопроводы; 36 - тяга; 39 - ось дроссельных заслонок;

40 - вакуумный жиклер; 41 - воздушный жиклер ограничителя; 42 - главный топливный жиклер; 43 - эмульсионная трубка;

44 - дроссельная заслонка; 45 - регулировочный винт системы холостого хода; 46 - большой диффузор; 47 - колодец системы холостого хода; 48 - эмульсионный канал системы холостого хода; 49 - верхнее отверстие распылителя системы холостого хода; 50 - корпус смесительных камер; 51 - подшипник оси дроссельных заслонок; 52 - кулачковая муфта; 53 - рычаг привода дроссельных заслонок

Воздушный фильтр служит для очистки воздуха, посту­пающего в карбюратор и поддон картера, а в двигателях автомобилей ЗИЛ, КамАЗ — в компрессор, что значитель­но повышает срок их службы. На двигателях автомобилей ГАЗ, УАЗ, ЗИЛ, Урал устанавливают инерционно-масляные (контактные) фильтры с двойной очисткой воздуха. На автомобилях КамАЗ, ВАЗ «Жигули» уста­навливают сухие фильтры с неразборным сменным бумаж­ным фильтрующим элементом. На легковых автомобилях перед воздушным фильтром устанавливают глушители шу­ма впуска воздуха, что повышает комфорт.

Рис.16. Воздушный фильтр (а), поступление воздуха из внешней среды (б) и из-под капота (в)

Воздушный фильтр инерционно-масляного типа рис.16 состоит из кор­пуса 1, в нижнюю часть которого залито масло до заданного уровня — такое же, что и в поддонекартера. В центре кор­пуса установлен воздушный патрубок 10 с держателем 8 и барашковой гайкой 7 для крепления крышки фильтра. Над маслом находится отражатель 2, а над ним — фильтрую­щий элемент 3 с крышкой 4, набранный из капроновых или металлических нитей, смоченных маслом. Обойма фильтру­ющего элемента крепится в корпусе с зазором для прохода воздуха к масляной ванне. Крышка резиновым переходным патрубком 5 с расширительной пружиной 6 соединяется с воздушным каналом 12, к которому воздух поступает через заборники 11. В канале установлена заслонка 13, управле­ние которой выведено в кабину водителя. При закрытой за­слонке непрогретый воздух поступает в приемный патрубок через заборники (рис. 16, б), а при открытой — из-под капотного пространства (рис. 16, в), где он подогревается от соприкосновения с нагретыми частями двигателя, что улуч­шает смесеобразование в карбюраторе.

Суть очистки воздуха состоит в том, что он направляет­ся к масляной ванне, ударяется об масло, из него от контакта с маслом выпадают крупные частицы пыли, волокна (первая ступень очистки). При этом воздух захватывает частицы масла, изменяет на­правление движения и проходит в фильтрующий элемент, где соприкасается с влажными нитями, окончательно очи­щается (вторая ступень очистки) и по патрубку 10 посту­пает в карбюратор. Часть воздуха по трубопроводу 9 посту­пает в компрессор и поддон картера (для работы вентиляции картера).

Частицы пыли, задержанные фильтрующим элементом, стекают вместе с маслом в корпус фильтра. Поэтому в мас­ляной ванне фильтра при работе в пыльных условиях масло заменяют ежедневно, а зимой, весной и во влажную осень — при первом техническом обслуживании.

Сухой воздушный фильтр: в сухом воздушном фильтр фильтрующий элемент из­готовлен из специальной пористой бумаги в виде гофриро­ванной ленты, заключенной в металлический перфорирован­ный каркас, установленный в корпусе на пенопластовых прокладках. При работе двигателя воздух проходит через поры бумаги, очищается и поступает в карбюратор. Фильт­рующий элемент заменяют новым через 10—12 тыс. км про­бега. Во время работы в пыльных условиях его заменяют чаще. Кроме того, периодически вынимают фильтрующий элемент и встряхивают его от пыли, очищая при этом и корпус фильтра.

Выпускные трубопроводы V-образных двигателей: Выпускные трубопроводы V-образных двигателей отли­ваются из чугуна (каждый в отдельности) и крепятся через уплотнительные железоасбестовые прокладки с наружных сторон головок блока цилиндров. Выпускные трубопроводы соединяются через выпускную трубу с глушителем.

Глушитель: глушитель служит для уменьшения шума выпуска отра­ботавших газов и гашения тлеющих частиц сажи. Он сос­тоит (рис. 17) из цилиндрического корпуса 3, внутри которо­го установлены перегородки 4, образующие расширительные камеры. Отработавшие газы подводятся по выпускным тру­бам 1 и попадают в перфорированные трубы 2, где изменяют направление и скорость движения, благодаря чему умень­шается шум выпуска. Тлеющие частицы сажи трутся о стен­ки труб и, теряя энергию, гаснут. Отработавшие газы отводятся по трубе 5 в атмосферу.

Рис. 17. Глушитель шума выпуска отработавших газов.

Рис.18 Карбюратор К – 135 (ЗМЗ)

Рис. 19 Система питания двигателя (ЗМЗ)

Рис.20 Система питания двигателей ВАЗ

Рис. 21 Узлы системы питания двигателей ВАЗ

вы

Рис.22 Система выпуска отработанных газов двигателей ВАЗ

Рис.23 Карбюратор двигателей ВАЗ

Контрольные вопросы:

1. Назначение системы питания

2. Общее устройство системы питания, назначение узлов

3. Работа системы питания

4. Способы приготовления горючей смеси

5. Устройство и работа узлов системы питания:

- топливного бака;

- топливных фильтров;

- топливного насоса;

- воздушных фильтров, инерционно-масляных и сухих;

- выпускных трубопроводов;

- глушителей.

6. Устройство и работа карбюраторов:

- назначение;

- смесеобразование в карбюраторах;

- работа простейшего карбюратора;

- устройство и работа карбюратора К – 135 МУ на всех режимах;

- работа системы рециркуляции отработанных газов;

- назначение и работа ограничителя оборотов.