Фундаментальным узлом автомобиля является ДВС. Но его функционирование невозможно без действия множества других систем, в том числе и топливной. Схема системы питания карбюраторного двигателя включает в себя набор определенных компонентов, функционирование которых осуществляется согласно определенному принципу работы.
Двигатель любого автомобиля считается его «сердцем». Именно благодаря тому, что этот основополагающий механизм производит крутящий момент, вступают во взаимодействие многие электрические и механические процессы авто в целом.
Но, как и любая другая составляющая всего комплекса взаимосвязанных узлов, мотор не способен действовать обособленно, не затрагивая и не вовлекая многие системы, которые его обслуживают и поддерживают правильное функционирование (питание, охлаждение, выпуск отработавших газов и др.).
К каждому автомобилю может быть применено такой термин как «ходовой запас». Если утрировать, то им определяются те количественные расстояния, которые должна преодолевать автомашина при условии заполненного до максимального предела наполненного топливного бака, исключая возможность дозаправки.
На данную величину, конечно, влияет совокупность множества составляющих (погода, дорожное покрытие, возраст транспортного средства, индивидуальная особенность вождения и многое другое.), но наиболее важная роль отводится все-таки эксплуатационному состоянию системы питания и корректности происходящих в ней процессов.
Основы топливной системы
Схема системы питания карбюраторного двигателя построена на следующих основных действиях:
- подача горючего;
- фильтрация его и последующее складирование;
- воздухоочистка;
- подготовка топливно-воздушной смеси;
- запуск состава в цилиндры мотора
Система поступления и циркуляции топлива напрямую реагирует на качественную и количественную составляющую поступаемого бензина в проекции рабочих режимов ДВС.
Классический вариант топливной системы включает такие составляющие компоненты, как:
- бак с горючим (хранение бензина);
- топливный насос (образование необходимого давления, подача горючего в принудительном порядке);
- топливопровод (совокупность трубок, магистралей, шлангов для циркуляции топливной смеси);
- фильтры (воздушный и топливные);
- карбюратор (подготовка и образование топливно-воздушного состава)
Принцип работы системы питания для карбюраторных двигателей достаточно простой. Топливо, содержащееся в емкости, на старте своей циркуляции подвергается фильтрации. Одновременно в работу вступает топливный насос, заставляющий бензин двигаться по топливной магистрали к карбюратору. Там начинается приготовление топливно-воздушного состава необходимых пропорций, только после этого она попадает к рабочим цилиндрам ДВС.
Далее более подробно будут рассматриваться устройство и эксплуатационные показатели каждого элемента системы топлива карбюраторного мотора.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ
В зависимости от целей и дорожных условий водитель может применять различные режимы движения. Им соответствуют и определенные режимы работы системы питания, каждому из которых присуща топливно-воздушная смесь особого качества.
- Состав смеси будет богатым при запуске холодного двигателя. При этом потребление воздуха минимально. В таком режиме категорически исключается возможность движения. В противном случае это приведет к повышенному потреблению горючего и износу деталей силового агрегата.
- Состав смеси будет обогащенным при использовании режима «холостого хода», который применяется при движении «накатом» или работе заведенного двигателя в прогретом состоянии.
- Состав смеси будет обедненным при движении с частичными нагрузками (например, по равнинной дороге со средней скоростью на повышенной передаче).
- Состав смеси будет обогащенным в режиме полных нагрузок при движении автомобиля на высокой скорости.
- Состав смеси будет обогащенным, приближенным к богатому, при движении в условиях резкого ускорения (например, при обгоне).
Выбор условий работы системы питания, таким образом, должен быть оправдан необходимостью движения в определенном режиме.
Рекомендуем: Преимущества и недостатки газомаслянных стоек для автомобилей ВАЗ
Топливный бак
Представляет собой емкость, изготовленную из прочного металла (стали) методом штамповки. Объем топливного бака варьируется от 40 до 80 литров бензина, зависит от модели автомобиля, такого количества топливной смеси согласно нормативам хватает приблизительно на 500 км пробега. Как правило, бак крепится в задней части машины.
Во внутренней полости бака имеется перегородка, придающая жесткость всей конструкции, а также служащая неким препятствием для образования волн при движении автомобиля. Бак наполняется бензином через специальную горловину, которая оснащена трубкой. Через нее в процессе заправки выходят излишки воздуха.
Во многих моделях автомобилей в конструкции бензобака (нижняя часть), предусмотрено дополнительное закрывающееся отверстие. Через него можно не только полностью слить бензин, удалить воду, но и полностью очистить его полость от крупного мусора.
Также в бензобаке предусмотрено наличие сетчатого фильтра, который помогает процессу очистки топливной смеси. Уровень бензина, находящегося в баке можно отслеживать при помощи установленного датчика, который представляет собой поплавок с реостатом.
Перемещение поплавка свидетельствует об определенном уровне наполнения бака топливной смесью. Это сводится к увеличению возникшего сопротивления непосредственно в цепи и, соответственно, к понижению величины напряжения на указателе. Количество содержимого горючего бензобака отражается определенными показателями на приборной панели.
Возможности современных топливных систем
Устройство топливной системы позволяет корректировать процентное соотношение топлива к воздуху. При этом есть возможности учитывать целый ряд параметров:
- нагрузку,
- температурные показатели (самого двигателя, воздуха вокруг),
- особенности протекания процесса воспламенения и сгорания топлива в цилиндре.
Устройство управления топливной смесью наделена «обратной связью», то есть речь идёт не просто о системе, подающей команды на топливоприводы (исполнительные), но и системе, которая берёт под контроль эффективность ряда процессов, происходящих в ДВС.
Насос
Обеспечивает подачу бензина для впрыскивания,поддерживает необходимый уровень давления для корректной работы топливной магистрали в целом. Топливный насос карбюраторного двигателя монтируется непосредственно в конструкцию бензобака, при этом оснащается электроприводом. В некоторых моделях авто можно, как дополнительный усиливающий элемент, установить подкачивающий насос.
Фильтры
Топливный фильтр предназначен для первоначальной очистки горючего от посторонних загрязнений, чтобы избежать нежелательных поломок и некорректного действия каждого элемента системы. Последнее время топливный фильтр все чаще оснащается специальным клапаном редукционного действия. Он отвечает за контроль и регулирование рабочего давления.
Образовавшиеся излишки горючего от клапана отводятся посредством сливного топливопровода. Если в конструкции двигателяесть топливный впрыск, то установка клапана редукционного типа не предусматривается.
Комплексная фильтрация топливной смеси производится фильтрами первоначальной (грубой) и последующей (тонкой) очистки. Первоначально бензин очищается фильтром — отстойником, он позволяет отделить объемные смеси механического типа, а такжеводу. Конструкция таких фильтров подразумевает наличие корпуса, элемента фильтрации и непосредственно отстойника.
Фильтрующий элемент собран из нескольких металлических не большой толщины пластин с перфорацией и выступами. Эти пластины в собранном виде насажены на стержень и прижаты к корпусу посредством пружин. Топливная смесь пропускается сквозь монтажные промежутки, образованные между соседними пластинами. А вот большие по объему примеси и загрязнения остаются на дне самого отстойника. Удалить их можно через отверстие, имеющее пробку.
В процессе очистки горючего от мелких примесей используется фильтр тонкой очистки. Его конструкция аналогична предыдущему фильтру. Включает в себя корпус, сетчатый или керамический фильтрующего элемента и отстойника. Крепится вся конструкция при помощи пары «гайка-болт».
Воздушный фильтр отвечает за пылевую очистку воздуха, который непосредственно попадает в карбюратор. Это нужно для того, чтобы снизить степень притягивания мельчайших кварцевых кристаллов смазанными деталями, а значит, предотвратить ранний износ узлов и механизмов.
По принципу действия воздушные фильтры подразделяются на инерционно-масляный и сухой тип. В устройство первых входят: корпус со специальной ванночкой, синтетический элемент фильтрации и воздухозаборник. Если запущен двигатель авто, то воздух, проходящийсквозь кольцевую щель внутренней корпусной части, начинает соприкасаться с масляной поверхностью, и меняет траекторию своего движения.
В итоге крупные частицы пыли от такой резкой смены направления цепляется за масляную поверхность. Затем первоначально очищенная порция воздуха попадает уже на фильтрационный элемент, который производит уже более тщательную очистку от мельчайших пылевых частиц. При сильном загрязнении фильтр подлежит тщательной промывки.
Воздушный сухой фильтр состоит из корпуса, воздухозаборника и элемента фильтрации, изготовленного из картона пористой структуры. Это позволяет его легко заменить, если возникла такая необходимость.
Образование топливной струи
Из бензобака горючее поступает в поплавковую камеру. Топливо в ней всегда находится на постоянном уровне. Для этого используются поплавок и топливный клапан. Когда бак наполняется горючим до предельного уровня, то поплавком игла прижимается к седлу. Таким образом, поступление бензина останавливается.
Когда уровень горючего снижается, поплавок начинает опускаться. В результате открывается доступ бензина в камеру. Возрастания расхода бензина вызывает снижение его уровня. Это приводит к увеличению проходного сечения для горючего. Зазор для бензина образовывается между иглой и седлом. К поплавковой камере присоединена труба.
Даже при максимальной наполненности бензин в ней находится ниже, чем края выходного отверстия распылителя. Благодаря этому горючее не вытекает, когда ДВС не работает.
Воздух в карбюратор поступает по главному воздушному каналу. Посередине его сечение уменьшается. За счёт этого создаётся диффузор. Он ускоряет поток воздуха, улучшает испарение бензина и смесеобразования, увеличивает тягу в распылителе. Самая узкая часть диффузора соединена с концом распылителя. За счёт дроссельной заслонки регулируется количество топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры.
Заслонка соединена с педалью. При нажатии на неё она меняет своё положение. Чем больше заслонка открывается, тем больший объем топливно-воздушной смеси попадает в цилиндры. В результате растёт мощность, которую вырабатывает мотор. Так регулируется объем горючей смеси, которая поступает в цилиндры.
Распад топливной струи
Из жиклёра горючее поднимается в распылитель, при этом расходуется энергия. Когда разница между скоростями бензина и воздуха достигает 4-6 м/c, топливная струя распадается. Капли в размере достигают 20-120 мкм, оптимальным значением, считается 50 мкм.
Чем больше температура горючего, тем мельче капли. Это объясняется более низким коэффициентом поверхностного натяжения, возрастанием разницы между скоростями бензина и воздуха.
Карбюратор
Представляет собой прибор, служащий для подготовки топливно-воздушной смеси надлежащего состава. Воздух перемешивается в карбюраторе с жидким топливом, например, с бензином в необходимых пропорциях, а затем поступает к цилиндрам ДВС. Такое смешивание заложено как основополагающий принцип действия карбюратора.
Сегодня существует множество вариантов конструктивного исполнения данного прибора. Но, наиболее востребованным остается поплавковый карбюратор. Работает по следующему принципу.
Бензин, нагнетаемый бензонасосом, поступает в поплавковую камеру карбюратора, в которой необходимый уровень горючего поддерживается при помощи специального поплавка и игольчатого клапана. Когда расход бензина увеличивается, поплавок меняет свое положение, одновременно приоткрывается клапан, и в поплавковую камеру поступает новая порция топлива.
После того, как бензин залит до необходимого уровня, поплавок всплывает, клапан закрывается, и через входное отверстие прекращается подача топливной жидкости. Если утрировать, то действие поплавковой камеры карбюратора максимально схоже с принципом работы сливного бачка унитаза.
По распылительной трубке горючее из поплавковой камеры проникает в смесительную камеру, где микшируется с поступившей из воздушного фильтра очищенной порцией воздуха.
Непосредственное смешивание происходит следующим образом. При первом движении поршня от верхней до нижней мертвой точки клапан находится в открытом положении. При перемещении поршня вниз происходит всасывание очередной порции воздуха, которая пропускается через фильтр.
Затем при помощи диффузора движение воздуха значительно увеличивается, происходит его «закручивание», которое позволяет «зацепить» бензин из распылителя, при этом активно с ним перемешаться. При последующем движении поршня эта смесь через открытый клапан впуска проникает к цилиндрам. Все это происходит в смесительной камере, которая на языке автослесарей называется «кухней» карбюратора.
Количество горючего, поставляемого к цилиндрам, регулируется установленной дроссельной заслонкой, которая механически связана с педалью газа. Когда водитель нажимает на педаль, открывается заслонка, увеличивается содержание топливно-воздушной смеси, попадающей к цилиндрам, двигатель, соответственно, набирает обороты.
В случае отпускания педали происходит закрывание дроссельной заслонки, а значит, содержание смеси значительно снижается. В этом случае двигатель сбрасывает обороты.
Стоит отметить, что уровень бензина в поплавковой камере расположен ниже маркера выходного отверстия распылителя. Именно это предотвращает риск протекания топливной смеси при неработающем двигателе, даже если автомобиль находится наклонно.
Современные конструкции карбюраторов способны обеспечивать создание топливно-воздушной смеси в правильных пропорциях при всех рабочих режимах двигателя, что обеспечивает максимально корректную его работу.
Система питания бензинового двигателя
В карбюраторном двигателе в качестве топлива применяется бензин. Бензин представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость, которая получается из нефти путем прямой перегонки, или крекинга. Бензин является одним из главных компонентов горючей смеси. При нормальных условиях сгорания рабочей смеси происходит постепенное увеличение давления в цилиндрах двигателя. При применении топлива более низкого качества, чем этого требуют технические параметры автомобильного двигателя, скорость сгорания рабочей смеси может увеличиться в 100 раз и составлять 2000 м/с, такое быстрое сгорание смеси называют детонацией. Склонность бензина к детонации условно характеризуется октановым числом, чем выше октановое число бензина, тем менее он склонен к детонации. Бензин с более высоким октановым числом применяют в автомобильных двигателях с более высокой степенью сжатия. Для снижения детонации в бензин добавляют этиловую жидкость.
В цилиндрах автомобильного двигателя рабочий процесс протекает достаточно быстро. Например, если коленчатый вал вращается со скоростью 2000 об./мин., то каждый такт совершается за 0,015 с. Для этого необходимо, чтобы скорость сгорания топлива составляла 25-30 м/с. Однако горение топлива в камере сгорания происходит медленнее. Для того чтобы повысить скорость сгорания, топливо размельчается на мельчайшие частицы и смешивается с воздухом. Установлено, что для нормального сгорания 1 кг топлива необходимо 15 кг воздуха, смесь с таким соотношением (1:15) называется нормальной. Однако при таком соотношении не происходит полного сгорания топлива. Для полного сгорания топлива необходимо больше воздуха и соотношение топлива к воздуху должно быть 1:18. Такая смесь называется обедненной. При увеличении соотношения скорость сгорания резко снижается, и при соотношении 1:20 воспламенения не происходит вообще. Но наибольшая мощность двигателя достигается при соотношении 1:13, в этом случае скорость сгорания близка к оптимальной. Такая смесь называется обогащенной. При таком составе смеси не происходит полного сгорания топлива, поэтому с увеличением мощности увеличивается расход топлива.
При работе двигателя выделяют следующие режимы: 1) пуск холодного двигателя; 2) работа на малой частоте вращения коленчатого вала (режим холостого хода); 3) работа при частичных (средних) нагрузках; 4) работа при полных нагрузках; 5) работа при резком увеличении нагрузки или частоты вращения коленчатого вала (разгон).
При каждом отдельном режиме состав горючей смеси должен быть разным. Система питания двигателя предназначена Для приготовления и подачи в камеры сгорания горючей смеси, кроме этого система питания регулирует количество и состав рабочей смеси.
Система питания карбюраторного двигателя включает в себя следующие элементы: 1) топливный бак; 2) топливопроводы; 3) топливные фильтры; 4) топливный насос; 5) карбюратор; 6) воздушный фильтр; 7) выпускной коллектор: 
впускной коллектор; 9) глушитель шума выпуска отработанных газов.
На современных автомобилях вместо карбюраторных систем питания все чаще применяют инжекторные системы впрыска топлива. На двигателях легковых автомобилей может быть установлена система распределительного впрыска топлива или система центрального одноточечного впрыска топлива.
Инжекторные системы впрыска топлива имеют ряд преимуществ перед карбюраторными системами питания: 1) отсутствие добавочного сопротивления потоку воздуха в виде диффузора карбюратора, что способствует лучшему наполнению камер сгорания цилиндров и получению более высокой мощности; 2) улучшение продувки цилиндров за счет использования возможности более длительного периода перекрытия клапанов (при одновременно открытых впускных и выпускных клапанах); 3) улучшение качества приготовления рабочей смеси за счет продувки камер сгорания чистым воздухом без примеси паров топлива; 4) более точное распределение топлива по цилиндрам, что дает возможность использования бензина с более низким октановым числом; 5) более точный подбор состава рабочей смеси на всех стадиях работы двигателя с учетом его технического состояния.
Кроме достоинств инжекторная система имеет один существенный недостаток. Инжекторная система впрыска топлива имеет более высокую степень сложности изготовления деталей, а также эта система включает в себя множество электронных компонентов, что приводит к удорожанию автомобиля и к сложности его обслуживания.
Система распределительного впрыска топлива является наиболее современной и совершенной. Основным функциональным элементом этой системы является электронный блок управления (ЭБУ). ЭБУ по существу представляет собой бортовой компьютер автомобиля. ЭБУ осуществляет оптимальное управление механизмами и системами двигателя, обеспечивает наиболее экономичную и эффективную работу двигателя с максимальной защитой окружающей среды на всех режимах.
Система распределительного впрыска топлива состоит из: 1) подсистемы подачи воздуха с дроссельной заслонкой; 2) подсистемы подачи топлива с форсунками по одной на каждый цилиндр; 3) системы дожигания доработанных газов; 4) системы улавливания и сжижения паров бензина.
Кроме управляющих функций ЭБУ имеет функции самообучения, функции диагностики и самодиагностики, а также он закладывает в память предыдущие параметры и характеристики работы двигателя, изменение его технического состояния.
Система центрального одноточечного впрыска топлива отличается от системы распределительного впрыска тем, что в ней отсутствует отдельный для каждого цилиндра (распределительный) впрыск бензина. Подача топлива в этой системе осуществляется при помощи центрального модуля впрыска с одной электромагнитной форсункой. Регулировка подачи топливовоздушной смеси осуществляется дроссельной заслонкой. Распределение рабочей смеси по цилиндрам осуществляется, как и в карбюраторной системе питания. Остальные элементы и функции данной системы питания такие же, как и в системе распределительного впрыска.
