Карбюраторные системы питания

В карбюраторных системах питания двигателей ВАЗ и УЗАМ применяют карбюраторы Димитровградского АвтоАгрегатного Завода (ДААЗ) типов ОЗОН и СОЛЕКС. Карбюратор типа «ОЗОН» является карбюратором первого поколения и разработан на базе ранее применявшегося на автомобилях ВАЗ-2103 и «Москвич-2140» карбюратора Weber с учетом улучшения топливной экономичности и выполнения требований по токсичности отработавших газов. Карбюратор типа «Солекс» является карбюратором второго поколения и разработан на основе одной из моделей карбюратора одноименной фирмы.

Сравнивая карбюраторы типов ОЗОН и СОЛЕКС, следует отметить следующее. Карбюратор ОЗОН имеет боле массивный и прочный корпус, меньше подверженный деформации вследствие механических и температурных напряжений, а также топливные жиклеры большего диаметра, что делает его более пригодным для эксплуатации в тяжелых условиях и крайне низком качестве моторного топлива. Однако динамические характеристики автомобиля с этим карбюратором невысоки, не на высоте также и топливная экономичность. Причинами этого является более примитивная конструкция карбюратора ОЗОН, в частности — отсутствие в конструкции карбюратора экономайзера мощностных режимов, который на карбюраторе типа СОЛЕКС позволяет производить значительное обогащение рабочей смеси на режимах высоких нагрузок на двигатель, оставляя состав смеси нормальным или обедненным на режимах частичных и малых нагрузок. Не были также доведены до серийных образцов (хотя и существовали опытные образцы) карбюраторы ОЗОН с автоматическим пусковым устройством, а также нет модификаций карбюратора ОЗОН для систем с электронным управлением составом смеси и системами снижения токсичности. Практически по всем параметрам конструкция карбюратора типа ОЗОН является технически устаревшей, поэтому для форсированного двигателя целесообразно применять карбюраторы типа СОЛЕКС с соответствующим набором жиклеров.

Ниже приводится применяемость различных карбюраторов для двигателей ВАЗ и УЗАМ на автомобиле «Москвич». Часто для форсированного двигателя применяют карбюратор типа СОЛЕКС модели ДААЗ-21073-1107010, применяющийся на автомобилях «НИВА». Этот карбюратор обеспечивает приемлимые динамические характеристики практически для всех моделей двигателей как ВАЗ, так и УЗАМ, однако топливная экономичность автомобиля с этим карбюратором как правило неудовлетворительна. Причин этому несколько — начиная от сечений примененных топливных жиклеров и заканчивая типом примененного распылителя ускорительного насоса с трубкой, выведенной только в первичную камеру, которая при больших расходах воздуха работает как второй эконостат, увлекая в смесительную камеру дополнительно значительное количество топлива. Трубки распылителя, выведенные в обе камеры, свободны от этого недостатка, так как в них происходит вентиляция трубки через отверстие второй камеры.

Однако, если параметры получения хорошей топливной экономичности не являются определяющими, карбюратор ДААЗ-21073 можно с успехом применить в форсированном двигателе — практически для таких двигателей это самый применяемый карбюратор. Для двигателей большого рабочего объема (1.8 и выше) неплохие результаты дает применение карбюратора ДААЗ-21041-10, разработанного для двигателя 3313 автомобиля «Москвич»-такси и рассчитанного на применение микропроцессорной системы зажигания (МПСЗ). Этот карбюратор имеет самые большие сечения больших диффузоров среди всех серийно выпускающихся модификаций карбюраторов типа СОЛЕКС. Однако, применение этого карбюратора связано с определенными сложностями. Во-первых, в карбюраторе отсутствует штуцер отбора вакуума для вакуумного автомата датчика распределителя зажигания. Подключать вакуумный автомат непосредственно в задроссельное пространство не следует, так как на режимах холостого хода этот автомат должен работать при нулевом разрежении (что обеспечивается выбором места сверления отверстия отбора вакуума в стенке по ходу открытия дроссельной заслонки), иначе возникнет повышенное давление картерных газов в двигателе на холостом ходу, что вызовет значительную течь масла через сальники. Эта проблема может быть решена применением совместно с карбюратором ДААЗ-21041-10 микропроцессорной системы зажигания (МПСЗ), вакуумный датчик которого сообщается непосредственно с задроссельным пространством, а коррекция угла опережения зажигания для режима холостого хода производится по сигналу от винта-упора карбюратора при полностью отпущенной дроссельной заслонке. Другим способом решения проблемы является использование карбюратора ДААЗ-21041-20, имеющего те же тарировочные характеристики, что и у карбюратора ДААЗ-21041-10, но имеющего также штуцер отбора вакуума для вакуумного автомата регулятора опережения зажигания. Вторым недостатком этого карбюратора является не слишком удачный подбор жиклеров, ориентированный на усредненные показатели топливной экономичности и динамичности. Лучшие результаты можно получить, заменив топливные и воздушные жиклеры этого карбюратора по образцу жиклеров карбюратора 21041-31 (такая замена проведена автором Ahlen для двигателей УЗАМ-3313 и УЗАМ-248 и при этом получены хорошие динамические характеристики при приемлимых параметрах топливной экономичности). Очень близкие к рекомендованным автором сечения жиклеров этого карбюратора применяются в малосерийных карбюраторах СОЛЕКС для автомобиля «Волга-3110», имеющего двигатель большого рабочего объема.

ТАБЛИЦА ПРИМЕНЯЕМОСТИ КАРБЮРАТОРОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ НА АВТОМОБИЛЯХ «МОСКВИЧ»

1Двигатель УЗАМ-412 рабочим объемом 1.5 и 1.6 л имеет одинаковое обозначение.

2Вместо карбюратора СОЛЕКС-21041-10 может применяться карбюратор СОЛЕКС-21041-31 с полуавтоматическим пусковым устройством.

3Вместо карбюраторов СОЛЕКС-21053, СОЛЕКС-21073 и СОЛЕКС-21041-10 могут применяться соответственно карбюраторы СОЛЕКС-21053-62 и СОЛЕКС-21041-61 с полуавтоматическим пусковым устройством и двумя актюаторами управления составом топливовоздушной смеси совместно с системой снижения токсичности AFR, описание которой приведено в разделе «Снижение вредных выбросов в окружающую среду» или дополнительной системой управления, описанной в разделе «Электронный экономайзер для карбюратора Солекс».
В случае использования карбюраторов «Солекс» целесообразно рассмотреть варианты улучшения его эксплуатационных и технических параметров путем дооснащения карбюратора различными дополнительными устройствами, для работы с которыми этот карбюратор предназначен. Ниже приведен перечень таких устройств:

Полуавтоматическое пусковое устройство

Применяемые на серийных карбюраторных двигателях автомобилей «Москвич» карбюраторы «Солекс» и «Озон» требуют при пуске двигателя, особенно при низких температурах, дополнительного управления воздушной заслонкой карбюратора. Это отвлекает водителя от управления автомобилем, а также приводит к перерасходу топлива и увеличению выбросов в окружающую среду, если воздушная заслонка не будет вовремя открыта после прогрева двигателя. Для исключения возможности ошибок при управлении воздушной заслонкой и повышения удобства и безопасности управления автомобилем применяют полуавтоматичесткое пусковое устройство. Ниже рассмотрен пример реализации такого устройства для карбюратора «Солекс». Аналогичное устройство для карбюратора «Вебер» (предшественника карбюратора «Озон») существовало, однако так и не было запущено в серийное производство.

Полуавтоматическое пусковое устройство карбюратора «Солекс» служит для управления положением воздушной заслонки в период пуска и прогрева без участия водителя. Внешний вид карбюратора «Солекс» с полуавтоматическим пусковым устройством показан ниже:

1 — крышка пускового устройства со штуцерами подключения нагревательного элемента к системе охлаждения двигателя; 2 — стяжной болт половин корпуса нагревательного элемента; 3 — пластина крепления крышки пускового устройства; 4 — отверстие под бесшлицевой винт крепления крышки; 5 — винты крепления крышки; 6 — промежуточный рычаг связи пускового устройства с рычагом управления дроссельными заслонками; 7 — винт крепления промежуточного рычага; 8 — штуцер для подключения буферной емкости; 9 — винт для регулировки второй фиксированной величины приоткрытия воздушной заслонки после пуска двигателя; 10 — крышки диафрагменного механизма пускового устройства; 11 — рычаг на оси воздушной заслонки; 12 — ось воздушной заслонки.

Основным узлом пускового устройства, показанного на первом нижеприведенном рисунке, является заключенная в корпус биметаллическая спиральная пружина 2, обогреваемая потоком охлаждающей жидкости. Тепло от жидкости передается биметаллической пружине через стенку 4 корпуса. Внутренний конец биметаллической пружины жестко закреплен в держателе 3, а наружный имеет фигурный поводок 1, надеваемый на усик 1 (второго нижеприведенного рисунка) рычага управления пусковым устройством. Держателль 3 биметаллической пружины при сборке на заводе-изготовителе устанавливается в заданное исходное положение путем совмещения риски и точки на боковых поверхностях половин нагревателя, стянутых болтом 2 (показан на вышеприведенном рисунке). При Температуре 20-25 °С усик биметаллической пружины жолжен быть расположен под углом около 45° по отношению к оси жидкостных штуцеров. При необходимости можно изменить зависимость степени закрывания воздушной заслонки от температуры, изменяя положение поводка пружины, ослабив стяжной болт 2.

На холодном двигателе биметаллическая пружина скручивается против часовой стрелки. По мере повышения температуры она распрямляется по часовой стрелке. Изменение угла поворота свободного поводка пружины при изменении ее температуры от минимальной до максимальной составляет более ¾ полного оборота.

Поводок биметаллической пружины, воздействуя на усик 1 рычага управления пусковым устройством, показанный на втором нижеприведенном рисунке, поворачивает систему рычагов, закрепленную на оси 2 гайкой. Пружина 7 и вторая, расположенная в глубине корпуса между плечами рычагов, служат для компенсации зазоров в механизме. Ось 2 установлена в корпусе пускового устройства на свернутом в цилиндр тонком слое тефлона, что уменьшает вероятность утраты подвижных деталей узла в эксплуатации вследствие коррозии или загрязнения.

Рычаг 3 пускового устройства представляет собой кулачок, в который упирается острие упорного рычага 4, определяющего величину приоткрытия дроссельной заслонки при пуске холодного двигателя. Рычаг 4 выполнен составным, из двух сидящих на оси 6 частей, между которыми имеется спиральная пружина, стремящаяся свести обе его части. На нижней части рычага 4 имеется регулировочный винт 5 с пружинным стопором, при помощи которого можно изменять в небольших пределах взаимное положение частей упорного рычага 4, обеспечивая степени приоткрытия дроссельной заслонки от температуры и тем самым частоту вращения коленчатого вала непрогретого двигателя на холостом ходу.

На прогретом двигателе кулачок пускового устройства, поворачиваемый по часовой стрелке биметаллической пружиной, за счет соответствующего профиля полностью освобождает упорный рычаг и тем самым не препятствует полному закрытию дроссельной заслонки, обеспечивая работу двигателя с минимальными оборотами холостого хода. На холодном двигателе кулачок поворачивается против часовой стрелки, его выступающий профиль не позволяет острию упорного рычага свободно перемещаться вверх и через систему рычагов оставляет дроссельную заслонку в приоткрытом положении.

Вследствие чрезвычайно малого усилия, создаваемого биметаллической пружиной при ее температурной деформации и одновременно большого трения в паре кулачок 3 ― острие рычага 4 (второй нижеприведенный рисунок) изменение положения кулачка по отношению к воздушной и дроссельной заслонкампри прогреве двигателя может происходить только при периодическом нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой; т.е. двигатель будет уменьшать повышенные обороты холостого хода при прогреве только после очередного нажатия на педаль акселератора, когда острие рычага 4 отводится от кулачка 3. По этой же причине для «взведения» пускового механизма в положение для пуска холодного двигателя необходимо однократно нажать и отпустить педаль акселератора. Поэтому данную пусковую систему называют полуавтоматической, имея в виду необходимость предварительного нажатия и отпускания педали акселератора перед пуском двигателя.

На нижеприведенных рисунках показан нагревательный элемент пускового устройства с биметаллической пружиной и вид на карбюратор «Солекс» с полуавтоматическим пусковым устройством со снятой крышкой пускового устройства:

Первый рисунок:

1 — крышка диафрагменного механизма пускового устройства; 2 — штуцер для подключения шланга соединения с буферной емкостью; 3 — неиспользуемое в данной модификации карбюратора отверстие для оси рычага блокировки вторичной камеры; 4 — неиспользуемый в данной модификации карбюратора усик рычага блокировки вторичной камеры; 5 — промежуточный рычаг-тяга связи пускового устройства с рычагом на оси заслонки первичной камеры; 6 — упорный рычаг кулачка пускового устройства; 7 — вторая половина упорного рычага; 8 — ось рычагов установки положения дроссельной заслонки при холодном пуске; 9 — винт регулировки активной длины рычагов установки положения дроссельной заслонки при холодном пуске (винт регулировки повышенной частоты вращения коленчатого вала при прогреве двигателя); 10 — пятка штока пускового устройства с возвратной пружиной; 11 — ось блока рычагов пускового устройства; 12 — тяга связи с рычагом на оси воздушной заслонки; 13 — отверстия для винтов крепления корпуса механизма автоматического пускового устройства к корпусу карбюратора; 14 — отверстие для подачи разрежения к диафрагменной полости вакуумного механизма пускового устройства; 15 — штифт крепления тяги связи с рычагом привода дроссельной заслонки; 16 — винт регулировки второго фиксированного положения воздушной заслонки после пуска двигателя.

Второй рисунок:

1 — полость диафрагменного механизма; 2 — отверстие подвода разрежения в полость диафрагменного механизма; 3 — диафрагма; 4 — упорный винт регулировки пускового зазора воздушной заслонки; 5 — шток; 6 — винт регулировки пускового зазора дроссельной заслонки.

Двухступенчатое приоткрывание воздушной заслонки необходимо для того, чтобы при обеспечении устойчивого пуска двигателя при низких температурах не допустить чрезмерного выброса окиси углерода при температурах выше 20° С, характерной для летней эксплуатации автомобиля, также для всех видов сертификационных испытаний. При низкой температуре двигатель требует значительного обогащения состава горючей смеси, т.е. большего прикрытия воздушной заслонки, чем при более высоких температурах.

Механизм двухступенчатого приоткрытия воздушной заслонки, показанный на первом нижеприведенном рисунке, имеет вакуумную камеру 9 с диафрагмой 11 и закрепленной на ней гайкой со штоком 21. Разрежение в вакуумную камеру по каналу 3 подается из задроссельного пространства карбюратора через отверстие 10 во фланце крепления корпуса пускового устройства. Под крышкой вакуумной камеры имеется возвратная пружина, перемещающая шток 21 при отсутствии разрежения вправо. В корпусе крышки имеется подпружиненный плунжер 6 с перепускным клапаном, открывающимся при соприкосновении и нажатии на нее тарелки диафрагмы и сообщающим при этом полость 9 джиафрагменного механизма пускового устройства со штуцером 5 на крышке. Момент нажатия тарелки диафрагмы на плунжер перепускного клапана крышки может изменяться при помощи регулировочного винта 8, изменяющего величину выступания его конца в полость диафрагменного механизма, что позволяет регулировать первый пусковой зазор. Пластмассовый винт-пробка 7 на крышке диафрагменного механизма представляет собой механический упор для плунжера 6 крышки, который ограничивает возможный ход диафрагмы 11 и штока 21 влево. Винт-пробка имеет кольцевое резиновое уплотнение и позволяет регулировать второй пусковой зазор.

В средней части штока, находящегося вблизи оси 17 пускового устройства выполнена проточка, в правый торец которой может упираться усик 14 рычага 18, жестко связанного через систему рычагов с осью воздушной заслонки. После запуска двигателя в полость диафрагмы подается разрежение и шток 21, преодолевая сопротивление пружин, начинает перемещаться влево, зазор между усиком рычага и торцом проточки штока выбирается, после чего воздушная заслонка приоткрывается, преодолевая, кроме того, дополнительное сопротивление биметаллической пружины. При этом под действием разрежения диафрагма 11 и шток 21 пускового устройства перемещаются влево, тарелка диафрагмы упирается в торец плунжера 6 перепускного клапана и открывает его, сообщая рабочую полость 9 диафрагменного механизма со штуцером 5 на крышке.

Штуцер 5 на крышке пускового устройства соединяется шлангом с буферной емкостью, представляющей пластмассовый цилиндр с двумя штуцерами. Второй штуцер буферной емкости соединяется с термоклапаном (белого цвета), размещенным в стенке воздушного фильтра. Термоклапан имеет 2 штуцера, один из которых соединяется шлангом со штуцером буферной емкости, а второй свободно сообщается с атмосферой. При температуре воздуха ниже 10° С термоклапан открыт и штуцер 5 на крышке пускового устройства через буферную емкость и открытый термоклапан свободно сообщается с атмосферой. В этом случае разрежение в полости диафрагменного механизма ограничивается за счет поступления туда атмосферного воздуха, в результате чего шток 21 пускового устройства останавливается в 1-м фиксированном положении. При температуре воздуха выше 20° С термоклапан закрыт и штуцер на крышке пускового устройства сообщается с изолированной от атмосферы буферной емкостью. В этом случае после пуска разрежение в полости диафрачгменного механизма пускового устройства еще в течение 2-3 секунд продолжает ограничиваться за счет запаса воздуха в буферной емкости, задерживая на это время пусковую заслонку в 1-м фиксированном положении, что необходимо для обогащения смеси сразу после пуска. По истечении этого времени запас воздуха в изолированной от атмосферы буферной емкости, удаляемый через вакуумный канал 3 управления пусковым устройством в задроссельное пространство, заканчивается и разрежение в полости 9 диафрагменного механизма пускового устройства повышается несмотря на открытый перепускной клапан 6. При этом шток 21 движется влево до упора в винт-пробку 7, устанавливая воздушную заслонку во второе фиксированное положение с большей величиной приоткрытия.

Для улучшения ездовых качеств автомобиля при езеде с непрогретым двигателем на некоторых моделях карбюраторов «Солекс» с полуавтоматическим пусковым устройством также применяется система блокировки открывания второй камеры. Для этого через систему рычагов, показанную на втором нижеприведенном рисунке, специальный рычаг 22, заблокированный на непрогретом двигателе захватом замкового рычага 8, не позволят открыть дроссельную заслонку второй камеры. Данная система применяется только на части карбюраторов с полуавтоматическим пусковым устройством.

На нижеприведенных рисунках показаны схема полуавтоматического пускового устройства с двухступенчатым приоткрытием воздушной заслонки соответственно без системы блокировки открывания вторичной камеры на непрогретом двигателе и с системой блокировки открывания вторичной камеры:

Применяют также другие типы карбюраторов от автомобилей отечественного и иностранного производства. Производилась адаптация карбюраторов К-151 завода ПЕКАР, предназначенных для двигателей ЗМЗ и УАЗ большого рабочего объема, при их применении были получены неплохие динамические характеристики, однако крайне низкая надежность этих карбюраторов и невысокое качество их изготовления не позволяет рекомендовать их для широкого применения. Получившие в свое время распространение однокамерные карбюраторы Weber с большим сечением единственной дроссельной заслонки итальянского производства напротив, обладают хорошим качеством и стабильными показателями, но не обеспечивают сколь-нибудь приемлимых динамических характеристик двигателя и таким образом для применения в форсированных двигателях непригодны.

Для выравнивания неравномерности распределения смеси по цилиндрам и улучшения наполнения цилиндров иногда применяют несколько карбюраторов. Наиболее радикальным является способ, когда каждый впускной канал имеет свой отдельный карбюратор. Примером такого решения является применение двух сдвоенных горизонтальных карбюраторов Weber-45DCOEE, каждый из которых состоит из двух камер с параллельным открытием дроссельных заслонок, работающих каждая на свой цилиндр, так, что один карбюратор работает на 1-й и 2-й цилиндры, а второй — на 3-й и 4-й. Это решение применяется в большинстве высокофорсированных двигателей.

Неплохие результаты могут быть получены при применении двух стандартных карбюраторов типа «Солекс», один из которых работает на 1 и 2-й цилиндры двигателя, а второй — на 3-й и 4-й цилиндры.

На шоссейно-кольцевых гонках очень хорошо зарекомендовали себя карбюраторы К-84, К-84М и К-88. Эти карбюраторы имеют минимальное сопротивление бензовоздушного тракта, что обеспечивает хорошее наполнение двигателя на высоких оборотах и устойчивую работу в условиях затяжных виражей, достаточно надежны и просты в обращении.

Хорошие результаты дает применение на форсированных двигателях четырехкамерного карбюратора К-114. Этот карбюратор улучшает распределение смеси и увеличивает наполнение цилиндров двигателя, исключая перекрытие тактов впуска.

Применение карбюраторов с переменным сечением диффузора позволяет уменьшить количество переключении передач, так как при низких оборотах двигателя и полностью открытой дроссельной заслонке золотник перекрывает часть сечения диффузора и поддерживает высокую скорость проходящего воздуха. Поэтому карбюраторы с постоянным разрежением у распылителя называют также карбюраторами с постоянной скоростью в диффузоре или с переменным диффузором. Карбюраторы устанавливаются в середине 1-го и 2-го, а также 3-го и 4-го цилиндров на расстоянии примерно 150 мм от плоскости головки двигателя. Впускная труба может быть выполнена из двух отдельных симметричных патрубков, соединенных между собой трубкой сечением 12-18 мм.

Возможна также установка на двигатель УЗАМ четырех горизонтальных однокамерных карбюраторов К-194 производства ПЕКАР. Это карбюраторы с плоским дросселем, дозирующей иглой и центральной поплавковой камерой и поплавковым механизмом, снабженным рычажным устройством Диаметр диффузоров 30 и 32 мм Они предназначены для установки на гоночные мотоциклы, но с успехом могут быть применены на форсированном автомобильном двигателе Установка четырех однокамерных горизонтальных карбюраторов не требует сложных впускных патрубков. Их обычно точат на токарном станке в форме катушки. Остается только сделать конфигурации фланца головки и карбюраторов Карбюраторы снабжаются сменными расширяющимися воздухозаборниками (насадками), уменьшающими вихреобразование на входе и позволяющими подбирать длину впускного тракта двигателя в целях оптимального использования колебаний потока горючей смеси для повышения коэффициента наполнения. Как показывает опыт, для форсированного двигателя с рабочим объемом 1,5-2,0 л длина впускного тракта должна быть 250-300 мм.

При такой установке важно добиться идентичности тарировочных параметров всех карбюраторов в системе, чтобы получить равномерный состав топливовоздушной смеси по всем цилиндрам.

Если полученные при установке карбюраторов динамические или экономические характеристики неудовлетворительны, применяют подбор жиклеров карбюратора. Наиболее часто для обогащения смеси увеличивают диаметры топливных жиклеров или уменьшают диаметры воздушных жиклеров, а для обеднения смеси поступают наоборот; реже используют изменение диаметров отверстий в эмульсионных трубках. Однако влияние отдельных элементов главной дозирующей системы на состав топливовоздушной смеси различно, так, если изменение диаметров топливных жиклеров влияет на изменение состава смеси практически линейно во всем диапазоне расхода воздуха, то изменение диаметров воздушного жиклера сказывается преимущественно при большом расходе воздуха, т.е. при высоких нагрузках; изменение же диаметров отверстий эмульсионных трубок оказывает наибольшее влияние при малых расходах воздуха, т.е. малых и средних нагрузках, и намного меньшее влияние — при больших нагрузках. Эти особенности следует учитывать при подборе жиклеров. При этом часто делают ошибку, добиваясь повышения топливной экономичности, рассверливая воздушные жиклеры — их влияние на характеристики смеси в режиме малых и средних нагрузках относительно невелико, что не позволяет достичь требуемого эффекта, зато на режимах больших нагрузок автомобиль при этом значительно теряет мощность за счет обеднения смеси именно на этих режимах.