Рис. 5.2. Устройство простейшего карбюратора: 1 - воздушная заслонка; 2 - смесительная камера; 3 - диффузор; 4 - впускной трубопровод; 5 - дроссельная заслонка; 6 - распылитель; 7 - жиклер; 8 - поплавковая камера; 9 - поплавок; 10 - игольчатый клапан; 11 - атмосферный вывод
Поплавковая камера 8, служащая для поддержания постоянного уровня топлива в распылителе жиклера, представляет собой сосуд, в который топливо поступает из бака по трубке через сетчатый фильтр. Полость поплавковой камеры сообщается с атмосферой через отверстие 11 в крышке камеры. При помощи поплавка 9 с игольчатым клапаном 10 в камере и распылителе поддерживается постоянный уровень топлива, не доходящий на 1...1,5 мм до конца распылителя. При таком уровне топливо легко высасывается из распылителя, и вытекание топлива из него невозможно при неработающем карбюраторе. Если уровень топлива в камере понижается, то поплавок, опускаясь, открывает игольчатый клапан, и топливо поступает в камеру. Когда топливо достигает нормального уровня, поплавок, всплывая, закрывает иглой входное отверстие и прекращает доступ топлива.
Распылитель 6 служит для подачи топлива в центр смесительной камеры, где оно распыливается, и представляет собой тонкую трубку, входящую в смесительную камеру и сообщающуюся через жиклер с поплавковой камерой. Жиклер 7 дозирует количество топлива, проходящего к распылителю; он сделан в виде пробки с калиброванным отверстием.
Смесительная камера 2, предназначенная для смешивания топлива с воздухом, представляет собой короткий прямой или изогнутый патрубок, одним концом соединенный с впускным трубопроводом двигателя, а другим — с воздухоочистителем, через который в карбюратор поступает очищенный воздух. Диффузор 3 служит для увеличения скорости воздушного потока в центре смесительной камеры и создания разрежения около конца распылителя, что необходимо для высасывания из него топлива и лучшего распыления последнего. Диффузор, представляющий собой короткий патрубок, суженный внутри, устанавливают в смесительной камере около конца распылителя.
Дроссельной заслонкой 5 изменяют проходное сечение для горючей смеси и тем самым регулируют количество горючей смеси, поступающей из карбюратора в цилиндры двигателя. В соответствии с количеством поступающей в цилиндры смеси изменяются мощность двигателя и частота вращения коленчатого вала. Дроссельной заслонкой управляет водитель из кабины при помощи педали.
Воздушной заслонкой 1 можно уменьшать проходное сечение для воздуха, поступающего в карбюратор, и тем самым увеличивать разрежение в смесительной камере, а следовательно, повышать подачу топлива. Воздушную заслонку обычно используют только при пуске двигателя. Воздушной заслонкой управляет водитель из кабины или автоматическое устройство на карбюраторе.
Простейший карбюратор работает следующим образом. При вращении коленчатого вала двигателя во время тактов впуска, происходящих в его цилиндрах, через смесительную камеру 2 карбюратора проходит воздух. Вследствие сужения горловины диффузора 3 скорость воздушного потока значительно возрастает, и около конца распылителя 6 образуется разрежение. При этом топливо из распылителя высасывается в смесительную камеру струйками, которые распиливаются на мельчайшие частицы потоком воздуха, имеющим большую скорость.
Топливо перемешивается с воздухом, испаряется в нем, и полученная горючая смесь поступает в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу 4. Поплавковая камера 8 с помощью поплавка 9 и игольчатого клапана 10 непрерывно поддерживает в распылителе нормальный уровень топлива. В зависимости от нагрузки на двигатель водитель устанавливает дроссельную заслонку 5 карбюратора в различные положения, и в цилиндры двигателя поступает большее или меньшее количество горючей смеси, что обеспечивает необходимую мощность двигателя и скорость движения автомобиля.
Различают следующие основные рабочие режимы двигателя: пуск, холостой ход, средние нагрузки, полная нагрузка, быстрый переход со средней нагрузки на полную. Для обеспечения наиболее аффективной работы двигателя на этих режимах в его цилиндры необходимо подавать не только различное количество горючей смеси, но и смесь различного состава.
При пуске двигателя в его цилиндры должно поступать как можно большее количество наиболее легко испаряющихся даже при низкой температуре легких фракций топлива. Это достигается значительным обогащением смеси путем увеличения подачи в смесительную камеру карбюратора и на стенки впускного трубопровода топлива, из которого испаряется достаточное для пуска двигателя количество легких фракций. Поэтому карбюратор должен иметь специальное пусковое устройство, создающее около конца распылителя такое разрежение, при котором топливо вытекает из него в количестве, достаточном для пуска двигателя. Для этой цели обычно используют воздушную заслонку.
При холостом ходе в цилиндры следует подавать небольшое количество горючей смеси, но она должна быть обогащенной, чтобы работа двигателя была устойчивой. В простейшем карбюраторе, рассчитанном на нормальную работу при среднем открытии дроссельной заслонки, во время ее прикрытия для работы двигателя с малой частотой вращения на холостом ходу разряжение в диффузоре значительно снижается. При этом топливо из распылителя перестает поступать. Чтобы двигатель мог работать при прикрытой дроссельной заслонке карбюратора, в него включают специальное устройство, называемое системой холостого хода.
При средних нагрузках, начиная с самых малых и заканчивая нагрузками, достигающими 85% полной нагрузки двигателя, в его цилиндры нужно подавать разное количество горючей смеси примерно постоянного состава. Смесь должна быть слегка обедненной, что необходимо для экономичной работы двигателя (α=1,1...1,15). В простейшем карбюраторе путем подбора жиклера с отверстием соответствующего диаметра и сечения диффузора можно получать смеси требуемого состава только при нею тором постоянном положении (например, среднем) дроссельной заслонки.
При увеличении открытия заслонки смесь, приготавливаемая таким карбюратором, начинает обогащаться, что объясняется ростом разрежения в диффузоре и уменьшением вследствие этого сопротивления истечению топлива из жиклера. Поэтому количество топлива, поступающего через жиклер в смесительную камеру, возрастает, но не пропорционально увеличению количества проходящего воздуха, а в большей степени, чем это необходимо, что приводит к обогащению смеси.
Обогащению смеси способствует также большее торможение потока воздуха в диффузоре при увеличении разрежения в нем. При прикрытии дроссельной заслонки (относительно среднего положения) смесь начинает, наоборот, обедняться из-за значительного падения разрежения у конца распылителя и замедления истечения из него топлива. Для поддержания примерно постоянного, наиболее выгодного состава смеси при различном открытии дроссельной заслонки на средних нагрузках, т.е. для компенсации состава смеси, в карбюраторе должно быть специальное устройство, по способу действия которого в основном различаются карбюраторы различных моделей.
При полной нагрузке двигателя смесь, подаваемая в его цилиндры, должна быть обогащенной, что необходимо для получения наибольшей мощности двигателя (α=0,90—0,85). Простейший карбюратор не обеспечивает такого обогащения. Для выполнения этого требования в карбюратор вводят специальное устройство, называемое экономайзером.
При быстром открытии дроссельной заслонки необходимо подавать в цилиндры обогащенную смесь, чтобы быстро увеличивалась частота вращения коленчатого вала и повышалась мощность двигателя, т.е. чтобы двигатель имел хорошую приемистость. При быстром открытии дроссельной заслонки в простейшем карбюраторе в первый момент смесь сильно обедняется, в результате чего приемистость двигателя ухудшается. Объясняется это тем, что воздух, имеющий по сравнению с топливом меньшую плотность и обладающий хорошей подвижностью, при открытии заслонки сразу устремляется в смесительную камеру в значительном количестве. Топливо вследствие большей плотности менее подвижно и не успевает в первый момент быстро пройти через жиклер в необходимом количестве, поэтому смесь обедняется.
Для повышения приемистости двигателя в карбюратор вводят специальное устройство, называемое ускорительным насосом. Таким образом, простейший карбюратор при различных режимах работы двигателя не обеспечивает надлежащего состава горючей смеси и должен быть дополнен устройствами для компенсации ее состава, легкого пуска двигателя, его работы на холостом ходу, обогащения смеси при полной нагрузке и улучшения приемистости двигателя.
Для нормальной работы автомобильного двигателя на всех режимах карбюратор кроме поплавковой и смесительной камер и главной топливной системы имеет следующие дополнительные элементы: пусковое устройство, систему холостого хода, устройство для компенсации состава смеси, экономайзер, ускорительный насос. В карбюратор грузовых автомобилей входит также ограничитель частоты вращения коленчатого вала.