Карбюратор: основа классических систем питания бензиновых двигателей

Сегодня, несмотря на распространение инжекторных моторов, все еще широко распространены бензиновые двигатели, в системах питания которых используются специальные агрегаты для приготовления горючей смеси — карбюраторы. Все о карбюраторах, их конструкции, устройстве и работе — читайте в данной статье.

Назначение карбюратора и его роль в силовом агрегате

Карбюратор — основной узел системы питания поршневых бензиновых двигателей внутреннего сгорания; агрегат для контролируемой и регулируемой карбюрации (смешивания) бензина и воздуха с целью получения газообразной горючей смеси (ГС), и ее последующей подачи в цилиндры силового агрегата (СА).

Работа поршневого двигателя построена на преобразовании энергии горючей смеси в кинетическую энергию движения поршней. Для получения наибольшего КПД горючая смесь должна сгорать быстро и с высокой температурой — достичь этого можно только в том случае, если жидкое топливо в смеси разбито на микроскопические капли и частично находится в газообразном состоянии, а количество топлива и воздуха имеет оптимальное процентное соотношение. Эти условия достигаются внедрением в систему питания силового агрегата специального узла — карбюратора.

Общая схема системы питания карбюраторного двигателя

Карбюратор выполняет несколько функций:

• Приготовление ГС с оптимальным составом;
• Изменение состава ГС (обогащение или обеднение) в зависимости от режима работы СА;
• Контролируемое изменение количества ГС, поступающей в цилиндры СА — этим достигается управление частотой вращения коленвала и изменением мощности СА;
• Обеспечение работы СА на всех режимах — на холостом ходу, на минимальных, средних и максимальных оборотах, при резком изменении нагрузки и оборотов (на переходных режимах), и т.д.;
• Обеспечение уверенного запуска холодного СА;
• Некоторые типы карбюраторов — работа в составе систем экологии.

Сегодня карбюраторные силовые агрегаты все активнее вытесняются инжекторными, однако они практически незаменимы для многих типов транспортных средств (например — в ТС и агрегатах, оборудованных двухтактными моторами) и пользуются спросом в определенных кругах автолюбителей. В будущем карбюраторы вряд ли утратят свою востребованность и актуальность, поэтому имеет смысл знать о конструкции и работе этих устройств.

Типы, конструкция и работа карбюраторов

Более чем за век было создано большое разнообразие устройств, обеспечивающих создание горючей смеси. Однако наиболее широкое распространение получили поплавковые карбюраторы различных модификаций. В общем случае такой агрегат состоит из большого ряда деталей и систем:

Устройство простейшего однокамерного поплавкового карбюратора




Общее устройство однокамерного поплавкового карбюратора

• Поплавковая камера (ПК) с поплавком, запорной иглой и жиклером;
• Смесительная камера (СК) с диффузором, дроссельной заслонкой (ДЗ) и распылителем топлива;
• Система холостого хода;
• Ускорительный насос;
• Экономайзеры (принудительного холостого хода, мощностных режимов);
• Эконостат;
• Пусковое устройство.

Основу карбюратора составляют поплавковая камера и смесительная камера, а изменение характеристик ГС на различных режимах работы СА осуществляется дозирующими системами — холостого хода, экономайзером, эконостатом, пусковым устройством, ускорительным насосом и иными.

Прежде, чем говорить о различных типах и модификациях карбюратора, следует рассмотреть общий принцип работы этих устройств. В простейшем случае карбюратор состоит из ПК, в которой располагается полый металлический поплавок с запорной иглой, и СК с диффузором (сужением), распылителем, дроссельной и воздушной заслонками. В ПК подается бензин, который поступает через трубку, запираемую иглой. Поплавок обеспечивает поддерживание необходимого количества топлива в ПК — при увеличении уровня поплавок поднимается, и в какой-то момент соединенная с ним игла перекрывает топливную трубку. При расходе топлива поплавок опускается и открывает поступление топлива, затем процесс повторяется. В верхней части ПК предусматривается отверстие, за счет которого в ПК поддерживается атмосферное давление.

Топливо из ПК через топливный жиклер (трубку малого сечения) и распылитель (трубку большего сечения) поступает в диффузор СК. Срез распылителя выходит в наиболее узком месте диффузора, расположенном между воздушной (в верхней части СК) и дроссельной (в нижней части СК) заслонками. Нижняя часть СК соединена с впускным коллектором СА, откуда ГС поступает к цилиндрам.

Работает такой карбюратор довольно просто. В момент движения одного из поршней вниз во впускном коллекторе и СК карбюратора возникает разрежение — вследствие перепада давления топливо из ПК через жиклер вытекает в распылитель, а из него попадает в диффузор. За счет сужения в диффузоре создается высокоскоростной воздушный поток — данным потоком топливо дробится на микроскопические капли и частично испаряется, смешивается с воздухом и образует ГС (эмульсию). Данная ГС поступает во впускной коллектор и в цилиндры, где сгорает и совершает работу. Количество поступающей в коллектор ГС регулируется ДЗ, связанной с педалью газа. Заслонка при повороте изменяет сечение СК (от полного закрытия до полного открытия), что приводит к изменению количества поступающего воздуха и, как следствие, ГС. То есть, для разгона автомобиля необходимо открыть ДЗ, нажав на педаль газа — это приведет к поступлению в цилиндры большего количества ГС и увеличению оборотов СА. Для снижения оборотов СА заслонка закрывается, что достигается отпуском педали газа.

Реальные карбюраторы имеют более сложное устройство, так как в них присутствуют различные дополнительные детали и системы. В первую очередь, карбюратор отличаются количеством СК: они бывают одно-, двух- и четырехкамерными. Схема однокамерного карбюратора рассмотрена выше, эти конструкции сегодня применяются довольно редко, так как они не могут эффективно работать на всех режимах и имеют ряд других недостатков. Наиболее широкое применение получили двухкамерные карбюраторы, в которых ДЗ могут открываться одновременно (параллельно) или последовательно.

Двухкамерные карбюраторы с последовательным открытием ДЗ имеют множество преимуществ, вследствие которых они получили широчайшее распространение. В таком устройстве присутствует первичная и вторичная СК одинакового или разного объема, на малых оборотах работает только первичная СК, а при увеличении оборотов в работу вступает вторая СК — это обеспечивает поступление большего количества ГС и в то же время обеспечивает экономию топлива.

Четырехкамерные карбюраторы применяются довольно редко и только на форсированных силовых агрегатов. Также существуют устройства с тремя смесительными камерами, однако они получили незначительное распространение.

Двухкамерный карбюратор

Четырехкамерный карбюратор

В карбюраторах всех типов смесительные камеры могут иметь вертикальную и горизонтальную ориентацию, при этом воздух через них может проходить несколькими способами:

• Сверху вниз — карбюратор с падающими или нисходящим потоком;
• Снизу-вверх — карбюратор с восходящим потоком;
• По горизонтали — карбюратор с горизонтальным потоком;
• Различные комбинации указанных направлений — карбюратор с наклонными или комбинированными потоками.

Сегодня наиболее распространены карбюраторы с нисходящим и горизонтальным потоком, так как они более удобны в монтаже и обеспечивают лучшее качество ГС.

Следует рассмотреть основные дозирующие системы карбюратора.

Главная дозирующая система (ГДС). Обеспечивает подачу топлива в СК. В простейшем случае состоит из топливного жиклера и распылителя. В современных карбюраторах данная система более сложна, она обеспечивает образование первичной эмульсии и ее подачу в СК.

Система холостого хода (СХХ). Обеспечивает стабильное смесеобразование на малых оборотах СА, когда создающегося во впускном коллекторе разрежения недостаточно для нормальной работы ГДС. Данная система состоит из ряда воздушных и топливных каналов и жиклеров, которые обеспечивают отбор первичной эмульсии из ГДС и ее подачу под ДЗ, чем обеспечивается нормальная работа СА при почти полностью закрытой ДЗ.

Экономайзер. Обеспечивает обогащение ГС (увеличение концентрации топлива в ней) на высоких оборотах СА путем подачи топлива в ГДС непосредственно из ПК.

Эконостат. Обеспечивает обогащение ГС на максимальных оборотах СА, он выступает дополнительной системой к экономайзеру.

Экономайзер принудительного холостого хода. Обеспечивает изменение подачи топлива в СХХ на малых оборотах, на больших оборотах при отпущенной педали газа и при остановке СА. Состоит из электромагнитного клапана, который перекрывает подачу топлива на высоких оборотах и при остановке СА, и открывает путь топливу в СХХ при отпуске педали газа и на малых оборотах.

Ускорительный насос. Обеспечивает обогащение ГС на режимах резкого увеличения оборотов СА (на разгоне). Представляет собой насос диафрагменного типа с приводом от оси (рычага) ДЗ, он порционно подает топливо из ПК в СК при нажатии на педаль газа.

Пусковое устройство ("подсос"). Обеспечивает обогащение ГС при запуске холодного СА. Основу устройства составляет воздушная заслонка и система ручного управления ею (рукоятка на приборной панели, тяга или тросик). При закрытии заслонки в СК поступает меньше воздуха и одновременно создается большее разрежение — это обеспечивает обогащение ГС и улучшает условия для запуска СА.

В завершение отметим, что типичный карбюратор имеет три основных органа для регулировки характеристик ГС и работы СА:

• Винт качества — регулирует качество ГС путем изменения количества поступающего воздуха;
• Винт количества — регулирует количество ГС, поступающей на холостых оборотах СА;
• Винт токсичности — регулирует состав ГС путем изменения количества воздуха на переходных режимах.

В карбюраторе могут присутствовать другие вспомогательные системы и органы управления, однако принципиально работа таких устройств не отличается от описанной выше.

Вопросы выбора, ремонта и регулировки карбюратора

Карбюратор является основным узлом системы питания силового агрегата, поэтому любая его неисправность, даже незначительная, нарушает работу силового агрегата. Диагностику, ремонт и регулировку карбюратора следует доверять специалистам, либо выполнять эти работы при наличии соответствующей теоретической и практической подготовки.

При самостоятельном выполнении ремонта необходимо соблюдать инструкции к конкретному карбюратору и двигателю, то же относится и к выполнению регулировок. При отсутствии знаний не следует изменять тип и марку карбюратора, который ранее был установлен на автомобиле, и вносить в него какие-либо конструктивные изменения — только так можно добиться более или мене уверенной работы системы питания и всего двигателя.