Автолюбителю

Легковые автомобили

Учебное пособие для средней школы

2.2. Система питания двигателя

Карбюратор. К системе питания карбюраторного двигателя относят элементы, обеспечивающие подачу в него топлива и воздуха и отведение отработавших газов (рис. 2.8). Первая группа элементов включает в себя топливный бак 1, фильтр-отстойник, топливоподкачивающий насос 7, трубопроводы 6, карбюратор 4, впускной патрубок <3; вторая группа — воздушный фильтр 5, карбюратор, впускной патрубок; третья группа — выпускной патрубок 2, трубопроводы 8, глушитель шума 9. Однако не все элементы системы питания находятся на двигателе или около него. Некоторые из них, и в том числе топливный бак, фильтр-отстойник, могут быть расположены достаточно далеко от моторного отсека, например в задней части кузова. Все зависит от компоновки автомобиля.

Основным и наиболее сложным элементом системы питания карбюраторного двигателя является карбюратор — прибор, с помощью которого осуществляется подготовка и дозирование смеси топлива и воздуха (горючей смеси).

В зависимости от соотношения топлива и воздуха горючая смесь может быть: нормальной (на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания бензина), обедненной (на 1 кг бензина приходится 15... 17 кг воздуха), бедной (на 1 кг бензина приходится более 17 кг воздуха), обогащенной (на 1 кг бензина приходится 13...15 кг воздуха), богатой (на 1 кг бензина приходится менее 13 кг воздуха).

Наибольшей скоростью сгорания обладают смеси с а =0,8...0,9, они и позволяют двигателю развить максимальную мощность. С наибольшей экономичностью при полной нагрузке работают двигатели при а» 1,1, т. е. при наличии воздуха несколько большем, чем необходимо теоретически. Объясняется это неоднородностью горючей смеси и наличием в цилиндрах остаточных (оставшихся от сгорания предыдущей порции топлива) газов, отрицательно влияющих на ее горючесть. И даже при обеднении смеси полное сгорание топлива в карбюраторных двигателях -практически не обеспечивается. Поэтому в отработавших газах всегда обнаруживаются продукты неполного сгорания в виде, например, угарного газа. Для работы двигателя на разных режимах необходимо иметь горючую смесь различного состава, что обеспечивается конструкцией и регулировкой карбюратора.

Карбюраторы автомобилей «ВАЗ-2108» и «ВАЗ-2109» состоят из корпуса 43 и крышки 44, в которых размещены поплавковая 16 и две смесительные камеры I и II (см. табл. III цв. вкл.). На входе в смесительную камеру / установлена заслонка 8, регулирующая подачу воздуха в карбюратор при пуске и прогреве двигателя, а на выходе — заслонки 30 и 32, регулирующие подачу смеси в цилиндры (дроссельные заслонки). Дроссельные заслонки связаны с педалью газа, на которую воздействует водитель.

Топливоподкачивающим насосом топливо из бака подается в поплавковую камеру 16, в которой постоянный уровень топлива поддерживается с помощью поплавка 24 и игольчатого клапана 17. Каналами с калиброванными отверстиями (жиклерами) 28 и 38 поплавковая камера соединена со смесительными камерами. При открытой дроссельной заслонке 32 (при впуске), когда поршень движется от ВМТ к НМТ, за счет разряжения в цилиндре в смесительной камере / формируется поток воздуха, давление в этой камере падает и топливо истекает из канала, пройдя эмульсионные колодцы с эмульсионными трубками 39, 27, главные воздушные жиклеры 6, 14, через распылители 9, 12 разбрызгивается на мелкие капельки, испаряется и перемешивается с воздухом. Полученная смесь поступает в цилиндр и обеспечивает работу двигателя в режиме средних нагрузок.

Смесительная камера // работает аналогично смесительной камере /, но ее дроссельная заслонка 30 начинает открываться, когда заслонка камеры / открыта на 2/3 величины своего хода. Последовательное включение камер карбюратора позволяет разделить его на две зоны: зону, обеспечивающую экономичную и малотоксичную работу двигателя (камера /), и зону, обеспечивающую работу с максимальной мощностью для достижения высоких динамических качеств автомобиля (совместная работа I и II камер).

Для того чтобы двигатель мог работать на других режимах, карбюратор имеет:

систему пуска, состоящую из воздушной заслонки 8 и пневмоэлемента. При пуске двигателя водитель прикрывает воздушную заслонку и увеличивается количество топлива в смеси воздуха и топлива, т. е. происходит обогащение смеси. Как только двигатель начинает работать, разряжение из-под дроссельной заслонки 32 передается по каналу 3 в пневмоэлемент, диафрагма которого прогибается и через шток 2 приоткрывает воздушную заслонку 8. При этом автоматически исключается переобогащение смеси;

систему холостого хода (для устойчивой работы двигателя без нагрузки), состоящую из дополнительного канала, подводящего топливо из поплавковой камеры в смесительную (за дроссельной заслонкой). Система включает в себя топливный канал, топливный 5 и воздушный 7 жиклеры, эмульсионный канал, винты качества (состава) смеси 35 и количества смеси, выходное отверстие 33. На режиме холостого хода дроссельная заслонка' 32 немного приоткрыта, а воздушная полностью открыта. Под действием разряжения в камере / топливо из эмульсионного колодца поступает к жиклеру 5 холостого хода, где перемешивается с воздухом, поступающим через жиклер 7. Получившаяся смесь в виде эмульсии направляется к щели 31 и выходит под почти полностью закрытую заслонку 32. Состав смеси эмульсии и воздуха, проходящих в щель, регулируется винтом 35, а количество смеси — винтом, действующим на заслонку 32 (он ее приоткрывает или прикрывает). При выключении зажигания электромагнитный клапан 4 иглой запирает жиклер 5, что исключает работу системы холостого хода при выключенном зажигании;

переходную систему, обеспечивающую плавное включение смесительной камеры //. Система включает в себя топливный жиклер 26 с трубкой, воздушный жиклер 15 и эмульсионный канал с выходными отверстиями 29. В начале открытия заслонки 30 перед отверстиями 29 создается большое разряжение, эмульсия поступает за дроссельную заслонку 30 и обогащает смесь;

ускорительный насос, с помощью которого при резком воздействии на педаль для быстрого разгона двигателя (например, при обгоне) в смесительные камеры подается дополнительная порция топлива, обогащающая горячую смесь. Насос диафрагменного типа 41 приводится в движение дроссельной заслонкой через специальный профилированный кулачок, действующий на рычаг 4.2. При обычном режиме движения автомобиля топливо из поплавковой камеры через клапан 40 свободно поступает в полость насоса. При резком нажатии на педаль шарик клапана 40 перекрывает связь насоса с поплавковой камерой и топливо через клапан 10, распылитель 11 подается в Смесительные камеры;

экономайзер — клапан 23, открывающий дополнительный доступ топлива в смесительную камеру по каналу с жиклером 22. Клапан управляется диафрагмой 21, на которую с разных сторон воздействуют пружина и разряжение во впускном трубопроводе. При значительном открытии дроссельной заслонки разряжение в смесительной камере уменьшается, и диафрагма по действием пружины перемещается, открывая клапан 23, и топливо через жиклер 22 дополнительно поступает в эмульсионный колодец с трубкой 39. Горючая смесь обогащается;

эконостат — еще один дополнительный канал с жиклером 25, подающий через распылитель 13 топливо в смесительную камеру // при полном открытии дроссельных заслонок и максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Горючая смесь также обогащается;

устройство для экономии топлива на режиме так называемого принудительного холостого хода (торможение двигателем при переключении передач), когда водитель снимает ногу с педали управления дроссельными заслонками. Электромагнитный клапан 4 отключает подачу топлива за закрытые дроссельные заслонки.

Кроме, перечисленных приспособлений, карбюратор оборудован устройством 34 подогрева смеси для лучшего ее испарения, через которое циркулирует жидкость из системы охлаждения двигателя; устройством 36 отсоса газов, прорывающихся из цилиндра в картер двигателя; устройством 18 обратного слива части топлива из карбюратора в топливный бак при торможении двигателем. Топливо поступает в карбюратор через трубку 20 и фильтр 19, а через патрубок 37 карбюратор связан с вакуумным регулятором зажигания, обеспечивающим корректировку угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель

Топливный бак. Необходимый запас топлива на автомобиле хранится в топливном баке, емкость которого для большинства легковых автомобилей составляет 35...60 л, что обеспечивает пробег до 350...500 км. Делаются баки из стали, обычно освинцованной (для защиты от коррозии), или из пластмасс.

Топливный бак автомобиля «ВАЗ-2121» (рис. 2.9) сварен из двух корытообразных стальных частей /. Сверху бак имеет заливную горловину, состоящую из приемной 13 и наливной 10 труб с уплотнителем 8 и резинового соединительного шланга 11. Заливная горловина закрывается герметичной пробкой 6 с прокладкой 8. Внизу бака находится сливное отверстие с пробкой 14. Количество топлива в баке контролируют с помощью указателя, датчик 3 которого установлен внутри его. Топливо забирается из бака через топливоприемную трубку 2 с сетчатым фильтром, а затем через шланг 4 и топливопровод 5 оно поступает в топливный насос. Связь внутренней полости бака с атмосферой и ее вентиляция осуществляются через воздушную 12 и вентиляционную 9 трубки. Топливный бак устанавливается внутри кузова автомобиля под задним сиденьем. Он отделен от салона кузова специальной перегородкой и крепится болтами к полу.

Аналогичное устройство имеет топливный бак автомобиля «ВАЗ-2105», но установлен он в багажнике автомобиля на резиновых прокладках в правом заднем крыле и прикреплен к кузову двумя хомутами, стянутыми болтом.

Топливный бак автомобиля «ВАЗ-2108» размещен под полом кузова и прикреплен двумя хомутами к кронштейнам кузова. Для увеличения жесткости бака и уменьшения колебаний в нем топлива при движении автомобиля внутри бака имеются две перегородки. Бак связан шлангом со специальным устройством — неразборным сепаратором объемом 7 л. В сепараторе конденсируются пары бензина, которые сливаются обратно в бак. Топливный бак является дополнительным источником охлаждения двигателя вследствие постоянной циркуляции топлива в системе питания двигателя.

Полиэтиленовый топливный бак автомобиля «АЗЛК-2141» имеет на Зл большую вместимость, чем аналогичный стальной, и выполнен в виде одной детали. Он легче стального и обеспечивает повышение безопасности при авариях, так как допускает без разрушения значительно большие деформации при ударах и не взрывается при пожаре.

Интерес автомобилестроителей к пластмассовым топливным бакам неуклонно возрастает, что объясняется многочисленными преимуществами их по сравнению со стальными, и прежде всего меньшими трудозатратами при изготовлении, экономией стального листа и т. д.

Топливный насос. Топливные насосы служат для перекачивания топлива из бака в карбюратор. Обычно это насосы диафрагменного типа с приводом от кулачкового вала двигателя (рис. 2.10) или от вала привода масляного насоса (как, например, у двигателя «ВАЗ-2121»). Между верхней и нижней частями корпуса насоса устанавливается блок-диафрагма (из диафрагмы 4, нижней 3 и верхней 6 чашек диафрагмы и внутренней 5 и наружной 9 дистанционных прокладок), которая совершает возвратно-поступательные движения при действии на нее привода (шток 2, балансир, штанга 10, кулачок //). В верхней части корпуса имеются полость для топлива и впускной 7 и нагнетательный 8 клапаны.

Фильтры. Для очистки топлива, поступающего в карбюратор, на некоторых легковых автомобилях устанавливают фильтры. Так, например, на автомобиле «ВАЗ-2108» топливный фильтр установлен на топливопроводе перед насосом и имеет бумажный фильтрующий элемент одноразового использования.

На двигателях автомобилей ВАЗ устанавливают воздушные фильтры сухого типа со сменным фильтрующим элементом, который меняют через каждые 10 000 км пробега в городских условиях и по шоссейным дорогам и через каждые 5000 км по пыльным проселочным дорогам.

Воздушный фильтр двигателя «BA3-2I21» (рис. 2.11) состоит из корпуса /, крышки 7 и фильтрующего элемента 3. Стальной штампованный корпус имеет патрубок 10 забора холодного воздуха из подкапотного пространства, патрубок 2 забора теплого воздуха из воздухозаборника на выпускном трубопроводе, вытяжной коллектор системы вентиляции картера двигателя и кронштейны 9 крепления крышки. Корпус 1 фильтра устанавливают на карбюраторе и крепят к нему четырьмя шпильками и самоконтрящимися гайками. Стальная штампованная крышка 7 имеет перегородку 8, расположение которой обеспечивает сезонную регулировку температуры воздуха, поступающего в двигатель: летом крышку 7 устанавливают так, что перегородка 8 перекрывает патрубок 2, и в двигатель поступает холодный воздух, а зимой перегородка крышки перекрывает патрубок 10, и в двигатель поступает теплый воздух. Герметичность соединения крышки и корпуса фильтра обеспечивается резиновой прокладкой 6.

Фильтрующий элемент 3 имеет цилиндрическую форму. Он состоит из гофрированного картонного фильтра 5 и обкладки-предочистителя 4 из нетканого синтетического материала (слоя синтетической ваты). Обкладка-предочиститель выполняет роль элемента предварительной очистки воздуха и увеличивает срок службы фильтра. Воздух, поступающий в фильтр, сначала проходит через обкладку-предочиститель, а потом через картонный фильтрующий элемент.

Впускные и выпускные трубопроводы. Глушитель шума. Горючая смесь подается в цилиндры двигателя через впускные трубопроводы, которые могут быть объединены в единый коллектор. На двигателях автомобилей ВАЗ и АЗЛК он выполнен из алюминиевого сплава, имеет двойные стенки, между которыми циркулирует жидкость из системы охлаждения двигателя, что обеспечивает лучшее испарение топлива, осевшего на стенках.

Выпускные трубопроводы, которые также могут быть объединены в единый коллектор, служат для отвода отработавших газов из цилиндров. Обычно их отливают из чугуна. В зависимости от компоновки двигателя впускной и выпускной трубопроводы могут быть расположены с одной стороны (ВАЗ) или с двух сторон (АЗЛК) двигателя. Из выпускного трубопровода газы по трубе поступают в глушитель шума, в котором глушение осуществляется за счет изменения направления потока газов, изменения объема в элементах глушителя, расчленения струи на мелкие струйки и т. д. За счет этих мероприятий удается снизить шум до 75 дБ при потере мощности двигателя на глушение на 3...5%. Глушители также обеспечивают гашение пламени и искр, вылетающих из цилиндров при выпуске отработавших газов.

Другие типы систем питания. Устройство системы питания дизельного двигателя несколько иное. В ней вместо карбюратора используется топливный насос высокого давления объемного типа с числом секций, равным числу цилиндров. При вращении коленчатого вала двигателя секции через форсунки подают определенные порции топлива (величина порции зависит от положения педали газа) в цилиндры, когда поршни подходят к ВМТ (соответствуют опережению зажигания). Топливо при этом быстро и хорошо смешивается с воздухом, сжатым в цилиндре, и за счет повышения температуры смесь воспламеняется и горит.

Похожа на эту систему питания система питания бензинового двигателя с непосредственным впрыскиванием топлива, но не в камеру сгорания, а во впускной трубопровод перед впускным клапаном. Такое устройство позволяет упростить конструкцию насоса, повысить срок его службы и уменьшить стоимость. Бензиновые двигатели с непосредственным впрыскиванием топлива более экономичны, меньше загрязняют окружающую среду и менее инертны (быстро разгоняются), чем карбюраторные, но пока еще достаточно дороги.

Топливо. Основными видами топлива для двигателей легковых автомобилей являются продукты перегонки нефти — бензины и дизельное топливо.

Бензины применяются в двигателях с принудительным зажиганием от электрической искры. Более тяжелые дизельные топлива вследствие лучшей самовоспламеняемости применяются в двигателях с воспламенением от сжатия его смеси с воздухом, т. е. в дизелях.

Наиболее важными характеристиками бензинов являются детонационная стойкость и фракционный состав. (Детонационная стойкость — основной показатель качества бензина, оказывающий решающее влияние на работу двигателя.) Детонация вызывается самовоспламенением бензовоз-душной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков в цилиндрах. Возникновению детонации способствуют повышение степени сжатия, увеличение угла опережения зажигания, повышение температуры окружающего воздуха и т. д. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов.

Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с высокой детонационной стойкостью, которая характеризуется октановым числом. Наиболее важным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя к октановому числу, является степень сжатия. Большинство современных отечественных легковых автомобилей имеет двигатели со степенью сжатия 8,5...9,9, рассчитанные на эксплуатацию на бензине АИ-93 с октановым числом 93.

Если эксплуатировать такие автомобили на бензинах с меньшим октановым числом (например, А-76 или А-72), то двигатель будет работать с детонацией, что снижает срок его службы и надежность (разрушаются перемычки между канавками для поршневых колец, оплавляются поверхности днища поршня, прогорают прокладки между головкой и блоком цилиндров и т.д.). При кратковременном использовании бензина с меньшим октановым числом для предотвращения детонации устанавливают более позднее зажигание. В этом случае нельзя перегружать двигатель (ездить с большой скоростью и нагрузкой, преодолевать подъемы и т. д.) и чашг следует пользоваться пониженными передачами в коробке передач.

Для повышения детонационной стойкости низкооктановых бензинов з их состав вводят антидетонаторы — металлоорганические соединения (нач пример, тетраэтилсвинец — очень ядовитое вещество!). Бензин с тетра-этилсвинцом называют этилированным, он требует особых мер предосторожности. Такие бензины подкрашивают: А-76 — в желтый цвет, АИ-93 — оранжево-красный, АИ-98 — в синий. Ведутся работы по постепенной замене этилированных бензинов неэтилированными путем изменения технологии их производства и применения нетоксичных антидетонационных добавок.

Выбор марки дизельного топлива зависит от сезона эксплуатации автомобиля: марка «Л» (летнее) соответствует режиму работы при температурах свыше 0°С, марка «3» (зимнее) — свыше —20°С, марка «А» (арктическое) — свыше —50°С.

1. Общее устройство автомобиля

2. Общее устройство и рабочий цикл двигателя

3. Кривошипно-шатунный механизм

4. Газораспределительный механизм

5. Система охлаждения

6. Масла и смазки, применяемые в автомобилях

7. Система смазки

1. Горючая смесь для карбюраторного двигателя

2. Принцип работы простейшего карбюратора

3. Устройство и работа карбюратора

4. Система питания дизельного двигателя

5. Система питания двигателя от газобаллонной установки

6. Подача топлива, очистка воздуха, подогрев горючей смеси