Введение в карбюраторы К-151

Канд. техн. наук А. Дмитриевский

По нашей просьбе Анатолий Валентинович подготовил статью по всем карбюраторам, устанавливающимся на двигатели ЗМЗ и УМЗ коммерческих автомобилей. Однако объём статьи оказался чрезмерно велик. И потому мы её разбили на части. Первая посвящена наиболее распространенным карбюраторам.

На двигателях УМЗ и ЗМЗ с рабочим объёмом от 2,5 до 2,9 л применяются двухкамерные карбюраторы К-151 различных модификаций, выпускаемые ОАО «Топливные системы» («ПЕКАР») в С.-Петербурге. Эти карбюраторы имеют последовательное открытие дроссельных заслонок, что обеспечивает поддержание высокого разрежения и скорости движения воздуха у распылителя главной дозирующей системы (ГДС), необходимого для высококачественного распыления топлива при низких частотах вращения коленчатого вала, и низкое аэродинамическое сопротивление на впуске при высоких.

Рассмотрим более подробно конструктивные особенности этих карбюраторов, их достоинства и недостатки, а также способы улучшения экономических и экологических показателей и ездовых свойств автомобиля.

Поплавковая камера

Достоинством К-151 является расположение запорной иглы в корпусе карбюратора. Это упрощает регулировку уровня топлива и проверку герметичности иглы. Достаточно снять крышку карбюратора, подкачать топливо ручным приводом насоса и, подгибая верхний усик поплавка, установить заданный уровень.

Положение уровня топлива определяет количество подаваемого топлива и, как следствие, основные эксплуатационные качества автомобиля. Его рекомендуемая величина дается в инструкции по обслуживанию карбюратора. При низком уровне топлива происходит обеднение смеси, вызывающее появление рывков, «провалов», как правило, проявляющихся во время разгона и движения с повышенными скоростями. У К-151 это может происходить при рекомендованном уровне топлива (расстояние до плоскости разъёма 21–23 мм). В этом случае следует повысить уровень, уменьшив это расстояние до 19 мм, отогнув язычок поплавка вниз. После регулировки следует убедиться, что плоскость язычка в точке касания иглы приблизительно перпендикулярна оси иглы, иначе возможно её заедание из-за перекоса.

Чрезмерное увеличение уровня топлива приводит к переобогащению рабочей смеси, вызывающему ухудшение пусковых качеств, забрасыванию свечей, дымлению, увеличению расхода топлива. Перелив топлива может происходить из-за нарушения герметичности запорного механизма. Для его проверки можно снять крышку фильтра или переходник и, подкачивая рычагом топливного насоса, посмотреть – не происходит ли утечка топлива (можно при работающем на холостом ходу двигателе убедиться в отсутствии каплепадения во второй камере карбюратора из распылителя ГДС – прим. Ред.).

В карбюраторах К-151 применяются запорные иглы с уплотнительными шайбами, что снижает требования к точности изготовления самой иглы и её корпуса (а также позволяет обойтись без специального демпфирующего устройства в клапане – прим. Ред.). Но из-за возможной деформации уплотнительной шайбы (плохое качество её материала, применение нестандартных топлив) бывают случаи зависания иглы, из-за чего нарушается работа двигателя.

Главная дозирующая система

Наиболее экономичным является состав смеси, в который на каждый килограмм топлива приходится от 16 до 18 кг воздуха. Он обеспечивается за счёт подбора дозирующих элементов: топливного и воздушного жиклеров, эмульсионной трубки. Воздушный жиклер ГДС соединен с внутренней полостью эмульсионной трубки, имеющей несколько рядов отверстий. При повышении расхода воздуха разрежение в малом диффузоре у распылителя увеличивается, а уровень топлива в эмульсионной трубке снижается. В действие вступает всё большее число отверстий, обеспечивая заданный состав смеси на всех режимах частичных нагрузок, независимо от частоты вращения и положения дроссельной заслонки.

Системы обогащения смеси

Эконостат служит для повышения мощности двигателя обогащением смеси до соотношения 1:13...1:14. Распылитель эконостата расположен значительно выше уровня топлива в поплавковой камере, в воздушном канале крышки карбюратора, где скорость воздуха значительно ниже, чем в диффузоре. Поэтому топливо начинает поступать через эконостат только при работе двигателя на средних и высоких оборотах и нагрузках близких к полным. Засорение жиклера эконостата может быть одной из причин снижения максимальной скорости автомобиля.

Ускорительный насос служит для компенсации обеднения смеси при резком открытии дроссельной заслонки впрыскиванием дополнительного топлива в воздушный канал карбюратора. В К-151 ускорительный насос мембранного типа. С одной стороны у мембраны имеется пружина, обеспечивающая всасывание топлива, с другой – демпфирующая пружина. Период впрыскивания определяется характеристикой демпфирующей пружины, проходным сечением распылителя, жиклером дренажной системы. Закон впрыскивания определяется профилем приводного кулачка и соотношением длин рычагов. Для предотвращения впрыска топлива при малых перемещениях мембраны, например, при движении по неровной дороге, рабочая полость мембраны сообщается с поплавковой камерой перепускным каналом. Регулирование подачи топлива осуществляется иглой в жиклере перепускного канала или изменением проходного сечения форсунки.

Одной из причин ухудшения динамики автомобиля во время разгона является нарушение работы ускорительного насоса. Его предварительную проверку можно выполнить без снятия карбюратора с двигателя. При резком открытии дроссельной заслонки из распылителя должна выходить ровная струя. Она не должна попадать на стенки канала или малого диффузора.

Причинами нарушения работы насоса может быть попадание соринок в седло всасывающего или нагнетательного клапанов, но чаще всего – в распылитель (еще две распространенные причины – нарушение герметичности мембраны или заедание рычага – прим. Ред.).

Системы холостого хода

К-151 имеют автономную систему холостого хода, представляющую собой миниатюрный карбюратор. Дроссельная заслонка в это время закрыта почти полностью, зазор между ней и стенками минимальный, при нем не должно создаваться разрежение в трубке вакуумного регулятора опережения зажигания. Автономная система обеспечивает хорошее распыление топлива и равномерное распределение смеси по цилиндрам (по составу), что позволяет обеднять топливовоздушную смесь до соотношения 1:15. В результате удается снизить концентрацию СО в отработавших газах до 0,3–0,6% (обычно регулируют с некоторым запасом – 0,7–1,1%), а СН до 180–230 ppm. Регулирование проводится в основном винтом качества смеси.

На режимах принудительного холостого хода (ПХХ), включающих торможение двигателем и замедление вращения коленчатого вала, мембранный механизм смещает клапан экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ) до упора, перекрывая выходное отверстие и прекращая подачу топлива. Применение автономной системы с ЭПХХ снижает выброс СО и СН на 30–40 % и при испытании по городскому циклу уменьшает расход топлива на 4,5%, а также увеличивает эффективность торможения двигателем примерно на 25% (приведены «официальные» или «хрестоматийные» величины эффективности ЭПХХ – прим. Ред.). ЭПХХ также выполняет функцию «антидизель», т.е. при низкооктановом бензине предотвращается работа с самовоспламенением после выключения зажигания.

В К-151 топливо из канала главной дозирующей системы поднимается к эмульсионной трубке с топливным и воздушным жиклерами холостого хода. Пройдя через боковые отверстия в трубке и эмульсионный жиклер, оно в виде топливовоздушной эмульсии смешивается с дополнительным воздухом, поступающим через второй воздушный жиклер. Для обеспечения стабильности состава смеси при регулировании винтом количества в нижней части корпуса карбюратора система холостого хода имеет два канала. По первому из них эмульсия сквозь переходную втулку поступает в полость перед переходными отверстиями, а затем через сечение, регулируемое нижним винтом качества, в основной диффузор с винтом количества. По второму каналу в карбюраторах первых выпусков эмульсия проходила через сечение, регулируемое дополнительным (верхним) винтом качества. В карбюраторах последних выпусков этот винт заменен дозирующим отверстием в канале. Далее эмульсия поступает в дополнительный диффузор в корпусе дроссельных заслонок.

Система управления клапаном ЭПХХ К-151 (для «402-ых» моторов – прим. Ред.) состоит из электронного блока, включающего электропневмоклапан при снижении числа оборотов коленчатого вала ниже заданного и отключающего его при их увеличении свыше 1 500 мин^-1, и микровыключателя. В работе любых карбюраторов наибольшее число отказов происходит в системе холостого хода. Это не удивительно – ведь её топливный жиклер имеет очень маленькое сечение. Поэтому, если «пропал» холостой ход, то он – первый кандидат на продувку. Правда, прежде чем разбирать карбюратор, есть смысл провести простейшую диагностику.

Нужно снять наконечники проводов с микровыключателя и замкнуть их. Если двигатель заработал – значит вышел из строя электронный блок. Временно до его замены можно ездить, заизолировав замкнутые наконечники проводов. Если двигатель и после замыкания наконечников не работает, снимем шланг, идущий от задроссельного пространства, и подсоединим его напрямую к мембранному механизму ЭПХХ. Двигатель заработал на холостом ходу – значит необходимо заменить электропневмоклапан. Если двигатель опять не работает, то необходимо снять крышку мембранного механизма и проверить, свободно ли ходит клапан и не разорвана ли мембрана. При разорванной мембране можно отрезать кусочек шланга, разрезать его вдоль, подсунуть его под мембрану и надеть на шток клапана. Если двигатель работает неустойчиво или глохнет в начальный период открытия дроссельной заслонки, то регулируют или заменяют микровыключатель. Он должен замыкать контакты в самом начале поворота рычага привода дроссельной заслонки.

Проверка электронного блока может производиться подсоединением к нему вместо провода идущего к электропневмоклапану лампочки мощностью не более 3 Вт. Другой провод от лампочки подсоединяют к массе. Провод от микровыключателя необходимо отсоединить. При повышении числа оборотов свыше 1 200–1 500 лампочка должна гаснуть, а при их снижении до 900–1 000 снова загораться. В этом случае блок исправен.

Переходная система

При небольших углах открытия дроссельной заслонки уменьшается подача топливовоздушной эмульсии через систему холостого хода, а главная дозирующая система еще не вступила в действие. Смесь переобедняется, начинаются перебои воспламенения, появляется «провал». Для компенсации состава смеси используется переходная система, через которую поступает дополнительное топливо. Обычно переходная система представляет собой одно или несколько отверстий, а иногда и щель, соединяющих эмульсионный канал системы холостого хода со смесительной камерой в зоне верхней кромки дроссельной заслонки.

Причиной нарушения работы переходной системы может быть обеднение смеси из-за засорения топливного жиклера системы холостого хода, снижения уровня топлива в поплавковой камере. Причиной «провала» может быть и частичное засорение топливного жиклера холостого хода. Реже неустойчивая работа двигателя происходит из-за переобогащения смеси, например, при засорении воздушных жиклеров холостого хода и главной дозирующей системы.

Нарушение работы переходной системы вызывает неправильное положения отверстий. Если они просверлены со значительным смещением вверх, «провал» можно устранить, подпиливая снизу кромку дроссельной заслонки напротив них, если ниже – целесообразно подпилить кромку дроссельной заслонки сверху. Правда, прежде стоит должным образом выставить положение дроссельных заслонок и обойтись регулировками холостого хода. И браться за напильник нужно, убедившись в необходимости этой работы.

Регулировки карбюратора на минимум выброса СО и СН

По действующему стандарту проверка токсичности в эксплуатационных условиях производится на холостом ходу полностью прогретого двигателя при минимальной (nхх мин) и повышенной (nпов) частотах вращения коленчатого вала. От правильной регулировки двигателя на этих режимах зависит не только загазованность воздуха, но и надежность работы системы зажигания, ездовые качества автомобиля, эксплуатационный расход топлива.

Карбюратор следует регулировать после любого вмешательства в двигатель (ремонт и промывка карбюратора, замена воздушного фильтра, изменение режима подогрева воздуха и др.). Перед регулировкой необходимо проверить систему зажигания (контакты прерывателя, зазоры свечей) и уровень топлива в поплавковой камере.

Проверку следует начинать с режима повышенной частоты вращения, выбираемой по инструкции завода изготовителя. Если таковой нет, то проверка ведется при 3 000 мин^-1. После установки режима необходимо выдержать до начала замера примерно 30 секунд. Концентрация СО и СН задается заводом-изготовителем. Если данных нет, то для двигателей автомобилей массой до 3,5 т без нейтрализатора концентрация СО не должна превышать 2%, а СН – 600 ppm. Для неизношенного двигателя нормальная регулировка соответствует 0,5–1% СО и 50–100 ppm СН. При невозможности отрегулировать СО необходимо проверить уровень топлива в поплавковой камере, продуть или прочистить жиклеры системы холостого хода и ГДС.

При повышенной концентрации СН (и нормальной концентрации СО) следует проверить систему зажигания. Причиной повышенного выброса СН зачастую бывает переобеднение смеси или повышенный угар масла.

После регулировки двигателя при nпов переходим на режим nхх мин. Для регулирования частоты вращения используется винт количества смеси. Соотношение элементов дозирующих систем К-151 подобрано таким образом, чтобы при вращении винта количества смеси её состав почти не изменяется. Винтом качества пользуются для регулирования состава смеси.

Если нет данных завода-изготовителя концентрация СО для двигателей без нейтрализатора не должна превышать 3,5%, а концентрация СН – 1 200 ppm. Перед регулировкой на СО необходимо винтом количества установить nхх мин. Затем винтом качества регулируем СО.

У двигателей с карбюраторами К-151 минимальный выброс СН соответствует концентрации СО 0,3–0,6%. Но для создания некоторого запаса с учётом возможных изменений состава смеси в процессе эксплуатации целесообразно винтом качества устанавливать концентрацию СО 0,7–1,0%. Концентрация СН при исправном двигателе находится в пределах 180–250 ppm.

В К-151 два воздушных жиклера холостого хода, причем второй жиклер малого диаметра засоряется особенно часто, что вызывает переобогащение смеси и соответственно увеличение концентрации СО. В них имеется также два эмульсионных канала холостого хода. В карбюраторах первых выпусков в каждом из этих каналов устанавливались винты качества смеси. У последних выпусков вместо второго винта качества делается калиброванное отверстие в нижней части корпуса. Часто это отверстие имеет слишком большую пропускную способность, поэтому, когда мы перекрываем винтом качества один канал, избыточное количество топлива, поступающего по второму каналу, вызывает повышенный выброс СО. В этих случаях необходимо уменьшить диаметр калиброванного отверстия, а иногда заглушить его полностью.

После регулировки холостого хода рекомендуется несколько раз нажать на педаль газа и проверить частоту вращения при отпущенной педали. Если она изменилась, то винтом количества уточнить регулировку карбюратора.

А если нет газоанализатора? С достаточной степенью точности отрегулировать карбюратор можно с помощью тахометра с ценой деления 25 или 50 мин^-1. На прогретом двигателе винтом количества устанавливаем nхх мин. Затем винтом качества выбираем регулировку, соответствующую максимальному числу оборотов. Винтом количества устанавливаем число оборотов на 14–20% выше nхх мин, т.е. при nхх мин=600 мин^-1 устанавливаем примерно 680 мин^-1, а при nхх мин=800 мин^-1 nрег=950 мин^-1. Затем винтом качества уменьшаем число оборотов до nхх мин.

В дорожных условиях карбюратор можно отрегулировать и без тахометра. Винтом качества, вращая его по часовой стрелке, обедняем смесь до начала неустойчивой работы двигателя, затем, очень медленно вращая винт качества в обратном направлении, доходим до начала устойчивой работы двигателя. Иногда приходится несколько увеличить частоту вращения коленчатого вала винтом количества.