Карбюраторный двигатель: устройство и принцип работы

Горючая смесь и ее виды.

Горючая смесь представляет собой смесь паров бензина с воздухом. Попадая в цилиндры двигателя, горючая смесь смешивается с остаточными отработавшими газами и образует рабочую смесь.

В двигателях сгорание рабочей смеси происходит за тысячные доли секунды (0,002 — 0,003 с). Такое быстрое сгорание возможно при условии, если топливо будет находиться в парообразном состоянии в виде мельчайших частиц и для сгорания будет достаточное количество воздуха. В зависимости от массового соотношения бензина и воздуха различают следующие виды горючих смесей: нормальная, обогащенная, богатая, обедненная, бедная.

Нормальной называют смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (12 м 3 ). При такой смеси двигатель работает устойчиво и имеет средние показатели мощности и экономичности.

Обогащенная смесь содержит на 1 кг бензина 13 — 15 кг воздуха, скорость сгорания такой смеси возрастает, двигатель развивает большую мощность, но при этом повышается расход топлива.

Богатая смесь содержит на 1 кг бензина менее 13 кг воздуха, она горит медленно, мощность двигателя снижается, происходит большой перерасход топлива.

Обедненная смесь (1 : 15 — 16,5) обеспечивает полное сгорание топлива, мощность двигателя несколько снижается, но достигается наибольшая экономия топлива.

Бедная смесь содержит более 17 частей воздуха на одну часть бензина. Горит очень медленно, двигатель перегревается, расход топлива увеличивается, а мощность значительно падает.

Процесс приготовления горючей смеси называется карбюрацией, а прибор, приготовляющий смесь, — карбюратором.

Простейший карбюратор состоит из поплавков и смесительной камер. В поплавковой камере помещается латунный поплавок , укрепленный шарнирно на оси , и игольчатый клапан . В смесительной камере расположен диффузор, жиклер с распылителем и дроссельная заслонка. Жиклер представляет собой пропускную способность топлива.

При работе двигателя, когда поршень движется вниз и впускной клапан открыт, в цилиндре, впускном трубопроводе и смесительной камере карбюратора создается разрежение, под действием которого из распылителя вытекает топливо со скоростью от 2 до 6 м/с. Одновременно через смесительную камеру проходит поток воздуха, скорость которого в суженной части диффузора достигает 50—150 м/с.

Вследствие большой скорости воздуха от его ударов капельки топлива постепенно размельчаются, превращаются в пары и, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь. По мере расхода топлива поплавок опускается, игольчатый клапан открывает отверстие и топливо начинает снова наполнять поплавковую камеру. Таким образом будет поддерживаться постоянный уровень топлива в поплавковой мере и в распылителе, в котором он при неработающем двигателе должен быть на 1—1,5 мм ниже верхнего края распылителя.

Простейший карбюратор не обеспечивает требуемого изменения состава горючей смеси при переходе от одного режима работы двигателя к другому. Так, при переходе от малых нагрузок к средним вместо обеднения он обогащает смесь. Кроме того, у него нет приспособлений, с помощью которых можно обогатить смесь при пуске холодного двигателя, при больших нагрузках, во время разгона автомобиля, а также он не обеспечивает устойчивой работы двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала. Поэтому на двигателях устанавливают более сложные карбюраторы, обеспечивающие приготовление смеси нужного состава на всех режимах. Это достигается наличием в карбюраторе необходимых устройств и систем: главной дозирующей системы, системы пуска, системы холостого хода, экономайзера и ускорительного насоса.

Главная дозирующая система состоит топливного жиклерас распылителем и воздушного жиклера.

При работе карбюраторного двигателя во время такта впуска в смесительной камере над распылителем создается разрежение. Под действием разложения, которое увеличивается по мере увеличения открытия дросселя, топливо поступает через жиклер в распылитель и в смесительную камеру. При увеличении разрежения в диффузоре через воздушный жиклер в распылитель поступает воздух. Чем больше разрежение, тем больше прибавляется воздуха. Таким образом, воздушный жиклер притормаживает истечение топлива из главного жиклера под действием увеличивающегося разрежения и этим обеспечивает получение экономичной смеси постоянного обедненного состава независимо от увеличения разрежения в диффузоре при увеличении открытия дроссельных заслонок. При одновременной работе с другими системами главная дозирующая система приготавливает обогащенную и богатую смеси.

Система холостого хода обеспечивает приготовление обогащенной смеси при работе прогретого двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала. На данном режиме происходит плохая очистка цилиндров от остаточных газов, которые препятствуют распространению пламени в цилиндре. И хотя эффективная мощность в режиме холостого хода равна нулю, смесь обогащают для ускорения горения и обеспечения бесперебойной работы двигателя. При работе двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала воздушная заслонка карбюратора открыта, а дроссельная прикрыта, разрежение в диффузоре незначительно и главная дозирующая система не работает. Разрежение создается ниже дроссельной заслонки, и топливо через жиклер главной дозирующей системы поступает к топливному жиклеру холостого хода. Пройдя этот жиклер, смешивается с воздухом, поступающим через первый воздушный жиклер, и образует эмульсию (пенистую смесь топлива с пузырьками воздуха). Полученная эмульсия попадает в эмульсионный канал, затем выходит через нижнее распыливающее отверстиев задроссельное пространство. При открытии на небольшой угол дроссельной заслонки эмульсия будет поступать и через верхнее распиливающее отверстие. Наличие двух выходных отверстий в системе холостого хода обеспечивает плавный переход от холостого хода к средним и большим на грузкам.

Экономайзер с механическим приводом состоит из жиклера и колодца, в котором помещается игольчатый клана. Привод экономайзера осуществляется от дроссельной заслонки при помощи рычага и тяги с планкой и штока. По мере открытия дроссельной заслонки приводной рычаг поворачивается и перемещает тягу, которая через планку опускает шток 3 с иглой вниз. При открытии дроссельной заслонки более чем на 85% шток открывает клапан и из колодца через жиклер начинает поступать дополнительное топливо в распылитель, т. е. к топливу, поступающему через жиклер, добавляется еще топливо, проходящее через открытый клапан экономайзера.

Количество топлива, поступающего в смесительную камеру, ограничивается жиклером экономайзера, пропускная способность которого рассчитана на приготовление обогащенной смеси для получения максимальной мощности.

Насос — ускоритель служит для временного обогащения горючей смеси при резком открытии дроссельной заслонки, что улучшает приемистость автомобиля (ускоряет разгон). Насос — ускоритель часто объединяют с экономайзером. При резком открытии дроссельной заслонки под действием рычага, тяги и планки привода поршень в колодце быстро перемещается вниз. Обратный клапан вследствие возникающего давления топлива закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и порция топлива через распылитель впрыскивается в смесительную камеру, обогащая горючую смесь.

Система пуска служит для обогащения горючей смеси при пуске и прогреве холодного двигателя. При пуске холодного двигателя происходит недостаточное испарение топлива, а бензин в капельном состоянии в горении не участвует. Поэтому на период пуска и прогрева двигателя необходимо обеспечить богатую горючую смесь, что достигается закрытием воздушной заслонки карбюратора путем вытягивания кнопки на щитке приборов. При этом значительное увеличение разрежения в смесительной камере вызывает усиленное истечение топлива из главной дозирующей системы и системы холостого хода. Для предупреждения переобогащения горючей смеси на воздушной заслонке устанавливают автоматический клапан с пружиной, который при закрытой воздушной заслонке под действием разрежения в смесительной камере открывается и пропускает некоторое количество воздуха.

Устройство карбюраторного двигателя

Система питания служит для хранения, запаса, подачи и очистки топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси нужного состава и отвода наружу продуктов сгорания.

В систему питания карбюраторного двигателя входят: топливный бак, топливопроводы, топливные фильтры, топливный насос, воздушный фильтр, карбюратор и впускной трубопровод. К системе питания относят также выпускной трубопровод двигателя и глушитель.

Запас топлива для работы двигателя хранится в топливном баке, из которого топливо подается к карбюратору топливным насосом по топливопроводам. Фильтр-отстойник очищает топливо от механических примесей и отделяет случайно попавшую в него воду. Воздушный фильтр очищает от пыли поступающий в карбюратор атмосферный воздух. Карбюратор приготовляет горючую смесь, которая по впускному трубопроводу поступает в цилиндры. Выпускной трубопровод отводит из цилиндров отработавшие газы. Глушитель снижает температуру отработавших газов и уменьшает шум при выходе в атмосферу.

Карбюраторный двигатель: описание,характеристики,фото,видео,принцип работы

Карбюраторный двигатель — один из типов двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием.

В карбюраторном двигателе топливно-воздушная смесь, поступающая по впускному коллектору в цилиндры двигателя, приготавливается в специальном приборе — карбюраторе. Также карбюраторные двигатели разделяются на двигатели без наддува или атмосферные, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня; двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым турбокомпрессором, с целью увеличения заряда воздуха и получения повышенной мощности и КПД двигателя;

В качестве топлива для карбюраторного двигателя в разное время применялись спирт, керосин, лигроин, бензин. Наибольшее распространение получили бензиновые карбюраторные двигатели.

Карбюратор — устройство в системе питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для смешивания бензина и воздуха, создания горючей смеси и регулирования её расхода. В настоящее время карбюраторные системы подачи топлива вытесняются инжекторными.

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 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.

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. 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).

Принцип работы карбюраторного двигателя

Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:

• Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
• Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
• Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
• Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.

На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.

При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.

Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.

Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.

В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.

Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.

Регулировки

Карбюратор — 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:

1. «Винт количества» — обороты в режиме холостого хода
2. «Винт качества» — 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:

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

Так же на работу карбюратора оказывают своё влияние:

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

Характеристики

Работа двигателя определяется его мощностью, действенным давлением, крутящим моментом, скоростью и частотой вращения коленчатого вала и потребление топлива.

Мощность карбюраторного двигателя, а также его крутящий момент подчиняются скорости вращения коленвала и высоты давления.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя устанавливается наивысшей мощностью, которую реально получить от давления при разной частоте вращения коленвала.

При небольшой скорости движения коленчатого вала давление в цилиндрах невысокое и мощность двигателя, соответственно, тоже небольшая. При ускорении вращения коленвала и давление поднимается, так как горючая смесь сгорает быстрее.

Потребление топлива увеличивается при небольшой частоте вращения коленчатого вала, так как процесс сгорания проходит медленнее, теплоотдача большая, а при увеличении частоты вращения механические и тепловые затраты увеличиваются.

Скоростная характеристика дизельного двигателя определяется при недвижимой рейке топливного насоса, который дает высокую подачу топлива на конкретном режиме скорости и бездымной эксплуатации.

При заведенном двигателе автомобиля количество вращений коленвала меняется. Если беспричинно увеличивается потребление топлива, то происходит это благодаря ухудшению рабочего процесса двигателя.

Управление

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 — 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 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.

Очень широко распространён полуавтоматический привод воздушной заслонки. В этом случае она закрывается водителем вручную, а после пуска двигателя автоматически приоткрывается диафрагмой, работающей от возникающего во впускном коллекторе двигателя разрежения. Это предотвращало возможную остановку двигателя из-за переобогащения рабочей смеси и несколько снижало расход топлива на прогрев. Пусковую диафрагму имели практически все отечественные карбюраторы, разработанные после начала 1960-х годов. До этого некоторые модели использовали менее совершенный кулачковый механизм, немного приоткрывавший дроссельную заслонку при закрывании воздушной.

Очиститель карбюратора: описание,виды,чистка,фото,видео.

Жиклер карбюратора: описание,виды,замена,ремонт,фото,видео.

Как правильно разобрать и собрать карбюратор?

Система питания карбюраторных двигателей