Автомобильные двигатели

Паливні фільтри охороняють паливну систему від забруднення. Фільтр-відстійник грубого очищення палива від великих механічних часток містить фільтруючий елемент сітчастого чи пластинчастого типу. Фільтруючий елемент фільтра тонкого очищення звичайно виконаний з пористого матеріалу (кераміка, картон і т.п.) і забезпечує затримку дрібних механічних часток.

Карбюратор - основний елемент паливної системи двигуна. Він служить для:

1) розпилювання, часткового  випару, змішування палива і повітря;

2) забезпечення складу паливовоздушної суміші відповідно до режиму роботи двигуна;

3) зміни відповідно до навантаження двигуна кількості паливовоздушної суміші.

По конструкції розрізняють  одно- і багатокамерні карбюратори, а також карбюратори з падаючим, висхідним і горизонтальним потоком.

Найбільше поширення в сучасних двигунах одержали поплавкові карбюратори  з усмоктуванням палива у вакуумірованому потоці, що виникає в звуженій частині повітряного каналу карбюратора - дифузорі внаслідок місцевого підвищення швидкості повітря.

12.2 Будова найпростішого карбюратора

Будова найпростішого (елементарного) карбюратора представлена на малюнку 12.1. Карбюратор містить повітряний канал 1 з дифузором 2 і змішувальною камерою 9. У центрі вузького перетину дифузора встановлений розпилювач 8, через який у потік повітря з поплавкової камери надходить паливо. У поплавкову камеру паливо 4 попадає через голчастий клапан 6, а рівень палива регулюється поплавцем 7. При непрацюючому двигуні рівень палива в камері трохи нижче, ніж отвір розпилювача. При роботі двигуна паливо в потік повітря надходить за рахунок ежекції. Поплавкова камера повідомляється з вхідним патрубком через штуцер 3 у її верхній частині. Це забезпечує необхідну різницю тисків палива перед розпилювачем незалежно від утрат тиску у впускний системі двигуна, у тому числі гідравлічного опору фільтра очищення повітря. У сучасних карбюраторах забезпечується стабільний рівень палива в поплавковій камері при припустимих нахилах двигуна. Паливо в розпилювач надходить через калібрований отвір головного паливного жиклера 8.

Малюнок 12.1 - Будова елементарного карбюратора

Малюнок 12.2 - Характеристика ідеального карбюратора

 

Кількість паливної суміші, що надходить у циліндри двигуна, регулюється дросельним клапаном 10, який називають звичайно дросельною заслінкою.

Склад суміші залежить від розрідження  в дифузорі. Ця залежність називається характеристикою карбюратора. Теоретичний аналіз показує, що зі збільшенням розрідження в дифузорі пальна суміш збагачується, як це показано на малюнку. Найбільш вигідні характеристики карбюратора при роботі двигуна в режимі максимальної економічності (т. зв. економічний склад суміші) і режимі максимальної потужності (потужневий склад суміші) представлені на малюнку 12.2. Зовсім очевидно, що для автотракторних двигунів забезпечення оптимального складу суміші на всіх можливих режимах їхньої роботи є досить складною задачею.

Корекція складу паливної суміші здійснюється головною дозуючою системою. Один зі способів здійснення такої корекції показаний  на малюнку 12.3.

 

Малюнок 12.3 - Карбюратор з розрідженням у жиклера

 

Між головним паливним жиклером 4 і розпилювачем установлений колодязь 3 з повітряним жиклером 2. При високих значеннях розрідження в дифузорі через повітряний жиклер 2 у паливо починає додаватися повітря. Емульсія (суміш палива з повітрям), що утвориться, надходить у розпилювач. При цьому витрата палива через головний паливний жиклер трохи зменшується й у цілому суміш збіднюється. Головна дозуюча система подає основну кількість палива на більшій частині режимів роботи двигуна з навантаженням, здійснюючи виправлення характеристики найпростішого карбюратора на середніх навантаженнях.

В однокамерному карбюраторі гарне  розпилювання палива забезпечується тільки в порівняно вузькому діапазоні  зміни швидкості в дифузорі. Багатокамерні  карбюратори можуть працювати з  рівнобіжним і послідовним включенням камер у роботу. У карбюраторах з рівнобіжним включенням камер кожна з них живить окрему групу циліндрів, дросельні заслінки керуються синхронно. У сучасних автомобільних двигунах велике поширення одержали двокамерні карбюратори з послідовним включенням камер у роботу. Такі карбюратори більшою мірою, ніж однокамерні, забезпечують оптимізацію складу суміші в залежності від швидкості обертання колінчастого вала і навантаження двигуна. На восьмициліндрових V-образних двигунах іноді встановлюють чотирьохкамерні карбюратори, що представляють собою два параллельно з'єднані карбюратори з послідовним включенням камер.

У двигунах застосовують карбюратори  й інші типи, що відрізняються конструкцією, способами компенсації складу суміші і складом допоміжних пристроїв, що поліпшують характеристики двигунів. Розрізняють наступні види головних дозуючих систем:

1) система з уведенням додаткового  повітря, розглянуте раніше.

2) система з компенсаційним жиклером;

3) система з регулюванням розрідження  в дифузорі;

4) система з регульованим перетином жиклера.

 

12.3 Система з компенсаційним  жиклером

Спосіб компенсації  складу суміші за допомогою компенсаційного  жиклера є видозмінним способом зменшення розрідження в жиклері. До палива, що випливає з компенсаційного жиклера, у компенсаційному колодязі домішується повітря, в результаті чого утвориться паливна емульсія, що через розпилювач компенсаційного жиклера надходить у змішувальну камеру. Витрата палива через компенсаційний жиклер залишається постійною, а витрата повітря зі зростанням розрідження росте, тому суміш поступово збіднюється. Головний жиклер, навпаки, поступово збагачує суміш. Тому при відповідному правильному підборі розмірів паливних жиклерів досягається і регулюється склад суміші. Через ряд складностей регулювання в даний час цей спосіб компенсації складу суміші застосовується рідко.

12.4 Система з регулюванням розрідження  в дифузорі

Подібні системи іноді  відносять до систем з регулюванням прохідного перетину дифузора. Здійснюється це шляхом введення додаткового повітря через тарілчасті клапани, кулькові клапани, або застосуванням дифузора перемінного перетину, який змінюється пластинами, іншими рухливими елементами. Досвід експлуатації таких карбюраторів, що випускалися серійно (К-49, К-22 і ін.), показав, що їхні характеристики непостійні внаслідок зміни твердості пружних елементів (пластин, пружин), зносу рухливих пар, утворення різних відкладень і т.п.

12.5 Система з регульованим перетином  жиклера

Система компенсації  складу суміші зі змінюваним перетином  жиклера складається з головного жиклера, в який входить кінець голки, що має конічну чи спеціальну форму. Привід голки може бути:

 а) механічний - зміна перетину жиклера в залежності від положення дросельної заслінки – недолік полягає в тому, що при постійному відкритті дросельної заслінки і зміні частоти обертання колінчастого вала суміш збагачується чи збіднюється;

б) пневматичний - положення голки жиклера залежить не тільки від ступеня відкриття дросельної заслінки, але і від частоти обертання вала, тому вищенаведений недолік відсутній;

в) пневмомеханічний - найбільш удосконалений привід дозуючої голки.

12.6 Допоміжні пристрої карбюратора

Система холостого ходу забезпечує стійку й економічну роботу двигуна при зниженій частоті обертання без зовнішнього навантаження. Деяке збагачення суміші необхідно тому, що в циліндрах двигуна присутній велика кількість залишкових газів (уповільнення швидкості горіння робочої суміші), а також унаслідок погіршення випару бензину через зниження температури деталей двигуна. Система холостого ходу бере участь також у роботі разом з головною дозуючою системою при малих навантаженнях.

Економайзер і еконостат - додаткові пристрої, що збагачують пальну суміш для одержання максимальної потужності двигуна.

Економайзер (збагачувач) карбюратора призначений для збагачення пальної суміші до потужневого складу при великих навантаженнях двигуна. Дія збагачувача обумовлена зміною опору паливної системи за допомогою особливого клапана (голки). Привід економайзера може бути механічним чи пневматичним. Економайзер з механічним приводом збагачує суміш до потужневого складу при повному чи близькому до повного відкритті дросельної заслінки. Економайзер із пневматичним приводом збагачує суміш у залежності від числа оборотів двигуна. Такий економайзер включається в роботу тим раніш, чим менше число оборотів вала двигуна, тому що на малих оборотах розрідження, необхідне для включення економайзера, створюється при меншому відкритті дросельної заслінки. Завдяки цьому поліпшується приємістость (розгін) двигуна без помітного погіршення економічності.

Еконостат на відміну від економайзера не має клапанів і приводів для керування ними, а момент включення його в роботу залежить тільки від вакууму в розпилювачі.

Прискорювальний насос служить для короткочасного збагачення пальної суміші вприскуванням у змішувальну камеру додаткової порції палива при різкому відкритті дроселя. Це необхідно для одержання гарної приємістости, тому що при різкому відкритті дроселя пальна суміш короткочасно збіднюється настільки, що можуть з'явитися перебої в роботі двигуна.

Система примусового холостого ходу відключає подачу палива в двигун при русі автомобіля під ухил, гальмуванні двигуном (та ін.). Частота обертання вала двигуна при цьому підтримується за рахунок кінетичної енергії транспортного засобу чи механізму. Відключення подачі палива забезпечується звичайно електроклапаном, керованим від електронного блоку.

Пусковий пристрій служить для готування карбюратором дуже багатої суміші при пуску холодного двигуна, тому що в цих умовах відбувається погане розпилювання палива (мале число оборотів) і погіршується його випаровуваність через відсутність підігріву від стінок.

Для запобігання влучення паливної плівки в циліндри застосовується підігрів паливовоздушної суміші у впускному трубопроводі випускними газами чи охолодною рідиною. Карбюратори двигунів, що працюють у високогірних умовах постачають висотними коректорами.

 

12.7 Паливна система двигунів  з вприскуванням палива

В автомобільних двигунах із примусовим запаленням застосовують також системи з вприскуванням палива безпосередньо в циліндр чи у впускний трубопровід двигуна. У цьому випадку внаслідок відсутності карбюратора знижується опір впускної системи, підвищується рівномірність розподілу палива по циліндрах і зменшується неоднорідність паливовоздушної суміші, що надходить у циліндри двигуна. Це дозволяє підвищити ступінь стиску і, відповідно, літрову потужність і економічність двигуна.

Системи вприскування бензину більш складні, ніж карбюраторні, через наявність великого числа рухливих елементів і малої змащувальної здатності бензинів, на відміну від дизельних палив. Ці системи вимагають кваліфікованої експлуатації й обслуговування.

В теперишній час такі системи класифікують у  такий спосіб:

1. По місцевому (див.  малюнок 12.4) підведенню палива (у циліндри чи впускні трубопроводи).

2. По типу вузлів  дозування палива (плунжерні дозуючі насоси, дозуючі розподільники клапанного і золотникового типу, дозуючі форсунки з електромагнітним і електронним керуванням, системи з регульованим тиском палива).

3. По способу регулювання  кількості суміші (із пневматичним і електронним регулюванням).

4. За параметрами регулювання (розрідженні в системі впуску, куті повороту дросельної заслінки, витраті повітря) палива.

Схема паливної системи з електронним  керуванням вприскування палива двигуна автомобіля ВАЗ-2112 представлена на малюнку 12.5.

 

 

Малюнок 12.4 – Схеми упорскування палива безпосередньо в циліндр чи у впускний трубопровід двигуна

1 – паливна форсунка; 2 – свіча запалювання.

Малюнок 12.5 - Схема паливної системи  з електронним керуванням вприскування палива двигуна автомобіля ВАЗ-2112

1 - повітряний фільтр; 2 - датчик масової витрати повітря; 3 - шланг впускної труби; 4 - шланг підведення охолодної рідини; 5 - дросельний патрубок; 6 - регулятор холостого ходу; 7 - датчик положення дросельної заслінки; 8 - канал підігріву системи холостого ходу; 9 - ресивер; 10 - шланг регулятора тиску; 11 - контролер; 12 - реле включення електробензонасосу; 13 - паливний фільтр; 14 - паливний бак; 15 - електробензонасос с датчиком рівня палива; 16 - зливальна магістраль; 17 - подавальна магістраль; 18 - регулятор тиску; 19 - впускна труба; 20 - рампа форсунок; 21 - форсунка; 22 - датчик швидкості; 23 - датчик концентрації кисню; 24 - газоприймач приймальної труби глушителів; 25 – коробка передач; 26 – голівка циліндрів; 27 – випускний патрубок системи охолодження; 28 – датчик температури охолодної рідини; А – до підводної труби насоса охолодної рідини.

 

 

При вприскуванні бензину в циліндр паливна система і конструкції її елементів аналогічні паливній системі дизеля. В впускний трубопровід бензин вприскується під низьким тиском (0.15...0.2 МПа), що дозволяє використовувати непрецизійні паливні насоси (шестеренні, коловратні).

Паливні системи з  електронним керуванням вприскування в теперишній час дуже широко впроваджуюється в двигунобудуванні. При їх застосуванні висока економічність двигунів забезпечується в широкому діапазоні режимів унаслідок можливості оптимізації подачі палива за багатьма параметрами, у тому числі і за токсичністю випускних газів.

12.8 Паливні системи газових двигунів

На автомобільних газових  заправних станціях природний газ, що надходить з магістральних  газопроводів, після очищення й осушки стискується до 20МПа і подається в балони транспортних установок. Внаслідок великих змін тиску і витрат газу в двигунах транспортних установок на шляху газу від балонів до двигуна встановлюють редуктор, що знижує тиск газу перед змішувальними пристроями. Цей редуктор являє собою автоматичний регулятор тиску газу. Розрізняють одно-, двох- і багатоступінчасті редуктори.

У газових двигунах так  само, як і в двигунах, що працюють на рідкому паливі, може бути здійснене  зовнішнє чи внутрішнє сумішоутворення.