Основная задача бензинового мотора — преобразование энергии сжигаемого горючего, смешанного с кислородом воздуха, в тяговое усилие. Двигатели внутреннего сгорания используют специальное устройство, выполняющее роль смесителя. В статье сделана попытка ответить на вопросы, что такое карбюратор, где находится, зачем нужен.
Содержание статьи
Кто изобрел карбюратор
Попытки создать двигатель внутреннего сгорания стартовали в середине девятнадцатого века. Бельгийский инженер Этьен Ленуар считается первым разработчиком, создавшим двухтактный силовой агрегат с карбюратором, искровым зажиганием, работающий на каменноунольном газе. Пять лет ушло на дополнение системами смазки, охлаждения, переход на керосин. Трехколесные автомобили начали продаваться.
Немецкий механик – изобретатель Зигфрид Маркус первым использовал бензин в карбюраторных моторах, сумел разогнать машину до скорости 10 км/час. Топливная смесь состояла из паров газа, нефтепродуктов, смешанных с воздухом.
Готтлиб Даймлер и Карл Бенц начали совместное промышленное производство автомашин в начале двадцатого века.
Настоящим прорывом двигателестроения стало изобретение метода распыления топлива воздушным потоком. Родился прообраз современных карбюраторов. Автором патента стал Донат Банки. Венгерский физик совместно с инженером Яношем Чонка предложил использовать смеситель с калиброванным жиклером. Поток воздуха затягивал бензиновую пыль в цилиндр, тепло сжатия образовывало равномерно распределенные пары. Жиклер (трубка с отверстиями, расположенная поперек потока) выступал в роли дозатора. Постоянное соотношение компонентов достигалось благодаря поддержанию неизменного уровня жидкости в приборе. Напор поддерживался маленьким бачком, содержащим поплавок.
Зачем нужен карбюратор
Перед появлением готового изделия была разработана теоретическая модель. С точки зрения физики максимальную мощность создаст полное сгорание топлива. Бензин необходимо перевести в паровую фазу. Капли конденсата, осевшие на стенки цилиндра, составляют потери, выбрасываются с отработанными газами, покрывают нагаром поверхности деталей. Идеальный смеситель обеспечивает полное испарение топлива.
Теоретические требования дают понять, что такое карбюратор.
- Создать возможность испарения, образование однородной смеси.
- Непрерывно сохранять эффективные пропорции бензина, воздуха для различных оборотов двигателя, мгновенно перестраиваться.
- Оптимизировать диаметры жиклеров (отверстие малого размера лучше распыляет, повышает гидравлическое сопротивление; большой проход снижает испарение, улучшает гидравлические показатели прибора).
- Выдержать простоту устройства, доступность настроек.
Эволюция карбюраторов
Необходимость соединения топлива с окислителем для работы двигателя внутреннего сгорания ответила на вопрос, для чего нужен карбюратор. Оставалось разработать аппарат, способный подготавливать смесь. История развития машиностроения знает три модификации топливных миксеров.
Барботажные устройства были совмещены с бензобаком. Входной патрубок подавал атмосферный воздух внутрь емкости. Выходная трубка выводила воздушно — паровую смесь.
Достоинства конструкции:
- подача горючего в паровом виде согласно теории.
Недостатки метода очевидны:
- повышенные требования к температурным параметрам топлива;
- взрывоопасность;
- громоздкость;
- сложность управления процессом насыщения;
- зависимость от времени года, погодных условий;
- сильная инерционность.
Мембранно — игольчатый смеситель содержит несколько камер, отделенных мембранными перегородками. Мембраны, соединенные с топливным каналом, жестко объединяет шток. Игольчатый конец штанги перекрывает седло клапана подачи бензина. Различные участки смесительной камеры каналы связывают с перегородками. Мембраны подпирались калиброванными пружинами. Необходимая пропорция топливо — воздух создавалась соотношением вакуума, давления горючего, скоростью смеси.
Преимущества механизма:
- простота;
- независимость положения установки от гравитации (нашел применение в винтовой авиации, на бензопилах).
Отрицательные моменты:
- пружины создают нестабильность характеристик;
- сложность настроек;
- количество смеси изменяется в узких пределах.
Поплавковый карбюратор стал автомобильным старожилом. Количество выпущенных моделей сложно посчитать. Конструкторы автомашин отзывались на возрастающие требования потребителей, дополняли механизм новыми возможностями. Основа осталась неизменной. Описание работы простейшего устройства позволит понять принцип функционирования поплавкового карбюратора.
Как работает карбюратор
Перефразируя классическое выражение, можно сказать: великое изобретение заключается в простом знании законов физики. Простейший поплавковый карбюратор содержит две цилиндрические камеры: одна гарантирует подачу горючего, вторая отвечает за приготовление смеси.
Поплавковая камера похожа на замкнутую емкость с тремя отверстиями:
- Снаружи по центру крышки расположен штуцер подающего бензопровода. Изнутри проход перекрывает игла, упираясь нижним концом на поплавок.
- Выход для поддержания атмосферного давления.
- Встроенный калиброванный жиклер находится снизу в стенке.
Верхний край смесительной камеры сообщается с атмосферой, содержит встроенный диффузор. Через осевую вертикаль в узкое место диффузора подведена трубка распылителя, соединенная с топливным жиклером. Нижний конец смесителя сообщается с впускным трубопроводом. Дроссельная заслонка регулирует капельно-газовый поток. Применяется закон Бернулли для жидкостей, газов, устанавливающий связь между сечениями жиклера, диффузора, степенью вакуума.
Запуск мотора. Заводная ручка (стартер) вращает коленчатый вал. Поршень движется к нижней мертвой точке, создавая разрежение в цилиндре. В определенный момент открывается впускной клапан, пытается выровнять давление, создает всасывающий поток. Лавина молекул воздуха устремляется через канал во впускной коллектор, цилиндр, захватывая, распыляя топливо. Уровень жидкости понижается, поплавок опускается. Игла открывает доступ бензину. Поршень стремится в верхнюю мертвую точку, повышая температуру в цилиндре. Впускной клапан закрывается. Смесительная камера переходит в состояние ожидания. Поплавок всплывает, запирает острием седло. Карбюраторные камеры готовы к следующему циклу. Смесь, поступая в цилиндр, разогревается, продолжает измельчаться, перемешиваться. При максимальном сжатии подается искра, происходит взрывообразное сгорание. Газы стараются увеличить объем, толкая поршень вниз. На следующем цикле перемещения шатуна вверх открывается выпускной клапан. Отработанные газы выталкиваются в выхлопной коллектор.
Конструкция простейшего карбюратора примитивна, не учитывает многих ситуаций эксплуатации автомобиля.
Инженеры-разработчики вносили изменения:
- увеличивали число камер, жиклеров;
- устанавливали фильтры подготовки воздуха;
- спаривали, синхронизировали два устройства на одном моторе;
- добавляли систему холостого хода, насос-ускоритель, другие детали.
Основная задача современного карбюратора – найти золотую середину между параметрами:
- расход топлива (уменьшение сечения жиклеров):
- повышение динамических характеристик (увеличение топливных отверстий);
- соответствие экологическим требованиям (минимизация вредных выбросов).
Наиболее популярными карбюраторами для автомашин ВАЗ считаются «Озон», «Солекс». Продлить срок эксплуатации изделия позволяет своевременное техническое обслуживание. Выпускаются специальные чистящие средства, позволяющие выполнить профилактику самостоятельно, без разборки. Полное обслуживание предполагает демонтаж прибора, разборку, чистку, замену дефектных деталей, сборку, наладку. Для этого необходимо поднять капот моторного отсека, найти, снять воздушный фильтр (на водительском сленге кастрюлю).
Нахождение:
- традиционно справа от двигателя напротив пассажира на авто ВАЗ с задним приводом, продольным расположением блока цилиндров;
- со стороны лобового стекла в автомашинах ВАЗ с передним ведущим мостом.
Карбюратор расположен под фильтром.