Система живлення карбюраторних двигунів

Карбюраторні двигуни працюють на бензині — рідкому паливі, що легко випаровується, яке добувають із нафти прямою перегонкою або крекінгом.

Процес прямої перегонки полягає в тому, що нафту підігрівають, а її пари конденсують. Найлегші фракції, які відділяються за температури до 195°С, становлять бензин другої перегонки. В такий спосіб вихід бензину — до 15 % кількості нафти, що переганяється.

Крекінг — перероблення нафти та її фракцій з розпадом важких молекул для добування моторних палив. Крекінг буває термічний і каталітичний. У разі термічного крекінгу нафтову сировину нагрівають до температур, 500 .600 °С в умовах високих тисків (4.5 МПа). Каталітичний крекінг відбувається за одночасної дії високої температури й каталізаторів і тиску приблизно 0,1 МПа. Вихід бензину — до 70 % кількості сировини.

Двигун може розвивати максимальну потужність лише за умови що бензин має певні характеристики й властивості, основні з яких питома теплота згоряння, випарність, схильність до детонації. Крім того, бензин не повинен спричиняти корозію металу й має зберігати свою початкову якість тривалий час без змін.

Питома теплота згоряння — це кількість теплоти, що виділяється під час згоряння 1 кг палива. Питома теплота згоряння автомобільних бензинів становить 44 100 .46 200 кДж/кг.

Випарність оцінюється за фракційним складом, який характеризується температурами википання 10, 50 та 90 % бензину. Чим нижча температура википання 10 % бензину, тим краще він випаровується в холодному двигуні, що забезпечує його пуск узимку. Чим нижча температура википання 50 % бензину, тим швидше двигун прогрівається після пуску й стійкіше працює в режимі холостого ходу. Чим нижча температура википання 90 % бензину, тим повніше він випаровується й тим менше оливи змивається зі стінок гільз циліндра.

Для автомобільних бензинів температура початку википання становить 35 °С, википання 10 % — 55 .70 °С, 50 % — 100 .125 °С, 90 % — 160 .180 °С і кінця википання — 185 .205 °С. Автомобільні бензини, за винятком бензину АИ-98, поділяються на літні та зимові Останні містять збільшену кількість фракцій, які легко випаровуються, що поліпшує умови пуску.

Бензин маркується літерно-цифровими індексами. Марки застосовуваних автомобільних бензинів: А-72, А-76, А-92, АИ-93, АИ-98 (літера «А» означає, що бензин автомобільний; цифри відповідають найменшому октановому числу бензину, визначеному моторним методом; літера «Й» вказує на те, що октанове число визначено дослідним методом).

Октанове число характеризує детонаційну стійкість бензину.

Детонація — це дуже швидке (вибухове) згоряння робочої суміші в циліндрах карбюраторного двигуна (до 3000 м/с; за нормальних умов швидкість горіння становить 30 .85 м/с), що супроводжується дзвінкими стуками у двигуні, чорним димом із вихлопної труби, перегріванням і втратою потужності двигуна. При цьому відбуваються прискорене спрацьовування деталей кривошипно-шатунного механізму та обгоряння головок клапанів.

Для визначення октанового числа бензину його порівнюють із сумішшю двох палив: ізооктану й гептану.

Ізооктан слабко детонує, й для нього октанове число умовно бе-ь за 100. Гептан сильно детонує, й для нього октанове число взято за 0.

Якщо суміш складається з 76 % ізооктану та 24 % гептану, то за детонаційними властивостями октанове число такого бензину дорівнює 76. Чим вище октанове число бензину, тим менша ймовірність детонації.

Для повного згоряння палива потрібна певна кількість кисню, що міститься в повітрі.

Визначено, що для повного згоряння 1 кг бензину треба 15 кг повітря. Суміш такого складу називається нормальною. Збіднена пальна суміш містить на 1 кг бензину 15 . 17 кг повітря. Бідна пальна суміш має в своєму складі понад 17 кг повітря на 1 кг бензину. Збагачена пальна суміш містить 13 . 15 кг повітря. Багата пальна суміш на 1 кг бензину має менше ніж 13 кг повітря.

Для нормальної роботи двигуна на різних режимах потрібно мати різний склад пальної суміші.

Під час пуску холодного двигуна сумішоутворення дуже погане, пальна суміш, яка готується в карбюраторі, має бути багатою, щоб компенсувати ту частину палива, котре конденсується на стінках циліндрів.

На холостому ходу для стійкої роботи двигуна потрібна збагачена пальна суміш.

На середніх навантаженнях, коли від двигуна не вимагається повної потужності, для забезпечення його економічної роботи пальна суміш має бути збідненою.

На повних навантаженнях, коли потрібна найбільша швидкість згоряння суміші, щоб від двигуна дістати максимальну потужність, суміш має бути збагаченою.

У разі різкого збільшення навантаження або частоти обертання колінчастого вала суміш має бути різко збагаченою, в противному разі двигун зупиниться.

Процес приготування пальної суміші певного складу поза циліндрами двигуна називається карбюрацією, а прилад, в якому відбувається цей процес, — карбюратором.

До системи живлення карбюраторних двигунів (рис. 2.36) входять:

- карбюратор;

- паливний бак;

- фільтри для очищення па пива й повітря;

- паливопідкачувальний насос;

- впускний і випускний трубопроводи;

- глушник.

Рис. 1 Система живлення карбюраторного двигуна:

1 — повітряний фільтр; 2 — карбюратор; 3, 4 — рукоятки ручного керування відповідно повітряною та дросельною заслінками; 5— педаль керування дросельною заслінкою; 6— бак; 7— фільтр-відстійник; 8— глушник;

9— випускний трубопровід; 10 — паливопідкачувальний насос

Найпростіший карбюратор

Найпростіший карбюратор (рис. 2.) складається з поплавцевої А та змішувальної Б камер. У першій є поплавець 2, шарнірне закріплений на осі, а також голчастий клапан 3. У змішувальній камері розташовано дифузор 7 і дросельну заслінку 8. Дифузор забезпечує збільшення швидкості повітряного потоку в центрі змішувальної камери, а дросельною заслінкою змінюють прохідний переріз для пальної суміші й тим самим регулюють ту її кількість, що надходить з карбюратора в циліндри двигуна.

Сполучаються камери А і Б трубкою, в яку з боку поплавцевої камери вгвинчено паливний жиклер (пробку з каліброваним отвором, що пропускає певну кількість палива), а кінець трубки з боку змішувальної камери становить розпилювач. Рівень палива в поплавцевій камері має бути на 1,5 .2,0 мм нижчий від краю розпилювача.

Під час роботи двигуна, коли поршень рухається від ВМТ до НМТ і впускний клапан відкритий (такт впускання), в змішувальній камері карбюратора створюється рух повітря, швидкість якого збільшується при проходженні дифузора, досягаючи 50 .150 м/с, і біля кінця розпилювача виникає розрідження. Паливо з розпилювача надходить у змішувальну камеру, де перемішується з повітрям, утворюючи пальну суміш. Поплавцева камера А за допомогою поплавця 2 та голчастого клапана 3 безперервно підтримує нормальний рівень палива.

У міру відкривання дросельної заслінки зростає частота обертання колінчастого вала. При цьому збільшується швидкість руху повітря в змішувальній камері карбюратора, внаслідок чого зростають швидкість витікання бензину з розпилювача та кількість повітря, що проходить через дифузор. Однак кількість бензину, який проходить крізь жиклер і потім витікає з розпилювача, зростає швидше, внаслідок чого співвідношення бензину й повітря в пальній суміші змінюється в бік збагачення.

Отже, найпростіший карбюратор забезпечує роботу двигуна тільки на одному певному режимі. Тому сучасні карбюратори обладнуються додатковими пристроями й системами, що усувають недоліки найпростішого карбюратора.

Рис. 2 Схема найпростішого карбюратора:

1 – головний жиклер; 2 — поплавець; 3 — голчастий клапан; 4 — розпилювач; 5 – повітряний фільтр; 6— повітряна заслінка; 7— дифузор; 8 – дросельна заслінка; 9 — впускний трубопровід; 10 — впускний клапан; 11 — поршень

Головний дозувальний пристрій забезпечує поступове збіднення (компенсацію) суміші в разі переходу від малих навантажень двигуна до середніх. У карбюраторних автомобілях застосовують спосіб компенсації суміші, який називають пневматичним гальмуванням палива.

У карбюраторі з пневматичним гальмуванням палива в міру відкривання дросельної заслінки 9 (рис. 2.38, а) збільшується розрідження в дифузорі 8. Кількість палива, що надходить крізь головний жиклер 2 і його розпилювач 6, також збільшуватиметься. Однак збагаченню суміші перешкоджає надходження повітря крізь повітряний жиклер 5 і розпилювач 6.

Надходження повітря в канали головного дозувального пристрою зменшує розрідження, що діє на головний жиклер 2, внаслідок чого паливо витікає з нього під дією того розрідження, яке виникає в колодязі 3, а не у вузькому перерізі дифузора 8.

Рис. 3 Схеми систем і пристроїв карбюратора:

а — головної дозувальної системи; б — системи холостого ходу;

в — економайзера; г – прискорювального насоса; д — пускового пристрою;

1 — поплавцева камера; 2 —головний жиклер; 3— емульсійний колодязь;

4— емульсійна трубка; 5— повітряний жиклер головної дозувальної системи; 6 — розпилювач; 7 — повітряна заслінка; 8— дифузор; 9 — дросельна заслінка; 10— паливний жиклер системи холостого ходу; 11– повітряний жиклер системи холостого ходу; 12, 14 — отвори; 13 — гвинт регулювання якості суміші;

15 — шток економайзера; 16 — планка; 17 — тяга; 18 — важіль; 19 — клапан економайзера; 20 — зворотний клапан; 21 — поршень прискорювального насоса; 22 — розпилювач прискорювального насоса; 23 — нагнітальний клапан прискорювального насоса; 24 — серга; 25 — балансувальний канал;

26 — запобіжний клапан повітряної заслінки

У результаті з розпилювача 6 у повітряний потік витікає не бензин, а його суміш з невеликою кількістю повітря. Цю суміш називають емульсією.

Добиранням каліброваних отворів головного 2 й повітряного 5 жиклерів забезпечується економічний (збіднений) склад пальної суміші.

Система холостого ходу призначається для приготування пальної суміші на малій частоті обертання колінчастого вала двигуна. В цьому режимі дросельна заслінка щільно прикрита, й розрідження в дифузорі таке мале, що з головного дозувального пристрою паливо не надходить. У режимах холостого ходу після такту випускання в циліндрах залишається багато (порівняно з кількістю пальної суміші) залишкових газів. Суміш повітря, бензину й залишкових газів називається робочою сумішшю. На холостому ходу робоча суміш горить повільно, тому для стійкої роботи двигуна її треба збагачувати паливом.

Система холостого ходу (рис. 2.38, б) має паливний 10 і повітря, ний 11 жиклери. Під дросельною заслінкою 9 створюється велике розрідження. Під дією цього розрідження паливо проходить крізь жиклер 10, змішується з повітрям, що надходить крізь жиклер 77, і у вигляді емульсії витікає крізь отвір 12. Емульсія розпилюється повітрям, яке проходить крізь щілину між дросельною заслінкою та стінкою змішувальної камери.

Система холостого ходу карбюратора здебільшого має два вхідних отвори, один з яких розташований трохи вище від кромки закритої дросельної заслінки, а другий — нижче від неї. На малій частоті обертання крізь нижній отвір 12 подається емульсія, а крізь верхній 14 — підсмоктується повітря. Коли дросельна заслінка відкривається, емульсія надходить крізь обидва отвори. Цим забезпечується плавний перехід від режиму холостого ходу до малих навантажень.

Прохідний переріз нижнього отвору можна змінювати повертанням регулювального гвинта 13. Упорним гвинтом (на схемі не показано) змінюється положення дросельної заслінки 9, коли відпущено педаль керування.

Економайзер призначається для збагачення пальної суміші на повних навантаженнях (дросельна заслінка повністю відкрита). Коли дросельна заслінка відкрита більше ніж на 75 .85 %, важіль 18 (рис. 2.38, в), з'єднаний з тягою 77, відпускає шток 75 і відкриває клапан 19. Паливо до розпилювача 6 надходитиме тепер не тільки крізь головний жиклер 2, а й крізь клапан економайзера, отже, забезпечується збагачення пальної суміші.

Прискорювальний насос призначається для збагачення суміші в разі різкого відкриття дросельної заслінки. При цьому важіль 18 (рис. 2.38, г), з'єднаний сергою 24 з тягою 77, діє на планку 16 і переміщує поршень 21 униз. Тиск палива в колодязі насоса збільшується, й закривається зворотний клапан 20, перешкоджаючи перетіканню палива в поплавцеву камеру. Крізь нагнітальний клапан 23, що відкрився, й жиклер-розпилювач 22 у змішувальну камеру додатково впорскується бензин, і пальна суміш короткочасно збагачується.

Пусковий пристрій, виконаний у вигляді повітряної заслінки 7(рис. 2.38, д), призначається для збагачення суміші під час пуску й прогрівання холодного двигуна. Щоб дістати багату пальну суміш, повітряну заслінку закривають, чим збільшують розрідження в змішувальній камері.

Для запобігання надмірному збагаченню суміші на повітряній заслінці передбачено клапан 26, який відкривається під тиском повітря коли істотно збільшується розрідження в змішувальній камері після запуску двигуна.

Водій відкриває або закриває повітряну заслінку за допомогою троса й важеля, закріпленого на осі заслінки. Водночас із закриттям повітряної заслінки трохи відкривається дросельна заслінка 9.

Вісь повітряної заслінки, як правило, встановлюється у вхідному патрубку ексцентричне, щоб під дією різниці тисків потоку повітря на обидві частини заслінки вона намагалася відкритися.

Карбюратор К-88А.

На восьмициліндровому двигуні автомобіля ЗИЛ-130 установлено карбюратор К-88А (рис. 2.39), що має дві змішувальні камери, кожна з яких живить чотири циліндри. Поплавцева камера, її корпус 18 з повітряною заслінкою 16, економайзер і прискорювальний насос — спільні деталі для обох камер карбюратора.

Поплавцева камера сполучається каналом о із вхідним патрубком карбюратора, над яким розташовано повітряний фільтр. Це запобігає збагаченню пальної суміші (в разі забруднення повітряного фільтра) внаслідок збільшення перепаду розріджень у дифузорах і поплавцевій камері. Такі поплавцеві камери називаються балансованими.

У змішувальній камері встановлено малий 10 і великий 11 дифузори. Двома дифузорами досягається підвищення швидкості повітря в малому дифузорі при порівняно невеликому загальному опорі потокові повітря.

Компенсація складу суміші в карбюраторі К-88А здійснюється пневматичним гальмуванням палива.

Дросельні заслінки 30 обох змішувальних камер, жорстко закріплені на одній осі, відкриваються одночасно.

Під час пуску й прогрівання холодного двигуна закривають повітряну заслінку 16. Водночас за допомогою важелів і тяг, які з'єднують повітряну заслінку з валиком дросельних заслінок, трохи відкриваються дросельні заслінки 30. У змішувальних камерах створюється велике розрідження. В результаті подаватимуться велика кількість палива з кільцевих щілин малих дифузорів Юта емульсія з отворів 32 й 33 системи холостого ходу.

У разі несвоєчасного відкриття повітряної заслінки після перших спалахів робочої суміші в циліндрах двигуна повітря, що надходить крізь запобіжний клапан 17 і отвір 15 у повітряній заслінці, не допустить надмірного збагачення суміші.

На малій частоті обертання колінчастого вала (режим холостого ходу) дросельні заслінки 30 прикриті, тому швидкість повітря й розрідження в дифузорах 10 невеликі, й паливо не тікатиме з їхніх кільцевих щілин. За дросельними заслінками створюється велике розрідження, що передається крізь отвори 32 в емульсійні канали, а з них до жиклерів 7 системи холостого ходу. При цьому паливо з поплавцевої камери надходить крізь головні жиклери 1 до жиклерів холостого ходу.

Рис. 4 Схема карбюратора К-88А:

1 — головний жиклер; 2 — поплавець; 3 — корпус поплавцевої камери;

4 — голчастий клапан; 5 — сітчастий фільтр; 6 — канал балансування поплавцевої камери; 7 — жиклер холостого ходу; 8 — повітряний жиклер головної дозувальної системи; 9 — розпилювач головної дозувальної системи; 10 — малий дифузор; 11 — великий дифузор; 12 — нагнітальний клапан; 13 — порожнистий гвинт; 14 — отвір розпилювача прискорювального насоса; 75 — отвір у повітряній заслінці; 16— повітряна заслінка; 17— запобіжний клапан; 18 — корпус поплавцевої камери; 19 — кульковий клапан економайзера; 20 — штовхач клапана економайзера; 21 — шток клапана економайзера; 22 — планка; 23 — шток поршня прискорювального насоса; 24 — тяга; 25 — поршень; 26 — зворотний клапан;

27— серга; 28 — важіль дросельних заслінок; 29 — жиклер повної потужності; 30— дросельні заслінки; 31 — гвинти регулювання холостого ходу;

32, 33 — відповідно регульований круглий і нерегульований прямокутний отвори системи холостого ходу; 34 — корпус змішувальних камер

Повітря, що надходить крізь верхні отвори жиклерів системи холостого ходу, перемішується з паливом. Утворена емульсія рухається емульсійними каналами й крізь отвори 32 виходить у задросельний простір обох змішувальних камер. Коли дросельні заслінки відкриті, крізь отвори 33 підсмоктуватиметься повітря, що поліпшить емульгування палива. В міру відкривання дросельних заслінок зростатиме розрідження біля отворів 33, і з них також надходитиме емульсія, що забезпечить плавний перехід від роботи двигуна з малою частотою обертання колінчастого вала до роботи під навантаженням.

Перехід від холостого ходу до малих і середніх навантажень здійснюється збільшенням відкриття дросельних заслінок. Система холостого ходу плавно зменшує подачу емульсії. В цей час зростають швидкість руху повітря й розрідження в дифузорах, а отже, починає працювати головний дозувальний пристрій. Паливо з поплавцевої камери надходить крізь головні жиклери 1 і жиклери 29 повної потужності, змішується з повітрям, що потрапляє крізь повітряні жиклери 8, і у вигляді емульсії виходить крізь кільцеві щілини малих дифузорів. Повітря, що надходить у розпилювачі 9 крізь повітряні жиклери 8 і жиклери 7 системи холостого ходу, сповільнює підвищення розрідження біля головних жиклерів 1 і жиклерів 29 повної потужності. Завдяки цьому гальмується витікання палива з головних жиклерів, і пальна суміш збіднюватиметься до потрібного складу.

У разі повного навантаження двигуна збагачення суміші забезпечується економайзером. Як тільки дросельні заслінки ЗО майже повністю відкриються, шток 21 натисне на штовхач 20 і відкриє кульковий клапан економайзера 19. Завдяки цьому збільшиться приплив палива до жиклерів 29 повної потужності, суміш збагатиться, й двигун розвине повну потужність.

У разі різкого відкриття дросельних заслінок короткочасне збагачення суміші, потрібне для швидкого розганяння автомобіля, забезпечується прискорювальним насосом. Різке відкривання Дросельних заслінок супроводжується швидким переміщенням униз важеля 28, серги 27 і тяги 24, а заразом і планки 22, яка через пружину швидко відпускає шток 23 з поршнем 25. Тиск під поршнем зростає, зворотний клапан 26 закривається, й відкривається нагнітальний клапан 12. Паливо під тиском проходить крізь отвір порожнистого гвинта 13, а потім у вигляді тонких струменів впорскується крізь отвори 14 у змішувальні камери. Нагнітальний клапан 12 не дає повітрю надходити в колодязь прискорювального насоса під час швидкого піднімання поршня 25 насоса, а паливу — підсмоктуватися з колодязя прискорювального насоса в змішувальні камери при великій висоті обертання колінчастого вала й постійному положенні дросельних заслінок.

Передача зусилля від планки 22 на поршень 25 прискорювального насоса через пружину потрібна для затяжного впорскування палива й захисту деталей під час різкого відкривання дросельних заслінок.

На двигуні автомобіля ГАЗ-53А встановлюють двокамерний карбюратор К.-І26Б з пневматичним гальмуванням палива. За будовою й принципом дії він подібний до карбюратора К-88А.