Карбюраторный впрыск: дозирующие системы

Варианты системы питания

Основными видами горючего для ДВС являются бензин и дизельное топливо («солярка»). Газ (метан) так же относится к видам современного топлива, но, несмотря на широкую применяемость, пока не получил актуальности.
Вид топлива является одним из критериев классификации систем питания ДВС.

В этой связи выделяют силовые агрегаты:

1. бензиновые;
2. дизельные;
3. основанные на газообразном топливе.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология систем питания двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливно-воздушной смеси. Следуя данному принципу классификации, различаются, во-первых, система питания карбюраторного двигателя, во-вторых, система питания с впрыском топлива (или инжекторного двигателя).

Карбюратор

Карбюраторная система основана на действии технически сложного устройства – карбюратора. Карбюратор – это прибор, осуществляющий приготовление смеси топлива и воздуха в необходимых пропорциях. Несмотря на разнообразие видов, в автомобильной практике наибольшее применение получил поплавковый всасывающий карбюратор, принципиальная схема которого включает:

• поплавковую камеру и поплавок;
• распылитель, диффузор и смесительную камеру;
• воздушную и дроссельную заслонки;
• топливные и воздушные каналы с соответствующими жиклерами.

Подготовка топливно-воздушной смеси в карбюраторе осуществляется по пассивной схеме. Движение поршня в такте впуска (первом такте) создает в цилиндре разряженное пространство, в которое и устремляется воздух, проходя через воздушный фильтр и сквозь карбюратор. Именно здесь и происходит формирование горючей смеси: в смесительной камере, в диффузоре топливо, вырывающееся из распылителя, дробится воздушным потоком и смешивается с ним. Наконец, через впускной коллектор и впускные клапаны горючая смесь подается в конкретный цилиндр двигателя, где в необходимый момент и воспламеняется искрой от свечи зажигания.

топливно-воздушной смеси

Впрыск топлива

Эпоха карбюратора сменяется эпохой инжекторного двигателя, система питания которого основана на впрыске топлива. Ее основными элементами являются: электрический топливный насос (расположенный, как правило, в топливном баке), форсунки (или форсунка), блок управления ДВС (так называемые «мозги»).

Принцип работы указанной системы питания сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемым топливным насосом. Качество смеси варьируется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления.
Важным компонентом такой системы является форсунка. Типология инжекторных двигателей основывается именно на количестве используемых форсунок и места их расположения.

1. с распределенным впрыском;
2. с центральным впрыском.

Система распределенного впрыска предполагает использование форсунок по количеству цилиндров двигателя, где каждый цилиндр обслуживает собственная форсунка, участвующая в подготовке горючей смеси. Система центрального впрыска располагает только одной форсункой на все цилиндры, расположенной в коллекторе.

Особенности дизельного двигателя

Как бы особняком стоит принцип действия, на котором основывается система питания дизельного двигателя. Здесь топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры в распыленном виде, где и происходит процесс смесеобразования (смешивания с воздухом) с последующим воспламенением от сжатия горючей смеси поршнем.
В зависимости от способа впрыска топлива, дизельный силовой агрегат представлен тремя основными вариантами:

• с непосредственным впрыском;
• с вихрекамерным впрыском;
• с предкамерным впрыском.

Вихрекамерный и предкамерный варианты предполагают впрыск топлива в специальную предварительную камеру цилиндра, где оно частично воспламеняется, а затем перемещается в основную камеру или собственно цилиндр. Здесь горючее, смешиваясь с воздухом, окончательно сгорает. Непосредственный же впрыск предполагает доставку топлива сразу же в камеру сгорания с последующим его смешиванием с воздухом и т.д.

Однако холодный двигатель не сможет обеспечить должный уровень температуры, требуемый для воспламенения смеси. И использованием свечей накаливания позволит осуществить необходимый подогрев камер сгорания.

Горизонтальный карбюратор

Отдельное место занимает конструкция, которая применена в  устройстве главной дозирующей системы горизонтального карбюратора с регулировкой игольного типа. Такая система обеспечивает одновременное механическое изменение количества воздуха, который миновал диффузор благодаря подъему шибера, и регулировку количества попадающего в диффузор горючего, которое дозируется посредством  иглы с переменным профилем.

Игла проходит через жиклер и механическим способом изменяет проходное сечение. В таких карбюраторах четко задано соотношение как сечения диффузора, так и жиклера. Эти сечения напрямую зависят от той высоты, на которую поднимается шибер. Карбюраторы, которые имеют постоянное разрежения,  в момент времени демонстрируют изменение данной характеристики по автоматическому принципу. Задача реализована посредством демпфирующей системы, которая в основе имеет золотник, а также опирается на разрежение в области заслонки дросселя. Система функционирует благодаря определяемой  нагрузке на силовой агрегат и учету угла поворота дроссельной заслонки.

Из чего состоит стандартный карбюратор

Из чего состоит стандартный карбюратор: 1 — топливопровод; 2 — игольчатый клапан; 3 — отверстие в крышке поплавковой камеры; 4 — распылитель; 5 — воздушная заслонка; 6 — диффузор; 7 — дроссельная заслонка; 8 — смесительная камера; 9 — топливный жиклер; 10 — поплавок; 11 — поплавковая камера.

Современный механизм состоит из четырех основных элементов:

1. Сама камера с поплавком;
2. Жиклер;
3. Распылитель;
4. Диффузор;
5. Дроссельная заслонка.

Поплавковая камера

Полость камеры разделена на два отсека. Первый отсек контролирует наличие и поступление топлива в пределах узла. С её помощью происходит бесперебойное и непрерывное снабжение мотора топливом, независимо от условий. Незамысловатый механизм предусматривает, что внутри камеры находится поплавок, который цепляется за игольчатый клапан, расположенный у начала отверстия канала. Этот процесс обеспечивает подачу бензина из топливного бака.

Поплавковая камера: 1 – поплавок; 2 — ограничитель хода поплавка; 3-регулировка уровня топлива; 4 – уровень топлива в поплавковой камере.

По мере испарения топлива и снижения его уровня, поплавок погружается ниже, а клапан расширяется, за счет чего происходит очередное впрыскивание топлива внутрь полости. Если случается обратный процесс, то поплавок наоборот поднимается, а клапан сужается.

Второй камерный отсек служит для замешивания горючего и воздуха.

Диффузор

Когда бензин и воздушный поток соединяются воедино, то попадают в диффузор. Так как отверстие его очень маленькое, при попадании в него скорость циркуляции смеси увеличивается.

Диффузор карбюратора

Жиклер

Специальный вставочный механизм, с отверстием посередине. Оно сквозное и имеет определенный диаметр. Именно жиклер отвечает за подачу необходимого количества топлива.

Жиклеры

Итак, представим себе процесс. Сначала запускается двигатель, после чего поршень цилиндра начинает давить вниз, создавая разряжение. Из-за этого эффекта происходит усиленное засасывание воздуха при помощи заборника с фильтром, который установлен на карбюраторе.

Дроссельная и воздушная заслонки

Воздушная заслонка помогает следить за уровнем обогащенности горючего. При закрытии прохода случается излишнее обогащение (повышенное содержание смеси), которое влечет остановку работы мотора. Дроссельная заслонка установлена позади диффузора, поэтому перекрывая канал она регулирует скорость движения топливновоздушной массы.

Дроссельная заслонка

Когда водитель нажимает на акселератор, он таким образом воздействует на дроссель.

Так выглядит упрощенный вариант карбюраторной схемы. Но на самом деле он состоит из множества элементов и сложных механизмов, потому что эксплуатация двигателя происходит в разных условиях климата и рельефа, в зависимости от этого требуется различный состав топлива.

Именно по этой причине у современной поплавковой системы такое многоступенчатое устройство с вспомогательным оборудованием и дополнительными системами. Учитывая эти факторы карбюратор способен приготовить смесь для каждого случая.

Какие еще системные элементы дополняют конструкцию карбюратора?

1. Пусковой механизм;
2. Дозирующий механизм;
3. Система холостого хода;
4. Ускорительный насос;
5. Экономайзер;
6. Эконостат.

Всякий элемент выполняет свою роль для поддержания нормального рабочего состояния агрегата.

Принцип работы простейшего карбюратора

Процесс получения смеси воздуха с мелкораспыленным и частично испаренным бензином называется карбюрацией, а прибор, в котором происходит этот процесс — карбюра­тором. На поршневых двигателях устанавливаются карбюра­торы пульверизационного типа; их принцип действия основан на том, что вследствие большой скорости воздуха (40-130 м/с), проходящего через смесообразующее устройство, струя бензи­на разбивается на мельчайшие частицы с образованием паро-воздушной горючей смеси.

Простейший карбюратор (рис.37) состоит из поплавковой камеры 7, жиклера 6, его распылителя 15, диффузора 16, смесительной камеры 17 и дроссельной заслонки 5. По топливопроводу 10 топливо из бака поступает в поплавковую камеру 7; с помощью поплавка 8 и игольчатого клапана 9 в ней поддерживается постоянный уровень топлива. Чтобы исключить подтекание топлива при неработающем двигателе, уровень топлива должен быть на 1,5-2 мм ниже среза распылителя.

Жиклер 6 имеет калиброванное отверстие, рассчитанное на истечение через распылитель 15 определенного количества топлива в диффузор 16. На истечение топлива через распылитель влияют не только размеры калиброванного отверстия жиклера и уровень топлива в поплавковой камере, но и перепад давлений, поэтому для поддержания атмосферного давления в поплавковой камере сделано отверстие 11.

В процессе рабочего цикла двигателя при такте впуска, когда поршень 1 движется вниз, в цилиндре 2 создается разрежение, которое через открытый впускной клапан 3 переда­ется в газопровод 4. Под действием этого разрежения поток воздуха, пройдя воздухоочиститель 12 и полностью

открытую воздушную заслонку 14, поступает в диффузор 16, имеющий в средней части сужение, что увеличивает скорость воздушного потока и, следовательно, разрежение у среза распылителя. Под действием разности давлений в смесительной и поплавковой камерах топливо вытекает из распылителя и вслед­ствие большой скорости воздуха интенсивно размельчается, затем, испаряясь, смешивается с ним, образуя паровоздушную горючую смесь. Количество и качество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, регулируют изменением положения дроссельной заслонки. При пуске двигателя проводное сечение воздушного патрубка 13 уменьшают, частичным или полным закрытием воздушной заслонки, в результате чего увеличивается разрежение в смесительной камере, а следовательно, и количество топлива, поступающего в распылитель.

Рассмотренный простейший карбюратор с одним жиклером может обеспечить необходимый состав смеси лишь для одного определенного режима работы, но эксплуатационные режимы работы карбюраторных двигателей отличаются большим разнообразием, поэтому такой карбюратор практически непригоден для автомобильных двигателей. Однако по принципу элементарного карбюратора работают основные смесеобразующие системы и устройства современных карбюраторов. К таким системам и устройствам относятся система холостого хода, главная дозирующая система, экономайзер, ускорительный насос и пусковое устройство.

Система холостого хода предназначена для получения богатой горючей смеси с a= 0,6¸0,8, необходимой для устойчивой работы двигателя без нагрузки при малой частоте вращения коленчатого вала.

Главная дозирующая система служит для приготовления горючей смеси обедненного состава с a=1,05¸1,15 при малых и средних нагрузках. В эту систему входят устройства для компенсации (обеднения) состава горючей смеси пневматическим торможением топлива, регулированием разрежения в диффузоре и взаимодействием нескольких жиклеров.

Все эти устройства необходимы для получения экономичной работы двигателя при изменяющихся нагрузках и частотах вращения коленчатого вала.

Экономайзер обеспечивает дополнительную подачу топ­лива на режимах работы двигателя, близких к полной нагруз­ке, при открытии дроссельной заслонки более чем на 3/4. Это устройство позволяет получить максимальную мощность двигателя путем обогащения обедненной горючей смеси, по­ступающей из главного дозирующего устройства.

Ускорительный насос предназначен для кратковре­менного обогащения состава горючей смеси путем принуди­тельной подачи дополнительного количества топлива при рез­ком увеличении нагрузки.

Пусковое устройство служит для создания богатой горючей смеси (a= 0,4¸0,6), необходимой для пуска холод­ного двигателя. К этому устройству относится воздушная за­слонка с автоматическим клапаном.

Принцип действия перечисленных выше смеседозирующих систем рассмотрим на примерах устройства и работы совре­менных карбюраторов, устанавливаемых на двигателях грузо­вых и легковых автомобилей.

Устранение неполадок в карбюраторной системе

Когда протекает бензин, а давление соответствует норме, тогда необходимо искать неполадку в поплавковой камере. В основном, ее заменяют на новую.

При наличии запаха и нагара на свечах, рекомендуется обратить внимание на поплавок. Это возникает при не отрегулированном поплавке, чрезмерном давлении бензина либо присутствует неполадка в поплавковой камере

Когда на холостом ходу мотор автомобиля работает нестабильно, то чтобы найти поломку, необходимо проверить, нет ли в карбюраторе коррозийных изменений либо загрязнений. В последнем случае его необходимо тщательно почистить.

Ремонт, тюнинг и установка карбюратора

Тюнинг карбюратора

Доработка или другими словами тюнинг карбюратора производится дабы достичь максимальной мощности. На впуске, карбюратор автомобиля, должен иметь минимальное сопротивление, поскольку по-другому сложно добиться приемлемого качества смеси и наполнения цилиндров при средних и высоких оборотах двигателя. Выжимать максимум мощности на больших оборотах дает расточка второй камеры и подъем впускных клапанов выше 10,25 мм (актуально для двигателей 1.5 л с высокими распредвалами).

Доработанный карбюратор с диаметром диффузоров 24/24 дает прибавку при установке даже тюнинговый мотор. Но стоит отметить, что на малых оборотах и частичных нагрузках двигателя, обычное увеличение диаметра диффузоров приведет к ухудшению его работы, поскольку снижается разряжение в области диффузора и ухудшается распыление бензина и гомогенизации смеси.

Доводка карбюратора

– это не только замена всех топливных жиклеров на другие, большего сечения, а изменение всех тарировочных данных карба и его начинки. Также в конструкцию карбюратора вводятся дополнительные дозирующие системы. С этой целью в корпусе карбюратора сверлятся дополнительные дозирующие каналы.

Связанные термины

• Топливный фильтр
• Дроссельная заслонка
• Бензонасос

Ускорительный насос

Ускорительный насос реализует возможность впрыска нужного количества и состава смеси во время резкого ускорения, когда основная система дозирования не справляется, так как должна обеспечивать функциональную подачу только при медленном раскрытии дроссельной заслонки. Целью насоса является быстрое и своевременное обогащение состава, а это способствует предотвращению «провала» во время ускорения.

Специально для этого сделан канал, со множеством шариковых клапанов, которые снабжены цельной мембраной. Соединительная подводка к клапану идет напрямую от дросселя. Когда происходит спонтанное воздействие на акселератор, шарики расширяются и позволяют клапанному отверстию раскрыться, а мембрана осуществляет выдавливание нужного количества эмульсионной смеси в распылитель, который расположен впереди диффузора.

Ускорительный насос

Такое устройство обеспечивает подачу дополнительного топлива в моменты резкого дросселирования. В условиях моментального открытия заслонки возникает нарушение в процессе смесеобразования во впуске, а результатом становится подача карбюраторным впрыском в цилиндры мотора недостаточного количества горючего на начальной стадии интенсивного разгона.

Насос нейтрализует «провал» и отвечает за правильный состав рабочей смеси в подобном режиме. Ускорительный насос бывает двух видов: поршневой насос и диафрагменный. Первый тип ускорителя уступает второму по стабильности ряда параметров. Главным минусом является его неспособность влиять на впрыск и интенсивность подачи зависимо от  того угла, на который повернута дроссельная заслонка. Модели карбюраторов с регулировкой игольного типа или с постоянным разрежением способны готовить оптимальную по составу рабочую смесь для всех режимов работы силовой установки. Данные карбюраторы не требуют установки насоса-ускорителя.

Принцип работы и устройство простейшего карбюратора

В первом устройстве, изобретенном Л. Христофорисом в 1876 году, топливо нагревалось, испарялось, образовавшиеся пары и потоки воздуха смешивались. Спустя год решение усовершенствовали, использовав принцип топливного распыления, который стал основой для следующих проектов.

До широкого распространения привычных нам устройств были барботажные модели и мембранно-игольчатые. Первые — в виде бензинового бака, в котором близко от поверхности располагалась доска и пара патрубков для подачи из атмосферы и забора смеси топлива и воздуха в мотор. Воздух перемещался под доской, непосредственно над топливом, обогащался парами и становился горючей смесью. Это была простая, но рабочая система. Дроссельная заслонка находилась отдельно. На функционирование мотора с барботажным узлом влияли природные условия — испаряемость зависела от температуры. Такую систему было сложно регулировать, она была взрывоопасна.

Мембранно-игольчатое устройство размещается отдельно от бензобака. В нем было нескольких камер, жестко связанных с помощью штока. Седло клапана, через который подавалось топливо, запиралось иглой на штоке. Камеры были соединены топливным каналом и смесительной зоной. Параметры устройства определяли пружины, на которые надавливали мембраны. Такой карбюратор работал независимо от условий на улице и местоположения, был популярен в начале 19 века, когда его устанавливали на автомобилях и мототехнике, в самолетах с поршневыми моторами внутреннего сгорания.

Регулировка карбюратора мотоцикла ИЖ Юпитер

Настройка пекаровских карбюраторов на мотоцикле ИЖ Юпитер 5 проводится следующим образом. Для начала проверяем герметичность и целостность воздушного фильтра. Затем смотрим исправность зажигания. После этого приступаем к регулировке, алгоритм следующий:

снимаем карбюратор с двигателя. При помощи измерительных щупов и регулировочного винта на крышке карбюратора устанавливаем расстояние между нижней кромкой смесительной камеры и дроссельной заслонкой примерно в 1,5-2 мм. Регулировочный винт качества смеси (18) заворачиваем полностью и отворачиваем на 1 оборот;
откручиваем 2 винта внизу карбюратора и снимаем крышку поплавковой камеры. Переворачиваем карбюратор, так чтобы поплавки опустились и закрыли топливный канал. Замеряем расстояние от кромки разъема карбюратора до середины поплавка (линия пресс формы). Оно должно равняться 13 +1.5/-1.5 мм (см. рис.). Если расстояние не соответствует норме, подгибанием язычка поплавка в ту или иную сторону добиваемся нужной длины;

устанавливаем карбюратор на место. Заводим мотоцикл и прогреваем двигатель 5-7 минут. Чтобы дело пошло быстрее, воспользуйтесь топливным обогатителем (корректором). Винтом количества смеси вверху карбюратора устанавливаем минимально устойчивые обороты двигателя. Отворачивая винт качества смеси (постепенно на ½, ¼ оборота), ищем момент снижения частоты вращения коленчатого вала (сначала обороты будут расти, а потом снижаться). Снова вкручивая винт количества смеси, добиваемся снижения вращения частоты коленвала, а винтом качества снова находим оптимальное положение. Эти действия нужно повторять до тех пор, пока не будут найдены минимально устойчивые обороты коленвала. Правильность регулировки также следует проверить резким поворотом рычага газа. Когда двигатель при резком открытии глохнет, плохо набирает обороты (провалы), смесь нужно обогатить, слегка закручивая винт качества. Если же наоборот, двигатель глохнет при сбросе газа, винт качества нужно немного открутить. После этого, винтом количества устанавливаем минимальные обороты двигателя

Внимание! Винты регулировки нужно крутить медленно и постепенно на ½, ¼ оборота. После каждой операции ждем, когда двигатель «приноровится» к новым настройкам;
позднее правильность регулировки можно проверить по цвету центрального электрода свечи

Перед этим следует прокатиться на мотоцикле 10-15 километров на трассе. Нормальная смесь — это кирпичный цвет электрода. Нагар на свече свидетельствует о слишком богатом качестве смеси. В то время, как слишком белесый цвет говорит о её чрезмерном обеднении;
при эксплуатации мотоцикла в разных метеорологических условиях изменение состава смеси производят перемещением положения дозирующей иглы дросселя. Так, при температуре в +30 ºС иглу нужно опустить на одно деление, тем самым обеднив смесь. При -15 ºС иглу следует поднять на 1-2 деления.

Пару слов о настройке карбюратора Jikov-2928CE. Настройка холостого хода здесь происходит аналогичным образом, как у К-65. Различия только в расположении регулировочных винтов. У Jikov они удобно расположены сбоку карбюратора (тот, что вкручен под углом, отвечает за высоту подъема дроссельной заслонки).

Уровень топлива в поплавковой камере должен составлять 9 ± 1 мм. Из-за особенности конструкции данного карбюратора, настройка состава топливной смеси для уменьшения провала при резком открытии газа производится перестановкой иглы дросселя вверх (на К-65 в этом случае, мы крутим винт качества).

Видео регулировки

Чтобы понять азы и нюансы регулировки карбюратора мотоцикла ИЖ Юпитер, рекомендуем посмотреть интересное видео. Автор подробно рассказывает как отрегулировать карбюратор К68 на мотоцикле ИЖ Юпитер 4. Показывает и рассказывает про все нюансы и особенности.

Принцип работы распределенного впрыска топлива

Управление системой впрыска современного автомобиля осуществляет компьютер, в автомобильной терминологии носящий название электронного блока управления двигателем.

Для вычисления оптимального момента для открытия топливных форсунок и времени, в течение которого они должны оставаться открытыми, блок управления использует показания различных датчиков.

Масса воздуха, поступающего в двигатель, измеряется датчиком массового расхода воздуха. Это один из важнейших показателей. Кроме него, при определении количества топлива компьютер опирается на данные по температуре двигателя, температуре всасываемого воздуха, скорости вращения коленчатого вала, угла открытия дроссельной заслонки и динамике ее открытия. Рассчитав количество топлива, которое может полностью сгореть при данной массе воздуха в цилиндрах, компьютер подает сигнал форсункам на открытие. Сигналом служит электрический импульс нужной длительности. Во время подачи сигнала форсунки остаются в открытом положении, и топливо, которое в магистрали находится под давлением, впрыскивается во впускной коллектор.