Коэффициент избытка воздуха характеризует состав смеси; соотношение в ней топлива и воздуха.

Топливные фильтры предохраняют топливную систему от загрязнения. Фильтр-отстойник грубой очистки топлива от крупных механических частиц состоит из корпуса, несущей крышки и фильтрующего элемента сетчатого или пластинчатого типа. Фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки — набор мелких сеток или изготовленный из пористого материала — задерживает мелкие механические частицы. При снижении скорости топлива в корпусе фильтра из топлива оседают вода и механические примеси.

Карбюратор — основной элемент топливной системы двигателя — служит для распыливания, частичного испарения и смешения топлива и воздуха; установления состава топливовоздушнои смеси в соответствии с режимом работы двигателя; изменения в соответствии с нагрузкой количества топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя.

По конструкции карбюраторы различают одно- и многокамерные, а также с падающим, восходящим или горизонтальным потоком. Последние позволяют уменьшать высоту двигателя.

По принципу работы карбюраторы делят на поплавковые и беспоплавковые, с всасыванием топлива и впрыскиванием топлива под действием избыточного давления. Наибольшее распространение на современных двигателях получили поплавковые карбюраторы с всасыванием топлива при вакууме, возникающем в суженной части воздушного канала’ карбюратора — диффузоре вследствие местного повышения скорости потока воздуха.

Основной характеристикой любого карбюратора является изменение коэффициента избытка воздуха в зависимости от вакуума в диффузоре или пропорционального ему массовому расходу воздуха.

В качестве примера рассмотрим карбюратор ВАЗ-2105, устанавливаемый на двигателе автомобиля ВАЗ-2105 «Жигули».

Карбюратор двухкамерный, с последовательным включением камер в работу, с падающим потоком, выполнен по классической схеме с пневматическим торможением потока топлива. Дроссельная заслонка основной (первичной) камеры открывается при нажатии на педаль управления заслонкой, а заслонка дополнительной (вторичной) камеры открывается от пневмопривода автоматически. Карбюратор имеет сбалансированную поплавковую камеру, две главные дозирующие системы, диафрагменное пусковое устройство, облегчающее пуск холодного двигателя, эконостат с пневмоприводом, диафрагменный насос-ускоритель с механическим приводом, систему холостого хода, экономайзер принудительного холостого хода, переходную систему.

Экономайзер и эконостат – дополнительные устройства, обогащающие горючую смесь для получения максимальной мощности двигателя. Эконостат в отличие от экономайзера не имеет клапанов и приводов для управления ими, а момент включения его в работу зависит только от вакуума в устье распылителя.

Карбюратор состоит из трех основных частей, выполненных из цинкового сплава методом литья под давлением: крышки, корпуса поплавковой камеры и корпуса дроссельных заслонок. Между этими частями расположены прокладки.

В крышке имеются два разделенных канала основной и дополнительной камер, воздушная заслонка основной камеры с пусковым устройством, игольчатый запорный клапан подачи топлива и фильтр. В корпусе поплавковой камеры установлены все основные дозирующие элементы — жиклеры, эмульсионные трубки, малые съемные диффузоры, отлитые вместе с распылителями, а также диафрагменный насос-ускоритель с распылителем. В корпусе дроссельных заслонок находятся заслонкиосновной и дополнительной камер, винты регулировки холостого хода. На оси заслонки основной камеры расположен золотник вентиляции картера. На корпусе дроссельных заслонок крепится экономайзер принудительного холостого хода.

Насос-ускоритель вспомогательное устройство, временно обогащающее горючую смесь при резком открытии дроссельном заслонки.

Топливо в карбюратор (в поплавковую камеру) подается насосом через штуцер, фильтр и игольчатый клапан. Шарик гасителя колебаний игольчатого клапана обеспечивает постоянный уровень топлива в камере. Регулировка уровня топлива в камере достигается отгибанием язычка поплавка. Для ограничения хода поплавка служит кронштейн с упором.

Главные дозирующие системы включают в себя топливные жиклеры, эмульсионные колодцы с эмульсионными трубками, воздушные жиклеры, малые диффузоры с распылителями главных дозирующих систем.

Главная дозирующая система основной камеры обеспечивает работу двигателя в широком диапазоне режимов. При нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой открывается заслонка основной камеры, вакуум в распылителе увеличивается, топливо в эмульсионном колодце поднимается и при достижении нижнего ряда отверстий эмульсионной трубки захватывается воздухом, поступающим из эмульсионной трубки через воздушный жиклер, и направляется через распылитель в диффузор.

Главная дозирующая система дополнительной камеры в отличие от основной работает при открытии дроссельной заслонки дополнительной камеры пневмоприводом. Верхняя полость диафрагменного механизма пневмопривода соединена воздушными каналами с узкой частью больших диффузоров основной и дополнительной камеры через жиклеры пневмопривода.

При увеличении вакуума в больших диффузорах основной и дополнительной камер диафрагма, преодолевая усилие пружины, перемещает шток пневмопривода и при помощи рычагов открывает дроссельную заслонку дополнительной камеры. Топливо через главный топливный жиклер и эмульсионный колодец вместе с воздухом из воздушного жиклера поступает в распылитель и смесительную камеру.

Пневмопривод плавно включает главную дозирующую систему и автоматически регулирует положение заслонки в зависимости от скоростного режима работы двигателя. При полном открытии дроссельной заслонки основной камеры с ростом нагрузки частота вращения коленчатого вала двигателя повышается, а следовательно, вакуум в камерах уменьшается, заслонка дополнительной камеры прикрывается. Основной поток воздуха будет проходить через основную смесительную камеру, улучшая рас-пыливание топлива.

При резком отпускании педали управления дроссельной заслонкой заслонка основной камеры закрывается и рычаг принудительно закрывает дроссельную заслонку дополнительной камеры, предотвращая рост частоты вращения в этот момент.

Возможность возникновения автоколебаний механизма пневмопривода ограничена вследствие соединения полости над диафрагмой с диффузорами дополнительной и основной камер. Отсутствие «провалов» в работе двигателя в начале открытия дроссельной заслонки дополнительной камеры обеспечивает переходная система. В момент открытия заслонки в отверстиях создается вакуум, и топливо из эмульсионного колодца через топливный канал, топливный жиклер 6 переходной системы, смешиваясь с воздухом из жиклера 8, поступает по эмульсионному каналу в отверстия, обогащая горючую смесь.

Эконостат, имеющий независимое питание из поплавковой камеры, соединен с дополнительной смесительной камерой и вступает в работу при полностью открытых дроссельных заслонках при работе двигателя на скоростных режимах, близких к максимальным.

При открытых дроссельных заслонках значительно повышается вакуум в малом диффузоре и распылителе эконостата. Топливо из поплавковой камеры 5 поступает по каналу через жиклер эконостата в каналы крышки поплавковой камеры. Через воздушный жиклер эконостата к топливу подмешивается воздух. Затем эмульсия поступает по каналу через эмульсионный жиклер эконостата в распылитель и диффузор, обогащая горючую смесь.

Насос-ускоритель диафрагменного типа приводится от кулачка на оси дроссельной заслонки основной камеры. Насос установлен около поплавковой камеры на вертикальном фланце. При резком открытии дроссельной заслонки кулачок нажимает на рычаг и через пружину в толкателе действует на диафрагму , преодолевая сопротивление возвратной пружины. Диафрагма подает топливо по топливному каналу, и оно впрыскивается через распылитель в основную камеру. Часть топлива перепускается через перепускной жиклер обратно в поплавковую камеру. При обратном ходе диафрагмы под действием возвратной пружины топливо из поплавковой камеры засасывается через жиклер и впускной клапан в насос-ускоритель. Профиль кулачка обеспечивает двойное впрыскивание; второе впрыскивание совпадает с началом открытия дроссельной заслонки дополнительной камеры.

Система холостого хода включает в себя топливный и эмульсионный каналы, жиклеры, экономайзер с иглой, регулировочные винты, пневмоклапан, соединенный воздушными шлангами с экономайзером и впускным трубопроводом.

При работе двигателя на режиме холостого хода дроссельная заслонка основной камеры прикрыта, отверстия располагаются выше заслонки, пневмоклапан с электронным управлением открыт, вакуум из впускного трубопровода передается в полость диафрагмы экономайзера. Регулируемое сечение канала под действием диафрагмы экономайзера открыто. Вакуум за дроссельной заслонкой передается через это отверстие по эмульсионным каналам к топливному жиклеру системы холостого хода.

Топливо под действием перепада давлений вытекает через топливный жиклер, смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер системы холостого хода, проходит по эмульсионному каналу, где к нему вновь подмешивается воздух через отверстия. Затем эмульсия попадает под регулировочный винт качества смеси, под иглу экономайзера и за дроссельную заслонку. Часть эмульсии поступает через жиклер по каналу, минуя винт качества смеси, в результате чего уменьшается чувствительность регулировки винта качества и облегчается процесс регулировки хода. Наличие отверстий обусловливает отсутствие провалов в работе двигателя в момент открытия дроссельной заслонки, когда через них также поступает эмульсия. Экономайзер принудительного холостого хода отключает подачу топлива при работе двигателя на режиме принудительного холостого хода, исключая выбросы в атмосферу оксида углерода и углеводородов.

При открытии дроссельной заслонки основной камеры рычаг привода освобождает рычажок микропереключателя, который подает напряжение на пневмоклапан. Одновременно напряжение на пневмоклапан подает и электронный блок управления. При достижении частоты вращения 1600…1680 об/мин электронный блок отключается, но пневмоклапан остается включенным благодаря микропереключателю. На режиме принудительного холостого хода резко закрывается дроссельная заслонка, рычаг привода нажимает на рычажок микропереключателя и включает его. В результате пневмоклапан отключается, и игла 44 экономайзера закрывает выход эмульсии. После снижения частоты вращения до 1200…1260 об/мин включается электронный блок управления, вновь открывается пневмоклапан, и двигатель начинает работать. При выключении зажигания отключается питание электрическим током, пневмоклапан закрывается и прекращается подача эмульсии под иглу экономайзера принудительного холостого хода.

Пневмоклапан с электромагнитным управлением открывается при подаче тока в обмотку.

Система холостого хода обеспечивает устойчивую и экономичную работу двигателя при пониженной частоте вращения без внешней нагрузки.

На современном карбюраторе должен быть только один регулировочный винт для эксплуатационной регулировки, при помощи которого изменяют минимальную частоту вращения коленчатого вала.

На режимах принудительного холостого хода частота вращения вала двигателя поддерживается за счет кинетической энергии автомобиля (движение автомобиля под уклон, торможение двигателем и др.).

Микропереключатель, прикрепленный к карбюратору винтами, выключается рычагом управления дроссельными заслонками (при опущенной педали).

Пусковое устройство обеспечивает пуск холодного двигателя. Устройство состоит из воздушной заслонки над основной камерой, трехплечего рычага привода воздушной заслонки, телескопической тяги, тяги привода дроссельной заслонки и диафрагменного пускового устройства. Рычаг соединен тягой с кнопкой ручного управления, расположенной в салоне автомобиля под панелью приборов.

При вытягивании кнопки трехплечий рычаг, поворачиваясь вокруг оси, через тягу приоткрывает дроссельную заслонку основной камеры. Телескопическая тяга действует на рычаг воздушной заслонки и закрывает ее. Тяга, соединенная с рычагом воздушной заслонки, перемещается по пазу штока и занимает крайнее левое положение. При первых вспышках в цилиндрах двигателя и последующей работе на режиме холостого хода вакуум задроссельного пространства по воздушному каналу передается в полость диафрагменного механизма. Диафрагма, действуя на шток, тягу и рычаг, приоткрывает воздушную заслонку, обеспечивая необходимый состав горючей смеси. Пружина в телескопической тяге позволяет воздушной заслонке принимать промежуточные положения в зависимости от степени вакуума в задроссельном пространстве. По мере прогрева двигателя воздушная заслонка открывается вручную кнопкой из салона автомобиля.

Для обеспечения надежного пуска двигателя необходимо в его цилиндры подавать сильно обогащенную горючую смесь.

С помощью воздушной заслонки регулируют вакуум в смесительной камере карбюратора.

В карбюраторных двигателях применяют карбюраторы и других типов, отличающихся конструкцией, способами компенсации состава смеси и составом вспомогательных устройств, улучшающих характеристики двигателя. В частности, применяется компенсация состава смеси с помощью компенсационного топливного жиклера; вводом добавочного воздуха; регулированием площади поперечного сечения главного жиклера; регулированием проходного сечения диффузоров.

Неполное испарение топлива в карбюраторе вызывает образование топливной пленки на стенках впускного трубопровода. Это приводит к неравномерному распределению топлива по цилиндрам двигателя, снижает его экономичность и мощность, увеличивает токсичность выпускных газов.

Для предотвращения попадания топливной пленки в цилиндры применяется подогрев топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе выпускными газами или нагретой в системе охлаждения двигателя водой. Принимают также и другие меры предотвращения образования топливной пленки.

Кроме рассмотренных вспомогательных устройств, современные карбюраторы оснащены рядом других. Для обеспечения нормального пуска горячего двигателя устанавливают клапаны для перепуска топлива, а также клапаны разбалансировки поплавковой камеры.

Карбюраторы двигателей, работающих в высокогорных условиях, а также авиационных двигателей оборудуют высотными корректорами.

Карбюраторы часто имеют ограничители максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя, автоматические пусковые устройства и системы, обеспечивающие уменьшение выброса двигателем токсичных веществ.

Топливная система двигателя с впрыскиванием топлива

В автомобильных двигателях с принудительным воспламенением применяют также системы с впрыскиванием топлива непосредственно в цилиндр или во впускной трубопровод двигателя. В этом случае вследствие отсутствия карбюратора понижается сопротивление впускной системы, повышается равномерность распределения топлива по цилиндрам и уменьшается неоднородность топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Это позволяет повысить степень сжатия, а следовательно, литровую мощность и экономичность двигателя. В двухтактных двигателях и двигателях с наддувом при такой организации подачи топлива снижаются потери смеси на продувку цилиндров.

Системы впрыскивания бензина более сложны, чем карбюраторные, ввиду наличия большого числа подвижных элементов и малой смазывающей способности бензинов и, кроме того, требуют более квалифицированного обслуживания и эксплуатации.

В настоящее время впрыскивающие топливные системы классифицируют по различным признакам, а именно: по месту подвода топлива (в цилиндры или впускные трубопроводы); по способу подачи топлива (с периодическим и непрерывным впрыскиванием топлива); по типу узлов, дозирующих топливо (с дозирующими плунжерными насосами, дозирующими распределителями клапанного и золотникового типа, дозирующими форсунками с электромагнитным и электронным управлением, системы с регулируемым давлением топлива); по способу регулирования количества смеси (с пневматическим, механическим и электронным регулированием); по основным параметрам регулирования состава смеси (разрежению во впускной системе, углу поворота дроссельной заслонки, часовому расходу воздуха).

Впрыскивание топлива через форсунки позволяет повышать степень сжатия, равномерность распределения топлива по цилиндрам, их наполнение, а следовательно, увеличивать мощность и экономичность двигателя и уменьшать токсичность продуктов сгорания.

На рис. 4 показаны варианты расположения форсунок для впрыскивания бензина. При впрыскивании бензина в цилиндр топливная система по принципу подачи топлива и конструкции элементов аналогична топливной системе дизеля, которая будет рассмотрена ниже. Во впуск-ной трубопровод бензин впрыскивается под низким давлением (0,15…0,2 МПа), что позволяет для создания давления в системе использовать непрецизионные топливные насосы (шестеренные, коловратные).

Для дозирования и распределения топлива по форсункам в этих системах применяют вращающиеся распределители. Золотник распределителя вращается в корпусе. Топливо поступает к распределителю по каналам и затем по каналам — к форсункам. Внутри вращающегося золотника находится плунжер 8, свободно перемещающийся под давлением топлива. Его перемещение ограничено упорами.

Топливо, движущееся под давлением по каналу, перемещает плунжер вправо, вследствие чего топливо из правой полости золотника по каналу подается к первой форсунке. При повороте золотника на 180 ° происходит аналогичное перемещение плунжера в противоположную сторону и впрыскивание топлива через вторую форсунку. Для четырехцилиндрового двигателя цикл необходимо осуществлять каждые 90° поворота золотника. Уменьшение или увеличение подачи топлива в этом распределителе осуществляется изменением положения упоров 7 и 9. Применение дозаторов-рас-пределителей обеспечивает высокую равномерность распределения топлива по форсункам и по циклам.

Для впрыскивания топлива применяют открытые и закрытые форсунки, с клапанным гидравлическим или электромагнитным приводом.

Электромагнитные форсунки, используемые в системах с периодическим впрыскиванием топлива при низком давлении, позволяют применять электронную систему управления топливной системой, что создает условия для оптимизации параметров подачи топлива по большому числу факторов в широком диапазоне режимов работы двигателя.

Применяют непрерывное впрыскивание топлива во впускной трубопровод, периодическое впрыскивание во впускные патрубки каждого цилиндра перед открытием впускных клапанов, а также периодическое групповое впрыскивание одновременно через форсунки нескольких цилиндров.

На рис. 6, в показана схема закрытой форсунки с электромагнитным приводом. Дозирование топлива при применении этих форсунок достигается регулированием длительности импульсов тока, управляющего электромагнитным клапаном форсунки. При постоянной длительности открытия электромагнитного клапана дозирование топлива осуществляется регулированием давления в системе.

Средний диаметр капель топлива обычно не превышает 50 мкм.

На рис. 7 приведена схема топливной системы с электронным управлением для периодического впрыскивания топлива во впускной трубопровод двигателя. Топливо подается в магистраль топливным насосом, в который оно поступает по трубопроводу из топливного бака через фильтр. Постоянное давление топлива в системе (0,2 МПа) поддерживается редукционным клапаном, перепускающим топливо в бак по трубопроводу. Циркуляция топлива в системе позволяет избежать образования паровых пробок.

Из топливной магистрали топливо поступает к форсункам с электромагнитным приводом, установленным в патрубках перед впускными клапанами. При повышении давления в системе выше допустимого (0,25 МПа) топливо перепускается в бак по трубопроводу.

Расход воздуха регулируется дроссельной заслонкой, расположенной во впускной трубе. Электроснабжение электронной системы осуществляется от аккумуляторной батареи и включается замком зажигания. Управляющие импульсы тока подаются на форсунки от электронного блока формирования управляющих импульсов при замыкании контактов датчика частоты вращения и определенных углах поворота коленчатого вала двигателя. Длительность управляющих импульсов корректируется в зависимости от температуры охлаждающей воды (датчик) и температуры поступающего воздуха (датчик).

Экономайзерный эффект достигается применением диафрагменного устройства в датчике, изменяющего характеристику датчика при изменении степени вакуума во впускном трубопроводе. В датчике имеется контактная пара, подающая сигнал отключения подачи топлива при закрытии дроссельной заслонки. Отключение системы происходит также при повышении частоты вращения вала двигателя выше установленной нормы. Для обеспечения устойчивого режима холостого хода двигателя предусмотрено регулирование количества воздуха, поступающего в топливную систему, в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения двигателя. Для этой цели служит регулятор подачи дополнительного воздуха, соединенный с впускной системой каналами. Пусковая электромагнитная форсунка установлена во впускном трубопроводе.