Системы, обеспечивающие работу на полной мощности

 

Для достижения максимальной мощности, как видно из графика (рис.29), необходимо обогащение смеси до 0,8 - 0,9. Как объяснялось ранее, в карбюраторах с переменным сечением диффузора это достигается при выходе подвижных деталей диффузора на ограничитель. В более распространенных схемах компенсации состава смеси в главной дозирующей системе требуются специальные устройства, повышающие расход топлива (обогащающие смесь) на режимах максимальной нагрузки (полного дросселя). В качестве таких устройств применяются экономайзер и эконостат.

Экономайзер представляет собой дополнительный канал, по которому топливо подается к распылителю. Этот канал закрыт клапаном при работе на частичных нагрузках. Клапан открывается принудительно при приближении нагрузки к максимальной. Необходимое обогащение смеси достигается подбором сечения жиклера экономайзера. Главный жиклер и жиклер экономайзера могут быть включены параллельно и последовательно (рис.42). В первом случае клапан пропускает дополнительное топливо через жиклер экономайзера, во втором - открывает подвод к главному жиклеру в обход жиклера экономайзера.

На рис. 42 показан экономайзер с механическим приводом. В этом случае клапан открывается при подходе дроссельной заслонки к положению полного открытия, которое и соответствует режиму максимальной мощности. Клапан экономайзера может иметь также пневматический привод, срабатывающий при некоторой величине разрежения во впускном коллекторе (обычно 0,6 - 1,0 кПа). Это разрежение зависит не только от положения дросселя, но и от частоты вращения, поэтому экономайзер с пневматическим приводом будет при малых частотах вращения включаться при не полностью открытой дроссельной заслонке, что положительно сказывается на приемистости двигателя.

Эконостат (рис.43) подводит дополнительное топливо в обход распылителя, в воздушный тракт перед диффузором. Эконостат не имеет управляемых элементов, и истечение из его распылителя происходит лишь при наибольших скоростях воздуха, когда разрежение в трубопроводе достаточно, чтобы преодолеть гидростатическое давление столба топлива. В некоторых карбюраторах применяют одновременно эконостат и экономайзер.

 

Системы холостого хода

 

На режимах холостого хода требуется существенное обогащение смеси по сравнению с ее составом во время режимов частичной нагрузки. На этих режимах дроссельная заслонка закрыта почти полностью. Кроме того, для автомобильного двигателя нормальный режим холостого хода осуществляется при минимальной частоте вращения. Таким образом на данных режимах разрежение в диффузоре настолько мало, что главная дозирующая система не подает топливо через распылитель. Из этого следует необходимость особой системы холостого хода, подающей топливо в обход главной дозирующей системы.

Выходной канал системы холостого хода (рис.44) выводится ниже дроссельной заслонки, где при закрытом дросселе устанавливается высокое значение разрежения, достаточное, чтобы подать топливо из поплавковой камеры. Жиклер холостого хода имеет сечение, регулируемое винтом холостого хода, что позволяет в условиях эксплуатации подбирать компромиссное решение между минимальной частотой вращения на холостом ходу (что важно по соображениям экономии топлива и износа двигателя) и токсичностью отработавших газов, в первую очередь содержанием окиси
углерода. Второй канал, выходящий во впускной трубопровод несколько выше, при закрытом дросселе служит для подсоса воздуха, а также обеспечивает более плавное включение системы холостого хода в работу.

Помимо "нормального" холостого хода, обычно связанного с остановкой автомобиля, в эксплуатации возможен так называемый "принудительный" холостой ход - работа двигателя при высокой частоте вращения с закрытым дросселем. Наиболее типичный случай - торможение двигателем. В этих условиях система холостого хода переобедняет смесь, что приводит к пропускам вспышек и обратным вспышкам во впускном коллекторе. Подаваемое при этом топливо фактически сжигается бесполезно, увеличивая к тому же выброс токсичных продуктов сгорания и несгоревших углеводородов в атмосферу. В связи с этим в современных карбюраторах предусматривается отключение подачи топлива при закрытой дроссельной заслонке и высокой частоте вращения. Обычно сигналом повышения частоты вращения служит разрежение в подводящей трубе, которое приводит в действие специальный клапан 4, закрывающий канал холостого хода 3 (рис.45). Клапан 4 перемещается под действием диафрагмы 5, полость над которой сообщается с помощью электоропневматического клапана 7 либо с впускным трубопроводом 6 (обычный холостой ход), либо с атмосферой (принудительный холостой ход). Клапаном 7 управляют электронный блок 1 и микропереключатель 2.

 

3.5. Ускорительный насос

 

Двигатель при разгоне должен развивать максимально возможную мощность, которая определяет динамические характеристики транспортного средства. Для этого, как указывалось ранее, требуется обогащение смеси. Несмотря на наличие устройств типа экономайзера и эконостата, при резком открывании дроссельной заслонки требуемый состав смеси достигается не сразу. Здесь действует ряд факторов, относящихся как к работе собственно двигателя, так и специфически связанных с системой топливоподачи. К первым относятся ухудшенные условия испарения при пониженных температурах впускного коллектора и рабочего цилиндра. Вторая группа факторов связана с особенностями карбюраторного способа смесеобразования: инерционность столба топлива между жиклером и распылителем, оседание части топлива в виде пленки, медленно движущейся по коллектору. Те и другие факторы - сравнительно краткосрочные, время стабилизации не превышает несколько секунд, однако на данный период необходимо предусмотреть дополнительный источник подачи топлива.

Эту роль в карбюраторных системах обычно выполняет насос-ускоритель (рис. 46) - поршневой насос, привод которого связан с дроссельной заслонкой. При быстром открывании заслонки поршень впрыскивает дополнительную порцию топлива, обеспечивая необходимое обогащение смеси. Если заслонка перемещается медленно, топливо, вытесняемое поршнем, перепускается на всасывание.

В карбюраторе с постоянным разрежением соответствующую функцию обеспечивает амортизатор 1 (см. рис.41), который при быстром открытии дросселя тормозит перемещение поршня 4. Увеличенное разрежение в диффузоре вызывает более интенсивную подачу топлива через распылитель и обогащение смеси.

 

 

Конструкция карбюратора

 

Как видно, большинство систем карбюратора представляют собой различные сочетания полостей, каналов и калиброванных отверстий (жиклеров). Это позволяет объединять их в едином корпусе, где большая часть необходимых полостей и каналов образуется в процессе отливки. Отработанная технология точного литья обеспечивает получение тонкостенных конструкций с высокой точностью размеров. Жиклеры выполняются вставными. Это, с одной стороны, гарантирует высокую точность выполнения калиброванного отверстия, с другой - позволяет подбором жиклеров настраивать карбюратор одной и той же конструкции применительно к различным модификациям двигателей. В том же корпусе размещается поплавковая камера и дроссельная заслонка.

При проектировании карбюратора приходится искать компромисс между требованиями к качеству распыливания топлива в диффузоре и необходимостью минимизации гидравлического сопротивления воздушного тракта, в особенности на режиме максимальной мощности. Для качественного распыливания требуется скорость воздуха в горловине диффузора порядка 100 - 150 м/с. Исходя из этого, можно найти диаметр диффузора

,

где D - диаметр цилиндра, W _д - скорость в диффузоре, C_m - средняя скорость поршня, h _v - коэффициент наполнения. Для двигателей с числом цилиндров больше четырех величину d _д следует умножить на поправочный коэффициент K ₁, учитывающий перекрытие фаз впуска в отдельных цилиндрах.

Диаметр смесительной камеры принимается на 30% выше, чем диаметр горловины диффузора.

Рассчитанный таким образом карбюратор обеспечит удовлетворительное распыливание топлива при умеренном сопротивлении впуску на номинальном режиме. По мере прикрытия дросселя и снижения частоты вращения качество распыливания снижается вследствие уменьшения скорости воздуха. В карбюраторах с переменным сечением диффузора снижение расхода компенсируется уменьшением сечения, при постоянной же геометрии диффузора для улучшения смесеобразования на малых нагрузках и скоростях применяются двух- и многокамерные карбюраторы. Наиболее широко применяется двухкамерная схема, при которой на малых нагрузках работает одна камера. Привод дроссельных заслонок основной и дополнительной камер сконструирован так, что заслонка дополнительной камеры начинает открываться, когда заслонка основной камеры открыта на 60 - 70%. На номинальном режиме полностью открыты обе заслонки, обеспечивая минимум сопротивления потоку смеси. Опыты показывают, что замена однокамерного карбюратора на двухкамерный позволяет повысить мощность двигателя на 8%.