Устройство и работа простейшего карбюратора
Устройство
Простейший карбюратор состоит из двух основных частей: смесеобразующего устройства и поплавковой камеры. В смесеобразующем устройстве происходит приготовление горючей смеси, а поплавковая камера является резервуаром, откуда топливо подается для смешения с воздухом.
Смесеобразующее устройство карбюратора имеет входной воздушный патрубок, диффузор, смесительную камеру, дроссельную заслонку, выходной патрубок. Выходной патрубок обычно заканчивается фланцем, которым карбюратор крепится к впускному трубопроводу двигателя.
На входном патрубке устанавливают шланг для подвода воздуха или непосредственно воздушный фильтр. Диффузор является местным уменьшением сечения смесеобразующего устройства. Благодаря диффузору улучшаются условия распыливания топлива, так как при работе двигателя в самом узком сечении диффузора создается максимальная скорость воздушного потока. В этом месте устанавливают распылитель, представляющий собой трубку, выведенную в диффузор. Через распылитель происходит истечение и распыление топлива.
Поплавковая камера содержит поплавковый механизм, состоящий из поплавка и игольчатого клапана. Поплавок закреплен шарнирно на стенке поплавковой камеры. На рычаг поплавка опирается запорная игла игольчатого клапана.
При подаче топлива через штуцер в поплавковую камеру поплавок всплывает и своим рычагом поднимает запорную иглу, закрывая игольчатый клапан. Как только уровень топлива в поплавковой камере достигнет заданного предела, игольчатый клапан закроется полностью и поступление топлива в камеру прекратится. При расходовании топлива из поплавковой камеры поплавок опускается и приоткрывает игольчатый клапан. В поплавковую камеру вновь начинает поступать топливо до момента достижения заданного уровня. Таким образом, поплавковая камера с помощью поплавкового механизма обеспечивает поддержание заданного уровня топлива при всех режимах работы двигателя.
В нижней части поплавковой камеры располагают главный жиклер. Его основное назначение состоит в дозировании топлива для получения горючей смеси нужного состава. Жиклер представляет собой пробку с центральным калиброванным отверстием. Диаметр калиброванного отверстия жиклера выбирается в зависимости от требуемого расхода топлива. Большое значение для образования горючих смесей имеет также длина калиброванного отверстия жиклера, углы входных и выходных фасок, диаметры каналов в теле жиклера. Главный жиклер может быть установлен в нижней или верхней части распылителя.
Работа
При вращении коленчатого вала двигателя во время тактов впуска и при открытой дроссельной заслонке через смесительную камеру карбюратора проходит воздух. Внутри диффузора скорость потока воздуха значительно возрастает, и на выходе рыспылителя создается разрежение. При этом в поплавковой камере вследствие наличия отверстия давление остается равным атмосферному. Из-за разности давлений в поплавковой камере и в распылителе топливо начинает перетекать через главный жиклер и распылитель в виде фонтанчика, попадая в горловину диффузора. Здесь струя поступающего воздуха дробит вытекающее топливо на мелкие капельки, которые перемешиваются с воздухом, испаряются и образуют горючую смесь.
Образование горючей смеси в смесительной камере карбюратора происходит не в полном объеме. Часть топлива в виде капелек не успевает испариться и перемешаться с воздухом. Неиспарив-шиеся капельки топлива движутся в потоке воздуха и оседают на стенках смесительной камеры и впускного трубопровода. Топливо, осевшее на стенки, образует пленку, которая движется с малой скоростью. Чтобы испарить пленку топлива, впускной трубопровод при работе двигателя подогревается. Чаще всего используется жидкостный подогрев (от системы охлаждения двигателя) или подогрев теплом отработавших газов. Таким образом, можно считать, что образование горючей смеси заканчивается в конце впускного трубопровода двигателя.
Из мелко распыленного топлива и воздуха, происходящий вне цилиндров , называется карбюрацией, а прибор, в котором происходит приготовление горючей смеси определенного состава в зависимости от режима работы двигателя , называется карбюратором .
Простейший карбюратор состоит из
воздушного патрубка, поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном, смесительной камеры, диффузора, главного дозирующего устройства — распылителя и топливного жиклера, дроссельной заслонки.
Поплавковая камера
служит для поддержания постоянного уровня топлива у распылителя (1,5—2 мм).
В смесительной камере
происходит смешивание паров топлива с воздухом, образуется топливовоздушная смесь.
Распылитель
(тонкая трубка) служит для подачи топлива в центр смесительной камеры.
Жиклер
(калиброванное отверстие) дозирует количество топлива, проходящего к распылителю.
Впускная система карбюраторного двигателя
1 — трубопровод; 2 — отверстие в поплавковой камере; 3 — диффузор; 4 — распылитель; 5 — дроссельная заслонка; 6 — смесительная камера; 7 — жиклер; 8 — поплавковая камера; 9 — поплавок; 10 — игольчатый клапан.
Диффузор (короткий патрубок, суженный внутри) увеличивает скорость воздушного потока в центре смесительной камеры, чем достигается увеличение разряжения у носика распылителя.
Дроссельная заслонка регулирует количество горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, уменьшая или увеличивая проходное сечение смесительной камеры.
Работает следующим образом. При такте впуска, из-за создаваемого поршнем разрежения, воздух через воздушный патрубок поступает в диффузор. В диффузоре скорость воздуха, а следовательно, и разряжение увеличиваются. Под действием перепада давлений между поплавковой камерой и диффузором топливо через жиклер распылителя поступает в диффузор, подхватывается потоком воздуха, распыляется и испаряется, образуя топливовоздушную смесь. Из смесительной камеры горючая смесь по впускному трубопроводу поступает в цилиндры двигателя . По мере открытия дроссельной заслонки скорость потока воздуха и разряжение в диффузоре возрастают, что увеличивает расход топлива. Однако необходимого повышения расхода топлива не происходит, горючая смесь обогащается. При работе двигателя на различных режимах простейший карбюратор не может обеспечить горючую смесь постоянного состава.
Современные двигатели используют управляемую электроникой систему, которая называется впрыском топлива (или ), который должен регулировать топливно-воздушную смесь ровно с той минуты, как Вы повернёте ключ и до того времени, когда Вы выключаете двигатель, когда доедете до места назначения. Но пока эти умные гаджеты не были изобретены, практически все двигатели опирались на гениальное устройство по регулированию воздушно-топливной смеси, называемой карбюраторами. Ведь то, сколько именно топлива и воздуха поступает в двигатель, должно изменяться от момента к моменту, в зависимости от того, как быстро Вы едете и множества других факторов. И именно регулированием этого соотношения занимается карбюратор. Давайте поближе взглянем на то, что это такое, как устроен и как работает карбюратор!
Если Вы читали статью о том, как работает двигатель внутреннего сгорания , то Вы знаете, что их работа основана не только на физических механических процессах, но и химических тоже: их работа построена вокруг химической реакции под названием "сгорание", когда Вы сжигаете топливо в окружении воздуха, и, таким образом, превращаете тепловую энергию в механическую, а смесь из топлива и воздуха превращаете не без огромной помощи каталитического нейтрализатора в углекислый газ и воду в качестве выхлопных газов. Но для эффективного сжигания топлива Вы должны использовать много воздуха. Это относится не только к автомобильному двигателю, но и ко всем другим процессам горения: к восковой свече, открытому костру и даже пожару в каком-либо доме.
Так выглядит современный многокомпонентный карбюратор
И да, в случае с костром Вам никогда не придётся беспокоиться о том, что слишком много или слишком мало воздуха поступает в него для его оптимального горения. В случае с пожаром в помещении, напротив, отсутствие воздуха имеет гораздо более важное значение. Кстати, цвет огня покажет Вам, достаточно ли ему кислорода - так, синий цвет огня означает, что он пресыщен кислородом, а красный цвет сигнализирует о его недостатке. Нужно знать, что для двигателя вредно как слишком малое количество воздуха в топливо-воздушной смеси, так и слишком большое его количество.
Что такое карбюратор?
Вот почему бензиновые двигатели спроектированы так, чтобы в цилиндры подавалось всегда нужное количество воздуха, чтобы топливо сгорало должным образом и целиком. Получение правильной топливно-воздушной смеси в каждый нужный определённый момент - это результат работы карбюратора, который представляет собой довольно простую конструкцию: трубку, которая позволяет воздуху и топливу поступать в двигатель через клапаны, смешивая их вместе в различных количествах, чтобы удовлетворить широкий спектр различных дорожных условий. Карбюраторы были придуманы примерно в конце 19-го века, когда они были впервые разработаны автомобильным "пионером" (и учредителем компании Mercedes) Карлом Бенцем (1844-1929). А карбюратор на самом первом мотоцикле Harley Davidson был выполнен из консервной банки - видите, мы не шутим, когда говорим, что карбюратор - это очень простая вещь.
Как карбюратор работает?
Карбюраторы немного отличаются по дизайну и сложности между собой в зависимости от конкретного производителя, применяемости в конкретном автомобиле и, конечно же, развития своего производства (ведь карбюраторы устанавливались на машины в течение почти века).
Простейшим (причём, существующим) карбюратором, по существу, является большая вертикальная трубка с потоком воздуха над цилиндрами двигателя со второй горизонтальной трубкой, соединённой с первой с одной стороны и с каналом подачи топлива на другой стороне - посмотрите на рисунок выше. В то время как воздух проходит вниз по первой трубке, он проходит через участок в этой трубке, который значительно уже всей трубки (примерно посередине этой трубки), что заставляет его ускориться и уменьшает его давление. Такой эффект имеет своё научное название - эффект Вентури. Падение давления воздуха создаёт всасывающее действие, и в камеру теперь всасывается топливо.
Воздушный поток заставляет топливо присоединиться к нему, и это именно то, что нам нужно, не правда ли? Но как мы можем регулировать воздушно-топливную смесь? Карбюратор имеет два поворотных клапана выше и ниже показанной на нашем рисунке трубки Вентури. В верхней части находится клапан под названием дроссель , который регулирует то, сколько воздуха может проникать в трубку. Если дроссель закрыт, то поступает очень мало воздуха вниз по трубке, а за счёт эффекта Вентури засасывается больше топлива, так что двигатель получает обогащённую топливную смесь. Это удобно, когда двигатель холодный при первом его запуске и работает довольно медленно.
Внизу нашей трубки - уже ниже её сужения - есть второй клапан, который называется дроссельная заслонка . Чем более открыта дроссельная заслонка, тем больше воздуха проходит через карбюратор и больше топлива он увлекает за собой непосредственно в цилиндры. А большое количество топлива и воздуха, проходящего в двигатель, даёт больше энергии и больше мощности нашему двигателю, и в конечном итоге наша машина едет быстрее. То есть именно открытие дроссельной заслонки заставляет автомобиль ускориться. Дроссель подключен к педали акселератора в автомобиле (или ручке акселератора на руле мотоцикла).
Между тем, в том месте, где топливо входит в вертикальную трубку, устройство карбюратора немного сложнее, чем мы описали его выше. В качестве дополнения к топливной магистрали есть своего рода мини-топливный бак под названием поплавковая камера (маленький бачок с поплавком и игольчатым клапаном внутри). В то время как топливо из поплавковой камеры поступает в карбюратор, логично, что уровень топлива в камере опускается. Внутри камеры поверх топлива плавает специальный поплавок, который падает вместе с уровнем топлива. Когда поплавок опускается ниже определенного уровня, открывается игольчатый клапан, позволяя камере пополнить запасы топлива. После того, как камера снова заполнится топливом, поплавок поднимается и закрывает клапан, в результате чего подача топлива снова отключается. Если Вы видели, как работает сливной бачок унитаза, то, в общем-то, это тот же принцип работы: когда Вы смываете воду из унитаза, бачок опустошается и поплавок опускается вниз, сгибая рачаг, который открывает поступление воды в бачок; а когда бачок снова наполняется до определённого уровня водой, то поднятый поплавок вновь закрывает доступ воды - таким образом, если кто-то Вас спросит, что общего между двигателем и унитазом, Вы знаете, что ответить!
Давайте теперь представим, как работает простейший карбюратор во всех его компонентах:
- Воздух поступает в верхнюю часть карбюратора из воздухозаборника автомобиля, предварительно очищаясь воздушным фильтром автомобиля.
- Когда двигатель запускается в первый раз, дроссель (синий) может быть установлен так, что почти блокирует верхнюю часть трубки, чтобы уменьшить количество воздуха, поступающего в неё (что даёт большее содержание топлива в топливо-воздушной смеси, поступающей в цилиндры).
- В центре трубки воздух проходит через узкую щель под названием Вентури. Это заставляет его его ускориться и вызывает падение его давления.
- Падение давления, в свою очередь, создаёт эффект всасывания на топливопроводе (справа), и топливо (оранжевое) попросту втягивается в трубку.
- Дроссельная заслонка (зелёная) умеет поворачиваться, чтобы открыть или закрыть трубку. Когда дроссельная заслонка открыта, большое количество воздуха и топлива поступает в цилиндры, и двигатель производит больше мощности, и машина в результате едет быстрее.
- Смесь воздуха и топлива поступает в цилиндры.
- Топливо (оранжевое) подаётся из мини-топливного бака под названием поплавковая камера .
- Когда уровень топлива падает, поплавок в камере падает вместе в ним и открывает клапан в верхней части.
- Когда этот клапан открывается, топливо поступает в поплавковую камеру из основного бензобака. Это вновь заставляет топливо вместе с поплавком подниматься и на определённом уровне поднятия поплавок этот закрывает клапан и перекрывает подачу топлива.
Регулировка карбюратора
На самом деле карбюратор работает "нормально" на полном газу. В этом случае дроссельная заслонка параллельна длине трубки, что позволяет максимальному количеству воздуха проходить через карбюратор. Если дроссель закрыт, то поток воздуха создаёт хороший вакуум в трубке Вентури и этот вакуум втягивает дозированное количество топлива через специальное сопло. Вы можете увидеть пару винтов на карбюраторе на фото ниже. Один из этих винтов (с маркировкой "Hi") контролирует, сколько топлива поступает в трубку Вентури на полном газу.
Когда двигатель работает на холостом ходу, дроссель почти закрыт, и это создаёт почти вакуум в трубке. Такой вакуум отлично втягивает в себя топливо через крошечное отверстие, называемое жиклёром . Другой винт из пары обозначен "L" и регулирует количество топлива, которое протекает через жиклёр.
Оба этих винта представляют собой просто игольчатые клапаны. Поворачивая их, Вы регулируете, сколько топлива будет поступать в камеру карбюратора в тех или иных обстоятельствах. Когда Вы регулируете их, Вы напрямую контролируете, сколько топлива проходит через жиклёры и основную трубку.
Для классических моделей ВАЗ устройство карбюратора является актуальным вопросом. Ведь от качества сформированной топливной смеси зависит работоспособность и долговечность большинства автомобильных систем.
Ремонт или профилактические работы с карбюратором можно проводить самостоятельно. В большинстве случаев для этого достаточно будет гаражных условий. Однако, перед тем как вмешиваться в конструкцию устройства, стоит узнать его принцип работы и устройство.
В современных карбюраторах установлено большое количество систем с разветвленными каналами и системами рычажных передач. При быстром визуальном осмотре не всегда становится понятно их назначение. Проще выяснять работу отдельных элементов поблоково, а также разобрать принцип работы карбюратора на основе простейшего представителя семейства.
Устройство простого карбюратора
Основной задачей карбюратора является смешивание внутри воздушного потока с бензином в определенных пропорциях. Затем все это подается в камеру сгорания в блоке цилиндров, где во время рабочего хода поршня состав сгорает. Высвобождаемая энергия толкает поршень, закрепленный на коленвале, и таким образом энергия взрыва топлива преобразуется в механическую энергию вращения.
Для осуществления процесса карбюратор соединен с топливным насосом, воздухоподающей системой и впускными патрубками блока цилиндров. В простейшем устройстве есть только две камеры: смесительная и поплавковая. Формирование смеси происходит на всем промежутке от всасывания воздуха до впрыска в камеру.
Сначала бензин распыляется в смесительной камере. Это осуществляется с помощью трубки-распылителя, выведенной в диффузор (сужающийся канал). Скорость подачи в нем растет, формируя разряжение. За счет такого вакуума всасывается бензин из диффузора, перемешиваясь с воздухом.
Через канал, связанный с поплавковой камерой, поступает топливо. Внутри канала зафиксирован ограничивающий жиклер (цилиндр с небольшим отверстием вдоль оси), который дозирует подачу бензина из поплавковой камеры.
Важным параметром является уровень бензина внутри поплавковой камеры. Есть три варианта:
- уровень топлива в срез канала даст оптимальное количество топлива в систему;
- низкий уровень сформирует обедненную смесь;
- высокий уровень зальет лишнее топливо в канал.
Уровень топлива контролируется с помощью поплавкового механизма и игольчатого клапана.
Регулировать обогащенность смеси в карбюраторе помогает воздушная заслонка. Если она начинает закрываться, то происходит переобогащение смеси, что вызовет в конечном счете остановку мотора.
Чтобы контролировать подачу готовой смеси в цилиндры силовой установки, устройство оснащено дроссельной заслонкой. При открытии обеих заслонок сопротивления воздушному потоку практически нет.
Видим, как работает карбюратор с простейшим устройством. У него состав смеси сформируется оптимальным лишь при узком интервале оборотов в минуту.
Основные системы карбюратора
Реальная работа карбюратора включает большее количество систем, отвечающих за работоспособность. Рассмотрим основные.
Система холостого хода
Эта система отвечает за обеспечение топливом мотора во время простоя главной дозирующей системы. За счет нее происходит работа силовой установки на низких оборотах. С помощью регулировочных винтов корректируется пропорция топлива и воздуха на холостых оборотах. Новые автомобили, производители которых контролируют загрязненность выхлопов, идут с опломбированным регулировочным винтом. Заблуждением является то, что данная коррекция состава смеси приводит к изменению выхлопов на всех оборотах.
Переходная система
Задачей данного блока является обеспечение переходного режима после прекращения холостого хода и до начала запуска главной дозирующей системы. Часто в конструкции заметны каналы данной системы, которые расположены у пластин дроссельной заслонки. Через такие отверстия осуществляется синхронная подача бензина вместе с открытием дроссельной заслонки.
Главная дозирующая система
Ее функции заключаются в дозировании топлива при работе на средних скоростях. В ее составе диффузор, топливные жиклеры и главный распределитель. Внутри нее воздух диффузирует с топливом до формирования насыщенного тумана. Степень насыщенности контролируется с помощью регулировок главного топливного жиклера.
Экспериментируя с разными жиклерами, водитель может получать смесь разного уровня от самой обедненной до перенасыщенной. На это влияет диаметр отверстия.
Экономайзеры
Если мотор работает с нагрузкой, то ему необходима более насыщенная топливная смесь, чем в то моменты, когда движение происходит без нагрузки. Подачу дополнительных порций бензина в смесь обеспечивают экономайзеры. Это происходит во время полного открытия дроссельной заслонки. Есть различные типы этой системы. Чаще всего встречаются экономайзеры диафрагменного типа и калибровочные стержни.
Карбюратор , часто называемый «карб » – часть системы питания автомобильного двигателя, где образуются определенные соединения при смешивании воздуха и топлива. В дальнейшем эта топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания. Данный элемент в совокупности с – является регулировщиком топлива, благодаря чему полученная смесь может быть обогащенной либо обедненной. Стехиометрическое состояние данного топливного компонента достигается при соотношении 1 г. бензина на 14,7 г. воздуха, а для запуска холодного двигателя требуется соотношение 10 к 1.
Всего существует три вида карбюраторов:
- Барботажный (уже не используется).
- Мембранно-игольчатый – узел состоит из нескольких камер, разделённых мембранами и связанных штоком на конце которого находится игла закрывающая/открывающая подачу топлива.
- Поплавковый – существует в многих модификациях современных карбюраторов и имеет широкое применение.
Составляющие карбюраторной системы автомобиля
Устройство карбюратора в тривиальном варианте:
Устройство карбюратора
- поплавковая и смесительная камеры
- поплавок с запирающим клапаном игольчатого типа
- распылительная и диффузная системы
- бензиновые и воздушные каналы с
- аэро- и дроссельные заслонки
Поплавковая камера необходима для поддержки постоянного уровня бензина. Воздушной заслонкой заводится холостой двигатель автомобиля, обогащая топливовоздушную систему. Системой холостого хода обеспечивается подача бензина, когда не функционирует основная дозирующая система. Специальными винтами регулируется соотношение в карбюраторе топливо/воздух.
Ускорительный насос подает дополнительное количества топлива – резко открываются дроссельные заслонки, чтобы можно было предупредить остановку мотора и избежать сбоев в эксплуатации мотора во время разгона автомобиля.
Переходная система отвечает за переходный режим между основной дозирующей системой и автомобильным холостым ходом.
Система холостого хода обеспечивает подачу нужного количества топлива в цилиндры двигателя при работе без нагрузки (на холостом ходу).
Главная дозирующая система обеспечивает увеличения мощности двигателя за счет большей подачи топливно-воздушной смеси во время движения автомобиля.
Устройство карбюратора