Карбюратор двигателя состоит из 5 основных систем карбюратора:
1) главная дозирующая система карбюратора предназначена для смешивания топлива с воздухом в установленных пропорциях, что обеспечивается с помощью специальных жиклеров с калибром (топливные и воздушные жиклеры).
2) система холостого хода карбюратора предназначена для поддержания работы двигателя на малых оборотах коленчатого вала.
3) система пуска карбюратора предназначена для подачи воздуха в эмульсионные трубки через воздушную заслонку и жиклеры.
4) система экономайзера карбюратора предназначена для обогащения горючей смеси во время продолжительной нагрузки.
5) система ускорительного насоса карбюратора предназначена для кратковременного обогащения горючей смеси во время разгона автомобиля.
Приготовление горючей смеси и работа основных систем карбюратора
Приготовление горючей смеси осуществляется за счет смешивания двух компонентов топлива и воздуха в определенной пропорции. Оба компонента перед попаданием в систему должны быть тщательно очищены от различных видов загрязнений и примесей. Горючая смесь приготавливается в карбюраторе за счет мелкокалиберных жиклеров, и заслонки, с помощью которых топливо дозируется и распыляется на мельчайшие частицы, после чего перемешивается с воздухом.
Горючая смесь имеет свой состав, который приготавливается при определенном соотношением масс топлива к воздуха. Для того, чтобы сгорел 1 кг бензина теоретически необходимо смешать с ним 14,9 кг воздуха (при расчетах принимают 15). Правда идеального не бывает, и количество воздуха, которое расходуется на приготовление горючей смеси, немного больше или меньше по сравнению с теоретическим. В связи с этим состав горючей смеси характеризуется коэффициентом воздуха, который участвует в процессе сгорания топлива, к теоретически обусловленному количеству воздуха.
Для точного определения степени обогащения или обеднения горючей смеси приняли названия следующих смесей:
1) богатая смесь с коэффициентом избытка воздуха равным 0,70-0,85
2) обогащенная смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,85-0,95
3) обедненная смесь с коэффициентом избытка воздуха 1,05-1,15
4) бедная смесь с коэффициентом избытка воздуха 1,15-1,20
Двигатель должен работать в оптимальном режиме . Оптимальный режим работы двигателя обеспечит нормальная горючая смесь. То есть горючая смесь должна быть не переобагащенная, и не переобедненная, так как в этих случаях снижается экономичность и мощность двигателя.
На первый взгляд карбюратор может показаться очень сложным устройством. Однако небольшой объём теоретических знаний поможет полностью разобраться с его принципом работы. Что, в свою очередь, позволит самостоятельно выполнять чистку и . Для выполнения этих операций на должном уровне достаточно базовой информации.
Как работает карбюратор
Независимо от модели, принцип работы карбюратора аналогичен. Конструктивно любой карбюратор выполнен по следующей схеме: канал для создания топливовоздушной смеси, в котором есть специальное калибровочное отверстие для входа воздуха, поплавковая камера и выход для готовой смеси.
При работающем моторе во (элемент, соединяющий силовой агрегат и топливную систему) создаётся пониженное давление, по отношению к атмосферному. Это приводит к возникновению вакуума в карбюраторе. Благодаря этому в карбюратор, по специальному сужающемуся каналу затягивается воздух и выполняется захват бензина из топливной камеры. В процессе эти ингредиенты смешиваются, что приводит к созданию топливовоздушной смеси, которая воспламеняется в КЗ (камере сгорания) и заставляет двигаться поршни. Количество топлива в готовой смеси зависит от давления, создаваемого в смешивающей камере. Благодаря тому, что камера соединена с атмосферой, из-за разницы давления, бензин поднимается вверх, смешиваясь с воздухом. Далее смесь поступает в камеру сгорания. Сужение прохода ускоряет движение воздуха, что приводит к ещё большему его разряжению.
Подача топлива с воздухом
Управление подачей топлива и воздуха осуществляется педалью газа, она соединена с и элементом, перекрывающим поплавковую камеру (ПК). Когда педаль свободна, мотор работает на холостом ходу (ХХ). Заслонка почти полностью закрывает калиброванный канал подачи воздуха, а игла проём в топливной камере. Деталь для перекрытия поплавковой камеры выполнена в виде иглы, разделённой на несколько частей, каждая из которых имеет свою толщину. Таким образом, чем выше она поднимается, тем больше происходит подача топлива. Воздушная заслонка работает по такому же принципу, чем шире проём, тем больше поток.
Что такое холостой ход карбюратора - ХХ
Холостой ход можно сравнить с режимом ожидания. Он необходим для стабильного , когда автомобиль не едет, чтобы мотор не заглох. В этот случае, воздушная смесь насыщена минимальным количеством топлива, необходимым для поддержания стабильной работы системы.При отпущенной педали газа, игла золотника максимально перекрывает главный канал подачи бензина. Воздушная заслонка остаётся чуть открытой. Проход, через который осуществляется подача бензина, размещён за воздушной заслонкой. Горючая смесь начинает поступать по этому каналу только тогда, когда в карбюраторе есть увеличенное разряжение, которое возникает при сильном открытии воздушной заслонки. Для создания топливовоздушной смеси на ХХ в конструкции предусмотрен дополнительный канал подачи кислорода. В нём есть специальный элемент для регулировки качества горючей смеси. Чем сильнее закручен винт, тем больше смесь насыщается бензином. Увеличиваются обороты холостого хода, и наоборот - откручивание винта снижает их. Таким образом, выполняя регулировку этого винта можно добиться оптимальных опций, повысить экономичность.
Для правильной дозировки ингредиентов горючей смеси, в местах забора устанавливаются жиклёры. Они представляют собой специальный элемент с определённым диаметром прохода, который не позволяет расходовать топлива или воздуха выше установленной нормы. Также жиклёр может выполнять функцию регулировочного винта.
Для чего нужна поплавковая камера в карбюраторе
1
- держатель оси поплавка;
2
- язычок поплавка;
3
- поплавок
ПК является одним из основных элементов карбюратора, в котором находится топливо. Уровень жидкости в камере регулируется и контролируется с помощью специального поплавка. К нему прикреплена иголка. Она закрывает канал подачи горючей смеси из бензобака. При уменьшении уровня топлива, поплавок начинает опускаться, а иголка поднимается. При заполнении камеры поплавок поднимается и уровень стабилизируется.
В карбюраторе предусмотрен механизм дополнительного подсоса управления ДЗ. Этот элемент предназначен для ручного обогащения смеси. Для этой функции предусмотрен дополнительный канал, он меньше, чем основной. Управление механизмом подсоса реализовано специальным рычагом на приборной панели. Сначала необходимо вытянуть полностью на себя элемент, тем самым максимально открыть заслонку, по мере прогрева мотора рычаг нужно постепенно вернуть в исходное положение.
Регулировка карбюратора
Регулировка карбюратора может осуществляться только на . Независимо от конструкции, принцип выполнения калибровки элементов идентичный.
- Поплавковая камера . Регулировка и контроль уровня жидкости в ёмкости осуществляется с помощью поплавка, соединённого проволокой с иглой. Уровень необходимого топлива в камере указан в руководстве по эксплуатации конкретной модели автомобиля. Сверьте текущие показатели, замерьте с помощью штангенциркуля высоту зеркала. Если уровень выше нормы, аккуратно возьмите в руку поплавок и прогните его вниз методом механического воздействия на проволоку. Если уровень топлива ниже нормы - поднимите его.
- Настройка ХХ . Оптимальное количество оборотов на ХХ составляет 800-900 единиц. Закрутите винт качества смеси до упора и выкрутите его на 4-5 оборота обратно. Закрутите до упора винт количества и открутите 3 раза. Включите двигатель, постепенно начните закручивать первый винт, в процессе обороты должны поднять и начаться нестабильная работа мотора. Когда начнётся этап неустойчивости, начните закручивать регулировочный элемент, пока двигатель снова не начнёт работать стабильно. В завершение выполните корректировку винтом количества.
- Регулировка жиклёров . С помощью подсоса нужно закрыть воздушную заслонку. Хвостовик тяги должен находиться в конце паза штока ПУ карбюратора. При отклонении следует устранить подгибанием тяги. Затем нужно снять крышку, а потом замерить зазор от кромки стенки камеры до ВЗ. Необходимые показатели указаны в руководстве по эксплуатации. Настройка выполняется с помощью регулировочного винта ПУ.
В этой статье вы узнаете о системах впрыска топлива. Карбюратор - это самый первый механизм, который позволял соединять в нужной пропорции бензин с воздухом для приготовления топливовоздушной смеси и подачи ее в камеры сгорания двигателя. Эти устройства активно применяются и по сей день - на мотоциклах, бензопилах, мотокосах и так далее. Вот только из автомобильной индустрии они были давно вытеснены инжекторными системами впрыска, более продвинутыми и совершенными.
Что такое карбюратор?
Карбюратор - это такое устройство, которое смешивает топливо и воздух, подает полученную смесь во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания. Ранние карбюраторы работали, просто позволяя воздуху проходить по поверхности топлива (в конкретном случае - бензина). Но большинство из них позднее распределяли отмеренное количества топлива в воздушный поток. Этот воздух проходит через жиклеры. Для карбюратора состояние этих частей крайне важно.
Карбюратор был основным прибором для смешивания топлива и воздуха в двигателях внутреннего сгорания вплоть до 1980-х годов, когда возникли сомнения по поводу эффективности его использования. При сгорании топлива образуется очень много вредных выбросов. Хотя карбюраторы использовались в Соединенных Штатах, Европе и других развитых странах до середины 1990-х годов, они работали наряду с более сложными системами управления для удовлетворения требований по выбросам углекислого газа.
История развития
Различные типы карбюраторов были разработаны рядом пионеров в автомобилестроении, в том числе немецким инженером Карлом Бенцем, австрийским изобретателем Зигфридом Маркусом, английским эрудитом Фредериком У. Ланчестером и другими. Поскольку очень много различных методов смешивания воздуха и топлива были применены в первые годы существования и развития автомобилей (а первоначально стационарные бензиновые двигатели также использовали карбюраторы), то довольно трудно точно определить, кто является изобретателем этого сложного устройства.
Виды карбюраторов
Ранние конструкции отличались между собой по основному методу работы. Также они отличаются и от более современных, которые доминировали на протяжении большей части двадцатого века. Современный карбюратор для бензопилы распыляющего типа, аналогичные используются и на современных автомобилях. Самые первые, исторические, так сказать, конструкции можно разбить на два основных типа:
- Поверхностного типа карбюраторы.
- Спрей-карбюраторы.
Поверхностные карбюраторы
Все ранние конструкции карбюраторов были поверхностные, хотя имелось большое разнообразие и в этой категории. Например, Зигфрид Маркус представил нечто под названием "вращающаяся щетка-карбюратор" в 1888 году. А Фредерик Ланчестер разработал свой фитиль карбюраторного типа в 1897-м.
Первый карбюраторный поплавок был разработан в 1885 году и запатентовал также карбюратор поплавкового типа примерно в то же время. Тем не менее эти ранние конструкции были поверхностными карбюраторами, которые работали за счет прохождения воздуха над поверхностью топлива для того, чтобы смешать их. Но зачем нужен карбюратор двигателю? А без него никак не получалось подать топливную смесь в камеры сгорания (инжектор в девятнадцатом веке еще не был известен).
Большинство поверхностных устройств функционировали на основе простого выпаривания. Но существовали и иные карбюраторы, они были известны как устройства, работающие за счет «пузырения» (их еще называют фильтрующими карбюраторами). Они работают, заставляя двигаться воздух вверх через нижнюю часть камеры с топливом. В результате этого образуется смесь воздуха и топлива над основным объемом бензина. И эта смесь впоследствии засасывается во впускной коллектор.
Спрей-карбюраторы
Хотя различные поверхностные карбюраторы были доминирующими на протяжении первых десятилетий существования автомобиля, спрей-карбюраторы начали занимать существенную нишу на рубеже 19-20-го веков. Вместо того чтобы полагаться на испарение, эти карбюраторы фактически распыляли отмеренное количество топлива в воздух, который был засосан воздухозаборником. Эти карбюраторы используют поплавок (как Maybach и более ранние конструкций Benz). Но они действовали на основе принципа Бернулли, а также эффекта Вентури, как и современные устройства, например карбюратор К-68.
Одним из подтипов аэрозольных карбюраторов является так называемый карбюратор давления. Он впервые появился в 1940-х годах. Хотя карбюраторы давления напоминают аэрозольные только внешне, они на самом деле были самыми ранними примерами устройств принудительного впрыска топлива (инжекторов). Вместо того чтобы полагаться на эффект Вентури, чтобы сосать топливо из камеры, карбюраторы давления распыляли топливо из клапанов почти таким же образом, как современные инжекторы. Карбюраторы становились все более сложными в течение 1980-х и 1990-х годов.
Что означает "карбюратор"?
"Карбюратор" - это английское слово, которое является производным от термина carbure, в переводе с французского - «карбида». По-французски carburer означает просто «объединить (что-то) с углеродом». Точно так же английское слово «карбюратор» технически означает «увеличение содержания углерода».
Аналогично работает карбюратор К-68, который использовался на мотороллерах типа «Тула» (позднее «Муравей»), мотоциклах «Урал» и «Днепр».
Компоненты
Все типы карбюраторов имеют различные компоненты. Но современные приборы имеют ряд общих характеристик, в том числе:
Как работает карбюратор?
Все типы карбюраторов работают с помощью различных механизмов. Например, карбюраторы фитильного типа работают, заставляя воздух проходить по поверхности пропитанных газом фитилей. Это вызывает испарение бензина в воздух. Тем не менее приборы фитильного типа (и другие поверхностные) устарели более ста лет назад.
Большинство карбюраторов, которые используются транспортными средствами на сегодняшний день, используют механизм распыления. Все они работают аналогичным образом. Современные карбюраторы функционируют за счет эффекта Вентури, чтобы вытягивать топливо из камеры.
Основные принципы работы карбюраторов
Карбюраторы, работа которых основана на принципе Бернулли, имеют некоторые особенности. Изменения давления воздуха предсказуемы и напрямую зависят от того, насколько быстро он движется. Это важно, потому что воздушный проход через карбюратор содержит узкую, сжатую трубку Вентури. Она необходима для ускорения воздуха, когда он проходит сквозь нее.
Поток воздуха (не поток смеси) через карбюратор управляется педалью акселератора. Она связана с дроссельным клапаном, расположенным в карбюраторе, при помощи тросика. Этот клапан закрывает трубку Вентури, когда педаль акселератора не используется, и он же открывает, когда эта педаль нажата. Это позволяет воздуху проходить через трубку Вентури. Следовательно, засасывается больше топлива из камеры для смешивания. На таких принципах и основана работа карбюратора.
Большинство карбюраторов имеют дополнительный клапан над трубкой Вентури (называется он дросселем, который выступает в качестве вторичной дроссельной заслонки). Дроссель остается частично закрытым, когда двигатель холодный, что уменьшает количество воздуха, которое может пройти в карбюратор. Это приводит к более воздух/топливо, поэтому дроссель должен открыться (автоматически или вручную), как только двигатель прогреется и больше не будет нуждаться в богатой смеси.
Другие компоненты карбюраторных систем также предназначены для воздействия на воздушно-топливную смесь во время различных условий эксплуатации. Например, мощностной клапан или дозирующий стержень может увеличить количество топлива под открытым дросселем, либо это происходит в ответ на низкое давление в вакуумной системе (или же фактическое положение дроссельной заслонки). Карбюратор - это непростой элемент, и физические основы его функционирования достаточно сложны.
Проблемы
Некоторые проблемы карбюраторов могут быть решены путем регулировки воздушной заслонки, смеси или холостого хода, а другие требуют ремонта или замены. Зачастую изнашивается мембрана карбюратора, перестает качать бензин в камеры.
Когда карбюратор выходит из строя, двигатель будет работать плохо в определенных условиях. Некоторые проблемы карбюраторных систем приводят к поломке двигателя, он не может нормально работать на холостом ходу без посторонней помощи (например, вытягивания подсоса или постоянной подгазовки). Наиболее распространенные проблемы проявляются в холодное время года, когда двигателю работать наиболее сложно. А карбюратор, который работает плохо на холодном двигателе, может функционировать нормально, когда тепло (это происходит из-за проблем с закоксовыванием каналов).
Стоит заметить, что карбюратор для мотоблока по своему составу такой же, как и автомобильный. Отличие в количестве элементов и их размерах. В некоторых случаях проблемы с карбюратором могут быть решены путем ручной регулировки смеси или частоты холостого хода. С этой целью смесь, как правило, регулируется путем поворота одного или нескольких винтов. На них закреплены игольчатые клапаны. Эти винты позволяют физически изменить положение игольчатых клапанов, а это приводит к тому, что количество топлива может быть уменьшено или увеличено (происходит обогащение смеси) в зависимости от конкретной ситуации.
Ремонт карбюратора
Многие проблемы карбюраторных систем могут быть решены путем внесения изменений или выполнения других исправлений без снятия устройства с двигателя. Чтобы отрегулировать карбюратор для мотоблока, нет необходимости его снимать. Но некоторые проблемы могут быть решены только с удалением устройства и его полным или частичным восстановлением. Операция восстановления карбюратора, как правило, включает в себя удаление блока, разборку его на части и очистку при помощи растворителя, разработанного специально для этой цели.
Ряд внутренних компонентов, уплотнений и других частей затем надо обязательно заменять перед монтажом. Только после тщательной обработки необходимо собрать карбюратор и установить на место. Чтобы провести качественное обслуживание, вам потребуется ремкомплект для карбюратора. Он включает в себя все самые важные элементы конструкции.
Итак, мы выяснили, что карбюратор - это буквально устройство, которое добавляет бензин (топливо) в воздух и подает эту смесь в камеры сгорания двигателя.
Сейчас все современные бензиновые двигатели комплектуются инжекторной системой питания. За счет того, что инжектор является более совершенным, то он практически вытеснил карбюратор на автотранспорте. Но по дорогам колесит еще большое количество автомобилей, двигатель которых оборудован карбюраторной системой.
Карбюратор — это основной узел такой системы, и главная его задача – приготовление топливовоздушной смеси в необходимой пропорции для последующей её подачи в камеры сгорания двигателя.
Всего имеется три вида карбюраторных систем, одна из которых – барботажная вовсе не используется, а две другие, включающие в конструкцию игольчато-мембранный и поплавковый карбюраторы вполне еще применимы и встретить их можно на самой разнообразной технике.
Из двух последних, на автотранспорте использовался только карбюратор поплавкового типа. Игольчато-мембранный же тип можно встретить на бензопилах, мотокосах и даже на авиатехнике.
Устройство и принцип работы карбюратора
Карбюратор поплавкового типа представляет собой единый узел, включенный в систему питания. За время использования такой системы на автомобилях было разработано большое количество карбюраторов, имеющие разные особенности по конструкции, но все они функционируют используя один принцип.
Что такое карбюратор? Простейший поплавковый карбюратор состоит из двух камер:
- поплавковой камеры;
- и смесительной.
В задачу первой входит дозирование топлива и поддержание его на определенном уровне. Благодаря этой камере обеспечивается стабильная подача бензина при разных условиях работы мотора.
Конструктивно она очень проста. Внутри устройства имеется поплавковая камера с помещенным в нее поплавком, связанным с клапаном игольчатого типа, который размещен в канале подачи бензина от бензонасоса. По мере расхода топлива поплавок опускается, а с ним и клапан, в результате канал открывается и бензин закачивается в полость. При закачке необходимого уровня поплавок вместе клапаном поднимается вверх и полностью перекрывает канал.
Видео: Устройство карбюратора (Специально для АВТОмладенцев)
Вторая камера обеспечивает смешивание топлива в проходящий воздушный поток. Для этого в ней установлен диффузор – специально суженый участок камеры. Благодаря этому диффузору, воздух, проходящий через него, значительно ускоряется.
Две эти камеры соединены между собой распылителем. Та его сторона которая установлена в поплавковой камере дополнительно оснащена топливным жиклером – специальной вставкой со сквозным отверстием определенного диаметра. Его задача – обеспечивать подачу строго определенного количества бензина. Второй конец распылителя выведен в диффузор.
Работает все так: на такте впуска в цилиндре двигателя поршень движется вниз, создавая разрежения. Из-за этого происходит всасывание воздуха через воздухозаборник с установленным в него фильтром. Этот заборник располагается на карбюраторе, поэтому поток проходит через смесительную камеру.
Движение воздуха при ускорении в диффузоре, обеспечивает образование разрежения в распылительной трубке, из-за чего топливо начинает из него вытекать и подмешиваться в проходящий поток.
Регулировка подаваемой смеси в цилиндры обеспечивается дроссельной заслонкой, которая установлена за диффузором. Путем перекрывания канала, по которому движется топливовоздушная смесь, регулируется скорость движения воздуха. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на акселератор.
Устройство карбюратора подразумевает еще одну заслонку – воздушную. Если дросселем регулируется подаваемое количество уже готовой смеси, то вторая заслонка перекрывает подачу воздуха. А поскольку в цилиндрах разрежение при работающем моторе все же создается, то смесь получается обогащенной, которая характеризуется повышенным содержанием топлива.
Что еще входит в конструкцию?
Но это упрощенная схема карбюратора. На деле же выясняется, что карбюратор состоит из большого числа деталей и все значительно сложнее, ведь двигатель во время эксплуатации работает в разных режимах, при этом для каждого из них необходима смесь соответствующего состава.
Поэтому современный карбюратор поплавкового типа имеет сложное устройство со значительным количеством каналов, вспомогательных систем и дополнительного оборудования. Все это позволяет карбюратору обеспечивать смесеобразование на любых режимах работы.
Поэтому в конструкции карбюратора, помимо двух камер, имеется:
- система пуска;
- главная дозирующая система;
- система холостого хода;
- насос ускорительный;
- экономайзер;
- эконостат;
Каждая из этих составляющих имеет свое назначение в устройстве карбюратора и обеспечивают подачу оптимальной по количеству и качеству смеси на любых режимах функционирования силового агрегата.
1. Система пуска
Система пуска обеспечивает подачу обогащенной смеси в цилиндры двигателя во время запуска мотора. Основным элементом этой системы является воздушная заслонка. В отечественных карбюраторах она имеет ручное управление (рукоятка подсоса, выведенная в салон). В зарубежных аналогах часто встречается автоматическая система пуска, которая самостоятельно регулирует степень открытия воздушной заслонки.
При этом система пуска конструктивно сделана так, чтобы предотвратить подачу переобогащенной смеси в цилиндры сразу после пуска мотора. Для этого привод заслонки сделан так, чтобы она имела возможность самостоятельно приоткрываться, обеспечивая обеднение смеси. К тому же она связана посредством системы тяг с дроссельной заслонкой, что позволяет карбюратору во время запуска и прогрева регулировать степень открытия этих заслонок.
2. Главная дозирующая система
Главная система дозировки обеспечивает основную подачу смеси в цилиндр при всех режимах работы мотора. Единственное, она не задействуется при работе двигателя в режиме холостого хода. Основная ее задача – подача необходимого количества смеси (несколько обедненной) в цилиндры двигателя. Для того, чтобы исключить переобогащение смеси в переходных режимах эта система осуществляет компенсацию недостающего количества воздуха путем подачи из распылителя не чистого бензина, а эмульсии, в которую уже подмешана часть воздуха. Для этого на большинстве карбюраторов топливо, перед попаданием в распылитель, проходит через специально проделанные эмульсионные колодца, где и осуществляется предварительное смешивание.
3. Система ХХ
Система холостого хода обеспечивает устойчивую работу силовой установки на малых оборотах, когда дроссельная заслонка полностью закрыта. Представляет она собой систему каналов по которым подается воздух и топливо под дроссельную заслонку. То есть, смесительная камера при таком режиме не задействуется, поскольку система ХХ изготавливает необходимое количество смеси и подает во впускной коллектор в обход ее. Дополнительно эта система включает в себя еще один канал – переходной, в задачу которого входит обеспечение поддержания стабильной работы мотора во время смены режима от ХХ до средних оборотов.
Ещё кое-что полезное для Вас:
Видео: Карбюратор ОЗОН. Диагностика и Ремонт
4. Ускорительный насос
Ускорительный насос обеспечивает подачу необходимого количества смеси при резком ускорении, когда главная дозирующая система не успевает обеспечить это, поскольку она обеспечивает нормальную подачу только при плавном открытии дроссельной заслонки. В задачу этого насоса входит кратковременное обогащение смеси, что позволяет избежать «провала» при ускорении. Для этого имеется специальный канал, перекрытый шариковыми клапанами и оснащенный мембраной, привод которой осуществляется от дросселя. При резком нажатии на акселератор, шарики приоткрывают канал, а мембрана выдавливает порцию эмульсии в специальный распылитель, установленный перед диффузором.
Экономайзер и эконостат
Экономайзер обеспечивает максимальный выход мощности от мотора, когда это необходимо. Достигается это подачей обогащенной смеси за счет подачи дополнительной порции эмульсии в основной распылитель в обход главной системы дозировки.
Эконостат позволяет двигателю выдавать максимальную мощность при высоких оборотах. Для этого данный элемент обеспечивает подачу и бензина непосредственно из поплавковой полости и распыление его перед диффузором.
Это основные элементы и системы карбюратора. Также в его конструкции используется поплавковая камера сбалансированного типа. Чтобы бензин в ней поддерживался на заданном уровне, в камере не должно образовываться разрежение и для этого ее соединяют с атмосферой. Сбалансированная же камера подразумевает объединение ее с горловиной карбюратора, что предотвращает попадание в нее загрязняющих веществ вместе с воздухом.
Обслуживание карбюратора
При своей сложной конструкции регулировок у карбюратора не так уж и много, и касаются они только системы холостого хода и уровня топлива в камере с поплавком.
Чтобы установить стабильную работу мотора на ХХ, имеются два специальных винта – количества (воздушный) и качества (топливный). Первый представляет собой упорный элемент, которым регулируется степень открытия дроссельной заслонки для поступления через зазор между ним и стенкой воздуха для создания смеси.
Второй винт – игольчатый, установлен в канал, по которому эмульсия попадает в задроссельный канал. Путем вкручивания и выкручивания изменяется сечение этого канала, и как следствие – количества подаваемой эмульсии.
Недостатком карбюратора является то, что у него имеется большое количество каналов и жиклеров небольшого сечения. Поэтому в процессе эксплуатации загрязняющие элементы, попадающие вместе с воздухом и бензином, оседают в них и закупоривают каналы и жиклеры.
Поэтому важно периодически проводить чистку узла. Сделать это можно вручную, с полной разборкой узла, промывкой и продувкой каналов.
Но последнее время появились специальные чистящие средства. Такие очистители представляют собой особую смесь, которая попадая в каналы обеспечивает отслоение и растворение отложение и смол в каналах, после чего они попадают в цилиндры вместе с топливом и сгорают. Но стоит отметить, что таким средством удается удалить только небольшие засорения. В случае большого количества отложений удалить их можно только вручную.
На автомобилях конца ХХ — начала ХХI веков на смену карбюраторам пришли инжекторные системы подачи топлива. Эти системы впрыска с микропроцессорным управлением способны в течении сотен тысяч километров пробега обеспечивать более точную, в сравнении с карбюратором, дозировку топлива во всех режимах работы мотора. А также сохранять параметры выхлопа двигателя в рамках актуальных экологических требований. Однако карбюраторы продолжают использоваться на мототехнике; различных вспомогательных, стационарных, генераторных, лодочных двигателях; на бензоинструменте (бензопила, газонокосилка и т.п.) Всё об устройстве, видах, принципе работы карбюраторов – в данной публикации.
Слово «карбюратор» имеет французское происхождение и произошло от слова carburation – смешивание. В этом и состоит предназначение данного ключевого узла системы питания двигателя внутреннего сгорания – в смешивании бензина с воздухом и подаче определённого количества данной смеси в рабочие полости цилиндров. Карбюратор – это механическое смешивающее и дозирующее устройство для ДВС. На смеси мельчайших капель горючего с воздухом, которую он образует и впрыскивает в цилиндры, и работает мотор.
Как только изобретатели второй половины XIX века начали пытаться оснастить технику двигателями, работающими на бензине и керосине, им пришлось учитывать, что воспламеняется это топливо только при участии воздуха. Более того, для эффективной работы двигателя надо ещё и смешать воздух с горючим в определённой пропорции.
Первый карбюратор изобрёл в 1876 году итальянец Луиджи Христофорис. В его устройстве топливо разогревалось, испарялось, и его пары смешивались с воздухом. Через год Даймлер и Майбах нашли более рациональное решение, применив принцип распыления топлива. Этот простой и эффективный принцип и лёг в основу всех последующих разработок.
Готлиб Даймлер на машине с личным шофёром.
До повсеместного распространения карбюраторов поплавкового типа применялось ещё два вида данных устройств: барботажные и мембранно-игольчатые карбюраторы.
Барботажные карбюраторы представляли собой бензобаки, внутри которых на небольшом расстоянии от поверхности топлива имелась глухая доска и два широких патрубка – один подаёт из атмосферы, и второй – отбирает топливно-воздушную смесь в двигатель. Воздух проходит под доской, над поверхностью горючего, насыщается его парами, и получается горючая смесь.
Это примитивная, но действенная конструкция. Дроссельная заслонка располагалась на моторе отдельно. Работа двигателя с барботажным карбюратором зависела от погоды на улице: степень испаряемости топлива изменялась, в зависимости от температуры окружающей среды. Часть топливно-воздушной смеси могла конденсироваться. Вся конструкция была довольно взрывоопасной и сложной в регулировании.
Мембранно-игольчатый карбюратор – это уже отдельное от бензобака законченное устройство. Оно состоит из нескольких камер, которые разделены мембранами и жёстко связаны между собой штоком.На этом штоке закреплена игла, запирающая седло клапана подачи топлива. Камеры соединены каналами со смесительной полостью, с одной стороны, и с топливным каналом – с другой.
Характеристики такого карбюратора определяются тарированными пружинами, на которые опираются мембраны. Это уже не примитивная, но достаточно простая конструкция, достоинством которой, кроме её простоты, является способность безотказно работать в любом положении и любых условиях. Такие карбюраторы стояли в первой половине ХХ века не только на автомобилях и мотоциклах, но и на самолётах с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.
Третий тип карбюраторов, который и стал в итоге основным во всём мировом автомобилестроении – это поплавковый карбюратор с жиклёрами. Поплавковый карбюратор, конструкция которого регулярно подвергалась усовершенствованиям, завоевал в итоге всеобщую популярность во всём мире. Он являлся очень универсальными устройством и мог быть установлен при помощи переходника на самые разнообразные модели автомобилей и мотоциклов.Его устройство и будет рассмотрено в следующих разделах этой публикации.
Последними этапами эволюции устройств карбюраторного впрыска стали поплавковые карбюраторы с электромагнитными клапанами, работающие под контролем электроники. В таких устройствах работало несколько электромагнитных клапанов, работу которых контролировало специальное устройство управления. К примеру,в японских карбюраторах «Хитачи» имелось пять электромагнитных клапанов, и заслонки управлялись электроникой.
Эти карбюраторы, последнего поколения данных устройств, ставились на автомобили «Ниссан» на рубеже 80-х и 90-х годов. Их сложность заключается в большом количестве вспомогательных устройств, отвечающих за стабилизацию работы карбюратора в различных режимах (резкий сброс газа, режим холостого хода в процессе простоя на автомобиле с автоматической КПП, выравнивание и стабилизацию оборотов мотора при запуске климатической установки, и т.п.). Соответственно, такой, «доведённый до совершенства» карбюратор был дополнен многочисленными вспомогательными устройствами: клапанами, биметаллическими пружинами, обогревателями и т.д.
Инжекторные системы впрыска были изобретены уже давно, но вначале они стоили дорого для массового автопроизводства. А вот появление и повсеместное внедрение в автоиндустрии доступных по цене микропроцессоров в итоге привело к тому, что необходимость в карбюраторе, даже в самом сложном, с электромагнитными клапанами и дополнительными устройствами, попросту исчезла. Все функции отдельных элементов карбюратора стал выполнять один-единственный электронный блок управления (ЭБУ), а в конструкции инжектора были найдены простые устройства исполнения.
Поплавковый карбюратор обеспечивает наиболее стабильные параметры топливно-воздушной смеси на выходе и обладает самыми высокими эксплуатационными качествами, по сравнению с предыдущими типами этих устройств. Кстати, ошибочным является утверждение о том, что инжектор однозначно экономичнее карбюратора. Хорошо настроенный поплавковый карбюратор обеспечивает схожие с инжектором показатели расхода горючего, однако, разумеется, он не настолько стабилен в работе.
Состоит поплавковый карбюратор из следующих основных элементов: поплавковая камера; поплавок; запорная игла поплавка, жиклёр; смесительная камера; распылитель; смесительная камера с диффузором – трубкой Вентури; дроссельная заслонка. В поплавковую камеру по специальной магистрали из бензобака подаётся топливо. Регулирование количества этого поданного бензина производится в камере при помощи двух взаимосвязанных элементов. Это поплавок и игла.
Принцип работы поплавкового карбюратора
Когда уровень горючего, по мере его расходования, в поплавковой камере снижается, то и поплавок опускается вместе с иглой. Эта опустившаяся игла открывает доступ для подачи в камеру следующей порции топлива. Когда же камера заполняется бензином на должный уровень, поплавок поднимается, а игла при этом одновременно перекрывает горючему доступ. Так этот поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень бензина в рабочей полости.
В поплавковой камере карбюратора имеется специальное балансировочное отверстие. Благодаря ему в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление. Практически во всех серийно выпускаемых карбюраторах, работающих с воздушными фильтрами, вместо роль данного отверстия выполняет балансировочный канал поплавковой камеры, который ведёт не в атмосферу, а в полость воздушного фильтра,либо в верхнюю часть смесительной камеры. При таком решении дросселирующее влияние фильтра отражается равномерно на всей газодинамике карбюратора, который становится балансированным.
Следующий ключевой элемент карбюратора – жиклёр – располагается внизу поплавковой камеры. Жиклёр работает в качестве калибратора, обеспечивая дозированную подачу топлива. Сквозь жиклёр горючее попадает в распылитель. Так происходит перемещение нужного количества горючего из поплавковой камеры в смесительную камеру. В смесительной камере происходит процесс приготовления рабочей топливно-воздушной смеси.
В смесительной камере расположены диффузор – трубка Вентури и впускной трубопровод, который распределит приготовленную топливную смесь по цилиндрам. Распылитель находится в самой узкой части диффузора, где скорость потока достигает максимума, а давление уменьшается до минимума. Под воздействием разности давлений бензин выбрасывается из распылителя, дробится и распыляется в струе воздуха, и, при перемешивании с ним, образует горючую топливно-воздушную смесь.
В последующем вместо одиночного диффузора в карбюраторах был использован двойной. Этот дополнительный диффузор имеет малые размеры и располагается концентрически в главном диффузоре. Вместо жидкого топлива в карбюраторах современной конструкции в распылитель подаётся не гомогенное жидкое топливо, а эмульсия из бензина и воздуха. При такой конструкции достигается более качественное распыление горючего.
Количество топливно-воздушной смеси, которая поступает для сгорания в цилиндры двигателя, регулируется дроссельной заслонкой.У горизонтальный карбюраторов вместо поворотной заслонки применён шибер – золотник.
Одним из важнейших факторов эффективной работы карбюратора является уровень топлива в поплавковой камере. От правильного уровня горючего зависит устойчивая работа двигателя на холостом ходу и на малых оборотах. Поскольку регулировка системы холостого хода фактически определяет правильную компенсацию состава ГДС, то от стабильности уровня топлива косвенно зависит работа и на всех прочих режимах.
Значение уровня бензина в камере заложена таким образом, чтобы при любых отклонениях устройства от вертикального положения не происходило бы самопроизвольного изливания горючего из распылителей в смесительную камеру. Для дополнительной компенсации приливно-отливных явлений, в более совершенных карбюраторах были предусмотрены дополнительные экономайзеры, а также спараллеленные поплавковые камеры, выполненные по бокам карбюратора и соединённые между собой поперечным каналом или специальной сообщающейся полостью. Поплавки в разных карбюраторах делали спаянными из штампованных латунных половинок, либо изготовленными из пластмассы.
Смесительная камера обеспечивает смешивание мельчайших капель бензина, этого «тумана», в проходящий воздушный поток. Эту функцию выполняет диффузор – специально суженый участок камеры. Благодаря данному диффузору воздух, проходящий сквозь него, значительно ускоряется.Движение воздуха при ускорении в диффузоре обеспечивает образование разрежения в распылительной трубке. Из-за этого бензин постоянно добавляется и подмешивается в проходящий поток.
Двигатель в ходе эксплуатации работает в различных режимах. Поэтому и топливно-воздушные смеси требуются разного состава, в том числе и с резким изменением содержания фракций бензиновых паров. Для приготовления смеси разных концентраций, оптимальных при разном режиме работы мотора, «продвинутые» карбюраторы снабжены дозирующими устройствами. Они вступают в работу, либо отключаются в разное время, либо работают одновременно, обеспечивая наиболее оптимальный для получения наилучшего сочетания мощности и экономичности состав смеси на всех режимах двигателя. Эти дозирующие системы основаны на пневматической компенсации состава топливно-воздушной смеси.
Экономайзеры и эконостаты являются дополнительными параллельными системами подачи топлива в смесительную камеру. Они обогащают топливно-воздушную смесь только при высоких уровнях вакуума (т.е. при близких к максимальным нагрузках), когда экономично сформированная смесь не может обеспечить потребностей двигателя. Экономайзеры снабжены принудительным управлением, пневматического или механического вида.
Эконостаты представляют собою просто трубки определённого сечения, в некоторых случаях – с эмульсионными каналами, выведенные в пространство смесительной камеры выше диффузора – в зону появления вакуума при максимальных нагрузках.
Система холостого хода
Система холостого хода, которой снабжались карбюраторы последних поколений, призвана обеспечивать устойчивую работу мотора на малых оборотах, когда дроссельная заслонка полностью закрыта. Это отдельные каналы, по которым воздух и бензин подаются под дроссельную заслонку. Смесительная камера в этом случае вовсе не задействуется, так как система холостого хода подаёт необходимое количество топливно-воздушной смеси во впускной коллектор в обход её.
Не насыщенность, а просто количество рабочей топливно-воздушной смеси, которое поступает в цилиндры двигателя, зависит от положения дроссельной заслонки. Эта заслонка напрямую связана с педалью газа в кабине. Знатокам старой ВАЗовской «классики» знакомо также ещё одно устройство для управления дроссельной заслонкой. Это «подсос» для холодного запуска мотора – рычаг механического «подсоса» топлива, в нижней части приборной панели. Если вытянуть «подсос» на себя, то заслонка прикрывается.
Тем самым ограничивается доступ воздуха и увеличивается уровень разрежения в смесительной камере карбюратора. Бензин из поплавковой камеры при повышенном разрежении вытягивается в смесительную камеру гораздо интенсивнее, а недостаточное количество поступившего воздуха делает возможным приготовление для мотора обогащенной рабочей смеси, более подходящей для запуска холодного двигателя.
Карбюраторы классифицируют:
- По направлению потока топливно-воздушной смеси – на вертикальные и горизонтальные.
- По способу регулировки сечения распылителя и образования разрежения – с постоянным разрежением (наиболее новые и прогрессивные карбюраторы европейского и японского производства); с постоянным сечением распылителя – все серийные карбюраторы до последних поколений этих устройств, в том числе и все массово выпускаемые в СССР; с золотниковым дросселированием – по большей части, горизонтальные карбюраторы для мотоциклов, в которых вместо дроссельной заслонки количество подаваемой смеси регулирует шибер-золотник.
- По количеству смесительных камер – на однокамерные и многокамерные. «Сдвоенные» карбюраторы есть смысл использовать, например, на моторах, где цилиндры достаточно далеко расположены друг от друга. Тогда каждая половина впрыскивает топливно-воздушную смесь только в «свои» цилиндры. Кроме «спараллеленных» двух- и четырёхкамерных карбюраторов, существовали также серийные трёхкамерные карбюраторы (например, «К-156» для 3102-й «Волги»). Параллельно работающими здесь были 1-я и 3-я смесительные камеры, они подавали смесь в 2-ю – «форкамеру».
К достоинствам карбюраторов следует отнести высокую гомогенность смеси на выходе; низкую стоимость и технологическую доступность при производстве;сравнительную простоту при обслуживании и ремонте, ремонтопригодность без необходимости специального оборудования. В отличие от инжектора, который требует электрического питания, работа карбюратора происходит исключительно за счёт энергии потока воздуха, всасываемого двигателем.
Эти плюсы относятся, разумеется, только к «классическим» карбюраторам. Устройства последнего поколения были уже очень сложными узлами с элементами электроники. Их производство требовало очень большой точности, а настройка – высокой технической подготовки и использования специального оборудования (пневмогидравлического стенда).
Карбюратор выносливее и эффективнее инжектора, если речь идёт об особо тяжёлых или даже экстремальных условиях работы. Он менее чувствителен к качеству топлива. Однако карбюратор более зависит от погодных условий и способен, в отличие от инжектора, преподнести неприятный сюрприз в условиях низких температур. В морозы в корпусе карбюратора может скопиться и замёрзнуть конденсат. А в сильную жару он перегревается, что приводит к интенсивному испарению топлива и падению мощности двигателя.
Основной же причиной вытеснения карбюратора из автомобильной системы питания стала невозможность обеспечить топливно-воздушную смесь индивидуального состава для каждой из вспышек. А инжекторная система с распределённым впрыском действует именно таким образом, стабильно обеспечивая экономичность и экологичность работы двигателя.