Автомобили и тракторы

Процесс приготовления топливовоздушной смеси вне цилиндров двигателя методом пульверизации называют карбюрацией, а прибор, в котором этот процесс осуществляется, – карбюратором.

Простейший карбюратор (рис. 2.17, а) состоит из поплавковой камеры 9 с поплавком 10, игольчатого клапана 11, жиклера 8 с распылителем 5, диффузора 4, воздушной 3 и дроссельной 6 заслонок, смесительной камеры 7. Поплавковая камера, поплавок и запорная игла необходимы для поддержания постоянного уровня топлива в поплавковой камере и распылителе. Через отверстие 2 поплавковая камера сообщается с окружающей средой. Жиклер 8 представляет собой калиброванное отверстие в пробке, трубке или канале. В карбюраторах он предназначен для дозирования топлива, воздуха или эмульсии (топлива, насыщенного пузырьками воздуха).

Рис. 2.17. Схема работы простейшего карбюратора: 1 – топливопровод; 2 – отверстие в поплавковой камере; 3 – воздушная заслонка; 4 – диффузор; 5 – распылитель;

6 – дроссельная заслонка; 7 – смесительная камера; 8 – жиклер; 9 – поплавковая камера; 10 – поплавок; 11 – игольчатый клапан

61

Диффузор 4 – это участок патрубка карбюратора с постепенно уменьшающимся, а затем увеличивающимся диаметром. Распылитель 5 – это трубка для распыления топлива, соединяющая поплавковую камеру с диффузором.

Воздушная заслонка 3 – круглая или овальная металлическая пластинка, закрепленная на оси. Открывая и закрывая ее, можно уменьшить или увеличить площадь проходного сечения впускного трубопровода, а следовательно, изменить количество воздуха, поступающего в диффузор 4, т. е. качество топливовоздушной смеси. Дроссельная заслонка 6 имеет такую же форму, как и воздушная. Смесительной камерой 7 называют участок трубы карбюратора от самой узкой части (горловины) диффузора 4 до оси дроссельной заслонки 6.

Топливо из бака по топливопроводу 1 поступает в поплавковую камеру 9, заполняя ее. Когда топливо в поплавковой камере достигнет определенного уровня, поплавок 10 прижмет игольчатый клапан 11 к седлу и поступление топлива прекратится. При понижении уровня поплавок опустится и игольчатый клапан вновь откроет доступ топливу в поплавковую камеру.

Из поплавковой камеры топливо через жиклер 8 поступает в распылитель 5, выходное отверстие которого находится в горловине диффузора 4. Чтобы топливо не вытекало из распылителя при неработающем двигателе, выходное отверстие распылителя расположено на 1–2 мм выше уровня топлива в поплавковой камере. Во время такта впуска при открытых воздушной 3 и дроссельной 6 заслонках разрежение из цилиндра передается в смесительную камеру 7 и вызывает движение воздуха в направлении, указанном стрелками. Разрежение в смесительной камере можно регулировать дроссельной 6 и воздушной 3 заслонками.

Воздух, всасываемый в цилиндр двигателя, проходит при открытой воздушной заслонке 3 через патрубок и диффузор 4. Так как проходное поперечное сечение в горловине диффузора уменьшается, скорость воздуха в ней возрастает и разрежение увеличивается. Вследствие разницы между атмосферным давлением в поплавковой камере и разрежением в диффузоре топливо фонтанирует из распылителя 5. Поток воздуха движется через диффузор со скоростью, примерно в 25 раз большей скорости топлива из распылителя. Поэтому топливо распыляется на мелкие капли и, смешиваясь с воздухом, образует топ-

62

ливовоздушную смесь, которая поступает в цилиндр двигателя. Чтобы увеличить скорость воздуха в зоне устья распылителя 5, во многих карбюраторах устанавливают два диффузора: большой и малый.

Причем входное отверстие малого диффузора размещают в горловине большого. В результате распыления поверхность соприкосновения капель топлива с воздухом увеличивается и оно интенсивно испаряется.

Приготовленная карбюратором топливовоздушная смесь неоднородна. Для обеспечения более полного испарения топлива впускной трубопровод обычно подогревают отработавшими газами и охлаждающей жидкостью.

Загрязнение воздухоочистителя сопровождается увеличением разрежения в диффузоре, а следовательно и расходом топлива через жиклер 8. Для устранения этого недостатка поплавковую камеру часто соединяют не с окружающей средой, а с входным патрубком карбюратора. Такую поплавковую камеру называют балансированной (уравновешенной). По направлению потока воздуха и топливовоздушной смеси различают карбюраторы с падающим потоком, в которых смесь движется сверху вниз (падает), и с горизонтальным потоком.

В зависимости от числа смесительных камер (главных воздушных трактов) карбюраторы делят на одно- и многокамерные. Многокамер-

ные карбюраторы бывают с параллельным (одновременным) и последовательным (разновременным) открытиемдроссельных заслонок.

Карбюраторный двигатель работает на следующих основных режимах: пуск; холостой ход и малые нагрузки; средние нагрузки; полная нагрузка. Для получения наиболее эффективной работы двигателя на каждом режиме очень важно, чтобы горючая смесь к моменту ее воспламенения электрической искрой была по составу наивыгоднейшей. Горючая смесь должна быть однородной, а топливо в ней должно находиться в парообразном состоянии.

Заданный скоростной режим двигателя поддерживается специ-

альным механизмом – регулятором частоты вращения, который при непостоянной нагрузке автоматически изменяет положение рейки ТНВД или открытие дроссельной заслонки карбюратора.

По числу регулируемых режимов различают одно-, двух- и всережимные регуляторы. В автотракторных дизелях наибольшее распространение нашел всережимный регулятор с центробежным чувствительным элементом.

63

Могут использоваться также пневматические, гидравлические

иэлектрические чувствительные элементы (тогда такие автоматические регуляторы называют пневматическими, гидравлическими

иэлектрическими (электронными)). В пневматических регуляторах, действующих на рейку ТНВД или дроссельную заслонку карбюратора, использованы скоростной напор или разрежение во впускном трубопроводе двигателя, а в центробежных – центробежная сила вращающихся масс (грузов). Пневмоцентробежный регулятор со-

стоит из двух механизмов: центробежного и исполнительного с диафрагменным приводом, воздействующим на дроссельную заслонку карбюратора. Электронные регуляторы позволяют осуществлять более гибкое и эффективное регулирование частоты вращения. При этом наибольший эффект использования электронного регулятора достигается, когда он вместе с топливной системой с электронным управлением встраивается в микропроцессорную систему управления дизелем и является, следовательно, частью этой системы.

В свою очередь, всережимные регуляторы более универсальны. Их способность автоматически поддерживать заданную частоту вращения коленчатого вала двигателя удобна в управлении автомобилем и работой вспомогательных агрегатов автомобиля (подъемник самосвала, автопогрузчик и т. д.). Особенно эффективен всережимный регулятор на дизелях тракторов и дорожных машин.

Всережимные регуляторы в основном сохраняют преимущества двухрежимного регулятора по топливной экономичности и дымности. В то же время устраняется основной недостаток двухрежимного регулятора – менее устойчивая работа дизеля в диапазоне между зонами центробежного регулирования.

Для обеспечения требуемого коэффициента запаса крутящего момента регулятор дополняется прямым корректором.

У современных регуляторов степень нечувствительности составляет 0,025–0,030. Уменьшенная чувствительность регулятора приводит к увеличению максимальной частоты вращения, интенсивному изнашиванию деталей двигателя и перерасходу топлива. Повышенная чувствительность сопровождается износом регулирующего механизма и связанных с ним деталей насоса.

Основными преимуществами систем впрыскивания бензина являются: раздельное дозирование воздуха и топлива, в результате чего одной и той же подаче воздуха может соответствовать разная

64

подача бензина; точное дозирование топлива на всех эксплуатационных режимах с учетом многих факторов; хорошая приспособленность системы к диагностике и объединению с другими системами управления двигателем (например, зажиганием, наддувом и т. п.); улучшение экономических, мощностных и экологических показателей двигателя. Впрыскивание бензина может быть распределенным,

центральным непосредственным (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Схемы систем впрыскивания бензина:

а – распределенное впрыскивание; б – центральное впрыскивание; в – непосредственное впрыскивание в цилиндр;

1 – подвод топлива; 2 – подвод воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 – впускной трубопровод; 5 – коллектор подвода топлива к форсункам;

6 – форсунка; 7 – головка цилиндров

Система распределенного впрыскивания. К основным преиму-

ществам распределенного впрыскивания относятся: короткий путь струи бензина от форсунки до цилиндра, что способствует уменьшению количества топливной пленки и улучшению разгона автомобиля; повышение коэффициента наполнения вследствие отсутствия подогрева впускного трубопровода, снижения гидравлического сопротивления впускного тракта из-за отсутствия карбюратора и использования хороших возможностей для применения динамического наддува; увеличение степени сжатия на 0,5–1,5 единицы вследствие отсутствия подогрева впускного трубопровода и испарения бензина, главным образом, в цилиндре; системы распределенного впрыскивания хорошо сочетаются с системами наддува.

Распределенное впрыскивание уступает карбюраторным по стоимости, сложности устройства и простоте обслуживания при эксплуатации.

65

По совокупности всех своих свойств системы распределенного впрыскивания получили преимущественное применение на новых ДВС с искровым зажиганием.

При электронном управлении впрыском главным командным параметром для программного управления цикловой подачей служит сигнал измерителя массового расхода воздуха и датчика частоты вращения коленчатого вала. Эти сигналы обрабатываются ЭБУ, который, в соответствии с заложенной в нем программой, выдает электрические импульсы, управляющие соленоидным клапанами электромагнитных форсунок. Эти импульсы имеют различную длительность на каждом режиме работы двигателя.

Топливо подводится к корпусу 1 форсунки по шлангу через фильтр 9 (рис. 2.19). В корпусе форсунки размещены клапан 4 с распыливающим наконечником 5 (штифтом), быстродействующий электромагнит 2, концы обмотки которого выведены наружу через изолированные от корпуса контакты 8.

Перемещение клапана ограничивается дистанционным кольцом 3. Однако клапан открывается и закрывается не одновременно с началом и окончанием поступления управляющего импульса, а с некоторым запаздыванием. Время срабатывания (запаздывания открытия)

ивремя отпускания (запаздывания закрытия) зависят от конструкции форсунки, в первую очередь от материала магнитопровода, массы подвижных деталей и т. п. Чем короче время отпускания, тем выше быстродействие форсунки и меньше погрешности дозирования топлива. Разброс цикловых подач у одного комплекта форсунок может достигать ±4,0 % на малых подачах и ±1,5 % – на больших.

При установке форсунки во впускном трубопроводе, т. е. на большом расстоянии от клапана, угол факела топлива равен 15–25°, а при установке форсунки в головке блока цилиндров вблизи кла-

пана – 25–45°.

Топливный насос. Давление бензина в системе обеспечивает насос с электроприводом. Этот насос и электромотор размещаются в едином герметичном корпусе и погружаются в бензин, находящийся в топливном баке. Так решается проблема отвода теплоты, выделяющейся в электромоторе, снижается шум при работе насоса

игарантируется подача бензина на вход насоса. Топливный насос может располагаться и вне топливного бака. Когда электромагнит обесточен, то пружиной 6 клапан прижимается к седлу. Клапан от-

66

крывается примерно на 0,1 мм, когда на контакты форсунки подается управляющий электрический импульс и магнит 7 втягивает клапан 4, объединенный с штифтом 5.

Рис. 2.19. Схема электрогидравлической форсунки:

1 – корпус; 2 – электромагнит; 3 – дистанционное кольцо; 4 – клапан; 5 – распыливающий штифт; 6 – пружина; 7 – магнит;

8 – контактная группа; 9 – фильтр

Электрический привод позволяет создавать давление в системе при неработающем ДВС, а обратный клапан сохраняет в системе остаточное давление после выключения насоса. Это обеспечивает надежный пуск в условиях высокой температуры окружающей среды.

Регулятор перепада давления топлива. Регулятор через штуцера сообщается с впускным трубопроводом, форсунками и обеспечивает требуемый перепад давления топлива с погрешностью ±1–2 %.

67

Постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном трубопроводе составляет 200–400 кПа.

Системы центрального впрыскивания (моновпрыск) проще, надеж-

нее и дешевле распределенного впрыскивания, поэтому они находят применение на более дешевых автомобилях. Форсунки, например, менее подвержены закоксовыванию, а низкое давление в системе (100–150 кПа) позволяет применять бензонасосы турбинного типа с большим ресурсом.

Вместе с тем системы центрального впрыскивания не могут обеспечить показателей распределенного впрыскивания. Это объясняется наличием пленки топлива на стенках впускного трубопровода и обусловленной этим неравномерностью составов смеси по цилиндрам. Работа двигателя на режимах разгона ухудшается из-за значительного расстояния между форсункой и впускными клапанами. Сложнее достичь динамического наддува, т. к. гидравлическое сопротивление впускной системы увеличивается из-за размещения

вней форсунки относительно больших размеров.

2.4.Система питания двигателей

сгазовым оборудованием

Всистемах питания автомобильных двигателей может использоваться сжиженный нефтяной газ и сжатый природный газ. Сжатым

называют газ, который при температуре 15–20 °С и давлении до 20 МПа сохраняет газообразное состояние. Для двигателей, работающих на сжатом газе, широко используют природный газ. Сжиженными называют газы, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при давлении 1,6 МПа и температуре до 50 °С. Двигатели, работающие на сжатом (ЗМЗ-53-27) и сжиженном (ЗМЗ- 53-19) газах, устанавливают на автомобилях ГАЗ-53-12. На сжиженном газе работает также двигатель автомобиля ЗИЛ-4318.

Система питания карбюраторного двигателя, работающего на сжатом газе схематично показана на рис. 2.20. Из стальных баллонов 1 сжатый газ проходит под большим давлением по газопроводу 2 через расходный клапан (вентиль) 5, подогреватель 17, вентиль 6 и фильтр 9 в редуктор 10. Подогрев газа необходим, чтобы влага, выделяющаяся при снижении давления газа, не превращалась в лед. В двухступенчатом редукторе 10 давление газа снижается до 0,1 МПа,

68

и он через дозирующее устройство 11 по газопроводу 12 поступает в карбюратор-смеситель 13, где образуется горючая смесь. Давление газа в баллонах контролируют по показаниям манометра 7, а в первой ступени редуктора – с помощью манометра 8. Трубка 14 соединяет разгрузочные устройства редуктора с впускным трубопроводом 15 двигателя. Баллоны 1 наполняют через вентиль 3.

Рис. 2.20. Схема питания карбюраторного двигателя, работающего на сжатом газе:

1 – газовые баллоны; 2, 12 – газопроводы соответственно высокого

инизкогодавления; 3, 5, 6 – соответственно наполнительный, расходный и магистральный вентили; 4 – топливный бак;

7, 8 – манометры соответственно высокого и низкого давления; 9 – газовый фильтр; 10 – газовый двухступенчатый редуктор; 11 – дозатор; 13 – карбюратор-смеситель; 14 – трубка;

15 – трубопровод; 16 – фильтр-отстойник; 17 – подогреватель; 18 – топливный насос; 19 – топливопровод; 20 – двигатель

Система питания карбюраторного двигателя, работающего на сжиженном газе имеет один баллон 12 (рис. 2.21), который заполняют через наполнительный 15 и контрольный 14 вентили. Для отбора из баллона 12 газа в жидкой фазе служит расходный вентиль 17. По указателю 16 контролируют количество сжиженного газа в баллоне. Из баллона 12 жидкость при открытом вентиле 17 и включенном электромагнитном клапане 10 поступает в испаритель 6, который подогревается водой из системы охлаждения. Сжиженный газ испаряется и через двухступенчатый редуктор 5, в котором его давление снижает-

69

ся до 0,1 МПа, и газопровод поступает в карбюраторный смеситель 2. Работу редуктора 5 контролируют с помощью манометра 11.

Рис. 2.21. Схема питания карбюраторного двигателя, работающего на сжиженном газе:

1 – двигатель; 2 – карбюратор-смеситель; 3 – электромагнитный клапан, установленный на фильтре отстойнике; 4 – топливный бак;

5 – газовый редуктор; 6 – испаритель газа; 7, 8, 9 – штуцеры соответственно для подвода, отвода и слива воды;

10 – электромагнитный клапан с фильтром для газа; 11 – манометр; 12 – баллон сжиженного газа; 13 – предохранительный клапан; 14, 15 – соответственно контрольный и наполнительный вентили; 16 – указатель уровня газа;

17, 18 – соответственно жидкостный (расходный) и паровой вентили

Система впрыска сжатого природного газа. Система питания двигателя, работающего на сжатом природном газе (рис. 2.22), состоит из следующих основных контуров: контур высокого давления (заправочный штуцер, трубопроводы, баллоны); область перехода

70