Карбюраторные и дизельные двигатели АвтоКлубру

Устройство карбюраторного двигателя

Общее устройство наиболее простого карбюратора заключает в себе поплавковую камеру с поплавком, жиклёр с распылителем, диффузор и дроссельную заслонку.

Если рассмотреть строение двигателя Л-12/4, то в блоке имеется четыре цилиндра. Вращение коленвала происходит на трех подшипниках. Центральный подшипник прикреплен к валу втулкой. На передней части вала прикрепляется маховик, который приводит в действие детали механизма и скапливает кинетическую энергию, она нужна для движения коленвала в период подготовительных тактов.

Смазка деталей происходит благодаря разбрызгиванию

Смазка деталей происходит благодаря разбрызгиванию, шестеренчатый насос помогает началу движения распредвала и подает масло, которое разбрызгивается черпаками, происходит зажигание. Радиатор оснащен вентилятором, который служит для охлаждения воды.

На картере установлен сапун, который снижает давление благодаря выпуску газов.

Также имеется глушитель, который уменьшает шум от выхода отработанных газов. Количество оборотов коленчатого вала в автоматическом режиме устанавливает регулятор.

У двигателей ГАЗ-МК верхний отдел картера сделан из чугуна вместе с устройством цилиндров, которые охвачены водяной рубашкой и перекрыты головкой из чугуна, где и расположены камеры сгорания. Также имеются разъемы для свечей зажигания.

Водяная рубашка подсоединена к системе охлаждения. Низ двигателя затянут стальным поддоном, который выполняет функцию емкости для масла. Также там закреплен масляный насос, который приводит в движение распредвал.

Вращение коленчатого вала происходит также на трех подшипниках. Их вкладыши заполнены баббитом, где имеются смазочные канавки.

Чугунные крышки подшипников прикрепляются к блоку двумя болтами.

Передний сальник коленвала сделан из двух частей и

Передний сальник коленвала сделан из двух частей и представляет сердечник, который окружен платиной асбеста. Поршни сделаны из алюминия и скреплены шатуном полым стальным пальцем. Маховик прикреплен к коленвалу. Распредвал вращается на трех подшипниках и приводится в движение двумя шестернями.

Клапаны двигателя находятся справа. Система питания включает в себя бензобак, бензопроводы, отстойник, карбюратор и воздушный фильтр.

Бензобак находится выше карбюратора, поэтому топливо поступает самотеком.

Уровень масла в картере определяется специальным щупом. Охлаждение двигателя водяное. Радиатор размещен с задней стороны двигателя, водяной насос — с передней стороны. Вода, которая двигается по трубкам радиатора, остывает при помощи воздушного потока от вентилятора.

Регулировка карбюратора

Карбюраторный двигатель отличается простотой конструкции, однако подобная система впрыска топлива неизменно требует исправной работы всех механизмов и узлов. Нарушение настройки карбюратора, а подобные проблемы неизменно возникают в процессе эксплуатации этого механизма, приводят к ухудшению приемлемости, экономичности, при этом отмечается увеличение показателей токсичности отработанных газов. Именно поэтому нужно пристально следить за состоянием работы карбюратора и при необходимости вносить соответствующие корректировки.

Автовладельцу при эксплуатации автомобиля с карбюраторным агрегатом доступно две регулировки путем изменения положения винта количества и винта качества. Винт количества отвечает за показатель оборотов на холостом ходу. Тогда как изменение положения винта качества позволяет регулировать степень обогащения топливно-воздушной смеси.

В редких случаях могут отмечаться серьезные поломки, в особенности при появлении неучтенного подсоса воздуха или же нарушении герметичности клапана и системы холостого хода. Всё это приводит к необходимости диагностики и ремонта карбюратора силами специалистов сервисного центра.

Тюнинг карбюратора

Тюнинг (доработку) карбюратора проводят для того, чтобы достичь максимальной мощности двигателя. Чтобы увеличить это значение, проводят расточку второй камеры, поднимают впускные клапаны более чем на 10,25 мм. Дополнительно заменяют все топливные жиклёры на другие, с большим значением сечения, вводят дополнительные дозирующие каналы (их высверливают прямо в корпусе устройства). Также некоторые умельцы увеличивают диаметр диффузоров (обозначается это так: 24/24), но это на небольших оборотах может привести к ухудшению работы двигателя.

Расточка диффузоров

Регулировки

Карбюратор — устройство, имеющее минимум регулировок, но требующее исправной работы узлов и механизмов. Работоспособность карбюратора и его техническое состояние существенно влияют на работу двигателя. Нарушение регулировки карбюратора приводит к ухудшению экономичности, приёмистости двигателя, а также к увеличению токсичности отработавших газов.

Доступные регулировки самого карбюратора:

В процессе эксплуатации необходимо проверять и восстанавливать работоспособность следующих узлов:

Так же на работу карбюратора оказывают своё влияние:

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Система охлаждения представляет собой набор устройств, которые подводят к конкретным элементам двигателя охлаждающую среду, отводящую от них в атмосферу лишнюю теплоту. Система охлаждения двигателя имеет целью поддержание температуры двигателя в рабочих параметрах. Когда в цилиндре сгорает топливная смесь, температура достигает 2000 градусов. Охлаждающая жидкость обязана поддерживать температуру двигателя в пределах 80-90 градусов.

Обогащение смеси в карбюраторе

При запуске холодного двигателя смесь необходимо обогатить. В старых машинах был так называемый дроссель, который приходилось включать вручную в кабине водителя. С другой стороны, многие карбюраторы на автомобилях, выпущенных в 1990-х годах, также имели электронный контроль обогащения.

Без всасывания из-за небольшого потока воздуха через горловину всасывание достаточного количества бензина невозможно.

Другие типы карбюраторов снабжены дополнительным каналом подачи топлива возле дроссельной заслонки непосредственно из поплавковой камеры, с клапаном, перекрывающим канал после прогрева двигателя. Форсунка холостого хода также используется для обогащения смеси, что за счет подачи дополнительного топлива позволяет поддерживать соответствующие обороты двигателя.

Рабочие процессы четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочий процесс двигателя принято анализировать по индикаторной диаграмме, представляющей собой зависимость давления в цилиндре двигателя р от переменного объема надпоршневого пространства V.

Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя приведена на рисунке.

Рис. Схема и индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: 1 — поплавковая камера; 2 — диффузор карбюратора; 3 — дроссельная заслонка; 4 — свеча зажигания

I такт (впуск) реализуется при повороте кривошипа от 0 до 180°, чему соответствует изменение объема надпоршневого пространства от Vc (объем камеры сгорания) при ф = 0° (ВМТ) до Vа = Vc+ Vh (полный объем цилиндра) при ф = 180° (НМТ). Объем Vh называют рабочим объемом цилиндра.

В действительном цикле понятия «такт» и «процесс» не совпадают. Для лучшей организации процессов газообмена клапаны открываются до начала соответствующего такта и закрываются по его окончании.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом (линия ra на диаграмме) происходит из-за разрежения в нем, создаваемого движущимся в сторону НМТ поршнем.

Давление ра в конце тахта впуска (точка а) определяется гидравлическими потерями во впускном тракте, величина которых зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя (от скорости перемещения ТВС по впускному тракту и от степени открытия дроссельной заслонки). На режиме номинальной мощности (дроссель открыт полностью, и частота вращения коленчатого вала равна номинальной) pa = (0,8…0,9)ро.

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение за счет затрат теплоты на испарение топлива, для компенсации которых в карбюраторном двигателе осуществляется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе, ОГ или горячей жидкостью из системы охлаждения. Кроме того, температура свежего заряда увеличивается вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами.

На номинальном режиме в карбюраторном двигателе превалирует подогрев свежего заряда и Та = 320…350 К.

II такт работы двигателя (сжатие) осуществляется при повороте кривошипа на угол a = 180…360° (линия ас на диаграмме). На расчетные значения параметров рабочего тела в конце сжатия (точка с) в основном влияют их начальные значения (ра, Та) и степень сжатия E, которая равна отношению объемов Va и Vc, т. е, У = Va/Vc. При значениях E, характерных для современных карбюраторных двигателей (E = 6,5…Ю), рс = 0,9…1,5 МПа и Тс = 550…750 К.

При реализации действительного цикла давление в конце такта сжатия, т. е. при положении поршня в ВМТ, р’с > рс; р’с = (1,15…1,25)рс, что является следствием повышения давления в результате начавшегося процесса сгорания (точка f — момент искрового разряда в свече зажигания). Угловой интервал от момента подачи искры до прихода поршня в ВМТ называется углом опережения зажигания.

Устройство карбюратора

Несомненным преимуществом карбюратора является его простота конструкции, он состоит из двух элементов: поплавковой камеры 10 и смесительной камеры 8.

Топливо под давлением по трубке 1 подается в поплавковую камеру 10, где находится поплавок 3 и запорная игла 2. Такая игла фактически является простейшим клапаном, который регулирует уровень топлива в камере. Наличие такого клапана позволяет обеспечить постоянный уровень топлива в поплавковой камере в процессе работы двигателя, а, следственно, подача бензина в цилиндры осуществляется равномерно. А благодаря балансировочному отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление.

Затем топливо поступает через жиклёр 9 в распылитель 7. При этом количество топлива, которое выходит из распылителя, зависит от степени вакуума, образовавшегося в диффузоре и диаметре проходящего отверстия в жиклере.

При впуске давление в цилиндрах уменьшается. Воздух из окружающей среды поступает в цилиндр через смесительную камеру 8, где расположен диффузор 6 (трубка Вентури), и впускной трубопровод, который распределяет готовую смесь по цилиндрам.

Распылитель находится в самой узкой части диффузора, где, по закону Бернулли, скорость потока достигает мах значения, а давление падает до мin значения. Выход топлива из распылителя осуществляется за счёт разности давлений.

Управление карбюратором и дроссельной заслонкой 5 может выполняться исключительно механически через связь с педалью газа, так и различными автоматическими системами, которые устанавливались на поздних модификациях в карбюраторных двигателях. Наибольшее распространение получила система управления карбюратором с металлическим тросом, которая отличается простотой конструкции и надежностью.

Подача воздуха происходит путем открытия и закрытия воздушной заслонки. Такая заслонка на большинстве двигателей имеет полуавтоматических ход. В процессе эксплуатации работа используемой воздушной заслонки может нарушаться, что приводит к переобогащению смеси или ее обеднению. Именно поэтому в ходе эксплуатации такого карбюраторного двигателя необходимо регулярно производить осмотр и соответствующую регулировку воздушной заслонки и всего карбюратора.

Одной из разновидностей карбюраторов являются эмульсионные варианты, в которых в распылитель поступает уже не жидкое топливо, а эмульсия, полученная из воздуха и топлива. Считается, что эмульсионные карбюраторы обеспечивают максимальный коэффициент полезного действия, что достигается за счёт улучшенного распыления бензина в воздушной смеси.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

  • Если говорить о преимуществах карбюратора, то можем отметить простоту конструкции и надежность. В такой системе питания используются простые механизмы, которые управляются механически и практически не имеют подвижных частей. Фактически, ломаться в карбюраторе нечему, поэтому подобный узел отличается надежностью и долговечностью.
  • Если сравнивать карбюраторный мотор с инжекторным, то из преимуществ можно отметить лучшую работу при низких температурах и устойчивый запуск в жару и холод. Регулировка карбюратора не представляет сложности. Имеется два винта, изменение положения которых позволит внести необходимые корректировки в работу силового агрегата.

Однако и недостатки у двигателей данного типа всё же имеются:

  • В первую очередь это зависимость работы силового агрегата от качества топлива. При наличии в бензине липучих посторонних примесей, может забиваться распылитель, что приводит к неровной работе силового агрегата.
  • Следует сказать, что в сравнении с инжектором карбюраторные моторы существенно проигрывают в вопросах мощности. Карбюратор не способен обеспечить качественное разбрызгивание топлива в камере сгорания, соответственно в сравнении с инжектором такой мотор будет иметь увеличенный расход топлива, а также меньшие показатели мощности с одинакового объема.
  • В простоте карбюраторных двигателей кроются как преимущества, так и недостатки. Если в инжекторе можно внести программой какие-либо изменения в работу силового агрегата, то у карбюратора какая-либо регулировка работы системы питания двигателя существенно затруднена.

На сегодняшний день карбюраторные двигатели практически полностью вытеснены инжекторными агрегатами, которые отличаются улучшенными динамическими и топливно-экономическими показателями работы. Впрочем, многие автовладельцы по достоинству оценили простоту и надежность карбюраторных двигателей и с удовольствием используют машины с таким типом силовых агрегатов и по сей день.

Как работает карбюратор автомобиля?

На каком принципе основана работа карбюратора? Тут принцип довольно простой – это обогащение и обеднение горючей смеси. А сам процесс приготовления рабочей смеси называется карбюрация.

Запомните! Чтобы обеспечить полное сгорание 1 кг бензина необходимо 15 кг воздуха. Именно в такой пропорции топливно-воздушная смесь является правильной. Мотор на такой смеси будет показывать хорошую мощность и экономичность.

Обеднённая смесь – это повышение количества воздуха в смеси до 17 кг на кг бензина. На таком горючем мотор работает в самом экономичном режиме, но максимальной мощности здесь достичь не удастся. Если воздуха в смеси всего 17-19 кг, то мотор будет работать нестабильно, а также возрастёт расход топлива.

Если же воздуха в горючей смеси будет более 19 кг на 1 кг бензина, то такая смесь называется переобеднённая. В этом случае ДВС вообще не сможет заработать, потому что смесь не воспламенится.

Обогащённая смесь — это когда количество воздуха в ней варьируется от 13 до 15 кг. В этом случае двигатель работает на максимальной мощности и тратит больше топлива.

Богатая смесь – это наличие воздуха в ней менее 13 кг на 1 кг бензина. А поскольку кислорода в нём очень мало, то топливо будет сгорать не в полной мере. Это приведёт к нестабильной работе мотора и повышенному расходу топлива.

Переобогащённая смесь – это когда в ней находится меньше 5 кг воздуха. В этом случае бензин не сможет воспламениться и мотор никак не заработает.

Теперь перейду к упрощённому описанию работы поплавкового карбюратора. Что же происходит в карбюраторе во время его работы?

  1. Из топливного бака бензин закачивается в поплавковую камеру. Уровень топлива набирается до нужного уровня, который контролирует поплавок и затыкающий клапан.
  2. Внизу поплавковой камеры находится распылитель. При помощи жиклёра он подаёт точную дозу топлива в смесительную камеру (которая фактически представляет собой трубку Вентури). В этот момент поток бензина рассеивается, чтобы как можно лучше смешаться с кислородом и полностью сгореть.
  3. Бензин из распылителя рассеивается над диффузором. А диффузор создаёт воздушный поток, движущегося с высокой скоростью, который смешивается с мелкодисперсным топливом.
  4. Готовая топливно-воздушная смесь поступает прямо к дроссельной заслонке, которая связана с педалью акселератора. Чем больше бензина требуется мотору, тем сильнее открывается дроссельная заслонка и интенсивнее работает поплавковый карбюратор.
  5. Из самого карбюратора горючая смесь идёт дальше через впускной коллектор к цилиндру мотора, в котором опускается поршень и одновременно открывается впускной клапан.
  6. Вышеозначенный поршень работает по принципу насоса, который всасывает готовую смесь.

Принцип работы несложный, а правильно отрегулированный карбюратор обеспечит хорошую отдачу мощности от двигателя и надёжность системы, а также будет экономить бензин.

Из схемы видно, что нормальная смесь — это когда воздуха в примерно в 15 раз больше чем топлива. При таких условиях будет обеспечено полное сгорание бензина и максимальная мощность двигателя.

Карбюратор обеспечивает стабильную работу двигателя в самых разных режимах:

  • Холостой ход на минимальных оборотах.
  • Средние обороты.
  • Максимальные обороты.
  • Запуск при долгом нахождении мотора в выключенном состоянии, в том числе и на холоде.

Как залегание поршневых колец связано с их работой

Для того чтобы обеспечивать необходимую степень уплотнения зазора между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндра, так называемым зеркалом цилиндра, кольцо должно быть достаточно упругим и прочным, с другой стороны, не оказывать излишнего давления на стенки гильзы, иметь высокую износостойкость, но не разрушать рабочую поверхность цилиндра.

Степень теплового расширения чугуна гильзы меньше аналогичного показателя алюминиевого сплава поршня более, чем в два раза. При нагревании поршень расширится сильнее, чем чугунная стенка цилиндра. Наружный диаметр поршня выполняется с небольшим зазором для компенсации тепловых расширений. В современных двигателях внутреннего сгорания всегда применяется несколько поршневых колец. Залегание одного из компрессионных колец создает проблему герметичности при сжатии топливовоздушной смеси. Под термином «залегание» понимают ситуацию, когда поршневое кольцо сжато и полностью утоплено в кольцевой канавке поршня, при этом остатки несгоревших нефтепродуктов под воздействием высокой температуры превратились в углеродистые образования, намертво, словно клей, зафиксировавшие кольцо в одном положении.

Условия и причины залегания поршневых колец:

  • нижнее маслосъемное кольцо в силу своего износа или повреждения не выполняет в полной мере функций по удалению масляной пленки с зеркала цилиндра. Часть моторного масла из картера двигателя в виде остатков пленки накапливается в канавках поршневых колец и интенсивно разлагается с выделением цементирующих минеральных остатков;
  • остаток топлива богатой смеси не сгорает в полном объеме, его высококипящие фракции в виде вязкой жижи попадают в канавки поршневых колец и дополнительно усиливают эффект залегания;
  • двигатель машины в течение длительного времени 3-5лет находился в законсервированном состоянии. Сжатые и зафиксированные в одном положении поршневые кольца со временем теряют упругость. Чтобы не допустить залегания поршневых колец достаточно раз месяц запускать мотор на 10-15мин.

Если относительно «молодой» автомобиль стал катастрофически терять динамику разгона, резко увеличился расход масла, первой рассматривают версию залегания поршневых колец. Болезнь поражает относительно «молодые» автомобили с пробегом менее 80 тыс. км. Главной проблемой и причиной залегания поршневых колец называют некачественный бензин и моторное масло.

Как правило, залегание поршневых колец происходит неравномерно по диаметру кольцевого паза. В нормально работающем кольце силы давления на него распределены равномерно по рабочей поверхности, что препятствует возникновению местных зон усталости металла. В случае залегания кольцо прикипает в канавке поршня в одном небольшом секторе окружности, начинает работать (сжиматься и разжиматься) в нерасчетном и несимметричном режиме, возникают локальные усталостные микротрещины.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Управление карбюратором

Как правило, действиями карбюратора руководит водитель автомобиля. На отдельных моделях карбюраторов применялись вспомогательные системы, которые немного автоматизировали управление карбюратором.

Для того чтобы управлять дроссельной заслонкой наиболее часто пользуются педалью газа, которая обуславливает ее подвижность при содействии системы тяг либо тросового привода. Тяга, как правило, лучше, однако механизм привода куда сложнее и сдерживает способность механизма по компоновке подкапотной площади. Привод тягами был популярен до 1970 года, потом стали чаще использоваться тросики из металла.

На старых машинах чаще предполагалась двойная система привода дроссельной заслонки карбюратора: вручную рычагом либо от ноги, при помощи педали. Если надавливать на педаль, то рычаг не двигается, а если перемещать рычаг, то педаль опускается.

Последующее открытие дросселя можно совершать педалью. Когда педаль опускается — дроссель остается в таком же положении, в котором зафиксировался при управлении рукой. К примеру, на «Волге» ГАЗ-21 на панели приборов был размещен рычаг для управления рукой, при его движении можно достичь постоянного функционирования холодного двигателя без действия воздушной заслонки либо применять «постоянный газ». На грузовиках «постоянный газ» применялся для облегчения передвижения задним ходом.

Воздушная заслонка может быть оснащена механическим либо автоматическим приводом. Если привод механический, то водитель закрывает ее при участии рычага. Автоматический привод очень популярен в других странах, а в России не «прижился» из-за своей ненадежности и недолгим сроком службы.

Дополнительный впрыск даже при резком ускорении

Когда нужно быстро ускориться, педаль газа нажимается до пола. Чтобы удовлетворить повышенные потребности в топливе и обеспечить плавное и быстрое ускорение, карбюратор также имеет устройство, называемое ускорительным насосом. Когда газ резко снижается, топливо поступает в горловину карбюратора. В этом случае можно говорить о впрыскивании бензина в проход, а не о его всасывании.

Другая система обогащения — это та, которая увеличивает дозу топлива при работе с полной нагрузкой. При этом карбюратор имеет дополнительную скоростную форсунку, которую можно закрыть игольчатым клапаном. Другое решение — так называемый эмульсионные трубки. Топливо вытекает из них через отверстия в стенках. С другой стороны, отверстия расположены таким образом, что при более низких скоростях вращения бензин проходит через меньшее количество отверстий, а при высоких нагрузках — через гораздо большее количество отверстий.