Карбюраторный впрыск: дозирующие системы

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.

Недостатки

Конечно, и у инжекторной системы есть некоторые недостатки. Но с течением времени многие из них стали неактуальны, например высокая стоимость деталей, пониженная ремонтоспособность, необходимость в специализированном персонале при обслуживании. С развитием массового машиностроения, повышением надежности, а также возможность диагностики через мобильные устройства, эти проблемы уже в прошлом. Однако некоторые все же остались

1. К составу топлива все также остаются высокие требования.
2. Зависимость от электропитания (у вариантов автомобилей, контролируемых электроникой).
3. Повышенная вероятность пожара при ДТП. За счет подачи топлива под давлением. Для таких случаев работает контроллер, который отключает бензонасос в аварийных ситуациях.

Принцип работы и устройство карбюратора

Карбюратор – это обязательный узел питания двигателя внутреннего сгорания автомобилей и мотоциклов. До конца XX века карбюраторы устанавливались на большинство автомобилей, но в наши дни их прочно вытеснили более удобные и функциональные инжекторные системы. Сейчас они часто встречаются в автомобилях возрастом 20 и более лет. статьи:

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. Схема барботажного карбюратора.

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. Схема мембранно-игольчатого карбюратора.

Устройство карбюратора наших дней

Сегодня используются поплавковые модели, которые являются самыми усовершенствованными. Их можно увидеть на большинстве машин.

Устройство и работа карбюратора: 1 — регулировочный винт пускового устройства; 2 — штифт рычага 24, входящий в паз рычага 3; 3 — рычаг управления воздушной заслонкой; 4 — винт крепления тяги привода воздушной заслонки; 5 — регулировочный винт приоткрывания дроссельной заслонки первой камеры; 6 — рычаг дроссельной заслонки первой камеры; 7 — ось дроссельной заслонки первой камеры; 8 — рычаг привода дроссельной заслонки второй камеры; 9 — регулировочный винт количества смеси холостого хода; 10 — ось дроссельной заслонки второй камеры; 11 — рычаг дроссельной заслонки второй камеры; 12 — патрубок отсоса картерных газов в задроссельное пространство карбюратора; 13 — дроссельная заслонка второй камеры; 14 — выходные отверстия переходной системы второй камеры; 15 — корпус дроссельных заслонок; 16 — распылитель главной дозирующей системы второй камеры; 17 — малый диффузор; 18 — корпус топливного жиклера переходной системы второй камеры; 19 — распылитель ускорительного насоса; 20 — патрубок подачи топлива в карбюратор; 21 — распылитель эконостата; 22 — воздушная заслонка; 23 — шток пускового устройства; 24 — рычаг воздушной заслонки; 25 — крышка пускового устройства; 26 — штифт рычага 24, действующий от штока 23 пускового устройства; 27 — ось воздушной заслонки; 28 — крышка карбюратора; 29 — трубка с топливным жиклером эконостата; 30 — топливный фильтр; 31 — игольчатый клапан; 32 — эмульсионная трубка второй камеры; 33 — поплавок; 34 — главный топливный жиклер второй камеры; 35 — перепускной жиклер ускорительного насоса; 36 — рычаг привода дроссельных заслонок; 37 — рычаг привода ускорительного насоса; 38 — диафрагма ускорительного насоса; 39 — регулировочный винт качества (состава) смеси холостого хода; 40 — патрубок забора разрежения вакуумного регулятора опережения зажигания. 41 — корпус карбюраторов. 42 — электромагнитный запорный клапан; 43 — регулировочный винт добавочного воздуха заводской подрегулировки системы холостого хода; 44 — диафрагма пускового устройства.

Пусковая система карбюратора

Данная система осуществляет впрыск обогащенного горючего в двигательные элементы (цилиндры). Это происходит в момент запуска. Тут ключевую роль играет воздушная заслонка. В консрукциях российского производства, она управляется вручную при помощи рукоятки подсоса, которая выведена внутрь салона. В иностранных моделях используется система автоматизированного запуска, которая независимо контролирует раскрытие воздушной заслонки.

Пусковое устройство карбюратора: 1 — рычаг привода воздушной заслоним; 2 — воздушная заслонка; 3 — тяга; 4 — шток-серьга; 5 -регулировочный винт; 6 — телескопическая тяга; 7 — тяга регулирования положения дроссельной заслонки; 8 — дроссельная заслонка.

Кроме того, система конструкции предусматривает предотвращение поступления переобогащенного питания внутрь цилиндров сразу после запуска. Специально привод сконструирован таким образом, что может выполнять открытие створки чтобы произошло обеднение смеси. Также она связана тягой с дросселем. Это дает возможность при запуске и во время прогрева регулировать уровень раскрытия створок.

Фундаментальное рассмотрение

Идеальная система впрыска топлива может точно обеспечить точное количество топлива при любых условиях работы двигателя. Обычно это означает точное управление соотношением воздух-топливо (лямбда), что позволяет, например: облегчить работу двигателя даже при низких температурах двигателя (холодный запуск), хорошую адаптацию к широкому диапазону высот и температур окружающей среды, точно регулировать частоту вращения двигателя. (включая холостые обороты и обороты красной линии), хорошая топливная эффективность и минимально достижимые выбросы выхлопных газов (потому что это позволяет устройствам контроля выбросов, таким как трехкомпонентный катализатор, работать должным образом).

На практике идеальной системы впрыска топлива не существует, но существует огромное количество различных систем впрыска топлива с определенными преимуществами и недостатками. Большинство этих систем устарели из-за системы прямого впрыска Common-Rail , которая в настоящее время (2020 г.) используется во многих легковых автомобилях. Система впрыска Common Rail позволяет осуществлять прямой впрыск бензина и даже лучше подходит для непосредственного впрыска топлива дизельных двигателей . Однако система впрыска Common Rail является относительно сложной системой, поэтому в некоторых легковых автомобилях, в которых не используются дизельные двигатели, вместо используется система .

При проектировании системы впрыска топлива необходимо учитывать множество факторов, в том числе:

• Стоимость системы
• Характеристики двигателя и управляемость автомобиля (легкость запуска, плавность хода и т. Д.)
• выхлопные выбросы
• Возможности диагностики и простота обслуживания
• Эффективность топлива
• Надежность
• Возможность работать на различных видах топлива

Принцип работы карбюратора

Сначала горючее направляется в поплавковую камеру. В момент достижения необходимого уровня поплавок поднимается и перекрывает клапан, через который подается топливо. Когда поплавок опускается, подача топлива возобновляется.

Далее топливо идет в смесительную камеру, где создается горючая смесь. Сверху подается воздух, который соединяется с горючим. В камере находится распылительная трубка с жиклером, а также дроссель и диффузор. Жиклер — это пробка, которая не допускает вытекание топлива из поплавковой камеры. Заслонка, соединенная с педалью, называется дросселем. При надавливании ногой, она открывается, и горючая смесь попадает в цилиндр. В результате машина набирает скорость. В диффузоре находится распределительная трубка.

В момент запуска в смесительной камере формируется разрежение, из распылителя разбрызгивается топливо. Поднимается поток воздуха, который при смешении с топливом, переносит горючее в цилиндр.

В новейших устройствах помимо смесительной и поплавковой камер, находится также пусковое и дозирующее устройство, конструкция холостого хода, экономайзер, ускорительный насос. Устаревшие модели не обеспечивают полноценную работу мотора, поскольку в зависимости от того, холодный или горячий двигатель, смесь должна быть разной. Если запускают холодный двигатель, требуется горючая смесь, обогащенная топливом. В случае, когда мотор долго работал, необходима смесь с небольшим включением топлива.

Для увеличения скорости или езды в нагруженной машине, нужна смесь, сильно обогащенная топливом. Аналогичная ситуация при движении на холостом ходу, на малых оборотах. Такие условия простой карбюратор обеспечить не в силах.

С целью обогащения смеси топливом применяют насос-ускоритель. Когда резко выжимают педаль, проходит воздух, который движется быстрее топлива. С этим связана нехватка топлива в горючей жидкости. При наличии насоса силовой агрегат работает мощнее.

Система холостого хода идеальна для малых оборотов. При таком режиме силовой агрегат функционирует на обогащенной смеси. Однако, одной дозирующей системы недостаточно, ведь на холостом ходу дроссель открывается лишь частично. В новейших карбюраторах горючая смесь формируется около дросселя, поскольку в этом месте, даже если дроссель открыт не полностью, создается необходимое разрежение.

Для запуска мотора требуется смесь, которая обогащена топливом. С этой целью в смесительной камере предусмотрена заслонка с клапаном, через который проходит воздух. На приборной панели автомобиля есть ручка для управления клапаном. При вытягивании ручки клапан приоткрывается, и объем воздуха в смесительной камере сокращается. А количество горючего в смеси возрастает. В результате даже первые порции смеси достаточно насыщены, и мотор быстро заводится. При наличии спускового устройства двигатель работает даже при пониженных температурах.

Возможности дозирующего устройства позволяют создавать смесь, подходящую для работы двигателя в разных режимах. С помощью системы автоматически регулируется состав смеси при работе мотора с малой и средней нагрузкой. В таком режиме топливо подается через дозирующую систему. Однако, даже при полном открытии дросселя горючего часто недостаточно. По этой причине, когда дроссель практически полностью открыт, рычаг, соединенный с ним, воздействует на тягу привода экономайзера — так открывается дополнительный проход из поплавковой камеры. В итоге двигатель функционирует более мощно.

Типы карбюраторов

Предшественниками уже рассмотренного поплавкового карбюратора были мембранно-игольчатый и барботажный. Это уже устаревшие конструкции, которые сегодня и не встретишь на машинах повседневного использования (а вот на «олдкарах» эти редкости еще есть).

Мембранно-игольчатый карбюратор состоит из нескольких камер, разделенных мембранами. Мембраны опираются на пружины заданной жесткости и соединены между собой штоком. Мембранные камеры имеют выход в камеру смешивания, а также соединены с каналом подачи топлива. Движение штока приводило в действие мембраны камер, заставляя их качать топливо в полость смешивания. Да, система несколько громоздкая и медленно реагирующая на изменение режима работы двигателя, но при этом надежная до такой степени, что устанавливалась на авиационные двигатели.

Схема мембранно-игольчатого карбюратора

Барботажный карбюратор – первая конструкция и первая попытка создать подобное устройство. Представлял собой глухую крышку, которая накрывала бензобак на некотором расстоянии от топлива. К крышке подводились два патрубка: один входной для воздуха, второй к двигателю. Воздух, проходя под крышкой, насыщался парами бензина и в таком виде направлялся в камеру сгорания. Это первое устройство, которое рассчитано на работу с испарениями топлива.

Схема барботажного карбюратора: 1 — трубопровод; 2 — отверстие в поплавковой камере; 3 — диффузор; 4 — распылитель; 5 — дроссельная заслонка; 6 — смесительная камера; 7 — жиклер; 8 — поплавковая камера; 9 — поплавок; 10 — игольчатый клапан.

Классификация других типов карбюраторов зависит от особенностей конструкции. По сечению распылителя различают устройства с постоянным разрежением (модели производства Японии с высочайшими эксплуатационными характеристиками), с постоянным сечением распылителя (карбюраторы производства СССР и РФ) и с золотниковым дросселированием (горизонтальные карбюраторы, предназначенные в основном для мототехники).

По направлению движения готовой смеси различают конструкции с горизонтальным и вертикальным потоком (из последних самой эффективной оказалась система с нисходящим потоком).

Поплавковые карбюраторы могут иметь одну или несколько смесительных камер. Однокамерные устройства были в ходу до 1960-х годов, пока развитие двигателей не потребовало увеличения пропускной способности карбюратора.

Создание многокамерных карбюраторов с несколькими дроссельными заслонками позволило решить эту проблему. Появились разновидности: карбюраторы с одновременным открытием двух дроссельных заслонок, от каждой из которых питались определенные цилиндры, и карбюраторы с последовательным открытием двух заслонок, которые подключались на весь двигатель и работали в соответствии с его режимом.

По мере того, как росла мощность двигателей, развивались и карбюраторы. Появились трех- и четырехкамерные виды, на автомобиль устанавливалось несколько карбюраторов, настраивались различные варианты приготовления топливной смеси (например, в одной камере делалась переобогащенная смесь, в двух других – обедненная).

Какой карбюратор используется на модели ИЖ Юпитер 5

ИЖ Юпитер 5 является самой поздней и доработанной моделью из серии. Первые «пятерки» были переходными: облицовка с 4 модели и карбюратор К-62Д. Затем, в производство пустили обновленную версию – ИЖ Юпитер 5-01, мотоцикл получил взаимозаменяемую облицовку с ИЖ Планета 5 и карбюраторы К-65Д, К-68Д и Jikov-2928CE. Последний был взят с чехословацкого мотоцикла Ява-638, который имел схожие параметры двигателя с юпитером.

Позднее Ижмаш представил доработанную версию двигателя юпитера с водяным охлаждением. Так называемая «водянка» имела ту же мощность двигателя, что и обычный мотор, но зато у двигателя снизился уровень шума и расход топлива. Также на нее устанавливался новый карбюратор К-68Д. Его особенностью стала новая цилиндрическая форма и материал дроссельной заслонки (как у Jikov), благодаря чему уменьшился её износ. Холостой ход стал более стабильным.

Механический «подсос» топлива

Не насыщенность, а просто количество рабочей топливно-воздушной смеси, которое поступает в цилиндры двигателя, зависит от положения дроссельной заслонки. Эта заслонка напрямую связана с педалью газа в кабине. Знатокам старой ВАЗовской «классики» знакомо также ещё одно устройство для управления дроссельной заслонкой. Это «подсос» для холодного запуска мотора – рычаг механического «подсоса» топлива, в нижней части приборной панели. Если вытянуть «подсос» на себя, то заслонка прикрывается.

Тем самым ограничивается доступ воздуха и увеличивается уровень разрежения в смесительной камере карбюратора. Бензин из поплавковой камеры при повышенном разрежении вытягивается в смесительную камеру гораздо интенсивнее, а недостаточное количество поступившего воздуха делает возможным приготовление для мотора обогащенной рабочей смеси, более подходящей для запуска холодного двигателя.

Датчики топливной системы

При разной комплектации автомобиля может отличаться количество датчиков. Устанавливать их все, для нормальной работы, необязательна.

1. Датчик кислорода. Он рассчитывает данные по содержанию кислорода в общем объеме отработанных газов.
2. Датчик положения коленвала. Автомобиль не заведется при поломки данного датчика. Вы не сможете добраться до сервиса без помощи эвакуатора при неполадках с ДПКВ.
3. Датчик массового расхода воздуха Поступающий объем воздуха и его расход двигателем рассчитывается именно этим датчиком.
4. Датчик температуры охлаждающей жидкости. Для контроля температурного уровня охлаждающей жидкости, устанавливается данный датчик. Сигнал отправляется на блок управления, но на панели применяется другой датчик.
5. Датчик скорости. Подает на приборную панель количество пробега.
6. Датчик положения дроссельной заслонки Нагрузка, оказываемая на мотор, рассчитывается этим датчиком.
7. Датчик детонации.При определении детонации в автомобиле, включается система ее гашения.
8. Датчик фазы. Синхронизирует впрыск топлива. В аварийной ситуации, переводит двигатель на параллельно— попарную подачу горючего.

В итоге можно сказать, что система впрыска топлива сильно продвинулась за последние пятьдесят лет в своем технологическом совершенстве. Конечно, недостатки все еще остались, но однозначно, массовость в машиностроении, экология — все это непосредственно влияет на развитие двигателей автомобилей. Сейчас невероятно актуальна экологическая составляющая нашей планеты, поэтому разработчики автомобильных двигателей не имеют шансов остаться на том же уровне, что и сейчас, не вводя все новые и новые усовершенствованные методы переработки горючей смеси в двигателе.

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

• угол поворота дроссельной заслонки
• степень разрежения во впускном коллекторе
• частота вращения коленчатого вала
• температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
• концентрация кислорода в отработавших газах
• атмосферное давление
• напряжение аккумуляторной батареи
• и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

• топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
• появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
• достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
• обеспечивается лучшая приемистость двигателя
• в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Рекомендуем: Минимальная толщина тормозных колодок

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.

Поплавковая камера

Одним из важнейших факторов эффективной работы карбюратора является уровень топлива в поплавковой камере. От правильного уровня горючего зависит устойчивая работа двигателя на холостом ходу и на малых оборотах. Поскольку регулировка системы холостого хода фактически определяет правильную компенсацию состава ГДС, то от стабильности уровня топлива косвенно зависит работа и на всех прочих режимах.

Значение уровня бензина в камере заложена таким образом, чтобы при любых отклонениях устройства от вертикального положения не происходило бы самопроизвольного изливания горючего из распылителей в смесительную камеру. Для дополнительной компенсации приливно-отливных явлений, в более совершенных карбюраторах были предусмотрены дополнительные экономайзеры, а также спараллеленные поплавковые камеры, выполненные по бокам карбюратора и соединённые между собой поперечным каналом или специальной сообщающейся полостью. Поплавки в разных карбюраторах делали спаянными из штампованных латунных половинок, либо изготовленными из пластмассы.