Устройство карбюратора
Существуют карбюраторы нескольких типов конструкций. На разные модели двигателей в разные историко-технические отрезки времени, производители ставили барботажные (испарительные), мембранные, поплавковые всасывающие и иные типы карбюраторов, включая и карбюраторы гибридных конструкций, объединяющие в себе перечисленные выше виды. На двигателях современных автомобилей большей частью прижились поплавковые всасывающие карбюраторы, представляющие собой довольно сложные приборы, часто имеющие большое число прецензионных деталей (деталей, изготовленных и собранных с особой точностью) и состоящие из нескольких, в той или иной степени автономных систем и механизмов, каждая из которых обеспечивает работу двигателя в определённом режиме.
Чтобы лучше понять принцип работы карбюратора и разобраться в протекающих в нём процессах, рассмотрим как устроен простейший карбюратор.
Устройство и работа простейшего карбюратора
Простейший карбюратор состоит из: А) поплавкового механизма с поплавковой камерой , поплавком шарнирно подвешенным на оси и игольчатым (запорным) клапаном ; Б) топливной дозирующей системы с топливным жиклёром , расположенным у дна поплавковой камеры и распылителем топлива ; В) смесительной камеры с диффузорами , дроссельной заслонкой и воздушной заслонкой . Смесительная камера карбюратора через впускной трубопровод соединяется с цилиндром двигателя.
Поплавковый механизм обеспечивает поддержание относительно постоянного уровня топлива в поплавковой камере и распылителе во время работы двигателя. Поплавковая камера представляет собой отдельный объём внутреннего пространства карбюратора, который заполняется топливом, поступающим из топливного бака через систему топливопроводов и топливный насос. Вход топлива в поплавковую камеру карбюратора осуществляется через отверстие, сечение которого регулируется с помощью поплавка игольчатым клапаном.
При работе двигателя топливо расходуется через топливный жиклёр и распылитель. При понижении уровня топлива в поплавковой камере поплавок опускается и увлекает и увлекает за собой игольчатый клапан. Клапан приоткрывает входное отверстие, и топливо заполняет поплавковую камеру. По мере наполнения камеры топливом поплавок всплывает и воздействует на клапан. Клапан перекрывает поступление топлива в поплавковую камеру.
При работе двигателя на установившемся режиме расход топлива через распылитель и поступление топлива через игольчатый клапан равны и уровень топлива в камере стабилен. При увеличении/уменьшении оборотов КВ расход топлива через дозирующую систему возрастает/уменьшается, поплавок опускается/всплывает увлекая за собой игольчатый клапан, что приводит к приоткрытию/прикрытию впускного отверстия и к компенсации увеличения/уменьшения расхода топлива. Уровень топлива в поплавковой камере стабилизируется относительно установившегося режима работы двигателя.
Как отмечалось в самом начале, поплавковый механизм поддерживает относительно постоянный уровень топлива в поплавковой камере. На самом деле уровень топлива при работе двигателя на холостом ходу (при малом удельном расходе топлива) будет выше, чем при работе двигателя с максимальной нагрузкой (при высоком удельном расходе топлива), в связи с чем, начальный уровень топлива (уровень топлива в поплавковой камере неработающего двигателя) имеет существенное значение для правильной и бесперебойной работы двигателя.
Уровень топлива в поплавковой камере величина, подлежащая контролю и регулированию. Повышенный уровень приводит к неустойчивой работе двигателя в режиме холостого хода в результате переобогащения смеси. Пониженный уровень топлива, напротив, может стать причиной перебоев в работе двигателя в режимах максимальных нагрузок из-за недостатка топлива (переобеднения смеси).
Топливная дозирующая система обеспечивает подачу (дозирование) топлива в смесительную камеру карбюратора. Топливный жиклёр представляет собой бронзовую или латунную втулку, устанавливаемую на резьбе или запрессовываемую в стенку поплавковой камеры карбюратора перед распылителем. Проходное отверстие жиклёра калибровано, т.е. имеет строго определённый размер (площадь). Через заданное сечение отверстия, под определённым давлением/разряжением, за единицу времени может пройти строго определённое количество топлива (т.е. ни больше и не меньше расчётного количества). Топливо поступает в распылитель, представляющий собой канал, просверленный в теле карбюратора или тонкую трубку. Распылитель соединяет поплавковую и смесительную камеры карбюратора.
В отличие от простейших карбюраторов, НЕ простейшие имеют большее число жиклёров. Следует различать жиклёры топливные (дозируют топливо), воздушные (дозируют воздух) и эмульсионные (дозируют эмульсию – топливо, «взбитое» с некоторым количеством воздуха). На головку жиклёра наносят маркировочную метку в виде цифры. Разделив данную цифру на 10, получим площадь отверстия жиклёра в мм.кв. Например, жиклёр имеет маркировку 106. Разделив на 10 получаем 1,06 мм.кв.
Конструкция карбюратора должна обеспечивать правильную и бесперебойную работу двигателя заданного объёма. Бездумная замена штатного жиклёра на жиклёр с иным (большим или меньшим) проходным сечением отверстия, приводит к ухудшению работы двигателя и повышению содержания вредных веществ в отработавших газах.
Смесительная камера представляет собой вертикальный (в карбюраторах с падающим или восходящим потоком воздуха) либо горизонтальный (в карбюраторах с горизонтальным потоком воздуха) патрубок (канал большого диаметра), одним концом соединённый с корпусом воздухоочистителя, а другим концом, с цилиндром двигателя. В нижней части смесительной камеры на поворотной оси устанавливают дроссельную заслонку, которая управляется водителем при помощи педали газа (педалью управления дроссельной заслонкой). В верхней части камеры, так же на оси, устанавливают воздушную заслонку, которая управляется водителем вручную через тросовый или иной тип привода. В НЕ простейших случаях заслонки могут управляться автоматически сервомеханизмами или иметь смешанный тип привода.
С помощью воздушной заслонки изменяют проходное сечение смесительной камеры, тем самым, регулируя подачу в камеру воздуха. Дроссельной заслонкой регулируют количество топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя.
Примерно в центральной части смесительная камера имеет сужение, именуемое диффузором. Отверстие (или носок) распылителя выходит в смесительную камеру как раз в зоне диффузора. Диффузор предназначен для увеличения скорости воздушного потока у выходного отверстия распылителя.
Смесительная камера предназначена для смешивания топлива, поступающего в камеру из поплавковой камеры через распылитель, и воздуха, поступающего из воздухоочистителя. Приготовленная в смесительной камере топливовоздушная смесь через дроссельную заслонку, впускной трубопровод и открытый впускной клапан попадает в цилиндр двигателя.
Упрощённо, процесс смесеобразования можно описать следующим образом: При такте впуска, когда поршень в цилиндре движется к нижней мёртвой точке, а впускной клапан открыт, через смесительную камеру карбюратора проходит воздух. Движение воздуха осуществляется за счёт разрежения, создаваемого движущимся в цилиндре поршнем. В зоне диффузора из-за сужения проходного сечения смесительной камеры скорость воздушного потока многократно возрастает, что способствует «высасыванию» из распылителя топлива в полость камеры, где оно подхватывается проходящим воздухом и смешивается с ним.
Открывая или прикрывая дроссельную заслонку, водитель изменяет проходное сечение камеры. При открытии заслонки больше воздуха проходит через диффузор, больше топлива забирается из поплавковой камеры карбюратора и большее количество топливовоздушной смеси поступает в цилиндры двигателя, что обеспечивает большие мощностные и скоростные характеристики двигателя. Прикрывая дроссельную заслонку, достигают противоположного эффекта.
Прикрытием воздушной заслонки карбюратора, как правило, добиваются необходимого обогащения рабочей смеси (например, для пуска холодного двигателя или в целях повышения оборотов КВ на холостом ходу). Закрытие воздушной заслонки способствует увеличению разряжения (всасывающего эффекта) в зоне диффузора и поступления в камеру дополнительного количества топлива.
Требования, предъявляемые к карбюратору по обеспечению рабочих режимов двигателя
Напомним, различают следующие рабочие режимы двигателя: 1) режим пуска и прогрева; 2) режим холостого хода; 3) частичные нагрузки; 4) полные нагрузки; 5) переходные режимы. Для обеспечения работы двигателя на заданном режиме система питания должна готовить рабочую смесь строго определённого состава и подавать её в цилиндры двигателя в определённом количестве.
Так как одной из основных проблем холодного пуска двигателя является плохое испарение топлива, то при запуске в цилиндры должно поступать достаточно большое количество смеси переобогащённого состава. Из большего количества топлива образуется необходимое количество лёгких фракций, способных участвовать в смесеобразовании и способных к воспламенению. Для устойчивой работы двигателя в режиме прогрева необходимое обогащение смеси поддерживается системой питания до достижения двигателем рабочей температуры.
При холостом ходе в цилиндры должно подаваться небольшое количество смеси обогащённого состава. Обогащение необходимо для устойчивой работы двигателя с малым числом оборотом.
Частичные нагрузки начинаются с момента начала открытия дроссельной заслонки и длятся почти до полного её открытия (примерно, 80 – 85% полной нагрузки двигателя). Для работы двигателя в таком широком диапазоне оборотов КВ в цилиндры должно подаваться разное количество смеси примерно одинакового состава (от нормального до слабо обеднённого с коэффициентом λ = 1,0 – 1,15), что и происходит при постепенном увеличении нагрузки обусловленной открытием дросселя.