Рассмотрим, что представляют собой «паровые пробки» и как они влияют на работу автомобильного двигателя? Появление «паровых пробок» связано с испарением бензина в системе питания двигателя. При нагревании бензина наиболее легко кипящие углеводороды превращаются в парообразное состояние, резко увеличиваясь в объеме. Так, из 1 л бензина при полном испарении образуется около 150 л паров. При нагревании в топливопроводах бензин частично испаряется,, образуя пары, объем которых в 150 раз больше объема испарившегося бензина. В этих условиях через систему питания идет смесь жидкости и паров бензина с небольшим количеством воздуха, который ранее находился в бензине и выделился из него при нагревании. Пропускная способность системы питания автомобилей рассчитывается на жидкий бензин с некоторым запасом. В случае образования смеси бензина с парами резко возрастает объем смеси, который необходимо пропустить через систему питания для нормальной работы двигателя. Поясним это на примере.
Допустим, что двигатель автомобиля на определенном режиме расходует около 20 л бензина в час, в то время как производительность топливного насоса на том же режиме составляет 60 л/ч. При обычных условиях эксплуатации такой насос вполне справится с подачей необходимого количества бензина, так как производительность его в 3 раза больше потребности двигателя. Если в условиях эксплуатации этого автомобиля бензин нагреется настолько, что часть его испарится и на каждый литр жидкого бензина будет приходиться 2 л бензиновых паров, то насос на том же режиме справится с подачей необходимого количества бензина к двигателю, так как он сможет прокачать за 1 ч 20 л жидкого бензина и 40 л паров (общая производительность 60 л). Если же температура бензина повысится настолько, что на 1 л жидкого бензина будет приходиться 3 л паров, то насос будет подавать двигателю смесь, состоящую из 15 л бензина и 45 л паров. Если учесть, что в 45 л бензиновых паров содержится около 0,3 л жидкого бензина, то общая подача бензина в этом случае составит 15,3 л/ч. Этого количества бензина недостаточно для нормальной работы двигателя; горючая смесь, поступающая в него, обедняется; двигатель начинает работать неустойчиво, двигатель начинает «трясти», появляются «хлопки» в карбюраторе, мощность падает.
При нагреве бензина до еще более высокой температуры количество паров увеличивается настолько, что в двигатель поступает слишком мало топлива и он останавливается.
По внешним признакам явления, сопровождающие парообразование в системе питания, похожи на засорение или закупоривание системы, откуда и появилось название «паровые пробки». Это название не совсем точно отражает сущность явления, но оно получило достаточно широкое распространение и вряд ли его стоит заменять.
Вероятность образования «паровых пробок» в условиях эксплуатации зависит от трех основных факторов: температуры бензина, наличия в нем легкокипящих углеводородов и давления в системе питания. Давление в системе питания и температура бензина зависят от атмосферных условий и особенностей конструкции автомобиля, а наличие легкокипящих углеводородов определяется физическими свойствами бензина.
Каждый сорт автомобильного бензила содержит в себе определенное количество легкоиспаряющихся углеводородов, которые при нагревании бензина до данной температуры способны перейти в парообразное состояние.
Иными словами, каждый сорт бензина характеризуется строго определенным отношением паровой и жидкой фаз при каждой температуре (табл. 14).
Таблица 14. Соотношение паровой и жидкой фаз в автомобильных бензинах при различной температуре (давление 760 мм. рт. ст)
Автомобильный бензин | Давление насыщенных паров, мм рт. ст. | 10% отгоняется при температуре,°C | Соотношение паровой и жидкой фаз при температуре,°C | ||
50 | 60 | 70 | |||
А-72 (1-й образец) | 470 | 54 | 2,3 | 14,0 | 37,6 |
А-66 | 420 | 68 | 2,0 | 10,3 | 23,3 |
А-72 (2-й образец) | 310 | 64 | 1,7 | 2,6 | 7,3 |
А-72 (3-й образец) | 480 | 55 | 3,0 | 26,1 | 41,8* |
Бензин «Экстра» | 290 | 67 | 0,8 | 4,8 | 14,8 |
* При температуре 65°С.
Чем легче бензин, тем больше в нем легкоиспаряющихся углеводородов, тем выше отношение «пар—жидкость» для данного бензина при его нагреве до определенной температуры. С повышением температуры количество паров, выделяющихся из бензина, растет и соответственно увеличивается соотношение «пар—жидкость».
Заранее предсказать, какой сорт бензина будет наиболее склонен к образованию «паровых пробок» в системе питания автомобиля, практически невозможно, так как технические условие на бензин ограничивают лишь верхний предел показателя его испаряемости. ГОСТ предусматривает, что для автомобильных бензинов температура перегонки 10% должна быть не выше 75°С (А-72) или 79°С (А-66), а давление насыщенных паров не более 500 мм рт. ст. (А-66 и А-72). В табл. 14 приведены данные об испаряемости трех товарных образцов бензина А-72. Все три образца удовлетворяют требованиям ГОСТа и являются стандартными, но эти бензины очень резко различаются по испаряемости и склонности к образованию «паровых пробок».
Таким образом, температура перегонки 10% бензина и давление насыщенных паров не всегда предопределяют соотношение «пар—жидкость» при различных температурах бензина. Тем не менее при решении вопроса о выборе бензина для, эксплуатации автомобилей в определенных климатических условиях необходимо ориентироваться на тот или иной образец бензина в соответствии с его паспортными данными.
На отдельных участках системы питания бензин находится под различным давлением. С изменением давления меняется и температура кипения углеводородов. При уменьшении давления температура кипения углеводородов понижается. Если бензин нагреть до какой-либо температуры в условиях пониженного давления, то он образует большее количество паров, чем при той же температуре и атмосферном давлении. Иными словами, с понижением давления соотношение «пар—жидкость» при определенной температуре для данного образца возрастает (табл. 15).
Таблица 15. Влияние давления на соотношение «пар—жидкость» для автомобильных бензинов
Сорт бензина | Соотношение «пар—жидкость», при | |||||||
температуре 50°С | температуре 70°С | |||||||
атмосферном давлении, мм рт. ст. | ||||||||
760 | 740 | 720 | 700 | 760 | 740 | 720 | 700 | |
А-72 (1-й образец) | 2,3 | 2,5 | 3,0 | 4,5 | 37,6 | 38,9 | 42,8 | 45,6 |
А-66 | 2,0 | 2,5 | 2,9 | 3,1 | 23,3 | 24,6 | 26,3 | 28,4 |
А-72 (2-й образец) | 1,7 | 1,9 | 2,0 | 2,1 | 7,3 | 7,8 | 8,2 | 9,0 |
Наибольшее количество паров бензина будет образовываться в том месте системы питания, где давление будет наименьшим. Таким местом является пространство над диафрагмой топливного насоса во время подачи бензина из топливного бака. В этой полости создается разрежение, под действием которого закрывается нагнетательный и открывается всасывающий клапан.
Практика эксплуатации автомобилей показывает, что именно в топливном насосе чаще всего и образуются «паровые пробки».
Давление в топливном насосе в момент подачи бензина зависит от взаимного расположения, топливного бака и насоса, наличия и характера гидравлических сопротивлений при всасывании (резких углов, поворотов, сужений), диаметра топливопроводов и т. д. Если топливный бак расположен выше наcoca, то бензин может поступать самотеком, при этом возможность образования «шаровых пробок» уменьшается. Если же бак находится ниже насоса, то в насосе создается еще добавочное разрежение, необходимое для того, чтобы «поднять» бензин к насосу. Для прокачивания бензина через резкие углы, повороты, сужения в топливопроводах насос должен создавать увеличенное разрежение, что облегчает образование «паровых пробок». С увеличением диаметра топливопроводов гидравлические сопротивления при прокачке сокращаются, снижается разрежение в топливном насосе, следовательно, уменьшается и возможность образования «паровых пробок». Опыт показал, что одним из наиболее эффективных методов борьбы с «паровыми пробками» является увеличение диаметра топливопровода на линии всасывания (например, с 6 до 8 мм).
При рассмотрении таблиц 14 и 15 можно заметить, какую большую роль в образовании «паровых пробок» играет температура бензина. С повышением температуры резко возрастает количество углеводородов, способных перейти в парообразное состояние, в результате чего увеличивается отношение «пар—жидкость», приводящее к образованию «паровых пробок».
Температура топлива в различных местах системы питания неодинакова. Так, в топливном баке температура топлива близка к температуре окружающего воздуха. Поэтому как только топливо поступает в подкапотное пространство, оно начинает нагреваться.
Степень нагрева топлива в подкапотном пространстве зависит от конструктивных особенностей автомобилей. Наибольшее влияние здесь оказывают такие факторы, как вентиляция подкапотного пространства, расположение топливного насоса и топливопроводов относительно нагретых деталей двигателя, и т. д.
Наиболее подходящее место для топливного насоса — вдали от выпускного трубопровода и в наиболее обдуваемой части подкапотного пространства.
К сожалению, это не всегда учитывается конструкторами. Следует отметить, что расположение насоса связано с общей компоновкой двигателя и необходимостью обеспечить механический привод. С этой точки зрения весьма интересны топливные насосы с электроприводом, которые практически можно устанавливать в любом месте, даже в топливном баке.
Топливопроводы и карбюратор должны быть по возможности изолированы от воздействия тепла горячих деталей двигателя и расположены в местах, обдуваемых воздухом. Все мероприятия по усилению вентиляции подкапотного пространства (применение шестилопастного вентилятора вместо четырехлопастного, увеличение лобовой поверхности радиатора, уменьшение сопротивлений воздуха на входе, установка направляющих диффузоров и т. д.) способствуют снижению температуры бензина в системе питания и тем самым предотвращают образование «паровых пробок».
Опыт эксплуатации показывает, что при температуре окружающего воздуха 30—40°С в подкапотном пространстве температура воздуха достигает 60—70°С, а бензина 50—60°С.
Особенно тяжелые условия создаются, при остановке автомобиля после длительной езды с полной нагрузкой. После выключения двигателя вентиляция подкапотного пространства прекращается; за счет тепла, выделяемого двигателем, температура воздуха под капотом сильно возрастает; бензин в системе питания, находясь без движения, успевает прогреться до высоких температур с образованием большого количества паров. Пустить такой двигатель через 3—5 мин после остановки практически невозможно.
Автомобильным заводам при разработке систем питания автомобилей новых моделей следует обратить внимание на правильный выбор сечения и расположение топливопроводов, а также решить вопрос об установке топливных насосов с электрическим приводом.
Повышению удельной мощности автомобильных двигателей, достигнутому за последнее десятилетие, способствовало главным образом увеличение проходных сечений карбюраторов и применение эффективных конструкций впускных трубопроводов, а не усовершенствование самих конструкций карбюраторов. Получившие широкое распространение многокамерные карбюраторы являются дальнейшим развитием этого способа, поскольку в отдельности взятые их .камеры не имеют принципиально ничего нового. К новым элементам карбюраторов могут быть отнесены только приспособления, устанавливающие взаимодействия между отдельными камерами, а также устройства, координирующие работу нескольких карбюраторов.
Установка на двигателе нескольких карбюраторов дает большой эффект, но связана с некоторыми трудностями регулировки системы питания и обеспечения стабильности ее работы.
Уже в течение довольно длительного времени заводы не выпускали карбюраторы принципиально новых типов и работали над улучшением главным образом эмульсионных карбюраторов и их основных элементов.
Опыт эксплуатации показывает, что большое количество клапанов с механическим приводом и устройств, работающих под действием тарированных пружин, не способствовало увеличению надежности карбюраторов.
В условиях жаркого климата для повышение эксплуатационных качеств карбюраторов необходимы устройства, препятствующие образованию «паровых пробок».
Современная конструкция эмульсионного карбюратора позволяет получить при помощи главной дозирующей системы, системы холостого хода, пускового устройства, ускорительного наcoca и экономайзера в основном удовлетворительные эксплуатационные качества двигателя.
Из конструктивных компоновок карбюраторов обращает на себя внимание принцип объединения большинства дозирующих элементов (жиклеров, топливных каналов и т. п.) в одном эмульсионном блоке, расположенном в поплавковой камере и омываемом почти со всех сторон топливом.
Этим достигается охлаждение дозирующих элементов, препятствующее образованию в них «паровых пробок». Двигатели в пустынях часто работают при высоком числе оборотов с тяжелыми тепловыми режимами.
В таких условиях в обычных карбюраторах нередко образуются пена и «паровые пробки», нарушающие нормальный процесс карбюрации.
Карбюраторы 'беспоплавкового типа меньше подвержены таким неисправностям, поскольку в них все время циркулирует охлажденный бензин.
В период эксплуатации автомобиля в пустынно-песчаной местности водитель может уменьшить возможность возникновения «паровых пробок», выполняя следующие рекомендации. Следить за чистотой системы питания, смолистые отложения в топливопроводах счищать или смывать ацетоном. Наблюдать за тем, чтобы переходы и углы системы питания были плавными. Трубки системы питания не должны быть мятыми. В местах присоединения топливопроводов не должно быть сужений сечения трубок. Следить за исправностью жалюзей. Створы жалюзей должны открываться полностью и становиться ровно по ходу движения автомобиля. Радиатор не должен иметь вмятин или других сопротивлений входящему воздуху.
Не следует устанавливать автомобильный номер перед радиатором, так как это затрудняет прохождение воздуха. Надо следить за правильным наклоном лопастей вентилятора, поддерживать необходимое натяжение вентиляторного ремня. В некоторых случаях необходимо заменять четырехлопастный вентилятор на шестилопастный, периодически проверять топливный насос, обращая при этом особое внимание на герметичность клапанов.
Надо также следить за креплением и положением топливного насоса для того, чтобы эксцентрик привода топливного насоса обеспечивал полный ход диафрагмы и наибольшую производительность; на коротких остановках после длительной езды с нагрузкой не выключать двигатель, так как в противном случае его будет трудно пустить. Если при заправке есть возможность выбора бензина, то следует заправиться тем бензином, который, судя по паспорту, имеет более высокую температуру перегонки 10% и меньшее давление насыщенных паров. «Паровые пробки» реже образуются, если топливный бак заполнен полностью.