Карбюратор

Карбюра́тор в устройство в системе питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для смешивания (карбюрации, фр. carburation) бензина и воздуха, создания горючей смеси и регулирования её расхода. В настоящее время карбюраторные системы подачи топлива вытесняются инжекторными.

Основы устройства

Принцип работы

Схема простейшего карбюратора

Простейший карбюратор состоит из четырёх основных элементов: поплавковой камеры (10) с поплавком (3), жиклёра (9) с распылителем (7), диффузора (6) и дроссельной заслонки (5).

Топливо по трубке (1) поступает из бака в поплавковую камеру (10). В поплавковой камере плавает пустотелый, обычно латунный или пластмассовый поплавок (3), на который опирается запорная игла (2). Когда уровень топлива в поплавковой камере достигнет необходимой высоты, поплавок всплывёт настолько, что заставит запорную иглу перекрыть трубку (1), прекращая подачу топлива в поплавковую камеру. По мере расходования топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, и запорная игла снова открывает подачу топлива, таким образом в поплавковой камере поддерживается постоянный уровень топлива, что очень важно для правильной дозировки подачи топлива.

Всасывание топлива через распылитель (7) основано на эффекте Вентури. Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклёр (9) в распылитель (7). Количество топлива, вытекающего из распылителя (7), зависит при прочих равных условиях от размеров и формы жиклёра.

При движении поршня в такте впуска давление в цилиндре снижается. При этом наружный воздух засасывается в цилиндр через карбюратор и впускной трубопровод, проходя через воздушную трубу (8) карбюратора, в которой находится диффузор (6). В самой узкой части диффузора помещается конец распылителя. В сужающейся части диффузора скорость потока воздуха увеличивается, а давление воздуха уменьшается.

Благодаря отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление, в результате под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, раздробляется струями воздуха, распыляется, частично испаряется и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь (эмульсию). Как правило, вместо одного диффузора используется двойной или даже тройной диффузор. Дополнительные диффузоры расположены концентрически в главном диффузоре и имеют небольшие размеры. Через них проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное приготовление горючей смеси.

Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, и мощность двигателя регулируется дроссельной заслонкой (5), которая обычно приводится в движение педалью акселератора (или ручным приводом у мотоциклов и некоторых автомобилей).

Вспомогательные системы

Автомобильный двигатель в процессе эксплуатации работает в разных режимах, таких как:

• Пуск двигателя, при котором требуется богатая смесь.
• Холостой ход и малые нагрузки.
• Средние нагрузки, при которых двигатель работает на смеси, близкой по составу к экономичной.
• Большие нагрузки, при которых карбюратор должен давать смесь близкую к мощностной.
• Резкое открытие дросселя, которое не должно сопровождаться ощутимым обеднением смеси.

Для удовлетворения указанных требований карбюратор должен иметь, соответственно, следующие дозирующие устройства:

• Пусковое устройство.
• Система холостого хода.
• Главное дозирующее устройство.
• Экономайзер.
• Эконостат.
• Насос-ускоритель.
• Переходная система.

Эти дозирующие устройства вступают или выключаются из работы в разное время или работают одновременно, обеспечивая наивыгоднейшее (в отношении получения наибольшей мощности или экономичности) протекание рабочего процесса на всех режимах двигателя.

Механизмы управления

Обычно работой карбюратора управляет водитель автомобиля. На некоторых моделях карбюраторов использовались дополнительные системы, частично автоматизировавшие управление им.

• Для управления дроссельной заслонкой на автомобилях обычно используется педаль газа. Она может приводить её в движение при помощи системы тяг или тросового привода. Тяги в целом надёжнее, но конструкция привода получается сложнее и ограничивает возможности конструктора по компоновке подкапотного пространства. Привод тягами широко использовался в прежние годы, но начиная с 1970-х годов получила распространение система с металлическим тросиком. Системы с пневмо- или электромеханическим приводом распространения на карбюраторных двигателях не получили.

• На старых автомобилях часто предусматривалась двойная система привода дроссельной заслонки карбюратора: от руки, рычажком или вытяжной рукояткой («постоянный газ»), и от ноги в педалью. Ручное и ножное управления связывалось между собой так, что при нажатии на педаль рукоятка ручного управления остаётся неподвижной, а при её вытягивании педаль опускается. Дальнейшее открытие дросселя можно было производить педалью. При отпускании педали дроссель остаётся в положении, установленном ручным управлением. Например, на «Волге» ГАЗ-21 на панели приборов справа от радиоприёмника была расположена рукоятка ручного управления дроссельной заслонкой, дублирующая педаль газа. Вытянув её, можно было добиться устойчивой работы холодного двигателя без использования воздушной заслонки, или использовать для установления «постоянного газа». На грузовых автомобилях режим «постоянного газа» служил в частности для упрощения движения задним ходом.

• На мотоциклах и некотором числе автомобилей применяется ручное управление дросселем, осуществляемое специальной рукояткой на руле через тросик.

• Воздушная заслонка может иметь механический или автоматический привод. В первом случае её закрывает водитель при помощи рукоятки, размещённой обычно на панели приборов. Автоматический привод широко применялся за границей, а в практике отечественного автопрома распространения практически не получил ввиду низкой надёжности, недолговечности и ненадёжной работы при характерных для климата большей части территории СССР/России больших паллетных перепадах температур. В этом случае воздушную заслонку закрывал биметаллический или церезиновый термоэлемент, обогреваемый жидкостью из системы охлаждения. По мере прогрева двигателя, термоэлемент нагревался, расширялся и открывал воздушную заслонку. В иных системах использовался электромеханический привод с датчиком температуры. Из отечественных автомобилей, такое пусковое устройство имели только карбюраторы отдельных моделей ВАЗ (в основном, экспортных).

• Для пуска и прогрева двигателя необходимо прикрыть воздушную заслонку и приоткрыть дроссельную. Это позволяет создать достаточно сильное разряжение между этими заслонками, где расположены распылители топлива, и получить переобогащённую смесь, необходимую для пуска. Управление пусковым устройством осуществляется, как правило, водителем, с помощью тросика ("подсос"). Тросик двигает рычаг особой формы, а он воздействует на обе заслонки.

• Очень широко распространён полуавтоматический привод воздушной заслонки. В этом случае она закрывается водителем вручную, и автоматически приоткрывается диафрагмой, работающей от возникающего после пуска двигателя разрежения во впускном коллекторе. Это предотвращало возможную остановку двигателя из-за переобогащения рабочей смеси и несколько снижало расход топлива на прогрев. Такое пневматическое пусковое устройство имели практически все отечественные карбюраторы, разработанные после начала 1960-х годов.

Регулировки

Карбюратор в устройство, имеющее минимум регулировок, но требующее исправной работы узлов и механизмов. Работоспособность карбюратора и его техническое состояние существенно влияют на работу двигателя. Нарушение регулировки карбюратора приводит к ухудшению экономичности, приёмистости двигателя, а также к увеличению токсичности отработавших газов.

Доступные регулировки самого карбюратора:

• «Винт количества» в обороты в режиме холостого хода
• «Винт качества» в обогащённость топливо воздушной смеси (и, как следствие, содержание токсичного угарного газа в выхлопных газах) в режиме холостого хода.

В процессе эксплуатации необходимо проверять и восстанавливать работоспособность следующих узлов:

• работа клапана (герметичность) экономайзера и системы холостого хода
• работа ускорительного насоса (задержка срабатывания, количество и время впрыска топлива, направленность топливного распылителя)
• плавность работы, свободный ход, возвращение пружиной и необходимый уровень приоткрытия закрытой ДЗ
• работу системы холодного запуска (закрытие воздушной, и приоткрытие дросельной и воздушной заслонок)
• работу устройства открытия второй ДЗ (если имеется)
• работу поплавкового механизма (уровень топлива в поплавковой камере, герметичность запорного клапана, отсутствие дефектов поплавка, и т.д.)
• работу эмульсионных колодцев и распылителей, пропускная способность жиклёров
• отсутствие неучтённых подсосов воздуха

Так же на работу карбюратора оказывают своё влияние:

• механизмы управления карбюратором
• устройство подачи воздуха (воздушный фильтр, система подогрева воздуха в холодное время года)
• система подачи топлива (бензонасос, бензофильтры, заборник, топливные магистрали, вентиляция бака)
• система вентиляции картера двигателя
• сливная трубка избытка топлива, впускного коллектора
• герметичность впускного тракта после карбюратора
• негерметичность/неисправность клапанного механизма
• качество и состав топлива

Классификация

По направлению потока рабочей смеси

Гоночный горизонтальный карбюратор фирмы «Weber» (Италия)

Карбюратор, в котором поток смеси движется снизу вверх, называется карбюратором с восходящим потоком, сверху вниз в с нисходящим, или падающим потоком, а если горизонтально в с горизонтальным потоком.

Наибольшее распространение в исторической перспективе получили карбюраторы с нисходящим потоком. Их основные преимущества состоят в улучшении наполнения цилиндров горючей смесью (соответственно, в некотором повышении мощности по сравнению с карбюратором с восходящим потоком), а также доступности и удобстве обслуживания, так как расположен такой карбюратор сверху. Минус в возможность «заливания» двигателя бензином.

По количеству камер

В реальных карбюраторах может иметься более одной воздушной трубы (камеры).

Различают:

Четырёхкамерный карбюратор фирмы «Holley» (США)

Три двухкамерных карбюратора на восьмицилиндровом двигателе производства корпорации Chrysler (США, 1960-е годы)

• Однокамерные карбюраторы в устанавливались на классических автомобилях, например, «Победе» ГАЗ-М-20 и «Волге» ГАЗ-21;
• Двухкамерные карбюраторы в с 1960-х годов были наиболее широко распространены;
• Четырёхкамерные карбюраторы в имели широкое хождение в США 1950-х в 1970-х годов, использовались на спортивных автомобилях и отечественных автомобилях высшего класса в «Чайка», «ЗиЛ», «ГАЗ-23».

• Также, существовали трёхкамерные карбюраторы, например, типа К-156 на «Волге» ГАЗ-3102 раннего выпуска с форкамерно-факельным двигателем ЗМЗ-4022.10. Третья камера служила для приготовления обогащённой рабочей смеси, подающейся в форкамеру и формирующей факел горячих газов, поджигающий основной заряд обеднённой рабочей смеси в цилиндре, за счет чего несколько улучшались динамические и экологические параметры автомобиля.

На одном двигателе может устанавливаться более одного карбюратора. В США в 1960-е годы, а также на спортивных автомобилях, часто серийно устанавливались два или даже три карбюратора, они были синхронизированы по пропускной способности и имели синхронный привод.

По типу привода дроссельных заслонок

Различают карбюраторы с параллельным и последовательным открытием дроссельных заслонок.

При последовательном открытии дроссельных заслонок, в обычном режиме работы карбюратор работает на первичной камере (первичных камерах), а при увеличении нагрузки открывается вторая дроссельная заслонка (имеющая механический или пневмопривод). Для более плавного включения вторичной камеры задействуется переходная система карбюратора. Это наиболее распространённая конструкция.

При параллельном открытии заслонок, заслонки всех камер открываются одновременно.

Распространение

В настоящее время инжекторные системы подачи топлива в большинстве случаев заменили карбюраторы. Это связано с преимуществом инжектора, который может без обслуживания и регулировок длительное время (сотни тысяч километров пробега) сохранять выхлоп автомобиля в рамках современных экологических требований и обеспечивать более качественное, по сравнению с карбюратором, приготовление требуемой горючей смеси на всех режимах двигателя.

Преимущества

Главные достоинства карбюратора: простота конструкции, цена карбюратора, стоимость ремонта и обслуживания, возможность диагностики и ремонта без привлечения дорогостоящего оборудования и специалистов.

Литература

Шестопалов, К.С. Легковой автомобиль: Учеб. пособие для подготовки водителей ТС категории "В" в 2-е, испр. и доп.. в М.: Издательство ДОСААФ, 1980. в 240 с.

Кленников, В.М., Ильин, Н.М., Буралев, Ю.В. Автомобиль категории «В»: Учебник для ПТУ в 3-е, перераб. и доп.. в М.: Транспорт, 1984. в 320 с.

Ссылки

• Карбюраторы К-151
• Советы по ремонту и регулировке карбюраторов
• Сборник-подборка по ремонту, обслуживанию карбюраторов
• Карбюратор на примере ВАЗ 2105
• Регулировка карбюратора без прибора СО-СН

См. также

• Инжекторная система подачи топлива