Основні теоретичні відомості

Паливна система займає важливе місце в устрої двигуна внутрішнього згоряння, і в значній мірі визначає його працездатність, економічність та характеристики. Принципово паливні системи бу­вають двох типів: із зовнішнім сумішоутворенням (карбюраторні двигуни) та з внутрішнім (двигуни з агрегатами безпосереднього вприскування).

Незалежно від типу паливної системи загальні вимоги, які до них висувають, ідентичні і полягають у наступному:

а) кількість надходження палива у циліндр повинна суворо дозуватися у відповідності з кількістю надходження у циліндр повітря; причому задана або потрібна якість суміші, яка оцінюється ко­ефіцієнтом надлишку повітря (α), повинна суворо витримуватись у широкому діапазоні зміни режимів роботи двигуна;

б) організація подачі палива повинна забезпечувати його повне випарування до моменту запалення паливоповітряної суміші. У разі невиконання цієї вимоги двигун працює з підвищеною витратою палива та низькою економічністю;

в) паливна система повинна забезпечувати рівномірний розподіл палива по циліндрах,

г) паливна система повинна забезпечувати легкий та надійний запуск; двигун повинен безперебійно працювати у будь-яких атмосферних умовах та мати хорошу прийомістість (тобто стійко працювати при різкому відкритті дросельної заслінки);

д) агрегати паливної системи повинні бути технологічні у виробництві та експлуатації; мати прийнятні габаритні розміри та регулювальні ланки.

У загальному випадку паливні системи із зовнішнім сумішоутворенням, як правило, обладнують спеціальними сумішеутворюючими агрегатами, які мають назву карбюратори; паливні си­стеми із внутрішнім сумішоутворенням обладнують агрегатами безпосереднього вприскування, які дозують і вводять в циліндр необхідну порцію палива. Цими агрегатами (або помпами високого тиску) обладнані всі дизелі, а також деякі бензинові двигуни - частіше авіаційні.

Карбюратор призначений для приготування запальної суміші певного складу у відповідності до режиму роботи двигуна.

На більшості сучасних двигунів встановлені багатокамерні карбюратори з падаючим потоком і збалансованими поплавковими камерами.

Застосування замість однокамерних карбюраторів багатокамерних, що мають дві або чотири змішувальні камери, які об'єднані в загальному корпусі, дозволяє підвищити потужність двигунів внаслідок кращого дозування і розподілу пальної суміші по циліндрах. Змішувальні камери в двокамерних карбюраторах можуть працювати одночасно. Такі карбюратори називаються карбюраторами з паралельним включенням камер. Паралельно включені камери мають однакову будову. У інших двокамерних карбюраторах спочатку включається в роботу одна, так звана основна (або первинна камера), а при збільшенні навантаження підключається друга, додаткова (або вторинна камера). Ці карбюратори називаються карбюраторами з послідовним включенням камер. Чотирикамерні карбюратори являють собою блок спарених двокамерних карбюраторів з послідовним включенням камер.

Карбюратори з падаючим потоком на відміну від карбюраторів з висхідним і горизонтальним потоками забезпечують кращий розподіл пальної суміші по циліндрах і більш зручні для обслуговування.

Збалансовані (урівноважені) поплавкові камери, тобто ті які сполучені не безпосередньо з атмосферою, а з верхнім патрубком карбюратора, забезпечують приготування пальної суміші, що не залежить по своєму складу від величини засмічення повітряного фільтра.

Сумішеутворюючий пристрій карбюратора має вхідний повітряний патрубок, дифузор, змішувальну камеру, дросельну заслінку, вихідний патрубок. Вихідний патрубок як правило закінчується фланцем, яким карбюратор кріпиться до впускного трубопроводу двигуна. Завдяки дифузору покращуються умови розпилювання палива, тому що під час роботи двигуна в самому вузькому місці (перерізі) дифузора створюється максимальна швидкість повітряного потоку. В цьому місці встановлюють розпилювач, який являє собою трубку, що виведена в дифузор. Через розпилювач відбувається витікання і розпилювання палива.

На вхідному патрубку встановлюють шланг для підводу повітря або безпосередньо повітряний фільтр. Дифузор являється місцевим зменшенням перерізу сумішеутворюючого пристрою. Найпростіший карбюратор (рис.7.1) складається з 2-х основних частин: сумішеутворюючого пристрою 9 і поплавкової камери 1. В сумішеутворюючому пристрої відбувається приготування пальної суміші, а поплавкова камера являється резервуаром, звідки подається паливо для змішування з повітрям. У поплавковій камері розташований поплавковий механізм, який складається з поплавка 2 і голчатого клапана 3. Поплавок закріплений шарнірно на стінці поплавкової камери. На важіль поплавка опирається запірна голка голчатого клапана.

Під час подачі палива через вхідний штуцер 4 в поплавкову камеру поплавок спливає і своїм важелем піднімає запірну голку, закриваючи голчастий клапан 3. Як тільки рівень палива в поплавковій камері досягне заданої межі, голчастий клапан 3 закриється повністю і подача палива в поплавкову камеру призупиниться. По мірі використання палива з поплавкової камери поплавок почне опускатися і відкриє голчастий клапан 3. В поплавкову камеру знову почне поступати паливо до моменту досягнення заданого рівня. Таким чином, поплавкова камера за допомогою поплавкового механізму забезпечує підтримання певного рівня палива при всіх режимах роботи двигуна.

В нижній частині поплавкової камери розташовують головний жиклер 10. Його основне призначення полягає в дозуванні палива для отримання пальної суміші певного складу. Жиклер 10 являє собою пробку з каліброваним отвором по центру. Діаметр каліброваного отвору жиклера вибирається в залежності від необхідної витрати палива. Головний жиклер може встановлюватись у верхній або нижній частині розпилювача.

Під час обертання колінчатого вала двигуна і виконанні такту впуску та при відкритій дросельній заслінці 11 через змішувальну камеру 9 карбюратора проходить повітря. Всередині дифузора 8 швидкість потоку повітря значно зростає, і на виході розпилювача 7 створюється розрідження. При цьому в поплавковій камері 1 внаслідок наявності отвору тиск залишається рівним атмосферному. Через різницю тисків у поплавковій камері 1 і в розпилювачі 7 паливо починає перетікати через головний жиклер 10 і розпилювач 7 у вигляді фонтанчика, попадаючи в горловину дифузора 8. Тут потік поступаючого повітря дробить витікаюче паливо на маленькі краплі, які перемішуються з повітрям, випаровуються і утворюють пальну суміш.

Найростіший карбюратор на автомобільних двигунах практично не використовується, так як має ряд недоліків, головний з яких полягає в тому, що цей карбюратор не може змінювати склад суміші при зміні режиму роботи двигуна. Про це ми говорили, розглядаючи поняття коефіцієнта надлишку повітря. Тому, для забезпечення роботи двигуна на різних режимах, в карбюратор вводять ряд додаткових пристроїв.

Головний дозувальний пристрій (рис. 7.2) являє собою сумішеутворюючий пристрій простійшого карбюратора з додатковими коректуючими пристроями. Він забезпечує виправлення характеристики найпростішого карбюратора до необхідної при роботі карбюратора на середніх навантаженнях. Для цього в склад головного дозуючого пристрою включається система компенсації суміші. Ця система забезпечує поступове збіднення суміші при переході від малих навантажень до середніх (компенсація суміші).

В сучасних карбюраторах регулювання складу суміші, яка готується головним дозуючим пристроєм, здійснюється головним чином пневматичним гальмуванням палива. Цей засіб широко застосовується через високу якість розпилювання палива в повітряному потоці і простоту виконання компенсації суміші. Для покращення процесу сумішеутворення головний дозуючий пристрій може мати два або три дифузори.

Працює головний дозувальний пристрій (рис. 7.2.) з пневматичним гальмуванням палива наступним чином. Паливо з поплавкової камери 1 поступає через головний жиклер в розпилювач 4. Розпилювач з`єднаний емульсійним каналом 3 з повітряним жиклером 2 компенсаційної системи. Коли двигун не працює, паливо в поплавковій камері 1, розпилювачі 4 і емульсійному каналі 3 знаходиться на одинаковому рівні. При роботі двигуна в дифузорі створюється розрідження, і паливо починає витікати з розпилювача. При цьому рівень його в емульсійному каналі 3 понижується. По мірі відкриття дросельної заслінки розрідження в дифузорі ще більше зростає. Це викликає повну витрату палива з емульсійного каналу і через повітряний жиклер в трубку починає поступати повітря. Внаслідок цього зменшується розрідження біля головного жиклера, гальмується витікання палива через розпилювач і утворюється емульсія. Внаслідок цього кількість палива в суміші зменшується і суміш збіднюється. (В сучасних карбюраторах емульсійний канал 3 виконують в вигляді трубки, розміщеної в емульсійному колодязі, що підвищує емульсування палива.)

Система холостого ходу (рис. 7.3) забезпечує роботу двигуна без навантаження на холостому ходу, наприклад, при зупинці автомобіля. Щоб перевести двигун на холостий хід, дросельну заслінку закривають і цим зменшують кількість пальної суміші, яка потрапляє в циліндри. При цьому розрідження в дифузорі і у гирлі розпилювача падає, що приводить до припинення роботи головного дозуючого пристрою.

При малій частоті обертання колінчастого валу дросельна заслінка 8 закрита і за нею утворюється велике розрідження. Під дією цього розрідження паливо проходить через головний жиклер 11 в горизонтальний канал 10 і через паливний жиклер холостого ходу 3 попадає в емульсійний канал 4. На початку емульсійного каналу встановлений повітряний жиклер холостого ходу 2. Повітря, проходячи через повітряний жиклер 2, змішується з паливом і утворює емульсію, яка по емульсійному каналу 4 підводиться до двох отворів в стінці змішувальної камери.

Як тільки дросельну заслінку 8 відкривають, через отвір над нею емульсія почне поступати в змішувальну камеру, тим самим не допускається збіднення суміші в перші моменти відкриття дросельної заслінки і забезпечується плавний перехід роботи двигуна з малої частоти обертання колінчатого вала при холостому ході на режим середніх навантажень.

Кількість емульсії, яка поступає під дросельну заслінку, регулюють гвинтом 6, який встановлюється в емульсійному каналі. При закручуванні гвинта 6 його конус зменшує прохідний переріз отвору, змінюючи склад суміші. Цей регулювальний гвинт називають гвинтом якості суміші. Кількість суміші, яка поступає в циліндри, регулюють гвинтом 9, що змінює положення дросельної заслінки 8 відносно стінок змішувальної камери. Такий гвинт називають гвинтом кількості суміші 9.

Карбюратори, які мають головний дозувальний пристрій з компенсацією суміші і систему холостого ходу, забезпечують економну і надійну роботу двигуна на малих і середніх навантаженнях. Але, щоб забезпечити всі режими роботи двигуна, карбюратор повинен мати збагачувальні пристрої. Такими пристроями в сучасних карбюраторах є економайзер, еконостат, прискорювальний насос і пусковий збагачувальний пристрій.

Економайзер (рис. 7.4)- служить для збагачення пальної суміші при повному навантаженні двигуна або при плавному розгоні.

Як правило, економайзер працює разом з головною дозуючою системою, збільшуючи подачу палива для утворення суміші. Додаткове паливо подається в розпилювач головного жиклера через спеціальний клапан з механічним або пневматичним приводом.

Економайзер з механічним приводом від дросельної заслінки працює наступним чином. При малих кутах відкриття заслінки 4 клапан економайзера 8 закритий і паливо через нього не проходить. В такому випадку працює головний дозуючий пристрій і система холостого ходу. При збільшенні відкриття дросельної заслінки більш ніж на ¾ її ходу, планка починає натискувати на штовхач 3 клапану, відкриваючи його. Внаслідок цього паливо під дією розрідження в дифузорі починає перетікати через жиклер економайзера 6 в розпилювач головного жиклера.

Додаткова подача палива в головний дозуючий пристрій складає близько 10-20%. Це забезпечує збагачення пальної суміші і перехід роботи двигуна з середніх навантажень на режим повної потужності.

Прискорювальний насос (рис. 7.5) призначений для збагачення суміші при різкому відкритті дросельної заслінки і збільшенні навантажень на двигун.

Прискорювальні насоси мають механічний або вакуумний привід. При закритій дросельній заслінці поршень прискорювального насосу 13 через жорсткий зв'язок встановлюється у верхнє положення. Паливо через кульковий зворотній клапан 12 заповнює циліндр насосу. Нагнітальний клапан 7 в цьому положенні під дією власної сили тяжіння закриває сідло, закриваючи доступ повітря через розпилювач насоса 6 в поплавкову камеру 1.

При різкому відкритті дросельної заслінки 9 важіль дросельної заслінки 10 через шток 11 і планку 2 діє на пружину 14, яка стискується, і поршень 13 під дією її сили рухається вниз. При цьому в циліндрі насоса під поршнем 13 створюється тиск, внаслідок чого закривається зворотній клапан 12. В результаті цього паливо перетікає по каналу і відкриває нагнітальний клапан 7 і через жиклер 5 впорскується в змішувальну камеру карбюратора і суміш збагачується.

Пусковий пристрій призначений для збагачення суміші при запуску холодного двигуна.

Він являє собою повітряну заслінку, яка встановлена в повітряному патрубку двигуна і в закритому стані не пропускає повітря в змішувальну камеру. Керування повітряною заслінкою здійснюється, як правило, за допомогою троса, виведеного в кабіну водія на панель керування. При пуску холодного двигуна і повністю закритій дросельній заслінці в дифузорі створюється велике розрідження. Воно сприяє інтенсивному витіканню палива з розпилювача головного дозуючого пристрою, і суміш сильно збагачується. Як тільки відбудеться запуск двигуна при повністю закритій повітряній заслінці, суміш може дуже сильно збагатитися. Тому повітряну заслінку рекомендується привідкривати зразу після пуску. Якщо водій не встигає зробити це в початковий момент роботи двигуна, зменшення розрідження в карбюраторі відбувається автоматично, завдяки спрацюванню запобіжного клапана, який встановлений на повітряній заслінці і утримується в закритому положенні пружиною. В подальшому повітряну заслінку необхідно відкрити. В роботу вступить система холостого ходу карбюратора.