Системы холостого хода современных карбюраторов можно разделить на две основные группы: первая — с задроссельным смесеобразованием (карбюраторы К-126, К-127, К-129, ДААЗ 2108 и карбюраторы грузовых автомобилей), вторая — автономные системы холостого хода (карбюраторы «Озон», К-131, К-133, К-151 и другие). В системе холостого хода с задроссельным распиливанием (рис. 21) через приоткрытую дроссельную заслонку проходит весь воздушный заряд. Через топливный жиклер 11 главной дозирующей системы, затем через топливный жиклер 1 холостого хода топливо попадает в эмульсионный канал 6, где смешивается с небольшим количеством воздуха, проходящего через воздушный жиклер холостого хода 2, отверстия в зоне диффузора 5 и переходной системы 7. Количество эмульсии регулируется винтом 8 качества смеси. Струя эмульсии попадает в задроссельное пространство 9. В этой зоне воздух движется с небольшой скоростью, поэтому здесь не удается добиться эффективного распыливания. Как правило, в цилиндры двигателя попадает неодинаковое количество топлива, что требует подачи более обогащенной смеси и способствует увеличению выброса CO и СН. Затруднено и регулирование состава смеси, так как, изменяя винтом 10 количества воздуха положение дроссельной заслонки, существенно изменяют состав смеси. Приходится производить многократные манипуляции винтами количества воздуха и качества смеси, прежде чем удастся установить заданные частоту вращения коленчатого вала и состав смеси, соответствующий нормам токсичности.
Рис. 21. Система холостого хода с задроссельным распиливанием: 1, 2 - топливный и воздушный жиклеры холостого хода; 3 - корпус топливного жиклера и седла клапана «антидизель»; 4 - электромагнитный клапан «антидизель»; 5 - отверстие добавочного воздуха; 6 - эмульсионный канал; 7 - отверстие переходной системы; 8 винт качества смеси; 9 - задроссельное пространство; 10 - винт коли чести а воздуха (упор рычага дроссельной заслонки); 11 - топливный жиклер главной дозирующей системы
Автономные системы холостого хода представляют собой самостоятельную распыливающую систему. Основная дроссельная заслонка закрыта. Процесс образования топливовоздушной смеси в карбюраторах с такими системами происходит не в задроссельном пространстве, а в отдельном смесеобразующем устройстве. Топливо перемешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер и отверстие подстроечного винта, образуя топливовоздушную эмульсию. Затем в специальных распыливающих устройствах она перемешивается с воздухом. Приготовленная топливовоздушная смесь подастся в задроссельное пространство. Подача топлива в систему холостого хода может происходить из главной дозирующей системы или непосредственно из поплавковой камеры. Важным требованием является герметичность дроссельных заслонок, так как для обеспечения высоких скоростей воздуха при прохождении через распиливающее устройство автономной системы холостого хода должно проходить не менее половины воздушного заряда.
В карбюраторах ДААЗ 2105, 2107, К-131А и К-133А применена автономная система «Каскад» (рис. 22). Она по существу представляет собой миниатюрный карбюратор, предназначенный для приготовления топливовоздушной смеси на холостом ходу. При отпущенной педали управления дроссельной заслонки карбюратора ее рычаг находится на концевом технологическом упоре, препятствующем непосредственному контакту кромки дроссельной заслонки со стенкой смесительной камеры карбюратора и предотвращающем тем самым заклинивание и их взаимное изнашивание в эксплуатации. Поэтому почти весь поступающий на данном режиме в двигатель воздух (10...15 кг/ч), за исключением его небольшого количества (1,5...2,0 кг/ч), проникающего через неплотности у кромки дроссельной заслонки и ее оси, проходит по обводному каналу 4. После поворота канала 4 на 90° по тангенциально расположенному к оси распылителя каналу воздух поступает в камеру системы холостого хода, приобретая вращательное движение вокруг стержня винта 7 количества топливовоздушной смеси. Основным элементом системы холостого хода является кольцевой распылитель 5 и расположенный соосно с распылителем дозирующий стержень 6 регулировочного винта количества смеси. Винт регулировки количества топливовоздушной смеси состоит из трех частей: конической головки 3, предназначенной для регулировки площади проходного сечения выходного отверстия системы холостого хода, дозирующего стержня 6, образующего вместе с распылителем 5 своего рода кольцевой диффузор, и хвостовика с резьбой 7. Вращая регулировочный винт, можно изменять проходное сечение выходного отверстия, а следовательно, и количество смеси.
Рис. 22. Автономная система холостого хода «Каскад» карбюраторов ДААЗ 2105, 2107: 1, 2 - топливный и воздушный жиклеры системы холостого хода; 3 - коническая головка винта количества смеси; 4 - обводной воздушный канал; 5 - распылитель; 6 - дозирующий стержень; 7 - винт количества топливовоздушной смеси; 8 - винт качества смеси; 9 - жиклер байпасного канала; 10 - эмульсионный канал; 11 - винт производственной подстройки
Распылитель на своей наружной цилиндрической части имеет кольцевую канавку, в которую из корпуса карбюратора выходит канал 10 подвода топливовоздушной эмульсии. В дне канавки распылителя выполнены шесть или восемь радиальных отверстий, по которым эмульсия поступает в наиболее узкое сечение, образованное распылителем и дозирующим профилем винта, т. е. в зону наиболее высоких скоростей воздуха. Вакуум у отверстий распылителя находится в пределах 20...25 Па. Затем вращающийся поток воздуха с частично испаренным топливом поступает в промежуточную камеру, где его скорость резко уменьшается. При прохождении второго узкого сечения (выходного отверстия), регулируемого конической головкой 3 винта, скорость потока топливовоздушной смеси вновь резко увеличивается и смесь по цилиндрическому каналу, тангенциально расположенному к отверстию смесительной камеры карбюратора, выбрасывается в задроссельное пространство. Резкие изменения скорости потока топливовоздушной смеси при прохождении через полости системы холостого хода и вращательное движение способствуют хорошей гомогенизации смеси и более равномерному ее распределению (по составу) по цилиндрам. Содержание CO в отработавших газах различных цилиндров практически одинаково. Двигатель устойчиво работает при коэффициенте избытка воздуха α = 0,95...1,05. Концентрацию CO удается уменьшить до 0,25%, т. е. в 6 раз ниже нормы.
Важным преимуществом автономной системы холостого хода типа «Каскад» является способность сохранить неизменный состав поступающей в двигатель топливовоздушной смеси, а следовательно, и содержание CO и СН в отработавших газах при изменении в широких пределах ее количества. Это достигается дозирующим стержнем винта количества смеси специального профиля, осуществляющего заданное соотношение сечения кольцевого диффузора и сечения выходного отверстия при осевом перемещении винта в процессе регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.
Стабилизация состава смеси при регулировании количества подаваемой в двигатель топливовоздушной смеси (для изменения частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода) может быть достигнута и в двухканальной автономной системе холостого хода. На рис. 23 дана система холостого хода карбюратора 2140 для двигателей автомобилей «Москвич». Топливный жиклер системы расположен в трубке 3 и объединен с воздушным жиклером 2. Топливовоздушная эмульсия подается в полость переходной системы и разделяется на две части. Одна часть по каналу, регулируемому винтом качества 6, поступает в зону перед золотником 8, выполняющим функцию регулятора количества смеси, а другая часть — через эмульсионный жиклер 5 в полость непосредственно перед клапаном ЭПХХ. Регулирование количества топливовоздушной смеси осуществляется вращением корпуса 7 ЭПХХ вместе с золотником 8, изменяющим проходное сечение канала.
Рис. 23. Система холостого хода карбюратора 2140: 1 - главным воздушный жиклер; 2 - воздушный жиклер холостого хода; 3 - топливные трубка и жиклер холостого хода; 4 - главный топливный жиклер; 5 - эмульсионный жиклер; 6 - винт качества смеси; 7 - корпус экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ); 8 - золотник системы холостого хода; 9 - диффузор распылителя системы холостого хода; 10 - клапан
В карбюраторах К-151 (рис. 24), предназначенных для двигателей ЗМЗ моделей 402.10, 4021.10 автомобилей «Волга» и двигателей УМЗ автомобилей УАЗ, топливовоздушная эмульсия из колодца подается по двум системам: одна часть эмульсии через основной винт качества смеси 8 под клапан ЭПХХ, другая — через дополнительный винт качества смеси 5 в диффузор 9, где смешивается с воздухом, далее уже топливовоздушная смесь через винт количества смеси 9 поступает под клапан 7 ЭПХХ. Уплотнение клапана ЭПХХ осуществляется также по торцу.
Рис. 24. Система холостого хода карбюратора К-151: 1, 3 - воздушные жиклеры; 2 - топливный жиклер; 4 - главный топливный жиклер; 5, 8 - дополнительный и основной винты качества смеси; 6 - ЭПХХ; 7 - клапан ЭПХХ: 9 - винт количества смеси; 10 - диффузор; 11 - переходная система первичной камеры
Преимуществом таких конструкций является то, что при длительной эксплуатации регулировка на холостом ходу не зависит от изнашивания клапана. Однако усложняется конструкция карбюратора вследствие большей длины каналов.
Характерным для дозирующих элементов системы холостого хода являются малые проходные сечения жиклеров, что наиболее часто является причиной отказов из-за их засорения. Это связано с высоким перепадом вакуума при работе на холостом ходу. Обычно диаметр дозирующего отверстия топливного жиклера холостого хода находится в пределах 0,45...0,6 мм.
Сложность выбора дозирующих элементов холостого хода определяется необходимостью обеспечить заданный состав смеси в очень узких пределах как при минимальной, так и при повышенной частотах вращения коленчатого вала, чтобы соблюдать жесткие нормы по концентрации CO и СН в отработавших газах при различных эксплуатационных условиях. Для выполнения указанных условий, стабилизации регулировок в эксплуатации и исключения неквалифицированного вмешательства используются следующие конструктивные решения:
- изготовление регулировочных игл с малым углом конуса и мелким шагом резьбы;
- применение регулировочных винтов предельного изменения состава смеси;
- выполнение байпасного канала (см.рис. 22);
- выбор допусков на резьбовое соединение регулировочной иглы в корпусе, обеспечивающих повышенное трение;
- установка на головке регулировочной иглы уплотняющего кольца из бензостойкой резины;
- применение ограничителей (рис. 25) хода регулировочных игл, исключающих изменение регулировок состава смеси и частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу, выходящих за допустимые пределы.
Рис. 25. Ограничители угла поворота регулировочных игл системы холостого хода: а, б - соответственно винты качества и количества смеси; 1, 2 - втулки-ограничители поворота винтов
Переходная система предназначена для подачи топлива при небольших углах открытия дроссельной заслонки. В этот момент расход воздуха увеличивается, подача топлива через систему холостого хода снижается, а через главную дозирующую систему истечение топлива еще не начинается. Происходит переобеднение смеси, в результате чего резко снижается частота вращения коленчатого вала («провал») вплоть до остановки двигателя. Для предотвращения таких явлений карбюраторы оснащаются переходной системой. В одно- или двухкамерных с параллельным открытием дроссельных заслонок карбюраторах, переходная система объединена с системой холостого хода (см. рис. 21, 24). Подача топливовоздушной эмульсии на переходных режимах осуществляется из вертикального канала через отверстия, расположенные в зоне кромки дроссельной заслонки при ее открытии на 2...8°.
В зависимости от технологии изготовления карбюратора производится сверление одного, двух или трех отверстий через специальные приспособления с заданным расстоянием их осей до верхней кромки дроссельной заслонки при ее положении, отрегулированном на режим холостого хода. При массовом производстве, как правило, возникают проблемы с точным выполнением указанных отверстий. Поэтому в карбюраторах ДААЗ 2101-1107010-03, 2106-1107010 и во всех модификациях карбюраторов 2105 и 2107 в системе холостого хода был предусмотрен винт производственной подстройки переходной системы (см. рис. 22). Изменяя количество воздуха поступающего в эмульсионный канал, можно корректировать состав смеси в зоне работы двигателя на переходной системе (повышенная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, малые нагрузки).
На некоторых карбюраторах отверстие переходной системы выполняется в виде вертикальной щели (карбюраторы ДААЗ 2108) или Т-образной формы (карбюраторы фирмы «Пирбург»).
В многокамерных карбюраторах с последовательным открытием дроссельных заслонок в первичной камере переходная система объединена с системой холостого хода. Во вторичной камере (камерах) подача топлива в переходную систему осуществляется из канала главной дозирующей системы (карбюраторы ДААЗ 2105, 2107, К-126Г), непосредственно из поплавковой камеры или канала, соединенного с ней (ДААЗ 2108).