Карбюраторы мотоциклетного типа. Вспомогательные устройства
Здравствуйте, уважаемые читатели. Из предыдущих четырех публикаций мы поняли, что современные карбюраторы весьма сложные устройства, и нам есть что еще обсудить в их конструкции.
Сегодня выясним, что же еще входит в конструкцию карбюратора помимо главной дозирующей системы и системы холостого хода, которые уже были рассмотрены.
Если не предъявлять особых требований к смесеобразованию, карбюратор будет хорошо работать, имея в своей конструкции только главную дозирующую систему и систему холостого хода. Однако их возможностей недостаточно для упрощения пуска холодного двигателя, устранения провалов в динамике набора оборотов при резком открытии дросселя, сохранения наилучшей приемистости без потери максимальной мощности. Для устранения этих эффектов и дальнейшего улучшения рабочих характеристик двигателя применяется ряд вспомогательных устройств карбюратора, о которых пойдет речь в этой статье.
Пусковое устройство
Когда двигатель холодный и температура окружающего воздуха относительно невелика, часть горючей смеси не достигает камеры сгорания, конденсируясь и оседая на стенках впускного трубопровода. В результате этого смесь обедняется, что затрудняет ее воспламенение. Запуск двигателя становится проблематичным, а работа неустойчивой и сложно контролируемой до тех пор, пока двигатель полностью не прогреется.
Для облегчения задачи холодного пуска применяют специальные пусковые устройства — обогатители. Они предназначены для требуемого обогащения горючей смеси в процессе холодного пуска и прогрева. Другими словами, обогатитель приготавливает дополнительное количество горючей смеси, которого достаточно (при работе с другими системами карбюратора) для запуска и устойчивой работы в первое время после пуска.
Подобные устройства есть в конструкциях всех карбюраторов, за исключением некоторых специфических моделей, применяемых на спортивных мотоциклах, где процедура запуска несколько отличается.
В простейшем случае пусковое устройство представляет из себя некий рычаг, позволяющий водителю принудительно опустить поплавки в поплавковой камере, тем самым повышая уровень топлива, что приводит к обогащению смеси. Принцип действия определил название обогатителя — утопитель поплавков. При такой конструкции обогащение смеси происходит во всех системах карбюратора, а возврат к нормальной работе возможен только после запуска двигателя (когда часть топлива израсходуется и уровень придет в норму).
Основным преимуществом утопителя поплавков является простота его конструкции. К недостаткам можно отнести зависимость степени обогащения смеси от времени воздействия. Так как воздействие осуществляется вручную водителем, состав смеси будет зависит от его умения и опыта. К тому же для работы с утопителем необходим непосредственный доступ к карбюратору, что не всегда возможно. По этим причинам утопители поплавков все реже и реже встречаются в конструкциях современных карбюраторов. Были разработаны более совершенные обогатители с независимой от других систем карбюратора топливоподачей, включающей в себя жиклеры, клапаны и другие регулирующие элементы.
Рассмотрим следующую конструкцию обогатителя.
Конструкция обогатителя карбюратора Dellorto серии VHSB: 1 — рычаг управления клапаном; 2 — цилиндрический клапан; 3 — канал подачи смеси в диффузор; 4 — эмульсионная трубка; 5 — воздушный канал; 6 — топливный жиклер
В качестве управляющего элемента выступает миниатюрный цилиндрический клапан 2. Управление клапаном осуществляется водителем вручную (непосредственно или посредством троса). Максимальное обогащение определяется соответствующим жиклером 7 вне зависимости от степени открытия клапана и варианта его привода. Конструкция топливного колодца обогатителя и расположение топливного жиклера таково, что работу обогатителя можно разделить на две стадии.
Когда двигатель заглушен, эмульсионная трубка жиклера обогатителя 5 полностью заполнена топливом до общего уровня в поплавковой камере. Так как уровень топлива одинаковый, слабого разрежения в момент запуска достаточно для истечения нужного количества топлива через обогатитель. На этой стадии смесь образуется очень богатой, что позволяет легко запустить двигатель.
После запуска двигателя эмульсионная трубка быстро пустеет, так как жиклер ограничивает скорость ее наполнения. Смесь начинает обедняться, но остается все еще достаточно богатой для стабильной работы не прогретого двигателя. Через некоторое время, определяемое степенью прогрева, водитель (или иной управляющий элемент) отключает систему обогащения.
Дальнейшим развитием пусковых устройств стало внедрение автоматических систем управления.
Конструкция автоматического обогатителя: 1 — воздушный канал; 2 — цилиндрический клапан с конической иглой; 3 — топливный жиклер, совмещенный с эмульсионной трубкой
Основное их отличие заключается в том, что они способны автоматически уменьшать степень обогащения смеси по мере прогрева двигателя. Наибольшее распространение получили термоэлектрические системы. Разрез реального устройства управления представлен на рисунке.
Термоэлектрическое устройство управления обогатителем: 1 — клапан с конической иглой; 2 — возвратная пружина; 3 — термочувствительный элемент; 4 — нагревательный элемент
В основе такого устройства управления находится нагревательный 4 и термочувствительный 3 элементы. Внутри термочувствительного элемента находится вещество, которое расширяется с ростом температуры. Нагревательный элемент увеличивает свою температуру при приложении к нему постоянного напряжения. Характеристики этих элементов подобраны таким образом, чтобы соответствовать времени прогрева и остывания двигателя.
При холодном пуске клапан 1 изначально открыт. После запуска двигателя на устройство управления подается напряжение, нагревательный элемент увеличивает свою температуру пропорционально степени прогрева двигателя, также пропорционально расширяется вещество внутри термочувствительного элемента и он начинает постепенно закрывать клапан. К моменту полного прогрева мотора клапан полностью перекроет подачу топлива. После остановки мотора и по мере его остывания, термочувствительное вещество будет уменьшаться в объеме, под действием возвратной пружины 2 клапан начнет открываться. Таким образом осуществляется автоматическое обогащение смеси на нужную для текущей температуры величину.
Ускорительный насос
Ускорительный насос предназначен для компенсации переобеднения смеси при резком открытии дросселя. Переобеднение возникает из-за резкого уменьшения разрежения вследствие резкого увеличения площади сечения диффузора. В результате этого наблюдается провал в наборе оборотов двигателем.
Общий вид диафрагменного ускорительного насоса. Цифрой 1 отмечен винт регулировки хода диафрагмы
Для устранения провала при наборе оборотов в конструкцию карбюратора вводят ускорительный насос, который впрыскивает строго определенное количество топлива прямо в диффузор карбюратора при резком открытии дросселя.
Ускорительные насосы бывают двух типов: плунжерные и диафрагменные. Ускорительный насос приводится в действие от дроссельной заслонки напрямую или через систему рычагов. Например, на карбюраторах Dellorto серий PHF и PHM диафрагменный ускорительный насос приводится в действие рычагом 3, скользящим по наклонной плоскости в специальном пазе 4 дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка поднимается, рычаг скользит по наклонной плоскости паза, отгибается и нажимает на диафрагму.
Система привода диафрагмы насоса: 1 — корпус ускорительного насоса; 2 — диафрагма; 3 — рычаг; 4 — паз с наклонной плоскостью
Двигателю может быть необходимо обогащение в начальный момент резкого подъема дросселя или менее интенсивное, но более продолжительное обогащение на протяжении всего времени подъема. Изменяя угол наклона и длину наклонной плоскости, можно регулировать начало момента впрыска и его продолжительность. По-другому количество впрыскиваемого топлива можно регулировать винтом, задающим ход диафрагмы. Вращением винта по часовой стрелке ход диафрагмы уменьшается, что приводит к уменьшению количества впрыскиваемого топлива, вращение против часовой дает увеличение.
При неизменных прочих настройках насоса продолжительность впрыска можно регулировать жиклером, через который осуществляется подача топлива в диффузор. Большой жиклер дает меньшее время впрыска, маленький, соответственно, большее. Таким образом можно настроить подачу насоса под конкретные требования двигателя.
Жиклер ускорительного насоса: Жиклер в корпусе фиксируется специальным винтом 1, к которому есть доступ снаружи карбюратора, что позволяет легко производить замену в процессе настройки.
Эконостат
Для обеспечения лучшей приемистости карбюратор двухтактного двигателя должен поддерживать сравнительно бедную смесь на малых и средних подъемах дросселя. Как уже упоминалось ранее, главный топливный жиклер определяет состав смеси не только при полном открытии дросселя, он также оказывает значительное влияние на состав при частичных подъемах, вместе с дозирующей иглой.
Если использовать главный топливный жиклер уменьшенной пропускной способности для наилучшей работы на средних подъемах дросселя, смесь может стать слишком бедной для режима максимальной мощности. И наоборот, установка жиклера большей пропускной способности может дать слишком богатую смесь на средних подъемах, что ухудшит приемистость двигателя.
Эконостат позволяет устранить эту проблему. Он подает топливо напрямую в диффузор, только когда скорость воздушного потока велика — в режиме максимальной мощности. Таким образом компенсируется недостаточная пропускная способность главного топливного жиклера.
Схема работы эконостата: 1 — топливоподающее отверстие; 2 — топливный жиклер
Топливный жиклер эконостата, как и все прочие, расположен в поплавковой камере. Отверстие, подающее топливо в диффузор, расположено в верхней части главного воздушного канала. Такое расположение отверстия обусловлено необходимостью подачи топливо через него только при сильном разряжении в диффузоре, когда дроссельная заслонка полностью открыта.
Элементы эконостата. Цветом выделен топливный жиклер (a), топливоподающее отверстие (b).
Наличие эконостата в конструкции карбюратора несколько усложняет его настройку в режиме максимальной мощности, так как эконостат и главная дозирующая система работают в этот момент параллельно и результирующий состав смеси зависит от их совместной работы. Однако, качественная настройка позволяет сохранить максимальную мощность, не теряя при этом в приемистости двигателя.
Принцип действия карбюратора
Содержание
Поплавковый механизм [ ]
Для обеспечения бесперебойной работы карбюратору необходима постоянная подача топлива, поддерживаемого на постоянном уровне в резервуаре. Эту функцию исполняет поплавковый механизм, расположенный в поплавковой камере ниже отверстия главного жиклера.
Если вы хотите понять принцип действия поплавкового регулятора уровня, пойдите в туалет и снимите крышку со сливного бачка. Внутри вы обнаружите поплавок, рычаг, соединяющий его с клапаном, и бак, заполненный водой. Откройте слив воды, и уровень воды упадет, а вместе с ним опустится поплавок, За счет этого откроется клапан, и бак начнет заполняться водой до тех пор, пока поднимающийся поплавок снова не закроет клапан. Поплавковый механизм карбюратора выполняет туже самую функцию, поддерживая постоянный уровень топлива.
Дроссель [ ]
Для того, чтобы управлять частотой вращения двигателя, необходимо какое либо устройство для ограничения количества поступающей в двигатель топливовоздушной смеси. В роли такого устройства может выступать круглая пластина, закрепленная в диффузоре на подвижной оси. Если пластину повернуть так, что она перекроет диффузор, воздушный поток остановится, а с ним и двигатель. Если повернуть ось, то пластина (если она находится в соответствующем угловом положении) допускает прохождение воздуха и образует небольшое сужение. Такое устройство называется дроссельной заслонкой мотылькового типа и используется на карбюраторах с постоянным сечением диффузора.
Другой способ ограничения количества поступающего воздуха заключается в применении подвижной дроссельной заслонки (или дросселя), расположенной в вертикальной расточке диффузора. Дроссель может перемещаться по расточке вверх и вниз, эффективно изменяя сечение диффузора так, что поток воздуха через карбюратор частично или полностью перекрывается. Таким образом, изменяется пропускная способность карбюратора. Такое устройство называется дроссельным золотником и применяется на карбюраторах шиберного типа (параграф 4). Комбинация двух вышеописанных устройств используется на карбюраторах постоянного разрежения (параграф 5). Карбюраторы как шиберного типа, так и постоянного разрежения относят к карбюраторам с переменным сечением. Управление дроссельной заслонкой обеспечивается при помощи троса, который связывает дроссельную заслонку или золотник с ручкой газа, расположенной на руле. Возвратная пружина установлена для автоматического закрытия дроссельной заслонки при отпускании ручки газа.
Пусковое устройство (для запуска холодного двигателя)(«подсос») [ ]
Для обеспечения успешного сгорания топливо в поступающей смеси должно быть полностью в испаренном виде. При холодном двигателе топливо конденсируется на его холодных металлических элементах, и, следовательно, оно больше не испаряется, в результате чего двигатель очень трудно запустить.
Чтобы компенсировать это приходится делать поступающую смесь значительно более богатой, чем при нормальной работе. Этого можно достичь тремя способами. Во-первых, вручную нажимая на утопитель поплавка для увеличения количества топлива в поплавковой камере; во-вторых, перекрывая («дросселируя») диффузор, и в-третьих, подавая больше топлива через отдельную пусковую систему («обогатитель»). Обычно все системы называются «подсосом», но, строго говоря, под это определение попадает только вторая система, которая работает за счет перекрытия диффузора.
После запуска двигателя он начинает прогреваться и, в конечном счете, необходимо будет выключить пусковое устройство, чтобы предотвратить переизбыток топлива в смеси, поступающей в двигатель.
Утопитель поплавка [ ]
Заслонка [ ]
Воздушная заслонка на входе диффузора используется для уменьшения поступающего в него воздуха. При прокручивании вала двигателя давление в диффузоре значительно понижается, благодаря этому увеличивается количество топлива в поступающей смеси.
Пусковое устройство [ ]
Современное пусковое устройство
Принцип действия этой системы аналогичен тому, по которому работает заслонка, но в данном случае для обогащения смеси используется отдельная система карбюратора. Рычаг или кнопка чаще всего при помощи троса, но иногда и непосредственно связаны с плунжером, включающим и отключающим пусковое устройство. При открытом пусковом устройстве и прокручивании вала двигателя (с прикрытой дроссельной заслонкой) воздух поступает в канал, минующий диффузор карбюратора, и смешивается с топливом, подающимся через жиклер пускового устройства из поплавковой камеры. Затем топливовоздушная смесь подается в двигатель через канал карбюратора, расположенный за диффузором и дроссельной заслонкой.
Автоматический обогатитель [ ]
Хотя для работы карбюратора автоматический обогатитель не столь существенен, он все больше становится отличительной чертой мопедов и скутеров.
Самое простое устройство, применяемое на некоторых мопедных карбюраторах, представляет собой небольшой кулачок, который отключает пусковое устройство при определенной степени открытия дроссельной заслонки.
На более сложных моделях установлен обогатитель с термочувствительным элементом, но он срабатывает не от температуры двигателя, а от температуры самого пускового устройства, которое снабжено электрическим нагревательным элементом. При холодном пусковом устройстве оно остается открытым, тем самым обогащая смесь. После запуска двигателя к нагревательному элементу пускового устройства начинает поступать ток. Данное устройство может быть оснащено биметаллической пластиной, изгибающейся при нагреве, или камерой, заполненной парафином, расширяющимся при нагреве: они, в свою очередь, воздействуют на плунжер, постепенно закрывая пусковое устройство по мере прогрева двигателя и самого пускового устройства
Система холостого хода [ ]
Резреэ карбюраторе шиберного типа, демонстрирующий работу системы холостого хода
Для работы карбюратора в широком диапазоне частот вращения двигателя одной только главной системы, в которой используется жиклер постоянного размера, будет недостаточно.
При очень низких скоростях вращения разрежения в диффузоре для подачи необходимого количества топлива через жиклер недостаточно; двигатель будет работать с перебоями и в итоге заглохнет. Для того, чтобы компенсировать это, в конструкцию карбюратора включена отдельная система для работы двигателя с низкими частотами вращения (от полного закрытия до 1/8 открытия дроссельной заслонки). Эта система носит название системы холостого хода.
Во многом аналогичным пусковому устройству образом, описанным выше, воздух поступает в обводной канал, минуя диффузор, и перемешивается с топливом, поступающим из поплавковой камеры через жиклер холостого хода. Затем топпивовоздушная смесь поступает в двигатель по каналу карбюратора, расположенному за диффузором и дроссельной заслонкой. Поскольку даже при закрытой дроссельной заслонке всегда существует небольшая щель между дросселем и диффузором, то присутствует небольшой пульверизационный эффект, использующийся для подачи получаемой смеси в двигатель. По мере открытия дроссельной заслонки этот эффект исчезает, и начинают функционировать другие системы.
Срез дросселя(карбюраторы шиберного типа) [ ]
Если нижнюю часть дросселя сделать плоской, то в промежутке между функционированием системы холостого хода и главной системы существовал бы «провал». Для предотвращения этого сторона дросселя, обращенная к воздушному фильтру. обрабатывается под углом, усиливающим пульверизационный эффект между ним и диффузором при частичных (от 1/8 до 1/4) открытиях дросселя,
Переходная система холостого хода (карбюраторы постоянного разрежения и с постоянным сечением диффузора) [ ]
Система переходных отверстий холостого хода керборетора постоянного резрежения
Эта система выполняет те же функции, что и срез на дросселе шиберного карбюратора. В данном случае она дозирует количество топлива от режимов холостого хода до малого открытия дроссельной заслонки. В системе холостого хода есть два дополнительных выходных канала, которые называются переходными, и расположены таким образом, что при закрытии дроссельной заслонки они оказываются перед ее гранью. При небольшой степени открытия дроссельной заслонки ее край по очереди проходит каждый канал, допуская тем самым прохождение воздушного потока, подхватывающего истекающее топливо.
Дозирующая (конусная) игла (карбюраторы постоянного разрежения и шиберного типа) [ ]
Для обеспечения переменного состава топливовоздушной смеси при открытии дроссельной заслонки от 1/4 до 3/4 в нижней части дроссельного золотника устанавливается конусная игла, которая вдвигается в калиброванное отверстие распылителя внизу диффузора карбюратора. Иногда распылитель размещается заподлицо с диффузором, хотя чаше всего он слегка выступает. Причина, по которой он выполняется выступающим, состоит в том, чтобы создать местный источник завихрений, способствующий рассеиванию и дроблению топлива в воздухе. Главный жиклер, установленный в корпусе распылителя, подобран так, чтобы размер его отверстия соответствовал полному открытию дросселя. При открытии дросселя в пределах от 1 /4 до 3/4, пока игла находится в распылителе, кольцевой зазор между иглой и стенкой распылителя значительно меньше, чем размер отверстия главного жиклера, и, следовательно, функцию управления расходом топлива осуществляют игла и распылитель. По мере того, как дроссельная заслонка открывается, и поднимается игла, кольцевой зазор увеличивается за счет ее конусности, и распылитель пропускает большее количество топлива, таким образом подстраиваясь под увеличение нагрузки.
Главная система [ ]
Карбюратор шиберного типа
Карбюратор постоянного разрежения
На карбюраторах постоянного разрежения и шиберного типа, при открытии дросселя приблизительно от 3/4 до полного открытия кольцевой зазор между иглой и распылителем превышает размер отверстия главного жиклера, и функции управления переходят к главному жиклеру. Ряд карбюраторов, где это оправдано, оснащается двухконтурной главной системой, состоящей из первичной и вторичной главной системы. Первичная главная система задействована с момента подъема золотника или поршня, в то время как управление вторичной главной системой осуществляется при помощи иглы, двигающейся в распылитель, так же, как в главной системе обыкновенного карбюратора. Карбюраторы с постоянным сечением диффузора из-за отсутствия дозирующей иглы часто оснащаются главными системами, число которых насчитывает от двух и более. Существует только несколько карбюраторов постоянного разрежения с двумя главными системами. Иногда дополнительную главную систему получают за счет использования так называемого «эконостата».
Эмульсионная трубка [ ]
На многих (но не но всех) карбюраторах, если тщательно обследовать распылитель, можно увидеть, что в стенке распылителя имеется множество маленьких отверстий. Также можно обратить внимание, что между стенкой распылителя и каналом, в котором он размещается, существует свободное пространство. Эту часть распылителя называют эмульсионной трубкой. Небольшой воздушный канал, называемый основным воздушным каналом, расположенный на входе в диффузор карбюратора, направляет небольшое количество воздуха, дозируемого воздушным жиклером, в камеру, образованную зазором между распылителем и корпусом карбюратора. Маленькие отверстия способствуют предварительному перемешиванию (или эмульсированию) топлива и воздуха, таким образом, повышая эффективность перемешивания и испарения топлива. Во многих случаях такие системы включают в себя систему холостого хода.
Ускорительный насос (карбюраторы с постоянным сечением диффузора и карбюраторы шиберного типа) [ ]
Применение ускорительного насоса решает характерную проблему внезапного обеднения смеси при резком открытии дроссельной заслонки. В заданный момент насос обогащает смесь необходимым количеством топлива, которое определяется степенью открытия дроссельной заслонки. На некоторых карбюраторах привод насоса осуществляется при помощи рычага, перемещающегося по дроссельному золотнику, а в других конструкциях на тягу воздействует кулачок, закрепленный на оси дроссельной заслонки. В обоих случаях далее рычаг или тяга воздействуют на диафрагменный насос, который впрыскивает или распыляет отмеренное количество топлива в диффузор.
Отсечной воздушный клапан (карбюраторы постоянного разрежения и шиберного типа) [ ]
Система подогрева карбюратора (карбюраторы постоянного разрежения и шиберного типа) [ ]
Многие карбюраторы оснащаются нагревательным устройством, предотвращающим «обледенение» карбюратора. Обледенение может происходить в условиях высокой влажности и низких температур воздуха (около 4-5 С°). Оно вызвано эффектом охлаждения при испарении топлива находящейся в воздухе воды. Это может привести к образованию в диффузоре карбюратора льда, который способен перекрыть выходные отверстия холостого хода, вызывая остановку или перебои в работе двигателя, а также заклинить дроссельную заслонку на карбюраторах постоянного резрежения.
Нефтеперерабатывающие компании добавляют в бензин присадки против обледенения, но их не всегда бывает достаточно для его предотвращения. Для гарантированного предотвращения этого эффекта некоторые изготовители снабжают карбюраторы системой подогрева, как в виде небольших электронагревательных элементов в каждом карбюраторе, так и за счет циркуляции охлаждающей жидкости двигателя вокруг карбюратора.
Датчик положения дроссельной заслонки (карбюраторы постоянного разрежения и шиберного типа) [ ]
Современные мотоциклы оснащаются датчиком положения дроссельной заслонки (TPS). Они не влияют на процессы дозирования топлива, а используются для предоставления информации о положении и перемещении(т.е. открытии или закрытии] дроссельной заслонки и скорости этого перемещения (насколько быстро открывается дроссельная заслонка) блоку управления бесконтактной системой зажигания для оптимизации угла опережения зажигания.