Двигатели внутреннего сгорания

     Наполняемость цилиндров горючей смесью на различных режимах работы двигателя управляется специальными устройствами, изменяющими высоту подъёма клапанов и момент их открытия. Равномерность распределения смеси по цилиндрам обеспечивается устройствами, изменяющими длину впускных трубопроводов.

     При сбитых метках фаз газораспределения наполняемость и очистка цилиндров ухудшается, что даже при нормальном функционировании системы питания приводит к ухудшению показателей двигателя.

     Карбюраторные системы питания. Общее устройство и особенности работы

     Карбюра́тор — устройство в системе питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для смешивания (карбюрации) бензина и воздуха, создания горючей смеси и регулирования её расхода.

     В систему питания карбюраторного двигателя входят 1) топливный бак с системой улавливания паров бензина; 2) топливный насос; 3) топливный фильтр; 4) топливоподающая и топливовозвратная магистраль (топливные трубки и шланги); 5) воздухоочиститель; 6) впускной трубопровод; 7) карбюратор и некоторые другие детали.

     Топливо из топливного бака по топливоподающей магистрали насосом подаётся в карбюратор, где смешивается с потоком воздуха, поступающим через воздухоочиститель. Процесс смешивания называется карбюрацией. Образовавшаяся топливовоздушная смесь через впускной трубопровод и открытые впускные клапаны на такте впуска попадает в цилиндры. В течение такта впуска и сжатия происходит дальнейшая гомогенизация горючей смеси и её нагрев. В конце такта сжатия смесь воспламеняется от электрической искры. Рост температуры в цилиндре приводит к расширению горючих газов и повышению давления. Под действием давления газов поршень в цилиндре движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал. При такте выпуска отработавшие газы через открытые выпускные клапаны и систему выпуска удаляются в атмосферу.

     Топливный бак изготавливается из листовой освинцованной стали или специальной пластмассы и может иметь внутренние перегородки, ограничивающие перемещение топлива внутри бака при движении автомобиля. Бак снабжается заливной горловиной, отверстием для спуска отстоя и системой улавливания паров бензина. В заливную горловину встраивают воздухоотводящую трубку. Горловина закрывается крышкой, в которой может присутствовать впускной клапан, необходимый для впуска в бак воздуха, по мере расходования топлива. Клапан открывается при падении давления в баке ниже атмосферного на 0,01 – 0,03 кгс/см2. В баке монтируется топливоприёмник с сетчатым фильтром и датчиком уровня топлива. Топливоприёмник имеет две трубки – штуцера, которые соединяются с топливоподводящей и возвратной магистралью. В разрезе возвратной магистрали устанавливают обратный клапан, пропускающий топливо только в одном направлении. В топливных баках автомобилей с инжекторными системами питания, могут устанавливаться электрические топливные насосы и регуляторы давления. Топливо забирается из бака под действием разрежения, создаваемого топливным насосом и подаётся к карбюратору. Неизрасходованное двигателем топливо по возвратной магистрали сливается обратно в бак.

     Система улавливания паров бензина имеет бачок сепаратора, который двумя трубками соединяется со штуцерами, расположенными по обе стороны топливного бака в его верхней части, а третьей трубкой – с угольным адсорбером, размещаемым, как правило, в моторном отсеке автомобиля. Пары топлива из бака конденсируются в сепараторе и возвращаются обратно в бак, а их избыточная часть поступает в адсорбер.

     Система улавливания паров бензина относится к устройствам снижения токсичности и будет рассмотрена нами подробнее в Главе 2 – «Системы впрыска бензина».

     Топливный насос служит для принудительной подачи топлива из топливного бака в поплавковую камеру карбюратора. Для этих целей обычно применяют диафрагменные топливные насосы с приводом от эксцентрика распределительного вала или вала вспомогательных механизмов (промежуточного вала).

     Насос состоит из 1) нижнего корпуса с рычагами привода, 2) верхнего корпуса с клапанами и штуцерами, 3) диафрагменного узла и 4) крышки верхнего корпуса. Корпуса изготавливаются из алюминиевого сплава. Диафрагменный узел состоит из рабочих и защитной диафрагм и дистанционной проставки, которые вместе с диафрагменными тарелками устанавливаются на штоке. Шток диафрагм соединяется с балансиром, а диафрагмы через дистанционную проставку винтами зажимаются между корпусами насоса. Диафрагмы изготавливаются из прорезиненной ткани или перкали (специальная ткань с бензостойкой пропиткой). Верхние – рабочие диафрагмы, обеспечивают работу насоса. Нижняя – защитная диафрагма, предотвращает попадание бензина в картер двигателя в случае разрыва рабочих диафрагм. При разрыве рабочих диафрагм бензин будет отводиться через дренажное отверстие в дистанционной проставке наружу корпуса.

     Внимание! Подтекание топлива на автомобиле должно устраняться незамедлительно, так как может привести к пожару.

     Производительность топливоподкачивающего насоса диафрагменного типа составляет около 40 - 60 литров в час, что достаточно для обеспечения работы двигателя при любых рабочих режимах и нагрузках.

     Работу насоса можно условно разложить на два такта: 1) такт всасывания, и 2) такт нагнетания.

     Такт всасывания. На работающем двигателе эксцентрик вращающегося вала воздействует на детали привода насоса (шток рычага, рычаг механической подкачки, балансир). Диафрагмы насоса увлекаются штоком диафрагм вниз. В рабочей камере создаётся разряжение, что приводит к открытию впускного клапана и заполнению рабочей полости насоса топливом (выпускной клапан под действием разряжения закрывается).

     Такт нагнетания. При сбегании эксцентрика вала с толкателя, детали привода посредством пружин стремятся вернуться в исходное положение. Рабочие диафрагмы движутся вверх, объём рабочей камеры уменьшается и в ней создаётся давление. Под действием давления топлива впускной клапан насоса прижимается к седлу (закрывается), а выпускной клапан, наоборот – открывается. Топливо через выпускной клапан выдавливается из рабочей полости насоса в топливную магистраль и поступает к карбюратору.

     Топливный фильтр обеспечивает очистку топлива от воды и механических примесей перед его поступлением в топливный насос и карбюратор. Находят применение щелевые и сетчатые фильтры грубой очистки, фильтры тонкой очистки и фильтры отстойники. На легковых автомобилях большей частью используются одноразовые фильтры тонкой очистки с бумажным фильтрующим элементом и сетчатые фильтры – отстойники.

     Периодичность замены одноразовых фильтрующих элементов регламентируется производителем и, как правило, составляет 10 – 15 тысяч км. пробега автомобиля или раньше, по мере необходимости. Промывка фильтрующего элемента многоразового фильтра и очистка отстойника выполняется с периодичностью ТО – 1. Чрезмерное загрязнение фильтрующего элемента может приводить к недостатку топлива при работе двигателя уже в режиме частичных нагрузок.

     Топливные магистрали обеспечивают транспортировку топлива от топливного бака к карбюратору и обратно. Замкнутая циркуляция топлива в топливной системе уменьшает вероятность возникновения в ней паровых пробок при повышении температуры двигателя и окружающей среды. Топливные трубки изготавливаются из сталей, меди или специальной пластмассы. Топливные шланги изготавливаются из бензостойкой резины. К корпусу автомобиля трубки и шланги крепятся специальными скобами. Соединение трубопроводов с элементами топливной системы осуществляется посредством резьбовых штуцеров. Топливные шланги фиксируются на трубках и штуцерах хомутами.

     При производстве работ по монтажу топливной системы особое внимание следует уделять герметичности соединений и обеспечивать надёжное крепление трубопроводов к кузову.

     Воздухоочиститель обеспечивает очистку воздуха поступающего в цилиндры двигателя. Состоит из корпуса с крышкой. Корпус имеет один – два воздухоподводящих и отводящих патрубка. В воздухоподводящем патрубке устанавливается заслонка с механическим или автоматическим приводом для регулирования потока входящего воздуха. В холодный период эксплуатации заслонка пропускает в воздухоочиститель подогретый воздух, идущий от двигателя. В тёплое время года в воздухозаборник забирается более холодный воздух от верхней части моторного отсека или из зоны решетки радиатора. Внутри корпуса размещается фильтрующий элемент. У большинства современных легковых и грузовых автомобилей фильтрующий элемент сменный, изготовлен из специальной перфорированной бумаги, заключённой в металлический каркас с внешней обкладкой из синтетического материала. На части автомобилей через воздухоочиститель осуществляется рециркуляция картерных газов в цилиндры двигателя. Воздухоочиститель может оборудоваться системой глушения звука всасываемого воздуха.

     В некоторых конструкциях, с целью снижения сопротивления всасыванию воздуха и повышения мощности двигателя, не предусматривается наличие корпуса воздушного фильтра. Фильтр устанавливается на поддон, который, в свою очередь, крепится непосредственно к фланцу карбюратора. Фильтрующий элемент многоразового использования с периодичностью, заявленной производителем, очищается от пыли и грязи (как правило, моется в тёплой воде с применением моющих средств).

     На части грузовых и легковых автомобилей устанавливаются инерционно – масляные (контактные) воздухоочистители. В таких воздухоочистителях воздух очищается вследствие инерционного отбрасывания пыли в масляную ванну и прохождения воздуха через фильтрующий элемент, смоченный маслом. В качестве фильтрующего элемента (фильтрующей набивки воздухоочистителя) в описываемой системе используют синтетическое волокно.

     Тщательная очистка входящего воздуха необходима для предотвращения абразионного изнашивания цилиндров двигателя содержащейся в воздухе пылью. Ресурс двигателя, незащищённого воздушным фильтром снижается, в зависимости от условий эксплуатации, на 50 – 70%. Периодичность очистки/замены фильтрующего элемента составляет 10 – 30 тысяч км. Загрязнённый фильтр начинает хуже пропускать воздух, что может стать причиной переобогащения топливовоздушной смеси. Также, из-за повышенного разряжения во внутренней части воздухоочистителя возможен разрыв фильтрующей кулисы бумажного фильтра, что приведёт к попаданию абразивного материала в цилиндры двигателя и к его преждевременному изнашиванию.

     Впускные и выпускные трубопроводы служат для подвода свежего заряда (воздуха или горючей смеси) к цилиндрам двигателя и отвода из них отработавших газов. В двигателях с внешним смесеобразованием во впускном трубопроводе осуществляется и сам процесс образования смеси. Общим требованием, предъявляемым к трубопроводам, является их малое сопротивление движению газов, что влияет, в первую очередь, на наполняемость цилиндров и степень их очистки.

     Впускной трубопровод, как правило, делают литым из сплавов алюминия и снабжают рубашкой, в которой циркулирует охлаждающая жидкость или отработавшие газы. Циркуляция горячей жидкости/газов обеспечивает подогрев впускного трубопровода и способствует лучшему испарению топлива. Подогрев может быть регулируемый или нерегулируемый. При регулируемом подогреве, количество жидкости/газов изменяется автоматически при помощи термостата или, управляемой вручную заслонкой, имеющей два основных положения - зима/лето. На части двигателей впускной трубопровод может представлять собой цилиндрический ресивер с приваренными к нему патрубками. Преимуществом данной конструкции является то, что впускные патрубки всех цилиндров двигателя имеют одинаковую длину, чем обеспечивается более равномерное распределение заряда по цилиндрам.

     Выпускной трубопровод отливается из серого или жаростойкого чугуна и через термостойкую прокладку крепится к головке блока. Выпускной трубопровод правильнее рассматривать в составе системы выпуска отработавших газов. Данная система включает в себя выпускной коллектор, приёмную трубу, резонатор, глушитель, каталитический нейтрализатор отработавших газов, а также газовую турбину или другие устройства, необходимые для использования энергии выпускных газов, такие как: волновые обменники давления, эжекционные устройства для удаления пыли из воздухоочистителей, глушители шума и т.п.

     Карбюратор. Карбюратором называют прибор, в котором происходит приготовление топливовоздушной смеси нужного состава. По принципу действия карбюраторы делятся на поплавковые с всасыванием топлива при вакууме, мембранные (беспоплавковые) с впрыскиванием топлива под воздействием давления и барботажные (испарительные). На автомобильной технике нашли применение в основном всасывающие поплавковые карбюраторы, среди которых различают одно- и многокамерные карбюраторы с падающим, горизонтальным или восходящим потоком.

     Устройство и работа карбюратора будет подробно рассмотрена в разделе 1.3. 

      Обслуживание и типичные неисправности системы питания карбюраторных двигателей 

     Обслуживание топливной системы осуществляется с периодичностью, указанной в ТУ по эксплуатации конкретного автомобиля. Как для топливной системы карбюраторных двигателей в целом, так и для её отдельных узлов и деталей продолжительность эксплуатации между ближайшими сроками ТО, как правило, составляет 5 – 15 тысяч километров пробега автомобиля.

     В период эксплуатации особое внимание следует уделять качеству используемого топлива.

     Наличие в топливе воды приводит к неустойчивой работе двигателя, коррозии деталей топливной системы, двигателя, выпускной системы и пр. Замерзание воды в отстойниках фильтров, в топливном насосе или поплавковой камере карбюратора может привести к закупорке топливоподающей магистрали и проблемам с запуском и работой двигателя. Признаком использования топлива с большим содержанием воды может быть наличие пара в выхлопных газах, брызг из глушителя и т.п. Для удаления воды из системы используют специальные присадки в топливо.

     Использование бензина с высоким содержанием тяжёлых фракций приводит к осаждению в каналах и жиклёрах карбюратора отложений, уменьшающих проходные сечения отверстий.