3.2. Главная дозирующая система

Главная дозирующая система предназначена для подачи топлива в основном диапазоне режимов, т.е. на всех установившихся режимах, кроме максимальной нагрузки (полного дросселя) и холостого хода. Для этих режимов требуется состав смеси, близкий к стехиометрическому (слегка обедненный), и увеличение обеднения с ростом разрежения. Иными словами, требуется уменьшать подачу топлива по отношению к характеристике элементарного карбюратора, т.е. компенсировать последнюю. Соответственно способы воздействия на характеристику называютсякомпенсацией.

Наиболее распространенный вариант - компенсация за счет разрежения у жиклера. Карбюраторы с главной дозирующей системой, действующей по этому принципу, называют также эмульсионными.

Схема карбюратора показана на рис.34. Наряду с диффузором 1, распылителем 2, главным жиклером 3 и поплавковой камерой 4, он содержит компенсационный колодец 5 с воздушным жиклером 6. В зависимости от разрежения в диффузоре можно выделить три режима работы карбюратора.

1. Разрежение в диффузоре меньше, чем гидростатическое давление, соответствующее разности уровней среза распылителя и поплавковой камеры, Dр_д < Dhr_тg . Расхода топлива нет. Уровни топлива в компенсационном колодце и поплавковой камере одинаковы.

2. Dhr_тg < Dр_д<(H+Dh)r_тg. Под действием разрежения в диффузоре топливо вытекает через распылитель. Уровень в компенсационном колодце понижается соответственно росту разрежения, но остается выше уровня главного жиклера, поэтому давление воздуха в колодце остается неизменным. Расход топлива через главный жиклер подчиняется той же закономерности, что и для элементарного карбюратора, как и зависимость коэффициента избытка воздуха от разрежения в диффузоре.

3. Разрежение в диффузоре достаточно, чтобы "высосать" топливо из компенсационного колодца: Dр_д > (H + Dh)r_тg . Через воздушный жиклер и колодец в распылитель поступает воздух, образующий уже в канале распылителя топливо-воздушную эмульсию (отсюда и название "эмульсионный карбюратор"). Это способствует лучшему распыливанию и испарению топлива. В колодце устанавливается разрежение, определяемое сопротивлением воздушного жиклера потоку воздуха, протекающему через колодец. Расход воздуха через распылитель (равный расходу через воздушный жиклер) определяется эффективным сечением распылителя и перепадом давлений между компенсационным колодцем и диффузором. Следует иметь в виду, что в этом режиме движется не воздух, а эмульсия, имеющая существенно иные физические свойства. Однако для упрощенного анализа предполагают, что наличие топлива в распылителе не влияет на характер движения воздуха, так что его расход:

.

С другой стороны, расход воздуха через воздушный жиклер

,

где Dp_кл - разрежение в компенсационном колодце.

Из равенства расходов воздуха через распылитель и воздушный жиклер следует

,

откуда

Dр_кл = kDp_д , где k = 1/[1 + (m_вf_в/m_рf_р)²] .

Иными словами, разрежение в компенсационном колодце пропорционально разрежению в диффузоре и меньше его, причем коэффициент пропорциональности можно подбирать, изменяя сечение воздушного жиклера.

Расход топлива через главный жиклер определяется гидростатическим давлением в поплавковой камере перед жиклером и разрежением в компенсационном колодце:

,

откуда коэффициент избытка воздуха (в предположении, что дополнительное количество воздуха, поступающее через воздушный жиклер, незначительно):

.

Соответствующие графики представлены на рис.35. Геометрические характеристики элементов карбюратора подбираются так, чтобы на рабочие режимы двигателя приходился участок характеристики карбюратора, соответствующий обеднению смеси с ростом расхода воздуха. Абсолютная величина коэффициента избытка воздуха и степень обеднения могут регулироваться подбором сечений главного и воздушного жиклеров.

Аналогичный результат может быть получен в схеме с компенсационным жиклером (рис.36). Здесь топливо подается в диффузор через два параллельных распылителя 5 и 4, соединенных с поплавковой камерой двумя жиклерами: главным 1 и компенсационным 2. У выхода компенсационного жиклера располагается компенсационный колодец 3. Если разрежение в диффузоре превышает величину р_дп = H + Dhr_тg, компенсационный колодец опорожняется, и давление у выхода компенсационного жиклера равно давлению воздуха на входе карбюратора, а следовательно, истечение топлива через компенсационный жиклер происходит только под действием гидростатического давления в поплавковой камере. Тогда расход топлива через этот жиклер не зависит от разрежения в диффузоре

G_тк = m_жк f_жкr_т,

а коэффициент избытка воздуха, соответствующий этой части подаваемого топлива, растет пропорционально расходу воздуха.

Для второй части системы, действующей как элементарный карбюратор, коэффициент избытка воздуха уменьшается. В совокупности подбором сечений жиклеров можно получить характеристику изменения a, близкую к желательной (рис. 37).

Принципиально другой подход к компенсации состава смеси реализуется в карбюраторах с регулируемым разрежением в диффузоре. При этом топливоподающая часть главной дозирующей системы сохраняет схему элементарного карбюратора, в воздушном же тракте предусматривается устройство, благодаря которому разрежение в диффузоре растет не пропорционально квадрату расхода воздуха, а менее интенсивно. Соответственно медленнее растет расход топлива, а коэффициент избытка воздуха меняется в направлении обеднения при увеличении открытия дросселя. Осуществить это можно двумя способами: пропуском части воздушного потока в обход диффузора или изменением сечения самого диффузора.

В первом случае в воздушном канале карбюратора вокруг диффузора предусматриваются обходные каналы, прикрытые упругими пластинами или клапаном (рис.38,а,б,в). При некотором значении расхода воздуха, соответствующем разрежению Dр_дн, скоростной напор равен упругой силе пластин. При дальнейшем увеличении расхода пластины отжимаются и часть воздуха идет мимо диффузора. Характеристика такого карбюратора показана на рис.39, где точка Н соответствует началу открывания обходного канала, а точка П - полному его открытию. При закрытом и при полностью открытом канале изменение коэффициента избытка воздуха соответствует характеристике элементарного карбюратора, т.е. смесь обогащается. При промежуточных открытиях дросселя увеличивающийся перепуск воздуха приводит к некоторому обеднению смеси. Во втором варианте (см. рис.38,г) канал диффузора образуют подвижные подпружиненные крылья, которые раздвигаются с увеличением расхода воздуха, замедляя рост разрежения.

Отметим, что обогащение смеси при полностью открытом канале диффузора или перепускного отверстия отвечает требованию к составу смеси на режиме полной мощности.

Требуемый характер изменения состава смеси в зависимости от режима работы можно также обеспечить за счет изменения сечения жиклера. Этот принцип применяется, в частности, в карбюраторах некоторых мотоциклетных двигателей. Как показывает схема на рис.40, топливный жиклер прикрывается иглой, движение которой, а следовательно, и сечение жиклера связывается с открытием дроссельной заслонки. Связь иглы с дросселем может быть механической, пневматической (зависимой от разрежения) и пневмомеханической (по разрежению и положению дроссельной заслонки). За счет подбора кинематики этой связи и профиля иглы можно обеспечить практически любой вид характеристики карбюратора.

Комбинация обоих принципов, т.е. регулируемое сечение как диффузора, так и жиклера, применяется в так называемом карбюраторе с постоянным разрежением в диффузоре (рис.41). Карбюратор располагается горизонтально. Поплавковая камера 8 находится в нижней его части вокруг распылителя 7, так что уровень топлива, определяющий гидростатическое давление у входа в распылитель, мало зависит от наклона карбюратора. Диффузор образуется стенками корпуса карбюратора и торцевой плоскостью поршня 4, который в верхней части соединен с диафрагмой 2. Выше диафрагмы находится полость, соединенная отверстием в поршне и каналом внутри поршня с диффузором. Давление в полости под диафрагмой равно давлению на входе карбюратора. Таким образом, на диафрагму действует вверх усилие

P = Dp_д(F - F_п) ,

где Dр_д - разрежение в диффузоре, а F и F_п - соответственно площади мембраны и поршня.

Это усилие уравновешивается поршнем и пружиной 3; при малой жесткости пружины оно может считаться постоянным. Благодаря чему разрежение в диффузоре также будет постоянным, т.е. поршень будет занимать положение, поддерживающее постоянное разрежение при любом расходе воздуха. При этом положение поршня является показателем расхода воздуха. С поршнем соединена коническая игла 5; кольцевой зазор между иглой и стенками распылителя образует жиклер переменного сечения. При постоянном разрежении в диффузоре расход топлива пропорционален сечению этого жиклера. Профилирование иглы позволяет в принципе получить любую заданную характеристику изменения подачи топлива и, соответственно, коэффициента избытка воздуха в зависимости от нагрузки двигателя. Так, игла в виде конуса с диаметром основания, равным диаметру распылителя, и высотой, на 10% превышающей ход поршня, позволяет изменять коэффициент избытка воздуха от 0,6 до 1,1. Обогащение смеси на режимах, близких к максимальной мощности, осуществляется при подъеме поршня до ограничителя; дальнейший рост разрежения вызывает обогащение смеси, как в элементарном карбюраторе. Валик 9 и амортизатор 1 обеспечивают необходимые характеристики при пуске и разгоне.