Система питания карбюраторного двигателя

МДК 01.01. Устройство автомобилей.

Группа 1СТМ Преподаватель Черкас П.Х.

10.10.2022 г.

Тема 1.7.1 Система питания карбюраторного двигателя.

Методическая цель: Усовершенствовать методику преподавания нового материала, используя педагогику сотрудничества и активизации познавательного интереса студентов.

Учебная цель: Ознакомить студентов с содержанием МДК.01.01 Устройство автомобилей с общими сведениями об устройстве автомобилей, в последующем в овладении методами технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта.

Познакомить студентов с назначением и устройством системы питания карбюраторного двигателя.

Воспитательная цель: Вызвать интерес к выбранной специальности, использованию на практике полученных теоретических знаний по МДК.01.01 Устройство автомобилей, способствовать развитию познавательных интересов обучающихся.

Образовательная цель: познакомить студентов с устройством системы питания карбюраторного двигателя.

Развивающая цель: развивать умения правильно обобщить данные и сделать вывод.

Задачи занятия: после ознакомления с материалом лекции, студенты должны иметь представление об устройстве системы питания карбюраторного двигателя.

Мотивация: знание устройства системы питания карбюраторного двигателя - важная составляющая подготовки специалистов по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей.

Лекция №1.

Вопросы к изучению:

1. Назначение и общее устройство системы питания двигателя.

2. Типы систем питания ДВС.

3. Топливо для карбюраторных двигателей.

4. Определение понятий:

• горючая смесь;

• рабочая смесь;

• состав горючей смеси;

• коэффициент избытка воздуха.

1. Границы воспламенения горючей смеси.

2. Устройство системы подачи воздуха ДВС.

3. Воздушные фильтры.

4. Впускной коллектор.

5. Требования к составу горючей смеси на различных режимах работы двигателей.

1. Назначение и приборы системы питания карбюраторных двигателей.

Система питания двигателей служит для хранения топлива, очистки воздуха и топлива, приготовления горючей смеси необходимого состава, подведения ее в цилиндры двигателя и отвода отработанных газов.

В систему питания двигателя входят:

- топливный бак;

- топливные фильтры;

- топливный насос(ы);

- воздушный фильтр;

- впускной коллектор;

- выпускной коллектор и глушитель;

- топливопроводы;

- карбюратор или смеситель в карбюраторных и газовых двигателях;

- форсунки в дизелях и инжекторных двигателях.

Общее устройство и работа системы питания двигателя.

Рис. 1. Схема системы питания двигателя ЗИЛ-508.10:

1-канал подвода воздуха; 2-воздухоочиститель; 3-карбюратор; 4 и 5-рукоятки управления воздушной и дроссельными заслонками; 6-педаль подачи топлива; 7-топливопровод; 8-указатель уровня топлива; 9-датчик указателя; 10-топливный бак; 11-крышка горловины бака; 12- топливный кран; 13-фильтр-отстойник грубой очистки; 14-глушитель; 15-выпускной трубопровод; 16-фильтр тонкой очистки; 17-топливный насос.

В систему подачи топлива карбюраторного двигателя (рис. 1) входят: топливный бак 10, фильтротстойник 13, топливный насос 17, фильтр тонкой очистки 16. Эти элементы соединены между собой топливопроводами 7 и предназначены для подачи топлива к карбюратору 3, установленному на впускном трубопроводе. Воздух к карбюратору подается через канал подвода воздуха 1 и воздушный фильтр 2. При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение и воздух, пройдя через воздухоочиститель, поступает в карбюратор, где смешивается с мелкораспыленным топливом и в виде горючей смеси подается в цилиндр. После совершения рабочего хода отработавшие газы выталкиваются поршнем в выпускной трубопровод 15 и через глушитель шума 14 в окружающую среду.

2. Типы систем питания ДВС.

Наиболее распространенными являются карбюраторные и дизельные двигатели, двигатели работающие на сжиженном и сжатом газе.

Инжекторные двигатели разделяются на:

- с центральным впрыском;

- с распределенным впрыском;

- с непосредственным впрыском.

3. Топливо для карбюраторных двигателей.

Топливом для карбюраторных двигателей могут служить: бензин, спирты, бензол, керосин. Наибольшее применение получил бензин.

Бензин получают из нефти прямой перегонкой или применяя крекинг-процесс. Во время прямой перегонки нефть нагревают в специальных колоннах до 210°С. При этом из нее выделяются пары бензина и других компонентов, которые направляются в колонну-охладитель. Там пары конденсируются и образуется бензин, состоящий из 84-86% углерода, 14-16% водорода и небольшого количества примесей. При крекинг-процессе нефть нагревают в специальных установках до 600°С и давлении до 5 МПа в присутствии катализаторов. Это обеспечивает расщепление тяжелых молекул нефти на более легкие, направляемых в колонну-охладитель, где образуется бензин. При крекинг-процессе увеличивается количество бензина от исходного продукта, чем при прямой перегонке. Однако такой бензин нельзя длительное время хранить, он имеет меньшую теплотворную способность и меньшую октановое число. Для повышения октанового числа бензина в него добавляют Антидетонаторы (этиловой жидкости) массой не более 0,82 г на 1 кг бензина. Это повышает октановое число бензина до 12%. Этиловая жидкость содержит тетраэтилсвинец, что является токсичной жидкостью. Поэтому этилированный бензин окрашивают в оранжево-красный, сине-зеленый или другой цвет, чтобы его можно было отличить от не этилированного. Таким бензином запрещается мыть руки, детали, одежду.

Бензин с более высоким октановым числом позволяет повысить степень сжатия в цилиндрах двигателя, а следовательно получить и более высокую мощность.

Под октановым числом топлива подразумевается количество устойчивых углеводородов Изооктаны в смеси неустойчивых углеводородов гептаном. Детонационная стойкость изооктана принято за 100, гептана - 0 единиц. Октановое число бензина определяют на специальной установке, представляющей собой одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия. Сравнивая антидетонационные свойства испытуемого бензина со свойствами эталонного, состоящий из изооктана и гептана, принимают октановое число бензина испытывается, равным процентному содержанию изооктана в эквивалентной смеси.

Бензин обозначают так: А-72, А-76, АИ-93, АИ-98.  Буква А указывает, что бензин автомобильный; цифры - на октановое число; И - указывает, что октановое число определялось исследовательским методом. Для форсированных двигателей с высокой степенью сжатия применяют специальный высокооктановый бензин «Экстра».

При работе двигателя на бензине, соответствующем его степени сжатия (завод-изготовитель указывает, какой бензин следует применять для данного двигателя), сгорание горючей смеси в цилиндрах происходит со скоростью 20 - 30 м/с и давление газов на поршень достигает 3,5-5 0 МПа. Если применяется бензин, не соответствующий его степени сжатия, происходит детонационное (взрывной) сгорания горючей смеси со скоростью 2-3 тыс. м/с и давление газов на поршень повышается до 10 МПа. Это вызывает повышенный износ и даже поломку деталей кривошипно-шатунного механизма, разрушение подшипников, прогорания днищ поршней. Двигатель перегревается. Резкое нарастание давления газов в цилиндре вызывает вибрацию стенок цилиндров и поршней, которые создают звонкие металлические стуки. При этом в результате неполного сгорания горючей смеси из глушителя выходит черный дым с ударами. Теряется мощность и экономичность двигателя. Такая работа двигателя недопустима, его необходимо остановить и заменить топливо.

4. Определение понятий.

Горючей смесью называется смесь паров (бензина) с воздухом в определенной пропорции. 

Попадая в цилиндры двигателя, горючая смесь смешивается с оставшимися отработанными газами и образует рабочую смесь.

Подсчитано, что для полного сгорания 1 кг бензина в цилиндрах двигателя нужно 14,7 кг воздуха, округляют до 15 кг. Действительное количество воздуха, участвующего в образовании горючей смеси, может быть и больше, и меньше указанной величины. Поэтому состав горючей смеси принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха α.

Если в сгорании 1 кг бензина участвует 15 кг воздуха, то есть столько, сколько теоретически необходимо, то α = 15 : 15 = 1, такая смесь называется нормальной (стехиометрической).

Обогащенной горючей смесью называется смесь, состоящая из 1 кг бензина и 13,5 кг воздуха: α = 13,5: 15 = 0,9.

Во время работы двигателя на обогащенной смеси он развивает наибольшую мощность при несколько увеличенном расходе топлива. Поэтому в карбюраторе такая смесь готовится, когда автомобилю необходимо преодолеть затяжной подъем или иной участок тяжелой дороги.

Если α = 12:15 = 0,8, такая смесь называется богатой. При работе двигателя на ней происходит неполное ее сгорания в цилиндрах из-за недостатка воздуха, ведет к потере мощности и экономичности, появляются «выстрелы» из глушителя.

Работа двигателя на такой смеси не допускается, ею можно пользоваться только при пуске холодного двигателя. При α = 0,4 горючая смесь в цилиндрах не воспламеняется из-за недостатка воздуха.

Если α = 16,5: 15 = 1,1, такая горючая смесь называется обедненной. Ее еще называют экономичной, так как горючая смесь сгорает более полно.  При этом незначительно уменьшается мощность двигателя. Карбюраторы современных автомобилей отрегулированы так, что в них большую часть времени готовится обеднена горючая смесь. Какая смесь называется бедной?

При α = 19:15 = 1,2 горючая смесь называется бедной. Во время работы на такой смеси двигатель перегревается, уменьшается мощность и экономичность, появляются вспышки в карбюраторе («хлопки»). Работа на такой смеси не допускается. Необходимо выявить причину и устранить ее. 

1. Границы воспламенения горючей смеси.

Если α ниже 0,4 или выше 1,4, то однородная бензиновая горючая смесь в цилиндрах не воспламеняется.

6. Устройство системы подачи воздуха ДВС.

Система подачи воздуха в ДВС служит для очистки и подачи воздуха, а так же для подогрева горючей смеси (в холодное время года) в двигатель.

Система подачи воздуха состоит из воздухозаборника, воздушных патрубков, воздушного фильтра и впускного коллектора двигателя. На большинстве легковых автомобилей забор воздуха выполняется прямо в корпус воздушного фильтра. На грузовых автомобилях воздухозаборник выполнен на кабиной водителя для снижения уровня пули в забираемом воздухе. В этом случае воздух от воздухозаборника к фильтру поступает по воздушным патрубкам.

7. Воздушные фильтры.

Воздушный фильтр применяют для очистки воздуха, поступающего в двигатель. Пыль, поступающая в двигатель, значительно увеличивает износ его трущихся поверхностей. Основное количество пыли в двигатель проникает вместе с воздухом, и содержание пыли зависит от условий работы.

Так, при движении автомобиля по шоссе с усовершенствованным покрытием содержание ныли в воздухе составляет 0,00025...0,001 г/м³ а при движении по грунтовым дорогам - 0,01...0,02 г/м³. В условиях значительной запыленности при использовании воздушного фильтра износ деталей снижается в 1,5-2 раза.

К воздушным фильтрам предъявляют следующие требования: эффективность очистки воздуха от пыли, малое гидравлическое сопротивление, необходимая пылеемкость, надежность в работе и удобство в обслуживании, технологичность конструкции.

По способу очистки воздуха фильтры делятся на: инерционные, фильтрующие и комбинированные. В свою очередь инерционные и фильтрующие воздушные фильтры подразделяются на сухие, если их поверхность не смачивается маслом, и мокрые - если смачивается. Комбинированные воздушные фильтры могут быть сухими, мокрыми и смешанными.

В автомобильных двигателях грузовых автомобилей преимущественное распространение получили инерционно-масляные воздушные фильтры, а в двигателях легковых автомобилей - сухие, со сменными картонными или бумажными фильтрующими элементами.

Инерционно-масляный воздушный фильтр (рис. 2,а) состоит из корпуса 2 с масляной ванной 17, крышки 13.

Рис. 2 Типы воздушных фильтров.

а -ЗИЛ-431410; б-ГАЗ-53-12;

1-переходной патрубок с фланцем; 2-корпус воздушного фильтра; 3-кольцевой отражатель; 4-крышка корпуса фильтрующего элемента; 5-крышка; 6- резиновая муфта с пружиной; 7-винт с барашковой гайкой; 8-резиновая втулка с вильчатой гайкой; 9-стяжной винт; 10-патрубок отбора воздуха в компрессор; 11 - фильтрующий элемент; 12-корпус элемента; 13-крышка; 14 - шумопоглощающая прокладка; 15-кронштейн; 16 - уплотнительные прокладки; 17 масляная ванна; 18- кольцевая щель.

В корпусе установлен фильтрующий элемент 11, представляющий собой капроновую (или другой синтетический материал) путанку, смоченную маслом. Фильтрующий элемент вместе с корпусом и крышкой через уплотнительные прокладки 16 винтом 7 крепится к переходному патрубку 1.

При такте впуска воздух, пройдя через кольцевую щель 18, соприкасаясь со слоем масла, резко меняет свое направление. Примеси, находящиеся в воздухе, в силу большого веса, по инерции пробивают масляную пленку и оседают на дне ванны, а воздух, проходя через путанку, многократно меняет свое направление и, контактируя с капельками масла, оставляет на их поверхности мельчайшие примеси. Пройдя через фильтрующий элемент и еще раз изменив направление у крышки корпуса, воздух поступает в карбюратор. Для уменьшения шума, возникающего при движении воздуха через воздушный фильтр, в фильтре предусмотрена шумопоглощающая войлочная прокладка 14.

В процессе движения воздуха через фильтр происходит вспенивание масла в ванне и частицы масла переносятся на фильтрующий элемент. Постепенно стекая с фильтрующего элемента на отражатель 3, масло частично смывает с него частицы пыли и они оседают на дне ванны.

Аналогично рассмотренному фильтру работают инерционно-масляные воздушные фильтры дизелей. Пыль, осевшая в ванне, очищается при техобслуживании путем промывки фильтра. Фильтрующий элемент промывается неэтилированным бензином и смачивается чистым маслом. В условиях сильной запыленности данную операцию необходимо проводить ежедневно. Уровень масла, заливаемого в ванну, контролируется по специальным меткам. Не рекомендуется заливать масло выше меток, так как это приведет к забрасыванию масла в цилиндры двигателя, что является причиной интенсивного нагарообразования и выхода из строя поршневых колец. Кроме того, увеличится токсичность отработавших газов.

Воздушный фильтр сухого типа со сменным фильтрующим элементом из пористого картона обладает лучшей фильтрующей способностью и меньшим сопротивлением.

8. Впускной коллектор.

Впускные трубопроводы служат для подвода свежего заряда к головкам цилиндров. На V-образных двигателях впускные трубопроводы располагают в развале блока, а на рядных двигателях часто крепят с той же стороны, что и выпускные трубопроводы. Как правило, их отливают из алюминиевого сплава. На двигателе автомобиля ЗИЛ-431410 впускной трубопровод двухъярусный, т. е. расположен в двух уровнях, и впускные каналы подогреваются охлаждающей жидкостью. Подогрев способствует лучшему испарению топлива, особенно если оно имеет вид топливной пленки. Наличие топливной пленки способствует неравномерному распределению смеси по цилиндрам и ухудшению топливной экономичности. Однако подогрев топлива незначительно снижает наполняемость цилиндров.

На двигателе автомобиля ГАЗ-53-12 применен одноярусный впускной трубопровод (рис.3).

Рис. 3 Впускной коллектор двигателя ЗМЗ-53

1 – фланец масляного фильтра; 2-отверстие для маслозаливной горловины; 3-фланец для крепления термостата; 4- впускные каналы к правому (по ходу автомобиля) блоку цилиндров; 5-технологическое отверстие, закрываемое заглушкой; 6-отверстие для установки крана отопителя; 7-фланец вентиляции картера; 8-впускные каналы к левому блоку цилиндров; 9-отверстие для крепления штуцера трубопровода вакуумного усилителя тормозных механизмов; 10-фланец для установки карбюратора; 11-отверстие для установки датчика температуры охлаждающей жидкости.

Трубопровод такой конструкции имеет каналы большого сечения и более короткие, что уменьшает их аэродинамическое сопротивление и в сочетании с правильно подобранными фазами газораспределения способствует увеличению мощности двигателя примерно на 5 % в сочетании с улучшенной топливной экономичностью.

9. Требования к составу горючей смеси на различных режимах работы двигателей.

Под установившимся режимом работы следует понимать способность двигателя длительное время сохранять стабильные показатели при неизменной частоте вращения. Карбюраторный автомобильный двигатель имеет следующие основные режимы работы: пуск, холостой ход, малая нагрузка, средняя нагрузка, максимальная нагрузка, переход с малой нагрузки на максимальную.

Необходимо отметить, что это деление условно, так как при эксплуатации двигатель работает в режиме переменных нагрузок и частот вращения коленчатого вала, т. е. на неустановившихся режимах.

При пуске непрогретого двигателя требуется очень богатая смесь α = 0,3...0,5, так как при малой частоте вращения коленчатого вала топливо плохо перемешивается с воздухом, слабо испаряется, конденсируется на стенках впускного тракта в виде топливной пленки.

Это приводит к тому, что в цилиндры двигателя попадает незначительное количество пусковых фракций, обеспечивающих гарантированный пуск двигателя.

Переобогащение смеси при пуске двигателя способствует поступлению в цилиндры двигателя достаточного количества пусковых фракций.

На режиме холостого хода при малой частоте вращения в цилиндры двигателя подается смесь с α = 0,7...0,9, Необходимость обогащения смеси вызвана значительным количеством остаточных газов, остающихся в цилиндрах двигателя вследствие ухудшения процесса газообмена при прикрытой дроссельной заслонке, поэтому лишь богатая смесь обеспечивает устойчивую работу двигателя.

Режимы малых и средних нагрузок являются наиболее характерными для автомобильного двигателя в процессе эксплуатации, поэтому желательно именно на этих режимах обеспечить необходимую топливную экономичность. Это достигается подачей в цилиндры двигателя смеси с α = 1,05...1,10 (экономичная смесь).

При переходе от режима, при котором достигаются наилучшие экономические показатели двигателя, к режиму полной нагрузки требуется богатая смесь с α = 0,85... 0,90, так как при таком составе достигается максимальная скорость сгорания заряда, поступившего в цилиндры двигателя.

Режим резкого перехода от малых нагрузок к максимальным характерен для разгона автомобиля. При резком открытии дроссельной заслонки возможно обеднение горючей смеси, так как топливо в силу того, что имеет большую массу, чем воздух, и вследствие гидравлического сопротивления каналов и жиклеров не успевает набрать скорость, обеспечивающую необходимое соотношение топлива и воздуха в смесительной камере карбюратора. Поэтому карбюратор снабжается специальным устройством, предотвращающим обеднение смеси.

Контрольные вопросы.

1. Назначение системы питания.

2. Какие приборы входят в систему питания карбюраторных двигателей и их взаимодействие?

3. Типы систем питания двигателей.

4. Что подразумевается под октановым числом топлива?

5. Что называется горючей смесью и каковы ее разновидности?

6. Какая смесь называется нормальной?

7. Назначение и типы воздушных фильтров.

8. Устройство сухого воздушного фильтра.

9. Устройство инерционно-масляного фильтра.

10. Назначение впускного коллектора двигателя.

11. Какие режимы работы двигателя бывают, и какие смеси для них должны быть?

12. Способы улучшения качества горючей смеси.

Литература:

1. Михайловский Е.В. Устройство автомобиля, М., «Машиностроение» 1987г. 352с. ил.

2. Стуканов В.А. Устройство автомобилей: учеб. пособие. – М.: Форум, 2010. – 496 с.

3. Гладов, Г.И. Устройство автомобилей: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Г.И. Гладов, А.М. Петренко. – 6–е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 352 с.

4. Савич, Е.Л. Устройство автомобилей: учебное пособие/Е.Л. Савич, Е.А. Гурский, Е.А. Лагун. – Минск: РИПО, 2018. – 448 с.

5. Пехальский, А.П. Устройство автомобилей: учеб. пособие. – М.: «Академия», 2010. – 528 с.

6. Передерий, В.П. Устройство автомобиля: учеб. пособие. – М.: ИД «Форум»; ИНФРА–М, 2012. – 288 с.

7. Пузанков, А.Г Автомобили. Устройство и техническое обслуживание: Учебник. – М.: «Академия», 2010. –640 с.

8. Волков, Д. П. Строительные машины и средства малой механизации: Учебник. – М.: «Академия», 2009. – 480 с.

9. Вахламов, В. К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета: Учебник. – М.: «Академия», 2006. – 480 с.

10. Вахламов, В. К. Автомобили: Эксплуатационные свойства: Учебник. – М.: «Академия», 2006. –240 с.

11. Савич, Е.Л. Легковые автомобили: Учеб. пособие. – Минск: Знание, 2009. –651 с.

12. Родичев, В. А. Грузовые автомобили: Учебник. – М.: «Академия», 2002. – 256 с.

13. Родичев, В. А. Легковой автомобиль: Учеб. пособие. – М.: ПрофОбрИздат, 2002. – 88 с.

14. Чумаченко, Ю.Т. Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей. – Ростов н/Д.: Феникс, 2009.

15. Баловнев, В. И. Автомобили и тракторы: Краткий справочник. – М.: «Академия», 2008. – 384 с.

Ответы на вопросы записать в рабочей тетради и прислать на электронный адрес: ustroystvo@internet.ru с пометкой Лекция Тема № 1.7.1.