Система питания карбюраторного двигателя

Образование горючей смеси

Для приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода отработавших газов предназначена система питания карбюраторного двигателя, которая состоит из четырех групп приборов.

Первая группа обеспечивает хранение, очистку и подачу бензина. К ней относятся: бензиновый бак, указатель уровня бензина, бензиновый кран, бензиновый насос, бензиновый фильтр и бензопроводы.

Воздушный фильтр и воздухопровод, представляющие собой вторую группу приборов, очищают и подают воздух.

Третья группа - это карбюратор и впускной трубопровод. В карбюраторе из бензина и воздуха приготовляется горючая смесь, а впускной трубопровод подводит ее от карбюратора к цилиндрам двигателя.

В четвертую группу приборов входят выпускной трубопровод, который отводит отработавшие газы из цилиндров двигателя, и глушитель для уменьшения шума при выпуске отработавших газов.

В современных быстроходных двигателях в каждом цилиндре происходит от 3 (на холостом ходу) до 40 (при максимальномчис-ле оборотов) вспышек в секунду. Следовательно, при максимальном числе оборотов коленчатого вала процесс сгорания продолжается не более 0,003-0,005 сек. Быстрое сгорание бензина в цилиндрах двигателя обеспечивается его предварительной' подготовкой: распыливанием, испарением и тщательным перемешиванием с воздухом. Смесь паров и мелких капель топлива с воздухом, способная гореть в цилиндре двигателя, называется горючей смесью.

Горючая смесь приготовляется в смесительной камере карбюратора.

Поступающий из атмосферы под действием разности давлений воздух проходит через смесительную камеру с большой скоростью, которая особенно велика в месте сужения смесительной камеры - диффузоре. Бензин подводится распылителем к той части диффузора, в которой воздух движется с наибольшей скоростью. Количество поступающего бензина регулируется калиброванным отверстием - жиклером, а количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, - дроссельной заслонкой.

В поплавковой камере карбюратора поддерживается постоянный уровень бензина; следовательно, и в распылителе при неработающем двигателе бензин находится на таком же уровне.

На процесс смесеобразования отводится очень мало времени - 0,017 - 0,17 сек. Поэтому для лучшего испарения бензина горючую смесь подогревают, а бензин предварительно эмульсируют в распылителе.

Процесс наполнения цилиндров двигателя

При движении поршня от в. м.т. к н. м. т. цилиндр наполняется свежим зарядом горючей смеси. Этот процесс называется процессом впуска. Разрежение, которое создается в цилиндре при движении поршня, непостоянно и зависит от числа оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки: с увеличением числа оборотов коленчатого вала разрежение в цилиндре увеличиватся; чем больше открыта дроссельная заслонка, тем меньше (разрежение в цилиндре. С прикрытием дроссельной заслонки разрежение в цилиндре увеличивается.

Весовой заряд горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, зависит, таким образом, от числа оборотов коленчатого вала и величины открытия дроссельной заслонки. Но, кроме того, он зависит и от степени подогрева горючей смеси. Чем больше число оборотов коленчатого вала, чем выше подогрев горючей смеси и чем меньше открыта дроссельная заслонка, тем меньше величина весового заряда горючей смеси.

Рабочая смесь и процесс горения

В цилиндре двигателя горючая смесь смешивается с остаточными газами; такая смесь уже называется рабочей смесью. Рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, и пламя, появившееся у электродов искровой зажигательной свечи, быстро распространяется по всей камере сгорания.

Чем больше скорость сгорания рабочей смеси, чем меньше времени она горит, тем меньше тепла отдается стенкам цилиндров и тем выше давление газов в цилиндре. Рабочая смесь успевает сгореть, когда поршень находится еще в в. м. т. Минимальные потери тепла при большой скорости сгорания смеси и высокое давление газов увеличивают мощность и экономичность двигателя.

Если в цилиндрах двигателя ГАЗ-51 при числе оборотов коленчатого вала 2800 в минуту продолжительность сгорания составляет 0,003 сек, то давление газов равно 36 кг/см², усилие на поршень - 1902 кг и двигатель развивает мощность 70 л. с.

Горение рабочей смеси с небольшой скоростью приводит к понижению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя.

Если продолжительность сгорания смеси в цилиндрах того же двигателя увеличится до 0,008 сек, а величина опережения зажигания останется неизменной, то давление газов будет равно 12 кг/см², усилие на поршень - 634 кг и мощность двигателя снизится до 23 л. с.

Нормально смесь сгорает со скоростью 20 - 40 м/сек. Чрезмерное увеличение скорости сгорания приводит к излишне резкому нарастанию давления в цилиндрах, в результате чего увеличивается нагрузка на детали механизмов двигателя, возрастает трение между деталями и повышается их износ, а получаемая мощность почти не увеличивается.

Состав смеси

Рабочая смесь к моменту воспламенения ее электрической искрой должна удовлетворять следующим требованиям:

- состав смеси должен быть строго определенным для каждого режима работы двигателя;

- бензин в смеси должен находиться в парообразном состоянии;

- смесь должна быть однородной как внутри одного цилиндра, так и во всех цилиндрах двигателя.

Теоретически подсчитано, что для полного сгорания 1 кг бензина требуется 15 кг воздуха. Смесь, содержащая воздуха столько, сколько теоретически необходимо для полного сгорания находящегося в ней топлива, называется теоретической смесью.

На практике бензин в теоретической смеси полностью не сгорает, так как при смешивании бензина с воздухом не удается до-' биться равномерного распределения частиц бензина в воздухе. Одна часть смеси содержит бензин в избытке, а другая, наоборот, - в недостатке. При неполном сгорании бензина уменьшается количество выделяющегося тепла; следовательно, снижается экономичность двигателя. А чтобы весь бензин сгорел полностью, необходимо увеличить количество воздуха в смеси сверх теоретически необходимого. Смесь, содержащая воздуха больше теоретически необходимого количества, называется бедной смесью.

Наивысшая экономичность двигателя получается при работе на несколько обедненной смеси, в которой на 1 кг бензина приходится 17 кг воздуха (смесь характеризуется отношением 17 : 1). Но работа двигателя на бедной смеси сопровождается падением его мощности.

Для увеличения скорости сгорания необходимо сблизить частицы бензина в смеси. Смесь, содержащая воздуха меньше теоретически необходимого количества, называется богатой смесью. Быстрее всего сгорает обогащенная смесь, в которой соотношение воздуха и бензина составляет 13 : 1. Работая на такой смеси, двигатель даст наивысшую мощность. Однако недостаток воздуха в обогащенной смеси приведет к неполному сгоранию бензина, и экономичность двигателя окажется ниже, чем при ,работе на несколько обедненной смеси.

Смеси, в которых на 1 кг бензина приходится менее 6 и более 21 кг воздуха, не воспламеняются от электрической искры.

Состав рабочей смеси оказывает большое влияние не только на мощность и экономичность двигателя, но и на температурный режим двигателя. При медленном сгорании переобедненной смеси поршень за время ее горения проходит от в. м. т. к н. м. т. значительное расстояние. Объем горящих газов и поверхность соприкосновения газов со стенками цилиндров увеличиваются. Количество тепла, отдаваемого стенкам цилиндров и другим деталям двигателя, возрастает, и температура двигателя повышается.

При работе двигателя на переобогащенной смеси скорость сгорания тоже уменьшается, но не так значительно, как при работе на переобедненной смеси. Появление черного дыма из глушителя свидетельствует о работе двигателя на переобогащенной смеси и объясняется неполным сгоранием бензина, при котором в отработавших газах появляются частицы углерода.

Испарение бензина в рабочей смеси должно закончиться полностью к началу горения. Бензин же хорошо испаряется только при прогретом двигателе. Для улучшения испарения бензина стенки впускного трубопровода подогреваются отработавшими газами. Подогрев горючей смеси регулируется в зависимости от температуры окружающего воздуха. Чрезмерно высокий подогрев значительно уменьшает вес горючей смеси, а следовательно, снижает мощность, развиваемую двигателем.

Однородность рабочей смеси характеризуется равномерностью распределения паров и частиц бензина в ее объеме. Однородная рабочая смесь сгорает наиболее полно со скоростью, соответствующей ее составу.

Детонация и преждевременное восцламеяеяие горючей смеси

При некоторых условиях (хмалая величина октанового числа бензина, высокая температура и большое давление в цилиндре) скорость сгорания рабочей смеси резко возрастает и достигает 1500 - 2500 м/сек. Такой вид сгорания называется детонационным.

Взрывная волна вызывает мгновенные, чисто местные повышения давления, но общее увеличение тепловых потерь ведет к снижению экономичности и мощности двигателя. Работа двигателя при детонационном сгорании рабочей смеси, о котором свидетельствуют звонкие стуки в двигателе, ведет к перегреву двигателя, снижению его мощности и увеличению расхода горючего.

Работа двигателя с детонацией недопустима и даже опасна для отдельных его деталей. В большинстве случаев появление детонационного сгорания есть результат неправильно подобранного сорта горючего для двигателя с данной степенью сжатия.

Причинами, вызывающими детонацию, могут быть также нагарообразование на поршне и головке блока, чрезмерно большой угол опережения зажигания, перегрев двигателя.

Чтобы уменьшить или прекратить детонацию, надо уменьшить нагрузку на двигатель (прикрыть дроссель, перейти на пониженную передачу), уменьшить угол опережения зажигания, выбрать надлежащий сорт горючего, поддерживать нормальный тепловой режим двигателя.

Следует отличать детонацию от самовоспламенения рабочей смеси, которое возникает в результате перегрева отдельных деталей двигателя или наличия частиц нагара в камере сгорания.

Работа двигателя с самовоспламенением рабочей смеси сопровождается стуками, падением мощности и перегревом двигателя. В этом случае при выключенном зажигании двигатель будет некоторое время продолжать работать, так как смесь воспламеняется не от искры, а в результате соприкосновения с перегретыми деталями двигателя.

Режимы работы двигателя

Автомобильный двигатель работает в сложных и разнообразных условиях, которые определяются количеством перевозимого груза, скоростью движения, качеством и состоянием дорожного покрытия и другими факторами. В зависимости от этих условий изменяются мощность и число оборотов двигателя.

Подводимая к ведущим колесам автомобиля мощность должна быть достаточной Для движения автомобиля с требуемой скоростью. При переходе автомобиля с горизонтальной дороги на подъем мощность двигателя для сохранения скорости должна быть увеличена (открытием дроссельной заслонки), а при движении под уклон, наоборот, уменьшена (прикрытием дроссельной заслонки).

Таким образом, при постоянной скорости движения автомобиля мощность двигателя может быть различной. Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем больше развиваемая мощность, тем больше нагружен двигатель. Степень использования мощности двигателя называется его нагрузкой, которая выражается обычно в процентах к максимальной мощности при данном числе оборотов.

При движении автомобиля возможно самое разнообразное сочетание нагрузки и числа оборотов, поэтому количество возможных режимов работы его двигателя бесконечно велико,

Выделим четыре наиболее характерных нагрузочных режима двигателя: частичная (средняя) нагрузка; полная (максимальная) нагрузка; резкое увеличение нагрузки; холостой ход.

Частичная нагрузка - наиболее часто встречающийся режим работы автомобильного двигателя. В этом случае дроссельная заслонка полностью не открывается, а обороты двигателя могут изменяться от минимальных до максимальных.

Полная нагрузка соответствует полному открытию дроссельной заслонки при различном числе оборотов.

Резкое увеличение нагрузки двигателя происходит при разгоне автомобиля после трогания с места или при обгоне.

Способность двигателя быстро увеличивать обороты коленчатого вала характеризует его приемистость. Чем лучше приемистость двигателя, тем выше средняя скорость движения автомобиля.

На холостом ходу двигатель работает во время кратковременной остановки автомобиля или при движении автомобиля по инерции (накатом) с выключенной передачей. Число оборотов коленчатого вала двигателя должно быть по возможности малым, чтобы уменьшить расход бензина.

Особым видом работы двигателя является запуск холодного двигателя и его последующий прогрев. При запуске двигателя коленчатый вал вращают при помощи пусковой рукоятки или стартера. Во время прогрева двигателя число оборотов коленчатого вала должно быть повышенным по сравнению с оборотами холостого хода, чтобы преодолеть большие внутренние сопротивления в двигателе.

Требования к составу горючей смеси на различных режимах работы двигателя

На режиме частичных нагрузок горючая смесь должна плавно обедняться (от 8 - 9 кг воздуха на 1 кг бензина при малых открытиях дроссельной заслонки до 16 - 17 кг воздуха на 1 кг бензина при почти полном открытии дроссельной заслонки).

На этом режиме двигатель не должен развивать полной мощности, поэтому карбюратор готовит смесь экономичного, состава. Экономичной смесью называется горючая смесь, обеспечивающая получение наибольшей экономичности двигателя.

На режиме полных (максимальных) нагрузок двигатель должен развивать наибольшую мощность. Выполнение этого требования обеспечивает мощностная смесь. В такой смеси на 1 кг бензина приходится 13 кг воздуха.

Быстрое увеличение нагрузки двигателя возможно только при таком же быстром увеличении количества горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. При резком открытии дроссельной заслонки необходимо одновременно подать дополнительно некоторое количество бензина, чтобы предотвратить временное переобеднение горючей смеси.

Работа двигателя на холостом ходу должна быть достаточно устойчивой, что при сильно прикрытой дроссельной заслонке достигается только в том случае, если богатая смесь имеет такой состав, который обеспечивает ее надежное воспламенение при большом количестве остаточных газов (в такой смеси на 1 кг бензина приходится 8 - 9 кг воздуха).

При запуске холодного двигателя смесеобразование сильно ухудшается вследствие недостаточного разрежения в диффузоре, незначительной скорости воздуха и низкой температуры деталей двигателя. Практически испаряются лишь легкие фракции бензина (около 10% всего количества). Поэтому для приготовления необходимого количества смеси, способной воспламеняться и гореть, в цилиндры двигателя подается очень богатая смесь (1 - 2 кг воздуха на 1 кг бензина). По мере прогрева двигателя после запуска требуемое обогащение горючей смеси уменьшается.

Прогретый двигатель запускают без дополнительного обогащения горючей смеси вследствие лучших условий испарения бензина.