Карбюратор: как создать питательную смесь для двигателя
Несмотря на распространение инжекторных систем подачи топлива, на российских дорогах все еще много автомобилей с карбюраторными двигателями, и с этим нужно считаться. О том, что такое карбюратор, зачем он нужен в автомобиле, какое имеет устройство и на каких принципах основана его работа, читайте в этой статье.
Что такое карбюратор
Пары бензина легко воспламеняются от любой искры, однако для нормальной работы двигателя необходимо создать горючую смесь с оптимальным соотношением количества топлива и воздуха — эту задачу и решает карбюратор. Именно карбюратор стал первым устройством, которое использовалось в ДВС для создания топливно-воздушной смеси. И только в наше время карбюраторы в автомобильных двигателях практически полностью вытеснены инжекторами (хотя простые маломощные моторы, в том числе и мотоциклетные, все еще остаются карбюраторными).
Слово «карбюратор» хорошо отражает назначение этого устройства: оно происходит от французского "carburation" — «смешивание». В карбюраторе происходит смешивание воздуха и бензина, и получившаяся топливно-воздушная горючая смесь направляется во впускной коллектор двигателя.
Для нормальной работы двигателя соотношение количества воздуха и паров топлива должно быть порядка 15:1, для пуска двигателя бензина нужно больше, в этом случае соотношение составляет примерно 10:1. Однако это усредненные показатели, и даже один двигатель на разных режимах работы требует смеси с различной концентрацией топлива и воздуха. Поэтому современный карбюратор — это сложный узел с несколькими системами, необходимыми для обеспечения работы силовой установки в любых условиях и на любых режимах.
Типы и виды карбюраторов
Существует несколько типов карбюраторов, однако на сегодняшний день распространение получили только два из них:
- Мембранно-игольчатый;
- Поплавковый.
Мембранно-игольчатый карбюратор — недорогой и простой по конструкции, однако имеет ряд недостатков, поэтому получил ограниченное распространение на автомобилях. Но, с другой стороны, этот карбюратор может работать практически в любом положении, поэтому широко используется на маломощных моторах таких устройств, как газонокосилки, бензопилы и других.
- эмульсионный жиклер эконостата;
- эмульсионный канал эконостата;
- воздушный жиклер главной дозирующей системы;
- воздушный жиклер эконостата;
- топливный жиклер эконостата;
- игольчатый клапан;
- ось поплавка;
- шарик запорной иглы;
- поплавок;
- поплавковая камера;
- главный топливный жиклер;
- эмульсионный колодец;
- эмульсионная трубка;
- ось дроссельной заслонки первой камеры;
- канавка золотника;
- золотник;
- большой диффузор;
- малый диффузор;
- распылитель
Поплавковый карбюратор — наиболее распространенный, именно он вплоть до недавнего времени устанавливался на большинстве бензиновых двигателей легковых и грузовых автомобилей.
Также все карбюраторы можно разделить на три типа по направлению потока топлива и воздуха:
- С горизонтальным потоком;
- С восходящим потоком;
- С падающим (нисходящим) потоком.
Наибольшее распространение получили карбюраторы с падающим потоком — в них поток воздуха и распыляемое в нем топливо движутся сверху вниз.
Если говорить конкретно о поплавковых карбюраторах, то к ним относится еще несколько классификаций:
- По количеству камер — однокамерные и многокамерные (до четырех камер);
- По открытию дроссельных заслонок у многокамерных карбюраторов — с параллельным (одновременным) и последовательным открытием.
С устройством и работой карбюратора проще и удобнее всего познакомиться на примере самого распространенного типа карбюраторов — поплавкового.
Устройство и принцип работы поплавкового карбюратора
В общем случае, поплавковый карбюратор состоит из нескольких основных частей и систем:
- Поплавковая камера с поплавком и игольчатым клапаном;
- Смесительная камера с диффузором;
- Дроссельная и воздушная заслонки;
- Распылитель;
- Топливные и воздушные жиклеры;
- Топливные и воздушные каналы.
Работа карбюратора сводится к следующему. С помощью бензонасоса топливо подается в поплавковую камеру, где поддерживается его постоянный уровень — это достигается с помощью поплавка и соединенного с ним игольчатого клапана, открывающего и закрывающего топливный канал в зависимости от положения поплавка. Из поплавковой камеры топливо через жиклер поступает в распылитель, который выходит в смесительную камеру. В камере имеется сужение специальной формы — диффузор (распылитель располагается именно в нем, причем в его самой узкой части).
Через смесительную камеру проходит воздух, в диффузоре он смешивается с топливом, и созданная таким образом топливно-воздушная смесь поступает во впускной коллектор. На входе в камеру располагается воздушная заслонка — она необходима во время пуска двигателя. На выходе из камеры имеется дроссельная заслонка, связанная с педалью газа — изменением положения дроссельной заслонки можно изменять количество поступающей в цилиндры топливно-воздушной смеси.
Как производится подача воздуха в карбюратор и смешивание воздуха с топливом? Очень просто: за счет разрежения, созданного опускающимися в цилиндрах поршнями. Из-за понижения давления воздух засасывается в смесительную камеру, еще большее понижение давления воздуха происходит в диффузоре (так как площадь потока воздуха в нем в несколько раз меньше площади потока в камере) — именно это низкое давление заставляет топливо самотеком вытекать из распылителя. А благодаря особой форме распылителя и высокой скорости потока воздуха топливо дробится на микроскопические капли и смешивается с воздухом — так на выходе из диффузора образуется топливно-воздушная смесь с заданными характеристиками.
В современных карбюраторах топливо уже в распылителе смешивается с воздухом до состояния эмульсии — это происходит за счет подачи воздуха в распылитель через главный воздушный жиклер. Такое решение обеспечивает наилучшее распыление и смешивание бензина с воздухом в диффузоре.
Современные карбюраторы устроены несколько сложнее, чем описано выше, и имеют несколько дополнительных систем:
- Пусковое устройство («подсос») — обеспечивает запуск холодного двигателя (обычно это просто воздушная заслонка, которая снижает поток воздуха, обогащая горючую смесь топливом, и механизм управления этой заслонкой);
- Система холостого хода — обеспечивает работу двигателя на холостом ходу, когда в цилиндрах создается недостаточно высокое разрежение воздуха;
- Система вентиляции картера — обеспечивает удаление из картера токсичных газов;
- Система рециркуляции отработанных газов — обеспечивает дожигание выхлопных газов, делая их менее токсичными;
- Ускорительный насос — обеспечивает подачу топлива при резких ускорениях;
- Эконостат и экономайзер — обеспечивают подачу дополнительного количества топлива при работе двигателя на высоких нагрузках.
Также большинство карбюраторов имеют не одну, а две и больше смесительных камер (до четырех), что позволяет добиться лучшего качества горючей смеси и обеспечить подачу топлива во все цилиндры.
Преимущества и недостатки карбюратора
Сегодня карбюраторы на автомобильных двигателях практически полностью вытеснены системами впрыска (инжекторами), что обусловлено главным недостатком карбюратора — он неспособен создать горючую смесь с оптимальным составом для работы двигателя на всех режимах. Если инжектор регулирует состав смеси буквально для каждой вспышки в каждом цилиндре, то с карбюратором достичь этого никак нельзя.
Однако карбюратор более дешев, имеет простую конструкцию, надежен и обладает лучшей ремонтопригодностью, что обеспечило его распространение на различных маломощных и недорогих двигателях, поэтому инжекторная система еще не скоро появится на бензопилах или бензиновых электрогенераторах.
Также у карбюратора есть еще одно достоинство: он создает более гомогенную (однородную) горючую смесь, чем инжектор. Однако даже это преимущество не спасло карбюратор от вытеснения из автомобильной промышленности.
