Система питания карбюраторных двигателей

Система вентиляции картераобеспечивает рециркуляцию картерных газов в цилиндры двигателя, где происходит их последующее дожигание. В атмосферу картерные газы отводятся через систему выпуска совместно с отработавшими газами. 
Необходимость вентиляции картера обусловлена недопустимостью выброса газов в атмосферу напрямую, минуя систему выпуска, в силу их (газов) сильной токсичности. 
Побочным отрицательным эффектом рециркуляции является некоторое снижение мощности двигателя вследствие разбавления газами горючей смеси. К положительному побочному эффекту можно отнести снижение выбросов в атмосферу окислов азота из-за снижения температуры горючей смеси, опять же, вследствие её разбавления. 
В большой части карбюраторов отвод газов осуществляется через воздухоочиститель и специальное золотниковое устройство (рисунок 1.17). Золотниковое устройство обеспечивает регулирование количества картерных газов, поступающих во впускной трубопровод двигателя, в зависимости от разрежения в задроссельном пространстве карбюратора. Устройство имеет полость, в которой на оси (11) дроссельной заслонки (7) помещён золотник (8) с сегментной выемкой. Входная полость золотника через штуцер (3) и трубопровод (6) сообщается с картером двигателя, а нижняя полость, через жиклёр (9), соединяется с задроссельном пространством карбюратора. 
Работа. При закрытой заслонке картерные газы по гибкому трубопроводу (6), через штуцер (3) и жиклёр (10) золотника (8) поступают в задроссельное пространство. С открытием дроссельной заслонки золотник поворачивается на оси (11) и приоткрывает большее отверстие, через которое, картерные газы начинают подсасываться более интенсивно. Когда заслонки открываются полностью, разрежение за ними падает, и расход газов через золотниковое устройство уменьшается. В тоже время, увеличивается поток картерных газов непосредственно через воздухоочиститель. 
 
Пневмопривод дроссельной заслонки вторичной камеры. 
Механизм привода дроссельных заслонок двухкамерных и многокамерных карбюраторов устроен таким образом, что открытие заслонок происходит последовательно. То есть,  при нажатии на педаль управления дроссельными заслонками, сначала открывается дроссель первичной камеры и, после того, как он будет открыт примерно на 1/3 своего хода, начинает открываться дроссельная заслонка вторичной камеры. Полностью обе камеры будут открыты одновременно. 
В конструкциях двухкамерных карбюраторов, где применяется пневмопривод, открытие заслонки второй камеры произойдёт при одновременном выполнении двух условий: 1) первичная камера открыта на 1/3 своего хода; 2) в диффузорах смесительных камер имеется разрежение, достаточное для срабатывания пневмопривода. 
Механизм пневмопривода (рисунок 1.18) представляет собой диафрагменный механизм, состоящий из корпуса (3) с крышкой (4), присоединяемой к корпусу винтами. Между корпусом и крышкой зажимается диафрагма (2) нагруженная пружиной (5) и через шток (16) жёстко связанная с рычагом привода дроссельной заслонки (15). В корпусе и крышке выполнен воздушный канал (17), соединяющий наддиафрагменную полость (6) с диффузорами смесительных камер карбюратора. В диффузоры запрессованы жиклёры (9). 
Работа. При увеличении нагрузки разрежение около жиклёров (9) возрастает и по каналу (17) передаётся в наддиафрагменную камеру (6). Под действием разрежения диафрагма (2) деформируется, преодолевая усилие пружины (5), и через шток (16) поворачивает рычаг (15). 
Дроссельная заслонка вторичной камеры остаётся закрытой до тех пор, пока выступ рычага (14) упирается в штифт (12) рычага (10), установленного на оси дросселя первичной камеры. При открывании дроссельной заслонки первичной камеры на величину большую 1/3 величины полного хода, рычаг (10) освобождает рычаг (14) и дроссельная заслонка вторичной камеры приоткрывается на величину, которая зависит от степени свободы рычага (14) и хода штока (16) диафрагмы (2). 
Неисправности и регулировки. К типичным неисправностям систем пневмопривода можно отнести:

• Неисправности в приводе дроссельных заслонок;
• Разрыв или потеря эластичности диафрагмы.

Также возможна поломка  пружины диафрагмы, засоряются каналы и жиклёры, рвутся уплотнительные прокладки. 
Названные неисправности пневмопривода являются частой причиной ухудшения динамики разгона автомобиля вследствие затягивания открытия дроссельной заслонки. 
Проверку правильности работы пневмопривода можно выполнить следующим образом:  
1). Вручную перемещают шток (16) вверх до упора, при этом, дроссельная заслонка вторичной камеры не должна открываться. Не отпуская шток (16) поворачиваем рычаг (10) до его соприкосновения с выступом (8) рычага и затем далее, до упора. С поворотом рычага (10), за счёт пружины (13), должна открываться дроссельная заслонка вторичной камеры. При полностью открытой заслонки первой камеры и полностью утопленном штоке пневмопривода, дроссельная заслонка вторичной камеры должна быть полностью открыта. 
Если заслонка второй камеры при названных условиях оказывается открытой не полностью, уменьшают длину штока (16), вворачивая его в головку диафрагмы, предварительно ослабив контргайку. 
2). Продолжая удерживать шток (16) медленно отпускаем рычаг (10). Дроссельные заслонки закрываются. Сначала полностью должна закрыться дроссельная заслонка вторичной камеры, а затем первичной камеры. При этом, до полного закрытия первичной камеры, между рычагом (14) и  штифтом (12) должен сохраняться контакт.

Прочие системы карбюратора. 
На части карбюраторных двигателей грузовых автомобилей устанавливают ограничители разрежения (система впуска дополнительного воздуха во впускной коллектор). Система предназначена для устранения хлопков в выпускной системе при работе двигателя в режиме принудительного холостого хода и может являться ограничителем оборотов коленчатого вала. Принципиальная схема ограничителя разрежение показана на рисунке 1.19. 
Схема состоит из электронного блока управления (2), вакуумного выключателя (12) и нормально закрытых электромагнитных клапанов (3) и (5), объединённых в единый блок, который крепится непосредственно на впускном трубопроводе (8) двигателя (9). 
ЭБУ (2) осуществляет управление клапанами в зависимости от сигналов, поступающих от катушки зажигания (1) и вакуумного выключателя (12). 
Вакуумный выключатель состоит из корпуса (12) и крышки (10) с двумя электрическими выводами,  один из которых соединён с «массой», а другой с блоком управления (2). Внутри корпуса выключателя имеется диафрагма (11) с контактной пластиной и пружиной, разделяющая внутренний объём на две части: вакуумную и электрическую. Пружина нагружает диафрагму и прижимает контактную пластину к электрическим выводам крышки. Жёсткость пружины контролируется регулировочным винтом (13). Вакуумная полость выключателя через воздушный патрубок соединяется с впускным коллектором.   
Блок клапанов воздуховодом (4) соединяется с корпусом воздухоочистителя двигателя. В выключенном состоянии запорные элементы клапанов (6) и (15), прижимаясь к сёдлам (14) и (7) перекрывают доступ воздуха из воздухоочистителя во впускной тракт двигателя. 
Работа. Нормальное состояние контактов вакуумного выключателя – замкнутое. Нормальное положение запорных элементов электромагнитных клапанов – закрытое. Во впускной тракт двигателя дополнительный воздух начнёт поступать при одновременном выполнении двух условий: 1) обороты КВ, и 2) разрежение во впускном коллекторе, выше некоторой заданной величины. 
Сигнал о скорости вращения КВ поступает в ЭБУ с катушки зажигания в виде электрических импульсов, частота которых прямо пропорционально оборотам КВ. 
Разрежение во впускном коллекторе через вакуумную полость вакуумного выключателя (12) воздействует на его диафрагму. 
При достижении частоты импульсов определённого значения ЭБУ  подаёт управляющий сигнал (напряжение 12 вольт) на обмотку электромагнитных клапанов. Если величина разряжения не достигла конструктивно заданного значения, обмотка клапанов шунтируется замкнутыми на «массу» контактами крышки вакуумного выключателя (12). Контакты разомкнутся, если разрежение во впускном коллекторе и вакуумной полости выключателя будет достаточным для преодоления диафрагмой усилия прижимной пружины. В этом случае, контактная пластина (10) размыкает контакты, и напряжение поступает на обмотку клапанов (3) и (5). Запирающие элементы открывают подачу воздуха из воздухоочистителя во впускной трубопровод. Разряжение снижается, обороты КВ падают, клапаны обесточиваются и закрываются.

Система рециркуляции отработавших газов (рисунок 1.20) обеспечивает снижение содержания окислов азота в выхлопе за счёт добавления (перепускания) во впускной трубопровод газов из выпускного коллектора. 
Система включает в себя термовакуумный выключатель (12), установленный в рубашку охлаждения впускного коллектора (11), клапана рециркуляции (10), соединительных шлангов и трубки возврата отработавших газов (8). 
Работа. На холодном двигателе, т.е. когда температура охлаждающей жидкости меньше 50 градусов по Цельсию, термовакуумный выключатель закрыт и разъединяет вакуумную полость клапана рециркуляции с главным воздушным каналом карбюратора. Система рециркуляции не работает. 
При достижении двигателем температуры охлаждающей жидкости 50 градусов по Цельсию, выключатель открывается, и разрежение поступает в корпус клапана рециркуляции. Если разрежение достаточно для преодоления усилия прижимной пружины диафрагмы клапана, клапан рециркуляции открывается и соединяет впускной и выпускной трубопроводы. Отработавшие газы, за счёт разрежение  во впускном трубопроводе поступают на вход двигателя. Количество рециркулируемых газов пропорционально величине разрежения.  
Неисправности системы рециркуляции сказываются исключительно на экологических характеристиках двигателя и выявляются, как правило, газоанализатором при проверке отработавших газов на токсичность при очередном ТО. 
К типичным неисправностям можно отнести неисправность термовакуумного выключателя и потерю герметичности диафрагмы рециркуляционного клапана. 

1.4. Настройки карбюратора.

Индивидуальные  настройки карбюратора проводятся с целью восстановить заданные заводом  изготовителем рабочие характеристики, утраченные по каким-либо причинам (например, после ремонта) или для придания особых характеристик двигателю (мощностных или экономичных), отвечающих заданным целям. 
Настройки проводятся на специальном стенде, позволяющем изменять и контролировать расход воздуха через диффузоры карбюратора в целом и жиклёры в частности. 
Настройка карбюратора осуществляется с помощью настроечных винтов, путём подбора пар жиклёров (воздушного и эмульсионного) и некоторыми другими мероприятиями. После выполнения работ настроечные винты должны быть застопорены (законтрены) и опломбированы любым доступным способом, а там, где это предусмотрено, закрыты заглушками.

1.5. Управление составом смеси в карбюраторных системах питания.

Ужесточение норм токсичности, произошедшее во второй половине прошлого века, привело к утрате карбюратором монопольного положения  в ряду приборов приготавливающих и дозирующих топливо и заставило конструкторов искать пути адаптации карбюраторных систем к современным экологическим требованиям, предъявляемым к автомобилям. 
На рисунке 1.21 показан фрагмент карбюратора с электронной системой управления подачей топлива в главную дозирующую систему. Система имеет исполнительный элемент - соленоид (1) с обмоткой и сердечником и подпружиненную дозирующую иглу (4) конической формы с упорной магнитной пластиной, которая перемещается между винтами-упорами (2 и 10). Соленоид управляется электронным блоком (ЭБУ) и датчиками системы управления двигателем (СУД). В зависимости от конструкции системы число датчиков может быть разным. Принципиальная схема СУД показана на рисунке 1.22.  
Работа. В зависимости от режима работы двигателя, контролируемой датчиками, на обмотку соленоида от ЭБУ поступает сигнал в виде импульсов различной скважности. Скважностью называют отношение времени действия сигнала к времени периода повторения. Осциллограмма сигнала имеет прямоугольную форму и постоянную частоту, величина которой зависит от конструкции системы и лежит в пределах от 10 до 100 Герц. Если скважность импульсов близка к 50% дозирующая игла (4) занимает некоторое среднее положение между винтом-упором (10) «богатой смеси» и винтом-упором (2) «бедной смеси». При увеличении скважности сигнала (больше 50%) среднее значение тока соленоида увеличивается, что приводит к поднятию иглы, открыванию отверстия топливного жиклёра (6) и обогащению смеси. При уменьшении скважности сигнала (меньше 50%) среднее значение тока на обмотке уменьшается, игла опускается и смесь обедняется. Аналогичным образом регулируется топливоподача и обороты КВ в режиме ХХ, а также при запуске и прогреве двигателя. На карбюраторе может устанавливаться несколько исполнительных элементов (соленоидов, клапанов, актюаторов и пр.), каждый из которых отвечает за свой  режим или «участок» работы. 
На рисунке 1.23 представлена схема карбюратора «Экотроник», в котором реализован ещё один, несколько отличный от ранее рассмотренной схемы, принцип коррекции состава горючей смеси и оборотов КВ. 
Составом смеси управляют с помощью воздушной заслонки. Прикрытие заслонки приводит к обогащению смеси, а открытие – к обеднению. Управление заслонкой осуществляется устройством, представляющим собой совокупность воздушных и топливных каналов и жиклёров. В зависимости от условий работы двигателя, разность давления (разряжения) в каналах приводит к перемещению подпружиненного штока, воздействующего на воздушную заслонку и, одновременно, открывающего (прикрывающего) пропускное отверстие главного воздушного жиклёра. 
Обороты КВ при работе двигателя на ХХ или в режиме прогрева, корректируют при помощи дроссельной заслонки. Заслонка управляется электропневматическим механизмом (сервоустройством), имеющим в своём составе  корпус (9) со штоком (5) и мембраной, вакуумный и атмосферный электроклапаны (6 и 8) и датчик (7) положения штока пневмопривода. В зависимости от режима работы двигателя и нагрузки актюаторы и механизм пневмопривода корректируют степень открытия заслонки. Актюаторы и электрические клапаны приводятся в действие от электронного блока управления с помощью датчиков «обратной связи» (лямбда-зонд, ДНО, ДУИ и др.).

Глава 2. СИСТЕМЫ ВПРЫСКА БЕНЗИНА

История развития. Впрыск бензина, как топливная система ДВС, начал применяться более 100 лет назад (с 1898 г.) газомоторной фабрикой Дойтц, которая изготавливала бензиновые плунжерные насосы для двигателей. В силу своих конструктивных особенностей и технологических сложностей в изготовлении, впрыск не смог стать конкурентоспособным карбюраторным системам питания, был вытеснен с рынка и на время подзабыт. 
С 1912 года фирма Бош вернулась к идее подачи бензина в двигатель под давлением через форсунку, но уже применительно к авиационным моторам. Имеющиеся недостатки карбюраторных систем питания авиационных двигателей, склонность карбюратора к обледенению на больших высотах и его пожароопасность, заставила вести разработки именно в этом направлении. Спустя 25 лет, в 1937 году, фирмой Бош был запущен в серийное производство первый авиационный мотор с системой впрыска бензина. Можно говорить о том, что 1937 год положил начало «эры» систем впрыска бензина. 
В 1951 году система непосредственного впрыска Бош была установлена серийно на автомобиле и, через непродолжительное время, данной системой стал компоноваться легендарный спортивный автомобиль 300SL фирмы Даймлер-Бенц. Последующие два десятилетия система постепенно заполняла свою нишу в производстве и активно совершенствовалась. Прорыв произошёл в 1967 году, когда появилась первая электронная система подачи топлива D – Jetronic, управляемая давлением во впускном трубопроводе. В 1973 году «увидела свет» система L – Jetronic с подсистемой измерения количества воздуха, поступающего во впускной трубопровод и система  K – Jetronic, также с подсистемой измерения количества воздуха и гидромеханическим управлением. 1979 год ознаменовался внедрением в систему подачи топлива L – Jetronic первого микропроцессора Motronic, связавшего её с электронной системой зажигания. В 1982 году система K – Jetronic была модифицирована и дополнена лямбда – зондом и электронным блоком управления. Система получила имя KE – Jetronic. В 1983 году на недорогих автомобилях оборудованных двигателями небольшого объёма стала применяться система одноточечного (центрального) впрыска Mono – Jetronic. Впоследствии система нашла применение и на части двухрядных, многоцилиндровых V – образных двигателях большого объёма, где на каждый ряд цилиндров устанавливался свой модуль центрального впрыска бензина (по аналогии с многокарбюраторными двигателями). 
В настоящее время система впрыска бензина, во многом благодаря своей «дружелюбности» к электронным системам управления, взяла реванш над карбюраторными системами питания за монополию 20 века, практически полностью потеснив их с рынка. Спираль технического прогресса ушла на следующий эволюционный виток.

2.1. Системы распределённого и центрального впрыска бензина, непосредственный впрыск топлива.

В сочетании с  системами управления, в первую очередь  электронными, системы впрыска бензина  наилучшим образом обеспечивают соответствие современным требованиям, предъявляемым к двигателю, что  позволяет им, на сегодняшнем этапе  технического развития, успешно «конкурировать»  с карбюраторными и традиционными  газобаллонными системами питания. 
Следует различать топливные системы распределённого и центрального впрыска. 

Системы распределённого впрыска бензина (многоточечный впрыск).

В данной системе  впрыска каждый цилиндр имеет  собственную форсунку, подающую топливо  во впускной трубопровод на впускной клапан, либо, непосредственно в  камеру сгорания двигателя (непосредственный впрыск топлива). Дроссельная заслонка во всех таких системах дозирует только воздух. Подача топлива форсунками может быть дискретной или постоянной. 
При дискретной (цикловой) подаче топлива форсунка (или несколько форсунок одновременно) открывается на строго определённое время один или два раза за рабочий цикл конкретного цилиндра двигателя. Разновидностью дискретного впрыска является фазированный впрыск, когда открытие форсунки синхронизировано с работой впускных клапанов соответствующего цилиндра. 
При постоянной подаче топлива форсунка открыта всегда, когда работает двигатель, а давление топлива достаточно для срабатывания форсунки. 
На сегодняшний день, на автомобилях разных лет выпуска, можно встретить 1) механические системы впрыска, 2) механические системы впрыска с электронным управлением (электромеханические системы) и 3) полностью электрифицированные системы впрыска с электронными блоками управления (ЭБУ) подачей топлива и зажиганием. 
Механические и электромеханические системы впрыска имели широкое развитие до начала 80-х годов прошлого столетия. Они были разработаны и выпускались фирмой BOSCH. Системы устанавливались на автомобили MERCEDES-BENZ, BMW, AUDI, VOLKSWAGEN, VOLVO, ROLLS-ROYCE и др. и, в том или ином виде, применяются по настоящее время. Базовой моделью механических систем является система K – Jetronic.   Электромеханическая система KE – Jetronic. Система впрыска бензина L – Jetronic с полностью электронным управлением подачей топлива и зажиганием. Система Motronic М – 5 будут рассмотрены далее.

Устройство и  работа.

Упрощённо работу системы можно представить следующим  образом: 
Электрический топливный насос осуществляет прокачку топлива под давлением от топливного бака к форсункам по нагнетательной магистрали и обратно, по сливной магистрали. Рабочее давление в системе на заданном уровне поддерживается регулятором давления. Открытие механических форсунок происходит под давлением топлива. Открытием электрических форсунок управляет ЭБУ. Форсунки, устанавливаются напротив впускных клапанов в специальных углублениях, выполненных в теле впускного трубопровода, и впрыскивают топливо во впускной коллектор двигателя за/под дроссельную заслонку. Количество впрыскиваемого топлива, пропорционально количеству воздуха, поступающего в коллектор через воздухоочиститель, дроссельную заслонку и расходомер воздуха. Образовавшаяся топливовоздушная смесь, при открытии впускного клапана, засасывается в цилиндры двигателя, где сгорает. 
Управление качеством смеси в рассматриваемой системе осуществляется за счёт уменьшения/увеличения подачи топлива через форсунки. 
Система состоит из нескольких подсистем, каждая из которых отвечает за свой «участок» работы.