Карбюратор: устройство, принцип работы, виды, плюсы и минусы

ДВС смешивают топливо с воздухом — это происходит в карбюраторе. Его называют сердцем старых двигателей. Новые авто используют впрыск топлива.

Секрет транспорта (суша, море, воздух) — превращение топлива в энергию при сгорании с воздухом. Но наша тема — карбюратор.

Основная функция — приготовление точной топливо-воздушной смеси для получения мощности. Необходимое соотношение зависит от времени работы, оборотов и других факторов, рассмотренных ниже.

Сегодня: определение, история, функции, применение, детали, типы, принцип работы, плюсы и минусы карбюраторов. Тема обширная — оставайтесь с нами.

Что такое карбюратор?

Карбюратор — узел автодвигателя для приготовления точной смеси воздуха и топлива для правильного сгорания. Он был «сердцем» двигателя, обеспечивая плавную работу и хорошую мощность.

Карбюраторы так хороши, что даже при холодном пуске или горячем движении на высоких оборотах они выдают точную смесь.

Работа сложна, но суть такова: если атомов кислорода достаточно для сгорания всех атомов топлива — это стоихиометрическая смесь. Термин из химии: достаточно каждого ингредиента перед «приготовлением».

В автодвигателе соотношение ~14.7 частей воздуха к 1 части топлива (зависит от состава топлива). «Бедная» смесь — много воздуха, мало топлива. «Богатая» — много топлива, мало воздуха.

Лёгко обогащённая смесь (мало воздуха) даёт лучшую мощность. Лёгкообеднённая — лучшую экономичность. Слишком много или мало воздуха вредно — нужен баланс.

Простое определение: устройство для смешения воздуха с топливом для правильного сгорания. Только в бензиновых двигателях с принудительным зажиганием.

Кроме авто — на малых двигателях: косилки, генераторы, мотоблоки.

Функции карбюратора

• Основная: обеспечение подходящего количества воздуха и топлива для получения мощности при любой нагрузке и оборотах.
• Регулировка соотношения воздух/топливо и смешение.
• Контроль оборотов двигателя.
• Изменение количества смеси при изменении оборотов и нагрузки.
• Испарение топлива и создание однородной смеси.
• Поддержание постоянного уровня топлива в плавательной камере.
• Обеспечение плавного и правильного сгорания.

История: карбюраторы существуют с XIX века. Первый разработал Карл Бенц (основатель Mercedes) в 1888 году — и до сих пор применяются.

Функциональные детали карбюратора

Дроссельная заслонка (Throttle Valve)

Управляет количеством смеси (заряда), входящей в цилиндр. Открывается при нажатии педали газа.

Дозирующая система (Metering system)

Контролирует подачу топлива в сопло — отвечает за точное соотношение. Состоит из дозирующего отверстия и сопла подачи топлива.

Когда воздух проходит через вентири, создаётся низькое давление в горле из-за разности давлений воздуха и топлива. Топливо вытекает в воздушный поток. Дозирующее отверстие и отверстие сопла контролируют количество топлива.

Система холостого хода (Idling system)

Канал от плавательной камеры к вентири. Даёт обогащённую смесь на холостых и малых оборотах. Работает при открытии дросселя <15% или на холостых.

Фильтр-сетка (Strainer)

Фильтрует топливо перед плавательной камерой. Тонкая металлическая сетка задерживает пыль и взвешенные частицы. Без неё соплы забиваются.

Вентири (Venturi)

Пересечение с сужающимся профилем для понижения давления воздуха. Из него топливо поступает из топливной трубки для смешения.

Пусковой клапан (Choke Valve)

Управляет составом смеси. Назначение — ограничить воздух в камере смешения.

Обычно полуоткрыт. При необходимости богатой смеси закрывает воздух — топлива становится больше относительно воздуха. Полезен зимой при сложном пуске: подаёт обогащённую смесь в цилиндр.

Плавательная камера (Float Chamber)

Резервуар топлива для непрерывной подачи. Плавательный клапан поддерживает уровень топлива.

Уровень растёт — поплавок поднимается, перекрывает подачу. Уровень падает — поплавок опускается, открывает подачу.

Камера смешения (Mixing Chamber)

Здесь происходит смешение воздуха и топлива, затем смесь идёт в цилиндр.

Холостой и переходный каналы (Idle and transfer port): в вентири две дузи/порта для подачи топлива в цилиндр.

На современных карбюраторах дополнительные детали для эффективности:

Клапан возврата дросселя (Throttle Return Check)

На высоких оборотах полный дроссель создаёт высокое вакуум в впускном коллекторе. Это всасывает выхлоп в впуск при перекрытии фаз — смесь разбавляется, возможны пропуски зажигания или задыхание. Клапан возврата на дроссельной тяге предотвращает это.

Автоматическая коррекция смеси (Automatic Mixture Control)

Плунжерный клапан, управляемый соленоидом и пружиной. Работает с отдельной дюзой в плавательной камере. Соленоид включён — клапан поднимается, больше топлива. Выключен — пружина опускает клапан, меньше топлива. Соленоид управляется ЭБУ по сигналам оборотов и температуры ОЖ. Такие карбюраторы называются с обратной связью.

Противодетонационный соленоид (Anti-dieseling Solenoid)

Современные экологичные двигатели горячее — горячие точки в камере сгорания вызывают предвспышки. Соленоид предотвращает это.

Типы карбюраторов

Классификация по направлению потока воздуха:

Верхний забор (Up-draft)

Воздух входит снизу, выходит сверху — поток вверх. Топливо из плавательной камеры, разность давлений создаёт вентири. Топливо из трубки смешивается с воздухом, проходит через дроссель (связан с педалой газа), затем в цилиндр.

Недостаток: капли топлива должны подниматься трением воздуха. Поэтому малые диффузор и смесительная трубка — чтобы даже на низах поднимать капли. Иначе капли выпадут — бедная смесь. Но малый диффузор ограничивает подачу на высоких оборотах.

Нижний забор (Down-draft)

Самый распространённый. Воздух подаётся сверху камеры смешения. Преимущества:

• Гравитация помогает потоку смеси — лучше тяга на низах под нагрузкой.
• Карбюратор легко доступен.
• Высокая объёмная эффективность.

Почему лучше верхнего забора: топливо не поднимается трением, а движется по гравитации даже при низкой скорости воздуха. Смесительная трубка и горло можно сделать крупными — высокие обороты и большая мощность.

Единственный недостаток: при неисправном поплавнике и переполнении дюзой топливо может течь прямо в впускной коллектор.

Горизонтальный карбюратор

Третий тип — нижний забор в горизонтальном направлении. Принцип прост: карбюратор горизонтально, воздух входит с одного конца, смешивает топливо, идёт в цилиндр.

Принцип работы карбюратора

Работа проста, но сложна в деталях. Простейший вариант: большой вертикальный воздуховод над цилиндрами с горизонтальной топливной трубкой сбоку. Воздух вниз, проходит узкое место (вентури) — ускоряется, давление падает. Падение давления всасывает топливо из боковой трубки.

Поток воздуха тянет топливо — смешение. Два поворотных клапана над и под вентири управляют смешением. Верхний — «чок» (choke): регулирует воздух. Закрыт — мало воздуха, вентири всасывает больше топлива — обогащённая смесь для холодного пуска и низких оборотов.

Нижний — «дроссель» (thaddle): определяет количество воздуха и тянет топливо. Чем шире дроссель — больше воздуха и топлива — больше энергии и мощности — авто быстрее. Дроссель соединён с педалой газа (на мото — рукояткой).

Преимущества и недостатки карбюратора

Преимущества:

• Детали дешевле форсунок.
• Смешение воздуха и топлива выполняется качественно.
• Большая мощность и точность смеси.
• Цилиндры не ограничены насосом топлива — могут всасывать больше топлива через карбюратор для большей мощности и плотной смеси.

Недостатки:

• На очень низких оборотах смесь бедная — плохой зажигание.
• Чувствительность к изменению атмосферного давления.
• Больший расход топлива vs форсунки.
• Больше выбросов.
• Больше обслуживания.

Итог: карбюратор — важный узол старых ДВС. Обеспечивает точную смесь, контролирует обороты. Компоненты: дозирующая система, холостой ход, фильтр, вентири. Типы — по направлению воздуха.