Процесс получения смеси воздуха с мелкораспыленным и частично испаренным бензином называется карбюрацией, а прибор, в котором происходит этот процесс - карбюратором. На поршневых двигателях устанавливаются карбюраторы пульверизационного типа; их принцип действия основан на том, что вследствие большой скорости воздуха (40-130 м/с), проходящего через смесообразующее устройство, струя бензина разбивается на мельчайшие частицы с образованием паро-воздушной горючей смеси.
Простейший карбюратор (рис.37) состоит из поплавковой камеры 7, жиклера 6, его распылителя 15, диффузора 16, смесительной камеры 17 и дроссельной заслонки 5. По топливопроводу 10 топливо из бака поступает в поплавковую камеру 7; с помощью поплавка 8 и игольчатого клапана 9 в ней поддерживается постоянный уровень топлива. Чтобы исключить подтекание топлива при неработающем двигателе, уровень топлива должен быть на 1,5-2 мм ниже среза распылителя.
Жиклер 6 имеет калиброванное отверстие, рассчитанное на истечение через распылитель 15 определенного количества топлива в диффузор 16. На истечение топлива через распылитель влияют не только размеры калиброванного отверстия жиклера и уровень топлива в поплавковой камере, но и перепад давлений, поэтому для поддержания атмосферного давления в поплавковой камере сделано отверстие 11.
В процессе рабочего цикла двигателя при такте впуска, когда поршень 1 движется вниз, в цилиндре 2 создается разрежение, которое через открытый впускной клапан 3 передается в газопровод 4. Под действием этого разрежения поток воздуха, пройдя воздухоочиститель 12 и полностью открытую воздушную заслонку 14, поступает в диффузор 16, имеющий в средней части сужение, что увеличивает скорость воздушного потока и, следовательно, разрежение у среза распылителя. Под действием разности давлений в смесительной и поплавковой камерах топливо вытекает из распылителя и вследствие большой скорости воздуха интенсивно размельчается, затем, испаряясь, смешивается с ним, образуя паровоздушную горючую смесь. Количество и качество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, регулируют изменением положения дроссельной заслонки. При пуске двигателя проводное сечение воздушного патрубка 13 уменьшают, частичным или полным закрытием воздушной заслонки, в результате чего увеличивается разрежение в смесительной камере, а следовательно, и количество топлива, поступающего в распылитель.
Рассмотренный простейший карбюратор с одним жиклером может обеспечить необходимый состав смеси лишь для одного определенного режима работы, но эксплуатационные режимы работы карбюраторных двигателей отличаются большим разнообразием, поэтому такой карбюратор практически непригоден для автомобильных двигателей. Однако по принципу элементарного карбюратора работают основные смесеобразующие системы и устройства современных карбюраторов. К таким системам и устройствам относятся система холостого хода, главная дозирующая система, экономайзер, ускорительный насос и пусковое устройство.
Система холостого хода предназначена для получения богатой горючей смеси с a= 0,6¸0,8, необходимой для устойчивой работы двигателя без нагрузки при малой частоте вращения коленчатого вала.
Главная дозирующая система служит для приготовления горючей смеси обедненного состава с a=1,05¸1,15 при малых и средних нагрузках. В эту систему входят устройства для компенсации (обеднения) состава горючей смеси пневматическим торможением топлива, регулированием разрежения в диффузоре и взаимодействием нескольких жиклеров.
Все эти устройства необходимы для получения экономичной работы двигателя при изменяющихся нагрузках и частотах вращения коленчатого вала.
Экономайзер обеспечивает дополнительную подачу топлива на режимах работы двигателя, близких к полной нагрузке, при открытии дроссельной заслонки более чем на 3/4. Это устройство позволяет получить максимальную мощность двигателя путем обогащения обедненной горючей смеси, поступающей из главного дозирующего устройства.
Ускорительный насос предназначен для кратковременного обогащения состава горючей смеси путем принудительной подачи дополнительного количества топлива при резком увеличении нагрузки.
Пусковое устройство служит для создания богатой горючей смеси (a= 0,4¸0,6), необходимой для пуска холодного двигателя. К этому устройству относится воздушная заслонка с автоматическим клапаном.
Принцип действия перечисленных выше смеседозирующих систем рассмотрим на примерах устройства и работы современных карбюраторов, устанавливаемых на двигателях грузовых и легковых автомобилей.
Спрашивается, зачем нам знать устройство карбюратора, ведь сегодня на каждом углу имеется станция техобслуживания, где всегда найдут поломку и своевременно ее устранят. Каждый читал в ПДД о неисправностях, с которыми нельзя двигаться вообще или же можно доехать до ближайшей СТО, а как определить, где на самом деле поломка и опасна ли она для перемещения? Вот поэтому и следует хотя бы на базовом уровне знать строение своего авто и основных его узлов.
Это устройство выполняет в двигателе две основные функции. Первая заключается в распылении и смешивании горючего с воздухом. Происходит данный процесс таким образом: в струю топлива под большим давлением вводится воздушная струя, из-за разности скоростей происходит распыление первого. Причем стоит четко разделять то, что карбюратор распыляет, а не испаряет горючее. Последнее же происходит уже в цилиндре двигателя и во впускном коллекторе.
Другой задачей карбюратора считается создание оптимального соотношения топливно-воздушной смеси, чтобы обеспечить эффективное сгорание. В основном, это соотношение равно 14,7 части воздуха к 1 части горючего. Однако оно меняется, так, например, для движения на высоких скоростях, разгона и запуска холодного движка необходима обогащенная смесь (менее 14,7:1). Для движения со средней скоростью или запуска уже теплого двигателя потребуется обедненная смесь (количество воздуха должно превышать 14,7 части). В целом, колеблются эти значения в пределах от 8:1 до 22:1.
Состоит этот узел авто из следующих элементов: поплавковая камера, дроссельная заслонка, жиклер с распылителем и диффузор. Схема карбюратора, вернее принцип его работы, выглядит примерно так. Топливо (из топливного бака) течет по специальному шлангу и попадает в поплавковую камеру, где находится латунный пустотелый поплавок, который при помощи запорной иглы и регулирует его количество. Но, как только вы заведете двигатель, горючее будет расходоваться, и соответственно его уровень опускается, вместе с поплавком и запорной иглой.
Таким образом, в поплавковой камере постоянно поддерживается одинаковый уровень бензина, что весьма важно для работы двигателя.
Далее в ход идут жиклеры, именно через них топливо из поплавковой камеры попадает в распылитель. Благодаря специальной воздушной подушке, в которой находится диффузор, в цилиндр также попадает и наружный воздух. Для того чтобы скорость подачи воздуха была максимальной, распылитель располагают в наиболее узкой части диффузора. Дроссельные заслонки регулируют количество топлива, которое попадает в цилиндр. В автомобилях дроссельные заслонки приводятся в движение при помощи ножного привода, в мотоциклах – за счет ручного.
Так как карбюратор непосредственно связан с двигателем автомобиля, то и любые проблемы, возникшие с ним, могут нанести значительный урон вашему «железному коню». Абсолютно все его неполадки отражаются на работе двигателя. В некоторых случаях он вообще отказывается работать, в других – работает плохо. Ниже приведены основные неполадки, которые могут возникнуть в карбюраторе и их характерные признаки:
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 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.
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.
Сегодня на автодорогах преобладают автомобили, двигатели которых оснащены инжекторной системой питания. При этом благодаря высокому уровню надёжности машин производства 80х-90х годов ещё можно встретить немало старожилов, что оборудованы карбюратором. Им то и комплектовались все моторы, поскольку сам силовой агрегат не приспособлен создавать топливовоздушную смесь, сгорающую в камере. Карбюраторы сыграли важнейшую роль в развитии автомобилестроения и претерпели множество преобразований, совершенствуясь на протяжении века их использования, но в результате им пришлось потесниться в пользу более функциональных инжекторных систем подачи топлива в ДВС, получивших массовое распространение на рубеже XX – XXI веков. Несмотря на то, что сейчас механизмы мало популярны, они не преданы забвению и продолжают использоваться на двигателях мототехники, стационарных, генераторных, лодочных и прочих агрегатах технических устройств.
Не каждый новоиспечённый автовладелец знает, как выглядит карбюратор, да и вообще, что это такое и в чём его предназначение, а ведь в прошлом изобретение позволило продвинуться далеко вперёд в области автомобилестроения, и увеличив производительность ДВС.
Карбюратор является узлом системы питания ДВС, приготавливающим методом смешивания (карбюрации) топлива с кислородом горючую смесь и дозирующим её поступление в цилиндры мотора, где далее и происходит воспламенение.
Простыми словами, для процесса сжигания необходимо создание топливовоздушной смеси в определённых пропорциях, а карбюратор дозирует необходимое количество поступающего воздуха и жидкости. «Передозировка» горючего либо напротив, чересчур бедная смесь спровоцируют неполадки в устройстве силового агрегата.
Благодаря созданию простейшего механизма карбюратора проблема приготовления правильной смеси была решена. Как правило, навесное оборудование находится сверху двигателя и широко применяется на различных типах моторов.
Эволюция от громоздкой плохо регулируемой конструкции к более совершенному устройству позволила массово применять механизм на серийных автомобилях. Последним витком развития карбюраторного впрыска стали механизмы, работающие под контролем электроники. Они включают несколько электромагнитных клапанов, функционирующих с помощью электронного устройства управления.
Существует три основных разновидности карбюраторов:
Мембранно-игольчатый механизм включает несколько камер, отделяющихся мембранами, которые крепко фиксируются штоком, один из его концов являет собой иглу, при функционировании устройства запирающую клапан топливоподачи.
Поплавковый карбюратор многолик в своём исполнении, основу устройства представляет поплавковая камера, отвечающая за приток горючего и смесительная камера, формирующая смесь для воспламенения. Механизм включает множество дозирующих систем, в которых присутствуют соответствующие элементы для нормирования, топливные и воздушные каналы. Этот вид устройств завоевал всеобщую любовь, и наибольшее распространение ввиду лучших показателей образовывающейся смеси и обеспечения .
Ответ на вопрос, зачем нужен карбюратор, уже заключён в определении механизма. Его задача состоит в создании топливовоздушной смеси. Рассмотрим подробнее, что делает карбюратор, коим комплектуется ДВС на автомобилях. Горючее, заливаемое в двигатель авто, не воспламеняется от искры, для реакции обязательно наличие кислорода. Так, оснащение карбюратором (на актуальных автомобильных моторах инжектором) позволяет подавать в цилиндры мелкодисперсную топливовоздушную смесь, легко воспламеняющуюся от искры.
Смешивание обязательно должно происходить в определённых пропорциях, отличающихся в зависимости от режима работы мотора. Снижение объёма воздуха, т.е. обогащение состава, приводит к потере способности заряда к возгоранию, и неисправности цилиндров, уже при соотношении 1:5 чрезмерно обогащённая смесь уже не возгорается от искры. В обратной ситуации, где наблюдается переизбыток кислорода, говорят об обеднении заряда. Функционирование на обеднённой смеси снижает производительность мотора, и последствия регулярного её применения достаточно серьёзны, при чрезмерном обеднении, когда соотношение доходит до значений 1:21 воспламенения не происходит. Нередко наблюдаются белый налёт на свечах, пропуски зажигания, прогар клапанов, деформация поршней и прочие неприятности. Найти баланс пропорций на разных режимах работы мотора очень важно, так от нагрузок на агрегат будет зависеть и соотношения горючего к воздуху.
С конца XIX века карбюраторы служат для создания правильной смеси, они претерпели множество изменений на протяжении XX столетия, но прогресс не стоит на месте и сегодня на смену карбюраторных механизмов пришли более совершенные и надёжные инжекторы. Чипсеты или системы независимого впрыска топливовоздушной смеси находятся под управлением бортового компьютера. Они обуславливают более чёткую, чем карбюратор дозировку горючего в разных режимах функционирования двигателя, а кроме того показатели выхлопа соответствуют требованиям экологических стандартов.
Карбюраторы отличаются по модификации, производителю, а также ступени эволюции, но в целом функционируют по тому же принципу. Чтобы понять, как устроен механизм, рассмотрим пример простейшего поплавкового устройства, не обременённого множеством дополнительных элементов. Основные составляющие карбюратора – это поплавковая и смесительная камеры. Разберём, из чего ещё состоит карбюратор:
Задача поплавковой камеры в том, чтобы дозировать горючее и поддерживать его уровень в системе, обеспечивая стабильную топливоподачу при различных, в т. ч. и экстремальных нагрузках. Внутри узла есть полость, куда помещён поплавок, связанный с игольчатым клапаном. Когда топливо расходуется поплавок, а также клапан опускаются, что открывает канал для поступления топлива, но как только нужный объём поступил в камеру, поплавок с клапаном поднимаются, перекрывая путь потоку жидкости. Так поддерживается стабильный уровень горючего.
Смесительная камера, что следует из наименования, занимается смешиванием топлива и воздуха, быстро поступающего через диффузор, суженный участок узла.
Между камерами связующим звеном является распылитель. Один конец снабжён жиклёром, имеющим сквозное отверстие и обеспечивающим поступление горючего в определённых дозировках, второй конец выведен в диффузор.
Как работает карбюратор:
Конечно, это не всё, из чего . Модели последнего поколения, кроме основных элементов, имели множество вспомогательных устройств и работали под управлением электроники. Сейчас карбюраторный впрыск используется на двигателях для спецтехники, поскольку оснащение инжекторами в данном случае нецелесообразно ввиду их неприспособленности к тяжёлым эксплуатационным условиям. Если механический карбюратор неприхотлив на этот счёт, его легко почистить при надобности, то электронные системы впрыска достаточно капризны и сильно подвержены негативному влиянию влаги и грязи, к тому же форсунки инжектора привередливы к качеству используемого топлива.
Механизм карбюраторной системы включает дроссельную заслонку, регулирующую поступление воздуха. От того, в каком положении она находится и зависит объём смеси, поставляемой в цилиндры, потому характером конструкции предусмотрена связь с педалью газа, чтобы при нажатии подавалось больше воздуха и топлива.
Для запуска силового агрегата на холодную требуется обогащённая смесь, для получения которой требуется большего объёма горючего, чем в стандартном режиме. Раньше часть автомобилей снабжались ручкой управления заслонкой на приборной панели (в народе «подсос»), облегчающей задачу водителю. При вытягивании рычага заслонка прикрывается, ограничивая подачу воздуха в смесительную камеру, что создаёт разрежение, топлива затягивается больше, в результате чего и образуется обогащённая смесь, что и требуется для пуска двигателя при минусовых температурах за бортом. Ручку управления пусковым устройством карбюратора после запуска и прогрева мотора возвращают в прежнее положение, а заслонка управляется стандартно.
У большей части машин с карбюраторной системой подачи топлива данный элемент для создания более насыщенной топливовоздушной смеси отсутствует. Многие производители автоматизировали процесс, что избавило от необходимости тянуть на себя ручку управления для холодного пуска мотора.
Механические карбюраторы имеют немало достоинств, и тот факт, что их перестали применять на современных автомобилях, оправдан не столько экономией, ведь хорошо отрегулированный механизм не менее экономичен, чем инжектор, сколько низким уровнем экологичности, которой в последнее время уделяют максимум внимания при разработках. Карбюраторы неспособны обеспечить индивидуальную смесь для каждой вспышки, тогда как инжекторные системы выполняющие распределённый впрыск, функционируют именно так. При этом положительные стороны карбюратора являются слабыми местами инжектора, так что совершенствовать конструкции ещё предстоит.
Преимущества карбюраторов:
Карбюраторы имеют и недостатки:
Несмотря на активное вытеснение карбюраторов с рынка, многие старые автомобили, оснащённые карбюраторной системой ещё вполне себе живы и продолжают колесить по отечественным дорогам. К тому же для огромного числа устройств ещё долго будут актуальны двигатели с карбюраторным впрыском.
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.
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.
