Устройство автомобилей





Как работает карбюратор




Немного истории

Когда бензиновые двигатели предпринимали лишь робкие попытки завоевать место в конструкциях первых автомобилей, их система питания содержала специальный испаритель, который подогревал бензин, выпаривая легкие фракции, а затем поршень засасывал образовавшиеся пары вместе с воздухом в цилиндры. Такое решение проблемы приготовления горючей смеси оказалось не самым удачным по многим причинам, в том числе и из-за плохого перемешивания паров бензина с воздухом перед воспламенением смеси, т. е. некачественного смесеобразования.

как работает карбюратор

Гениальная идея пришла в головы сразу нескольким изобретателям - двум венгерским инженерам Яношу Чонка и Донату Банки, а также немецкому инженеру Герману Майбаху, которые первыми предложили не испарять бензин, а распыливать его с помощью крохотных сопел - жиклеров в специальном устройстве, названном карбюратором. Венгерские изобретатели на полгода раньше запатентовали свои идеи, поэтому именно они считаются «отцами-родителями» карбюратора для бензинового двигателя, применяемого в качестве смесеобразователя и в современных системах питания многих автомобильных двигателей.

Итак, в 1893 году два венгра – Я. Чонка и Д. Банки представили на суд специалистов специальное устройство, предназначенное для эффективного распыливания бензина в воздушном потоке с последующим перемешиванием этих основных компонентов, обеспечивающих двигатель великолепным источником теплоты.

Согласно легенде, идея создания карбюратора посетила Банки, когда он, прогуливаясь по улицам Будапешта, случайно увидел, как продавщица цветов опрыскивает их, набрав воды в рот (прием, известный многим домохозяйкам). Знаменитые изобретения всегда сопровождают подобные легенды, достаточно вспомнить, что изобретение Р. Дизеля тоже связывают с вызывающей умиление историей - он накачивал ручным насосом велосипедное колесо и обжег руку из-за нагрева корпуса насоса, после чего «Эврика» посетила его гениальную голову.

Но вернемся к карбюратору, изобретенному Д. Банки и Я. Чонкой, и попробуем разобраться, как работает это устройство в самом примитивном варианте конструкции.

***

Простейший карбюратор

Процесс, используемый в карбюраторах для приготовления горючей смеси называют карбюрацией, и связан он с явлением пульверизации – распыливанием жидкости, вытекающей из особой трубки, в стремительном воздушном потоке. Жидкость (в нашем случае – бензин), распыливается, частично испаряется, и, интенсивно перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь, засасываемую поршнем в цилиндры двигателя.

При этом карбюратор должен обеспечивать следующее:

  • точное дозирование подачи топлива (требуемое соотношение количества воздуха и бензина в смеси);
  • качественное распыливание топлива, его испарение и тщательное перемешивание с воздухом;
  • дозирование подаваемой в цилиндры двигателя горючей смеси в соответствии с режимами его работы.

Принципиальная схема простейшего карбюратора представлена на Рис. 1. Основными его элементами является поплавковая камера, топливный жиклер 3, дроссельная заслонка 8 и воздушный канал 6.
устройство и работа простейшего карбюратора Поплавковая камера представляет собой емкость, наполненную строго нормированным запасом бензина, уровень которого поддерживается игольчатым клапаном и поплавковым запорным механизмом. Этот механизм по принципу действия аналогичен клапанному механизму, следящему за уровнем воды в бачке унитаза – при сливе воды поплавок опускается, специальный рычаг открывает запорный клапан, и бачок наполняется водой из водопроводной сети.
В поплавковой камере карбюраторов используется игольчатый клапан, который управляется поплавком 2. Из поплавковой камеры к воздушному каналу карбюратора проведена трубка с калиброванным отверстием – жиклером, через которую топливо может поступать в воздушный канал. Уровень бензина в этой трубке чуть ниже края распылителя, чтобы топливо не выливалось при неработающем двигателе.
Топливный жиклер 3 дозирует количество топлива, поступающее через распылитель 4 в воздушный канал карбюратора.




Незаполненный бензином объем поплавковой камеры сообщается особым каналом (1) с атмосферой или с верхней частью воздушного канала карбюратора (в последнем случае поплавковую камеру называют сбалансированной). Этот канал препятствует образованию разрежения в объеме поплавковой камеры, когда топливо начнет вытекать через распылитель в воздушный канал карбюратора.

Еще одна важная деталь – в том месте, где свободный конец распылителя выходит в воздушный канал карбюратора предусмотрено сужение канала – диффузор (7). Роль этого элемента конструкции можно понять, если вспомнить гидравлику и ее законы. Поток газа или жидкости, перемещаясь по любому руслу (в нашем случае – воздушный канал карбюратора) обладает определенным количеством энергии, которая для каждой порции потока остается неизменной во время движения.
Согласно знаменитому уравнению Бернулли, при увеличении скорости потока снижается давление внутри этого потока, и наоборот; таким образом поддерживается баланс энергии, перетекающей из кинетической формы во внутреннюю или потенциальную и обратно.
Итак, если скорость потока увеличить, то давление в потоке упадет, т. е. образуется относительное разрежение. Для увеличения скорости потока и предназначен диффузор – сужение, благодаря которому в воздушном канале карбюратора создается зона пониженного давления, и именно в эту зону выходит топливный распылитель, сообщенный с поплавковой камерой.

Вот и все элементы, обеспечивающие работу простейшего карбюратора. Теперь рассмотрим, как он работает.

При проворачивании коленчатого вала на такте всасывания в цилиндре двигателя образуется мощное разрежение, которое через впускной клапан передается в воздушный канал карбюратора. В результате атмосферный воздух засасывается в карбюратор, перемещаясь с большой скоростью вдоль воздушного канала. Проходя через диффузор воздушный поток увеличивает скорость, при этом создается зона пониженного давления, и из распылителя начинает выливаться топливо в виде небольшого фонтанчика.
Топливные капли разбиваются воздушным потоком, образовавшаяся бензиновая пыль подхватывается и увлекается по воздушному каналу к впускному трубопроводу, а затем попадает в цилиндр двигателя через открытый впускной клапан. Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, регулируется дроссельной заслонкой 8, соединенной с педалью акселератора.
Далее по известному сценарию – смесь воздуха и бензина сжимается и поджигается искрой, после чего начинается такт рабочего хода.

Во время движения горючей смеси по впускному тракту процесс смесеобразования продолжается. При этом часть неиспарившегося бензина испаряется, интенсивно перемешивается с воздухом, а часть топлива может выпадать в виде конденсата и осадка на стенки карбюратора, образуя так называемую топливную пленку.

В зависимости от расположения патрубка смесительной камеры и направления в нем потока смеси различают карбюраторы с восходящим, горизонтальным и падающим потоком.
В карбюраторах с восходящим потоком в смесительной камере горючая смесь движется снизу вверх.
В карбюраторах с горизонтальным потоком горючая смесь движется в патрубке смесительной камеры в горизонтальном направлении.
В карбюраторах с падающим потоком горючая смесь в патрубке смесительной камеры движется сверху вниз.

Карбюраторы с падающим потоком горючей смеси получили на автомобилях преимущественное распространение, поскольку при таком расположении патрубка смесительной камеры упрощается взаимное крепление элементов системы питания, улучшается наполнение цилиндров горючей смесью из-за малого сопротивления воздушному потоку, более удобен осмотр и обслуживание карбюратора.

***

Принцип работы простейшего карбюратора проще понять, просмотрев короткий видеоролик, представленный ниже.


***

Режимы работы двигателя