В предыдущей публикации мы познакомились с основными вопросами образования и воспламенения горючей смеси. Сегодня будем изучать главную дозирующую систему, рассмотрим ее принцип работы и способы регулировки.
Главная дозирующая система: основные сведения
На современных мотоциклетных двигателях применяются карбюраторы с дозирующей иглой. Такое название обусловлено конструкцией главной дозирующей системы, так как именно игла конического сечения управляет смесеобразованием в диапазоне от 1/4 подъема дросселя вплоть до полного открытия.
Истечение топлива из большинства систем карбюратора происходит под действием разрежения, создаваемого за счет движения воздушного потока. Суммарное разрежение в воздушном тракте карбюратора зависит от скорости потока и сопротивления тракта. Рассмотрим эту зависимость более подробно.
Скорость потока воздуха на различных участках тракта зависит от площади их проходного сечения. Местные сужения при условии сохранения неразрывности газового потока вызывают увеличение его скорости, которое сопровождается увеличением разрежения. В современных карбюраторах скорость воздуха в диффузоре достигает 150 м/сек. Воздух при движении преодолевает трение о стенки тракта и местные сопротивления (распылитель, заслонка и т.д.), что также приводит к увеличению разрежения.
Практический интерес представляют разрежения, возникающие на двух участках: в диффузоре и смесительной камере за дросселем. На рисунке приведены кривые суммарного разрежения в карбюраторах, устанавливаемых на двигателях различных типов. Разрежение зависит от типа, числа цилиндров и режимов работы двигателя. Для двухтактного одноцилиндрового двигателя разрежения наименьшие (кривые 1 и 1′), для четырехтактного многоцилиндрового — наибольшие (кривые 4 и 4′).
Изменение разрежения в смесительной камере P_k и в диффузоре карбюратора P_g при разных оборотах двигателя n и положении дросселя φ_др: 1 и 1′ — двухтактный одноцилиндровый двигатель; 2 —четырехтактный одноцилиндровый; 3 — четырехтактный двухцилиндровый; 4 и 4′ — четырехтактный многоцилиндровый
По мере открытия дросселя разрежение в смесительной камере уменьшается, а в диффузоре — увеличивается. Характер изменения разрежения в диффузоре и смесительной камере не зависит от типа двигателя. Вначале при открытии дросселя примерно на 1/3 разрежение в смесительной камере уменьшается, а затем остается практически постоянным (кривые 1, 2, 3 и 4). Между тем на характер изменения разрежения в диффузоре его конструкция оказывает существенное влияние. Если в карбюраторе с диффузором постоянного сечения разрежение растет непрерывно (кривая 4′), то в карбюраторе с диффузором переменного сечения увеличение разрежения наблюдается лишь в начале открытия дросселя. При дальнейшем открытии более чем на 1/3 разрежение в диффузоре практически не меняется (кривая 1). При постоянном положении дросселя и увеличивающихся оборотах двигателя разрежение возрастает на всех участках воздушного тракта карбюратора.
Главная дозирующая система, состоящая только из распылителя и управляемая только величиной разрежения, подавала бы слишком много топлива на малых и средних подъемах дросселя и слишком мало на больших подъемах. Переобеднение смеси особенно опасно, так как, в худшем случае, может привести к выходу двигателя из строя. Вот почему была разработана система с конической дозирующей иглой. Рассмотрим принцип ее работы.
Принцип работы главной дозирующей системы
Игла двигается внутри калиброванной части распылителя и на небольших подъемах дросселя сечение, через которое осуществляется распыление топлива, маленькое. Как следствие, расход топлива тоже маленький, что и требуется для поддержания корректного состава смеси на малых подъемах. На бо́льших подъемах дросселя коническая часть иглы меньшего диаметра оказывается в зоне распыления топлива, тем самым увеличивая площадь проходного сечения распылителя. Это позволяет увеличить подачу топлива, как и необходимо для нормальной работы двигателя. Такая конструкция и соответствующий принцип работы главной дозирующей системы дает возможность поддерживать нужный состав смеси, поэтому двигатель способен работать правильно при любом положении дросселя.
Взаимодействие иглы с распылителем
Теперь, после того, как принцип работы стал ясен, становится понятен принцип регулировки главной дозирующей системы. Регулировка осуществляется с помощью иглы и калиброванного отверстия распылителя.
Регулировка состава смеси
Регулировка с помощью иглы
В карбюраторах Dellorto игла фиксируется в дроссельной заслонке с помощью стопорного кольца, установленного в одном из пазов (на цилиндрической части иглы). Условно пазы пронумерованы с тупого конца иглы, то есть сверху.
Чем выше относительно распылителя расположена канавка, в которую установлено стопорное кольцо, тем ниже опущена игла. Это означает, что для выхода конической части иглы из распылителя, дроссель необходимо поднять выше. И наоборот, если нужно задействовать коническую часть иглы на меньших подъемах дросселя, необходимо поднять иглу, переставив стопор в более низкую канавку (вторую, третью…). Например, на практике следствием богатой смеси может быть медлительность в наборе оборотов и глухой, глубокий звук выхлопа. В таком случае, необходимо опустить иглу, переместив стопорное кольцо в канавки выше.
Однако очень часто невозможно хорошо настроить карбюратор, изменяя только положение иглы. Кроме положения бывает необходимо варьировать геометрические параметры иглы (имеется в виду конусность и длина конической части). Они существенным образом влияют на процесс карбюрации, а от этого напрямую зависит приемистость двигателя. Таким образом, возникает необходимость заменить ее на другую с более подходящими геометрическими параметрами.
Для каждого семейства карбюраторов Dellorto существует широкий выбор дозирующих игл с различной геометрией. По мере необходимости в процессе настройки можно выбрать более подходящую иглу и приступить к испытаниям. К примеру, можно не получить достаточно богатую смесь на определенном подъеме дросселя при максимально поднятой игле. В таком случае нужно попробовать иглу с той же конусностью, но у которой конус будет начинаться раньше, т.е. цилиндрическая часть будет короче. В определенных случаях могут быть использованы иглы с различной конусностью, для лучшего соответствия тому или иному типу двигателя. При проведении подобного рода экспериментов всегда лучше варьировать только один параметр за раз.
Регулировка с помощью распылителя
Распылитель имеет калиброванное отверстие с того конца, которым сообщается с диффузором. В русскоязычной литературе часто употребляется словосочетание «диаметр распылителя», под которым подразумевается диаметр этого отверстия. Как правило, существует некий набор распылителей различных диаметров, для конкретного карбюратора.
С увеличением диаметра распылителя смесь обогащается, и наоборот — обедняется при уменьшении. Конечно, можно добиться того же эффекта, изменяя диаметр дозирующей иглы. Однако иглу подходящего диаметра может оказаться сложно приобрести. В таком случае намного проще подобрать распылитель, если такая необходимость вообще возникнет, так как карбюраторы Dellorto изначально оптимизированны под конкретный тип двигателя, для которого они предназначены.
Таким образом, настройка карбюратора чаще всего производится подбором жиклеров, установкой высоты иглы и подбора ее формы, в то время как распылитель и угол среза дроссельной заслонки остаются без изменений даже при наличии соответствующих сменных комплектов.
Распылитель главной дозирующей системы
Простейший распылитель представляет из себя трубку, соединяющую главный топливный жиклер с диффузором. Инженеры условно делят конструкции распылителей на «двухтактные» и «четырехтактные». Некоторые распылители (их относят к четырехтактному типу) имеют ряды отверстий по периметру, просверленных насквозь в главный топливный колодец.
Распылители, различающиеся конструкцией эмульсионных трубок
Конструкция распылителя для двухтактных двигателей
Распылитель вкручивается в насадок (Обобщенно гидравлический насадок — это короткая труба для выпуска жидкости в атмосферу или перетекания жидкости из одного резервуара в другой, тоже заполненный жидкостью), закрепленный в корпусе карбюратора.
Сопряжение распылителя с насадком
Как видно на рисунке ниже, в месте сопряжения распылителя с насадком образуется кольцевая щель, переходящая в кольцевую полость. Полость соединяется с атмосферой посредством дополнительного воздушного канала. Это дает возможность воздуху попасть в диффузор через кольцевую щель. Если распылитель имеет отверстия для эмульсирования топлива, к нему также подводится воздух по вспомогательному каналу.
Кольцевой зазор между распылителем и насадком
Входное отверстие этого канала обычно расположено перед диффузором во входной его части (под буквой b на рисунке ниже). Отверстие рядом — это воздушный канал системы холостого хода. Иногда, для уменьшения влияния пульсаций давления во впускном ресивере, вспомогательный канал сообщается с атмосферой напрямую. Например, как показано на рисунке под буквой a, через трубку в правой части карбюратора.
Способы сообщения вспомогательного воздушного канала с атмосферой
В совокупности главная дозирующая система работает следующим образом. Под действием разрежения топливо поднимается по распылителю. Истечение топлива регулируется жиклером и дозирующей иглой. Часть воздуха проходит по дополнительному каналу и попадает в кольцевую полость. В результате этого в области над кольцевой щелью и распылителем происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом.
Работа главной дозирующей системы с распылителем двухтактного типа: Топливо из поплавковой камеры поднимается по распылителю 6, проходя через жиклер 7, который вместе с иглой 3 регулирует расход топлива. Топливо первично смешивается с воздухом, прошедшим по каналу 2, в кольцевом зазоре между насадком 5 и распылителем. Эмульсия попадает в диффузор 4 и смешивается с воздухом, поступившем через входное устройство 1.
Наряду с диаметром распылителя регулировочным параметром является диаметр воздушного канала (чем он больше, тем смесь беднее), а также высота выступания распылителя и насадка в диффузор. Варианты исполнения распылителей и насадков представлены на рисунках ниже.
Распылители, различающиеся по высоте
Различные варианты исполнения насадков
Давайте подробнее рассмотрим распылитель.
При неизменных прочих условиях, чем меньше выступает распылитель в диффузор, тем на меньшую высоту топливу необходимо подняться из поплавковой камеры, что способствует более раннему началу самого процесса распыления топлива в диффузоре. «Низкий» распылитель является характерной особенностью спортивных карбюраторов. Наоборот, с высоким распылителем топливная смесь будет беднее в переходных (неустановившихся) режимах.
Те же физические принципы применимы к работе воздушного насадка. Его выступание в диффузор создает сопротивление воздушному потоку, поэтому за выступом создается зона сильного разрежения, что способствует истечению топлива. Иными словами, чем выше насадок, тем больше разрежение за ним и тем богаче становиться смесь. Обеднить смесь можно, используя карбюратор с небольшой высотой насадка.
Конструкция распылителя для четырехтактных двигателей
Описанная ниже конструкция в настоящее время так же широко применяется и для двухтактных двигателей, так как позволяет получать более бедную и однородную смесь на всех режимах.
Тело распылителя четырехтактного типа снабжено рядами отверстий, а кольцевая камера, которая его окружает, постоянно сообщается с атмосферой, но не сообщается напрямую с диффузором. Это позволяет топливу начать перемешиваться с воздухом еще до того, как оно достигнет диффузора, образуя эмульсию внутри распылителя. При такой конструкции распылителя насадок не имеет выступающей части в диффузор.
Принцип работы главной дозирующей системы с распылителем четырехтактного типа представлен на рисунке. Отверстия в нижней части погружены в топливо, так как они находятся ниже его уровня. Отверстия же в верхней части всегда открыты для прохода воздуха. Когда преобладают отверстия в верхней части, смесь обедняется, в то время как увеличение количества и/или диаметра отверстий в нижней части приводит к увеличению расхода топлива с интенсивным эмульсированием. Из-за расположения отверстий по всей площади распылителя кольцевая камера, заполненная изначально топливом, пустеет при наборе оборотов, так как топливо расходуется через эти отверстия, что приводит к переобогащению смеси в начале и к ее обеднению в дальнейшем.
Работа главной дозирующей системы с распылителем четырехтактного типа: Топливо из поплавковой камеры по распылителю 5 поднимается, проходя через жиклер, который вместе с иглой 3 регулирует расход топлива. Топливо первично смешивается с воздухом, прошедшим по каналу 2, в кольцевом зазоре между распылителем и корпусом. Эмульсия смешивается с воздухом, поступившим через входное устройство 1, в диффузоре и смесительной камере 4.
Проще говоря, расположение отверстий в теле распылителя и их диаметр существенно влияют на истечение топлива и зависящую от этого приемистость двигателя. Таким образом, варьируя параметры отверстий, можно добиться оптимального состава смеси для всех режимов работы.
Главный топливный жиклер
Главный топливный жиклер является основным регулировочным элементом карбюратора на режимах полной нагрузки и высоких подъемах дросселя. Он отвечает за подачу топлива в главную дозирующую систему. Главный топливный жиклер расположен в самой нижней точке поплавковой камеры, чтобы всегда находиться ниже уровня топлива, даже когда мотоцикл совершает резкие маневры. Для исключения завоздушивания главного жиклера во многих конструкциях выше него устанавливается перфорированный дефлектор (он же успокоитель).
Успокоитель над главным топливным жиклером
Выбор главного топливного жиклера оказывает существенное влияние на работу двигателя. Его подбор осуществляется экспериментальным путем. Поэтому лучше начинать с заведомо большего жиклера, делая таким образом настройку более безопасной для двигателя. Богатая смесь не дает лучшей производительности, но, по крайней мере, не приводит к повреждениям двигателя (прихват или прогар поршня) в отличие от переобедненной смеси.
Помочь в подборе главного топливного жиклера может состояние свечи зажигания после теста на полном открытии дросселя при максимальных оборотах. Изолятор центрального электрода должен быть светло-коричневым. Если электрод темнее, жиклер слишком большой, если он слишком светлый, почти белый — жиклер слишком мал.
Анализ центрального электрода результативен, только если свеча работала долго, в то время как оценка состояния бокового электрода дает результат и на новой свече. Основание бокового электрода с внутренней стороны (стороны, обращенной к изолятору) должно быть темного цвета как минимум до изгиба электрода. Вся остальная поверхность должна быть металлического цвета. Если боковой электрод черный и закопчен, смесь богатая, но, если он идеально чист, жиклер слишком мал. Помните — жиклер слишком малой пропускной способности может привести к серьезным повреждениям двигателя.
После подбора жиклера с требуемой пропускной способностью для гражданских мотоциклов рекомендуется увеличить ее на 2-3 единицы в качестве меры предострожности от сильной зависимости настроек, например, от окружающей температуры.
Прежде чем сделать вывод о том, что жиклер слишком большой, посчитайте площадь проходного сечения кольцевого зазора, образованного острым концом дозирующей иглы и распылителем. Сечение жиклера не должно быть меньше. Такое отношение должно выполняться для того, чтобы жиклер всегда контролировал расход топлива.
Однако, следует помнить, что жиклер играет важную роль еще и в переходном (неустановившемся) режиме, когда водитель резко полностью открывает дроссельную заслонку. В этом случае главная дозирующая система должна быстро включиться в работу. Если этого не происходит, в момент резкого открытия дросселя возникает так называемый «провал». Это значит, что смесь кратковременно обедняется и через какое-то время снова нормализуется по составу (обогащается).
Продолжение следует…
