3.1.2. Назначение, общее устройство и принцип действия системы питания бензиновых двигателей.

Общее устройство и работа. В систему питания карбюраторно­го двигателя входят агрегаты (рис. 2), необходимые для хранения и подачи топлива, очистки воздуха и приготовления горючей сме­си, а также выпуска отработавших газов. К системе питания отно­сятся: воздушный фильтр 8, топливный бак 2, фильтр-отстойник (фильтр грубой очистки топлива) 3, бензиновый насос 6, фильтр тон­кой очистки 7, карбюратор 9, выпускной трубопровод 5, глуши­тель 1.

Рис. 15 Агрегаты системы питания карбюраторного двигателя:

1 — глушитель; Z — топливный бак; 3 — фильтр-отстойник; 4 — впускной трубопро­вод; 5 — выпускной трубопровод; 6 — бензонасос; 7 — фильтр тонкой очистки топли­ва; 8 — воздушный фильтр; 9 — карбюратор

Топливо помещается в топливном баке. Он расположен сбоку ав­томобиля на раме или под сиденьем водителя. При работе двигате­ля топливо из топливного бака через фильтр-отстойник подается бензонасосом 6 к карбюратору 9. Одновременно через воздушный фильтр 8 в карбюратор засасывается при такте впуска очищенный воздух. В карбюраторе образуется горючая смесь из воздуха и мел­ких частиц бензина, которая поступает через впускной трубопровод 4 в цилиндры двигателя. Отработавшие газы из цилиндров от­водятся через выпускной трубопровод 5 в приемные трубы, а из них к глушителю 1 и выводятся в атмосферу. Некоторые легковые ав­томобили снабжены инжекторными двигателями с системой впрыс­ка бензина. В цилиндры такого двигателя подается определенная порция мелкораспыленного бензина, а горючая смесь воспламеня­ется искрой.

Карбюраторы. Процесс приготовления горючей смеси из жид­кого топлива с воздухом вне цилиндра двигателя называют карбю­рацией, а прибор, в котором происходит этот процесс, — карбюра­тором.

Простейший карбюра­тор (рис. 3) состоит из поплавко­вой камеры 6, распылителя 13, сме­сительной камеры 15, воздушной 12 и дроссельной 4 заслонок. Топливо подается в поплавковую камеру са­мотеком или насосом из бака. По­плавковая камера соединена со смесительной камерой распылителем, в котором установлен жик­лер 5. Жиклер представляет собой пробку с небольшим калиброван­ным отверстием, через которое в единицу времени проходит опре­деленная порция топлива.

Рис. 16 Схема простейшего карбюратора:

1 — поршень; 2 — впускной клапан; 3 — впускная труба; 4 — дроссельная заслонка; 5 — жиклер; 6 — поплавковая камера; 7 — поплавок; 8 — игольчатый клапан; 9 — топ­ливопровод; 10 — балансировочное отверстие; 11 — воздушный фильтр; 12 — воз­душная заслонка; 13 — распылитель; 14 — диффузор; 15 — смесительная камера

Необходимый уровень топлива в поплавковой камере поддержи­вается поплавком 7 и игольчатым клапаном 8. При наполнении топ­ливом поплавковой камеры поплавок всплывает и через рычажок поднимает игольчатый клапан, который перекрывает отверстие в подводящем топливопроводе 9, прекращая дальнейшее поступление топлива в камеру. Благодаря этому в поплавковой камере и распы­лителе топливо находится на одном уровне.

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 14, 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 2.

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 нагрузочным и скоростным 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 холостом ходе — обогащенную, а при средних нагруз­ках — обедненную. Кроме того, карбюратор должен обеспечивать минимальную токсичность отработавших газов.

Автомобильный карбюраторе отличие от простейше­го более сложный, так как двигатель автомобиля работает в разно образных условиях и режимы его работы часто меняются. На авто­мобильных двигателях устанавливают двухкамерные карбюраторы с падающим потоком (рис. 4). 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 17 частоты вращения коленчатого вала. Между крышкой по­плавковой камеры, ее корпусом и корпусом смесительных камер ус­тановлены уплотнительные картонные прокладки.

Рис. 17 Карбюратор К-135МУ:

1 — клапан; 8,15 — воздушная и дроссельные заслонки; 3,4 — 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; 14,16 — корпуса смесительной и поплавковой камер; 17 — диафрагма.

В корпусе смесительных камер расположены два больших 4 и два малых 3 диффузора, распылители (выведенные в малые диффузо­ры), воздушные и топливные жиклеры. 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 за уровнем топлива и состоянием 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.

Особенность конструкции карбюратора К-135МУ двигателя ЗМЗ-53 — свободный доступ ко всем жиклерам. Они могут быть промыты и продуты без разборки карбюратора.

Для обеспечения необходимого состава горючей смеси на раз­личных режимах работы двигателя автомобильные карбюраторы имеют следующие дозирующие системы: главную, 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.

Главная дозирующая система (рис. 5, 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 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. 5, 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 В и регулировочный винт 9 (для упрощения на рис. 37, б, в и г показан один диффузор). Сильное разрежение, создаваемое под дроссельной заслонкой б, передается через ниж­нее отверстие А и каналы Г и В системы холостого хода в поплавко­вую камеру. Топливо из поплавковой камеры, пройдя через главный 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. 5, в) обеспечивает подачу обогащенной го­рючей смеси при полной нагрузке двигателя. Он состоит из клапа­на /5с пружиной 16, жиклера 17и привода. При открытии дроссель­ной заслонки более чем на 3/4 рычаг 18, закрепленный на ее оси, через тягу 14 перемещает шток 11 привода вниз.

Шток нажимает на клапан 15 экономайзера, и дополнительное топливо поступает из поплавковой камеры через отверстие, откры­тое клапаном 15, и жиклер 17 экономайзера к распылителю 1 глав­ной дозирующей системы карбюратора.

Ускорительный насос (рис. 5, 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.

Рис. 18 Схема дозирующих систем карбюратора:

а — главной; б—холостого хода; в — экономайзера; г — ускорительного насоса; 1 — рас­пылитель; 2,4 - главные воздушный и топливный жиклеры; 3 - поплавковая камера; 5,7 - 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; 18,22 - нагнетательный и обратный клапаны; 20 - распылитель ускорительного насоса; 21 — шток; 23 - поршень; А, Б — отверстия; В, Г — каналы: Д — колодец; — воздух; - топливо; горючая смесь

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.

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 (см. рис. 5) 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 (напри­мер, при прогреве двигателя, фиксируя требуемую частоту враще­ния коленчатого вала) и ножной педалью, которая возвращается в исходное положение пружиной.

Карбюратор К-90 (рис. 6) установлен на двигателе ЗИЛ-508. Основное отличие карбюратора К-90 — это установленные в кана­лы системы холостого хода два электромагнитных клапана 11и контакты 17 датчика положения дроссельных заслонок, которые вхо­дят в систему автоматического управления экономайзером прину­дительного холостого хода (САУ ЭПХХ). Система состоит из элект­ронного блока управления, датчиков: частоты вращения коленчато­го вала; температуры охлаждающей жидкости; углового положения дроссельных заслонок и двух электромагнитных клапанов.

Рис. 19 Карбюратор К-90:

1 — сетчатый фильтр; 2 — поплавковая камера; 3 — малый диффузор; 4 — форсунка ускорительного насоса; 5 — воздушная заслонка; 6 — толкатель экономайзера; 7 — поршень ускорительного насоса; 8 — клапан экономайзера; 9 — рычаг, действу­ющий на экономайзер и ускорительный насос; 10 — нагнетательный клапан ускори­тельного насоса; 11 — электромагнитный клапан САУ ЭПХХ; 12 — регулировочный винт холостого хода; 13 — дроссельная заслонка; 14 — главный топливный жиклер; 15 — ось дроссельных заслонок; 1 в, 17 — контакты углового положения дроссель­ных заслонок

Электронный блок управления установлен на правой боковине кабины. В него поступают электрические сигналы от упомянутых ранее датчиков, в соответствии с которыми он выдает команду на включение электромагнитных клапанов.

В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала исполь­зуют систему зажигания, а именно, вывод «К» добавочного резис­тора катушки зажигания.

Датчик углового положения дроссельных заслонок представля­ет собой контактный электрический выключатель, установленный под упорным винтом дроссельных заслонок карбюратора. Датчик посылает электрический сигнал в блок управления при закрытом по­ложении дроссельных заслонок, когда контакты замкнуты. Систе­ма включается в работу только при прогреве двигателя выше 60 "С, что контролируется датчиком температуры.

Система управления экономайзером (САУ ЭПХХ) работает сле­дующим образом. В режиме принудительного холостого хода (при торможении двигателем), когда педаль управления дроссельными заслонками отпущена и дроссельные заслонки карбюратора полно­стью закрыты, температура охлаждающей жидкости выше 60 ^оС, а частота вращения коленчатого вала более 1300 в мин, блок управ­ления включает электромагнитные клапаны, которые закрывают каналы системы холостого хода карбюратора, и подача (процесс сгорания) топлива прекращается.

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала до 1000 мин^-1 и менее при отпущенной педали управления дроссель­ными заслонками блок управления выключает электромагнитные клапаны, и подача топлива возобновляется. Повторное включение электромагнитных клапанов возможно только после нажатия на педаль управления дроссельными заслонками.

На всех режимах, кроме принудительного холостого хода, сис­тема не влияет на работу двигателя.

Система рециркуляции отработавших газов (СРОГ) (рис. 7) осу­ществляется на двигателе некоторых автомобилей (например, ГАЗ-3307), прогретом 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 1 по трубке 2 в впускной тракт через специальную проставку 4 под карбюратором 5. Управ­ление работой СРОГ осуществляется разрежением, передаваемым из корпуса дроссельных заслонок через шланг 3, термовакуумный включатель 7 и шланг 6 на клапан рециркуляции 8. При эксплуата­ции автомобиля с неисправной СРОГ возможны неустойчивая ра­бота двигателя на холостом ходу, перерасход топлива и повышен­ный выброс токсичных веществ.

Рис. 20 Схема рециркуляции отработавших газов:

1 — выпускной коллектор; 8 — трубка рециркуляции; 3 — шланг; 4 — проставка ре­циркуляции; 5 — карбюратор; 6 — шланг от термовакуумного включателя к клапану рециркуляции; 7 — термовакуумный включатель; 8 — клапан рециркуляции; 9 — шток клапана рециркуляции; 10 — диафрагма; А — канал в впускной тракт

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. Ограничитель (рис. 8) состоит их двух механизмов: центробежного датчика и ис­полнительного механизма с диафрагменным приводом, располо­женным в карбюраторе.

Рис. 21 Схема ограничителя частоты вращения:

1— регулировочный винт; 2 — вал; 3 — пружина; 4 — клапан с седлом; 5 — ротор; 6 — шток; 7 — двуплечий ры­чаг; 8 — кулачковая муфта; 9 — дрос­сельная заслонка; 10 — жиклеры; 11 - пружина; 12- диафрагма; А, Б — полости диафрагмы; В — отвер­стие седла, соединенное с атмосферой

Центробежный датчик установлен на крышке распределитель­ных шестерен. Он включает в себя ротор 5, вал 2 которого получает

вращение от распредели­тельного вала. В корпус рото­ра помещен клапан 4. Он от­тягивается от отверстия В седла пружиной 3.

Исполнительный меха­низм состоит из диафрагмы, которая штоком 6 соединена с концом двуплечего рыча­га 7. Другой конец рычага связан с пружиной 11 огра­ничителя. Двуплечий рычаг укреплен на оси дроссель­ных заслонок 9. Их привод снабжен специальной кулач­ковой муфтой 8, с помощью которой дроссельные зас­лонки закрываются и откры­ваются под действием испол­нительного механизма неза­висимо от положения нож­ной педали (акселератора).

При максимальной часто­те вращения коленчатого ва­ла пружина 11 удерживает диафрагму 12 в положении, соответствующем открытию дроссель­ных заслонок, как показано на рисунке. В этом случае полость Б (над диафрагмой) соединена через трубки и датчик с отверстием В, т. е. с атмосферой. С атмосферой связана и полость А (под диафрагмой).

При частоте вращения коленчатого вала до 53,3 с ~1 (максималь­ной) центробежной силы клапана 4 недостаточно, чтобы преодолеть усилие пружины 3, и клапан остается открытым. При увеличении частоты вращения коленчатого вала клапан 4 под действием цент­робежной силы, преодолев сопротивление пружины 3, перемеща­ется к седлу и, закрыв отверстие В, прерывает сообщение полостей. Благодаря этому разрежение над диафрагмой, передаваемое от ка­меры карбюратора по каналам, увеличивается. Если частота враще­ния коленчатого вала достигнет предельного значения, то разреже­ние становится настолько большим, что в результате разницы дав­лений в полостях А и Б диафрагма перемещается вверх. Она пре­одолевает сопротивление пружины 11 ограничителя и через шток 6 и двуплечий рычаг 7 прикрывает дроссельные заслонки на опреде­ленный угол, уменьшая частоту вращения коленчатого вала.

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