Газ обладает рядом преимуществ перед жидкими видами топлив.
1) Так как в процессе образования топливовоздушной смеси оба компонента находятся в одинаковом агрегатном состоянии, смесь получается более однородной. Хорошо приготовленная смесь сгорает быстро и полностью, мощность двигателя и крутящий момент увеличивается, содержание вредных веществ в отработавших газах уменьшается в 3 – 5 раз, сводится к минимуму процесс отложения нагара на деталях ЦПГ и клапанах.
2) Газообразные топлива обладают высокой детонационной стойкостью. Октановое число метана и пропанобутановых смесей лежит в пределах 80 – 110 единиц.
Для оценки стойкости газообразных топлив к детонации используется «метановая шкала», в которой за 100 единиц принята детонационная стойкость метана, а за «ноль» - детонационная стойкость водорода.
3) Моторное масло в двигателе, работающем на газе, не подвергается разжижению жидким топливом, что способствует увеличению его срока службы в 2 – 3 раза. Ресурс двигателя при этом увеличивается в 1,5 – 2 раза.
На автотранспортных средствах запас газообразного топлива хранят в сжатом или сжиженном состоянии.
Газообмен и фазы газораспределения
Фазами газораспределения называют моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек. Фазы определяют степень наполнения цилиндров горючей смесью и их очистки от отработавших газов. Наполнение цилиндров характеризуется коэффициентом наполнения, а степень очистки - коэффициентом остаточных газов. Численные значения углов опережения открытия, запаздывания закрытия и перекрытия клапанов задаются конструктивно и у современных двигателей лежат в широких пределах. Так как условия газообмена для различных условий работы неодинаковы, желательно иметь возможность управлять углами открытия/закрытия клапанов. В идеале, эти углы должны быть тем больше, чем выше обороты коленчатого вала. Увеличение времени открытия клапанов компенсирует сокращение времени впуска при высоких скоростях движения поршня и обеспечивает должную «зарядку» и очистку цилиндров.
Наполняемость цилиндров горючей смесью на различных режимах работы двигателя управляется специальными устройствами, изменяющими высоту подъёма клапанов и момент их открытия. Равномерность распределения смеси по цилиндрам обеспечивается устройствами, изменяющими длину впускных трубопроводов.
При сбитых метках фаз газораспределения наполняемость и очистка цилиндров ухудшается, что даже при нормальном функционировании системы питания приводит к ухудшению показателей двигателя.
Карбюра́тор — устройство в системе питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для смешивания (карбюрации) бензина и воздуха, создания горючей смеси и регулирования её расхода.
В систему питания карбюраторного двигателя входят 1) топливный бак с системой улавливания паров бензина; 2) топливный насос; 3) топливный фильтр; 4) топливоподающая и топливовозвратная магистраль (топливные трубки и шланги); 5) воздухоочиститель; 6) впускной трубопровод; 7) карбюратор и некоторые другие детали.
Топливо из топливного бака по топливоподающей магистрали насосом подаётся в карбюратор, где смешивается с потоком воздуха, поступающим через воздухоочиститель. Процесс смешивания называется карбюрацией. Образовавшаяся топливовоздушная смесь через впускной трубопровод и открытые впускные клапаны на такте впуска попадает в цилиндры. В течение такта впуска и сжатия происходит дальнейшая гомогенизация горючей смеси и её нагрев. В конце такта сжатия смесь воспламеняется от электрической искры. Рост температуры в цилиндре приводит к расширению горючих газов и повышению давления. Под действием давления газов поршень в цилиндре движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал. При такте выпуска отработавшие газы через открытые выпускные клапаны и систему выпуска удаляются в атмосферу.
Топливный бак изготавливается из листовой освинцованной стали или специальной пластмассы и может иметь внутренние перегородки, ограничивающие перемещение топлива внутри бака при движении автомобиля. Бак снабжается заливной горловиной, отверстием для спуска отстоя и системой улавливания паров бензина. В заливную горловину встраивают воздухоотводящую трубку. Горловина закрывается крышкой, в которой может присутствовать впускной клапан, необходимый для впуска в бак воздуха, по мере расходования топлива. Клапан открывается при падении давления в баке ниже атмосферного на 0,01 – 0,03 кгс/см2. В баке монтируется топливоприёмник с сетчатым фильтром и датчиком уровня топлива. Топливоприёмник имеет две трубки – штуцера, которые соединяются с топливоподводящей и возвратной магистралью. В разрезе возвратной магистрали устанавливают обратный клапан, пропускающий топливо только в одном направлении. В топливных баках автомобилей с инжекторными системами питания, могут устанавливаться электрические топливные насосы и регуляторы давления. Топливо забирается из бака под действием разрежения, создаваемого топливным насосом и подаётся к карбюратору. Неизрасходованное двигателем топливо по возвратной магистрали сливается обратно в бак.
Система улавливания паров бензина имеет бачок сепаратора, который двумя трубками соединяется со штуцерами, расположенными по обе стороны топливного бака в его верхней части, а третьей трубкой – с угольным адсорбером, размещаемым, как правило, в моторном отсеке автомобиля. Пары топлива из бака конденсируются в сепараторе и возвращаются обратно в бак, а их избыточная часть поступает в адсорбер.
Система улавливания паров бензина относится к устройствам снижения токсичности и будет рассмотрена нами подробнее в Главе 2 – «Системы впрыска бензина».
Топливный насос служит для принудительной подачи топлива из топливного бака в поплавковую камеру карбюратора. Для этих целей обычно применяют диафрагменные топливные насосы с приводом от эксцентрика распределительного вала или вала вспомогательных механизмов (промежуточного вала).
Насос состоит из 1) нижнего корпуса с рычагами привода, 2) верхнего корпуса с клапанами и штуцерами, 3) диафрагменного узла и 4) крышки верхнего корпуса. Корпуса изготавливаются из алюминиевого сплава. Диафрагменный узел состоит из рабочих и защитной диафрагм и дистанционной проставки, которые вместе с диафрагменными тарелками устанавливаются на штоке. Шток диафрагм соединяется с балансиром, а диафрагмы через дистанционную проставку винтами зажимаются между корпусами насоса. Диафрагмы изготавливаются из прорезиненной ткани или перкали (специальная ткань с бензостойкой пропиткой). Верхние – рабочие диафрагмы, обеспечивают работу насоса. Нижняя – защитная диафрагма, предотвращает попадание бензина в картер двигателя в случае разрыва рабочих диафрагм. При разрыве рабочих диафрагм бензин будет отводиться через дренажное отверстие в дистанционной проставке наружу корпуса.
Внимание! Подтекание топлива на автомобиле должно устраняться незамедлительно, так как может привести к пожару.
Производительность топливоподкачивающего насоса диафрагменного типа составляет около 40 - 60 литров в час, что достаточно для обеспечения работы двигателя при любых рабочих режимах и нагрузках.
Работу насоса можно условно разложить на два такта: 1) такт всасывания, и 2) такт нагнетания.
Такт всасывания. На работающем двигателе эксцентрик вращающегося вала воздействует на детали привода насоса (шток рычага, рычаг механической подкачки, балансир). Диафрагмы насоса увлекаются штоком диафрагм вниз. В рабочей камере создаётся разряжение, что приводит к открытию впускного клапана и заполнению рабочей полости насоса топливом (выпускной клапан под действием разряжения закрывается).
Такт нагнетания. При сбегании эксцентрика вала с толкателя, детали привода посредством пружин стремятся вернуться в исходное положение. Рабочие диафрагмы движутся вверх, объём рабочей камеры уменьшается и в ней создаётся давление. Под действием давления топлива впускной клапан насоса прижимается к седлу (закрывается), а выпускной клапан, наоборот – открывается. Топливо через выпускной клапан выдавливается из рабочей полости насоса в топливную магистраль и поступает к карбюратору.
Топливный фильтр обеспечивает очистку топлива от воды и механических примесей перед его поступлением в топливный насос и карбюратор. Находят применение щелевые и сетчатые фильтры грубой очистки, фильтры тонкой очистки и фильтры отстойники. На легковых автомобилях большей частью используются одноразовые фильтры тонкой очистки с бумажным фильтрующим элементом и сетчатые фильтры – отстойники.
Периодичность замены одноразовых фильтрующих элементов регламентируется производителем и, как правило, составляет 10 – 15 тысяч км. пробега автомобиля или раньше, по мере необходимости. Промывка фильтрующего элемента многоразового фильтра и очистка отстойника выполняется с периодичностью ТО – 1. Чрезмерное загрязнение фильтрующего элемента может приводить к недостатку топлива при работе двигателя уже в режиме частичных нагрузок.
Топливные магистрали обеспечивают транспортировку топлива от топливного бака к карбюратору и обратно. Замкнутая циркуляция топлива в топливной системе уменьшает вероятность возникновения в ней паровых пробок при повышении температуры двигателя и окружающей среды. Топливные трубки изготавливаются из сталей, меди или специальной пластмассы. Топливные шланги изготавливаются из бензостойкой резины. К корпусу автомобиля трубки и шланги крепятся специальными скобами. Соединение трубопроводов с элементами топливной системы осуществляется посредством резьбовых штуцеров. Топливные шланги фиксируются на трубках и штуцерах хомутами.