Что такое карбюратор и его роль в истории
Карбюратор — это ключевое устройство в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания, предназначенное для приготовления горючей смеси путём смешивания воздуха с жидким топливом. Его изобретение стало ответом на вызовы научно-технического прогресса XVIII–XIX веков, который стимулировал развитие машиностроения. Создание этого прибора в 1892 году приписывается немецким инженерам Вильгельму Майбаху и Готтлибу Даймлеру. Интересно, что эти же изобретатели несколькими годами ранее создали первый в мире мотоцикл, установив двигатель на велосипед, а также сконструировали один из первых четырёхколёсных автомобилей, оснащённых карбюратором и четырёхступенчатой коробкой передач.
Принцип работы и общее устройство
Основная задача карбюратора — формировать топливно-воздушную смесь. Топливо через игольчатый клапан поступает в поплавковую камеру, а затем в эмульсионные колодцы, где начинает смешиваться с воздухом. Образовавшаяся эмульсия направляется в диффузоры смесительных камер и, после открытия дроссельной заслонки, поступает в цилиндр двигателя.
Карбюратор устанавливается на впускном трубопроводе сверху двигателя. Воздух, необходимый для смеси, предварительно очищается от пыли в воздушном фильтре, соединённом с карбюратором патрубком. Подача топлива осуществляется по системе топливопроводов — металлических трубок, закреплённых на раме или кузове автомобиля. Через впускной трубопровод карбюратор соединяется с головкой цилиндров, а выпускная система, включая глушитель, отводит отработавшие газы.
Конструкция и основные системы
Типичный карбюратор состоит из нескольких ключевых узлов: воздушного патрубка с заслонкой, корпуса, крышки поплавковой камеры и двух нижних патрубков. Внутри корпуса расположены:
- Поплавковая камера и смесительные камеры с диффузорами.
- Главная дозирующая система (топливный и воздушный жиклёры, диффузор), отвечающая за подачу смеси на основных режимах.
- Система холостого хода (топливный и воздушный жиклёры, каналы, регулировочный винт), обеспечивающая работу двигателя на низких оборотах.
- Пусковое устройство (воздушная заслонка с автоматическим клапаном) для обогащения смеси при запуске холодного двигателя.
- Экономайзер и ускорительный насос для обогащения смеси при резком увеличении нагрузки или на полной мощности.
- Дроссельные заслонки, размещённые на общей оси в нижних патрубках и связанные с ограничителем частоты вращения коленчатого вала.
Физика процесса смесеобразования
Работа основана на создании разрежения. При движении поршня вниз и открытии впускного клапана во впускном тракте возникает разрежение. Из-за разницы давлений между поплавковой и смесительной камерами топливо вытекает из распылителя. Одновременно через диффузор проходит воздух, скорость которого в самом узком месте достигает 50–150 м/с. Этот быстрый поток воздуха дробит топливо на мелкие капли, которые, испаряясь, образуют горючую смесь. Её качество определяется соотношением топлива и воздуха:
- Нормальная смесь: ~15 кг воздуха на 1 кг бензина.
- Бедная смесь: более 17 кг воздуха на 1 кг бензина.
- Богатая смесь: менее 13 кг воздуха на 1 кг бензина.
Режимы работы карбюратора
1. Пуск холодного двигателя: Требует богатой смеси из-за плохого испарения топлива. Для этого прикрывается воздушная заслонка, что создаёт большое разрежение и вызывает обильное истечение топлива из жиклёров.
2. Холостой ход и малые нагрузки: Дроссельные заслонки прикрыты. Разрежение под ними передаётся в систему холостого хода. Топливо, смешиваясь с воздухом из воздушных жиклёров, образует эмульсию, которая, выходя под заслонку, смешивается с основным потоком воздуха, создавая обогащённую смесь для стабильной работы.
3. Работа на полных нагрузках: Дополнительное топливо подаётся через экономайзер, обогащая смесь для достижения максимальной мощности.
Электронные системы управления
Современные карбюраторы могут оснащаться элементами электронного управления для повышения экономичности. В качестве датчика частоты вращения может использоваться прерыватель-распределитель зажигания. Блок управления, получая сигналы от датчиков температуры и оборотов, в определённых режимах (например, принудительный холостой ход — торможение двигателем) через электромагнитные клапаны может перекрывать каналы системы холостого хода, экономя топливо. При изменении условий (нажатие на педаль газа или падение оборотов) блок возвращает систему в нормальный режим работы.
Итог: Мощность и обороты двигателя регулируются в первую очередь положением дроссельной заслонки, а качество смеси на разных режимах обеспечивается слаженной работой всех систем карбюратора: главной дозирующей, холостого хода, экономайзера и ускорительного насоса.
