Карбюратор: конструкція та принцип роботи

До середини 80-х бензинові двигуни внутрішнього згоряння на легкових та легких вантажних автомобілях масово оснащувалися карбюраторами. Такі двигуни працюють за принципом згоряння заздалегідь приготовленою зовнішнім пристроєм паливно-повітряної суміші в циліндрах двигуна. Вказана робоча суміш складається з крапель пального та повітря. Карбюратор відповідає за процес, що має на увазі утворення суміші з цих компонентів у потрібній пропорції для максимальної ефективності роботи ДВЗ. Найпростіший карбюратор є механічним дозуючим пристроєм.

Трохи історії

Ранні розробки на зорі епохи двигунобудування використовували як паливо світильний газ. Карбюратор таким двигунам на ранньому етапі був просто не потрібен. Світильники надходили в циліндри завдяки розрідженню, яке утворювалося в процесі роботи двигуна. Головною проблемою такого пального була його висока вартість та ряд складнощів у процесі використання.

Карбюратор на світильному газі

Друга половина XIX століття стала тим періодом, коли винахідники, інженери та механіки у всьому світі намагалися замінити дорогий світильний газ більш економічним, дешевим та доступним видом пального для двигуна внутрішнього згоряння. Найкращим рішенням стало використання звичного для нас сьогодні рідкого палива.

Варто врахувати, що таке паливо не може спалахнути без участі повітря. Для приготування суміші з повітря та палива знадобився додатковий пристрій. Мало того, але змішувати повітря з пальним потрібно було ще й у потрібних пропорціях.

Для вирішення цього завдання винайшли перший карбюратор. Пристрій побачив світ 1876 року. Творцем ранньої моделі карбюратора став італійський винахідник Луїджі Де Христофоріс. За своєю конструкцією та принципом роботи перший карбюратор мав ряд істотних відмінностей від більш сучасних аналогів. Для отримання якісної паливно-повітряної суміші пальне в першому пристрої нагрівалося, а його пари змішувалися з повітрям. З низки причин цей спосіб утворення робочої суміші не набув широкого поширення.

Розробки в цій галузі продовжилися, а вже через рік талановиті інженери Готліб Даймлер та Вільгельм Майбах створили конструкцію двигуна внутрішнього згоряння, який мав карбюратор, що працює за принципом розпилення палива. Цей пристрій ліг в основу всіх подальших розробок.

Модернізація

Головним напрямом подальшої роботи інженерів стала максимальна автоматизація всіх процесів сумішоутворення. Над удосконаленням конструкції карбюратора працювали найкращі уми багатьох компаній з виробництва автомобілів та супутнього обладнання. З цієї причини можна зустріти безліч простих і складних моделей карбюраторів від численних світових виробників.

Подальший розвиток

Карбюратори стали активно витіснятися інжекторними системами лише наприкінці ХХ століття. До цього часу конструкцію карбюратора посилено вдосконалювали. Останніми витками еволюції карбюраторного упорскування стали карбюратори під контролем електроніки. У таких карбюраторах було кілька електромагнітних клапанів, роботу яких контролював спеціальний пристрій керування. Наприклад можна згадати марку карбюратора Hitachi. У конструкції налічувалося майже 5 клапанів, а заслінки управлялися електронним методом.

Останнє покоління конструктивно складних карбюраторів чудово демонструє вже згадана модель карбюратора Hitachi. Цей карбюратор встановлювався на автомобілі марки Nissan наприкінці 80-х та на початку 90-х років. Складність цього покоління карбюраторів полягає у великій кількості допоміжних пристроїв, особливо якщо порівнювати продукт Hitachi з примітивним «Солексом», який ставився на ВАЗ.

Карбюратор з електронним керуванням

Допоміжні пристрої відповідали за стабілізацію роботи карбюратора у різних режимах. До таких режимів та особливостей експлуатації можна віднести різке скидання газу, режим холостого ходу в процесі простою на автомобілі з автоматичною КПП, вирівнювання та стабілізацію оборотів силового агрегату після включення кліматичної установки, а також багато інших.

Доведений до досконалості карбюратор останніх поколінь базово складався з численних пристроїв. Ми назвемо лише деякі з них для ознайомлення:

1. Система регулювання температури зовнішнього повітря;
2. Обігрівач впускного колектора;
3. Клапан припинення подачі палива;
4. Клапан пристрою збагачення суміші;
5. Біметалічна пружина повітряної заслінки у пристрої механізму відкриття дроселя;
6. Система швидкого холостого ходу тощо.

Такі пристрої відносяться до останніх "електронних" карбюраторів. Додаткові елементи у цих моделях були виконані у вигляді окремих аналогових пристроїв. Пристрої керувалися найпростішою електронікою або працювали за принципом саморегулювання (біметалічна пружина).

Примітно, що прості механічні карбюратори є дуже універсальними пристроями і можуть бути встановлені за допомогою перехідника на різні моделі автомобілів. Відмінним прикладом є той самий чудово відомий вітчизняним автомобілістам карбюратор «Солекс».

Карбюратор та інжектор

Далі в історії систем паливоподачі та сумішоутворення спочатку з'явився моновпорскування (моноінжектор), а повністю електронне упорскування та продуктивні паливні форсунки остаточно витіснили морально застарілі карбюратори.

Головною перевагою інжектора є набагато точніше та своєчасне дозування палива для отримання потрібних пропорцій паливно-повітряної суміші. Поява та впровадження в автоіндустрію доступних за ціною мікропроцесорів у результаті призвело до того, що необхідність у складному карбюраторі та додаткових пристроях у його конструкції просто зникла. Усі функції окремих елементів карбюратора взяв він один єдиний блок управління (ЕБУ), а конструкції інжектора встановили прості пристрої виконання.

Помилково вважати, що інжектор є більш економічним рішенням у порівнянні з карбюратором. Добре відбудований карбюратор демонструє схожі показники витрати палива. Популярність розподіленого упорскування обумовлена тим, що саме такий механізм паливоподачі здатний відповідати всім жорстким сучасним нормам та вимогам щодо екологічності ДВЗ. Карбюратор задовольнити такі вимоги не може, що зумовлено його конструктивними особливостями та продуктивністю жиклерів.

Сьогодні карбюраторне упорскування зустрічається тільки на тих двигунах, основним призначенням яких є цільова установка на спецтехніку. Причиною такого рішення стала вразливість електронних інжекторних систем під час важких умов експлуатації. Електронні вузли та модулі інжектора страждають від підвищеної вологості та забрудненості, а форсунки чутливі до якості палива. Для прикладу варто сказати, що краще встановити на транспортний спецзасіб при використанні такого на болотах саме механічний карбюратор, який не перегорить. Такий карбюратор завжди можна легко обслужити, почистити і просушити при необхідності.

Види карбюраторів

Як ми вже говорили, процес модернізації карбюраторів породив велику кількість видів цього пристрою від різних виробників. Все це різноманіття карбюраторів умовно можна поділити на три групи:

• барботажний;
• мембранно-гольчастий;
• поплавцевий.

Два перші типи карбюраторів вже давно практично не зустрічаються, так що зупинятися на цих конструкціях ми не будемо. Доцільніше розглянути поплавковий карбюратор, який можна побачити в різних модифікаціях на цивільних автомобілях епохи 90-х в наші дні.

Конструкція поплавкового карбюратора

Головним завданням карбюратора є змішування палива та повітря. Різні моделі карбюраторів здійснюють цей процес за подібним принципом. Поплавковий карбюратор складається з наступних елементів:

• поплавцева камера;
• поплавець;
• запірна голка поплавця,
• жиклер;
• змішувальна камера;
• розпилювач;
• трубка Вентурі;
• дросельна заслінка.

Поплавковий карбюратор влаштований так, що до його камери поплавця підведена спеціальна магістраль. По цій магістралі з паливного бака до карбюратора подається паливо. Регулювання кількості палива у камері здійснюється за допомогою двох елементів, які взаємопов'язані. Йдеться про поплавок та голку. Падіння рівня палива в камері поплавця означає, що і поплавець опуститься разом з голкою. Таким чином вийде, що голка, що опустилася, відкриє доступ для проникнення в камеру наступної порції пального. При заповненні камери бензином поплавець підніметься, а голка при цьому паралельно перекриє доступ до пального.

Схема карбюратора

У нижній частині камери поплавця знаходиться наступний елемент під назвою жиклер. Жиклер виконує функцію калібратора та забезпечує дозування подачі пального. Через жиклер паливо потрапляє у розпилювач. Так відбувається переміщення потрібної кількості пального з камери поплавця в змішувальну камеру. У змішувальній камері відбувається процес приготування робочої паливно-повітряної суміші.

Конструктивно змішувальна камера має дифузор. Зазначений елемент створено для того, щоб збільшувати швидкість повітряного потоку. Дифузор відповідає за створення розрідження повітря у безпосередній близькості від розпилювача. Це допомагає витягувати паливо з камери поплавця, а також сприяє кращому його розпорошенню в змішувальній камері. Це базова конструкція простого поплавкового карбюратора.

Дросельна заслінка: холодний пуск та холостий хід

Кількість робочої паливно-повітряної суміші, яка надійде в циліндри двигуна, залежатиме від положення дросельної заслінки. Заслінка має прямий зв'язок із педаллю газу. Але це ще не все.

Деякі автомобілі з карбюратором мали додатковий пристрій для керування дросельною заслінкою. Цей елемент добре знайомий любителям старої «класики» від ВАЗ. У народі цей пристрій автомобілісти прозвали «підсмоктувач», а сам пристрій створено для холодного запуску. Елемент виконаний у вигляді спеціального важеля, який знаходиться у нижній частині торпедо з боку водія.

Важіль механічного підсмоктувача

Важіль дозволяє додатково керувати дросельною заслінкою. Якщо витягнути «підсмоктувач» на себе, то заслінка прикривається. Це дозволяє обмежити доступ повітря та збільшити рівень розрідження у змішувальній камері карбюратора.

Бензин з поплавкової камери при підвищеному розрідженні витягується в змішувальну камеру набагато інтенсивніше, а недостатня кількість повітря, що надходить, змушує карбюратор готувати для двигуна збагачену робочу суміш. Саме така суміш найкраще підходить для впевненого запуску холодного двигуна.

Варто зазначити, що першим у всій конструкції піддався подальшій модернізації саме холодний пуск, вже знайомий нам під назвою «підсмоктувач». До найпростіших карбюраторів заслужено відноситься колись поширений і популярний карбюратор «Солекс», якому багатьом зобов'язана лінійка класичних автомобілів ВАЗ.

Робота карбюраторного двигуна в режимі холостого ходу здійснюється таким чином:

• карбюратор обладнаний спеціальними додатковими повітряними жиклерами. Ці жиклери відповідають за подачу строго дозованої кількості повітря;
• повітря проходить під дросельною заслінкою і далі за робочим алгоритмом поєднується з бензином. При цьому весь процес відбувається тоді, коли педаль газу не вичавлена і відпущена.

Ось так і виглядає базова конструкція та принцип роботи карбюратора поплавкового типу.

Сильні та слабкі сторони пристрою

Головною перевагою карбюратора є його доступна за ціною ремонтопридатність. У вільному продажу до сьогодення існують спеціальні ремонтні комплекти, які дозволяють повернути карбюратор до ладу досить швидко. Для ремонту карбюратора не потрібен арсенал якогось спеціального обладнання, а відремонтувати пристрій за наявності певних умінь та навичок під силу практично будь-якому автомобілісту.

Механічний карбюратор не так сильно боїться забруднень і води, оскільки їх потрапляння не може остаточно вивести його з ладу. У цьому водночас криється як сильна, і слабка сторона пристрою. Карбюратор потрібно досить часто підлаштовувати і обов'язково чистити в порівнянні з інжекторним упорскуванням, але він витриваліший за електронні рішення при виникненні низки таких умов, які відносяться до важких або навіть екстремальних умов експлуатації.

До додаткових плюсів карбюратора відносять його меншу чутливість до палива низької якості, а процес чищення не є складним. Хоча карбюратор і є відносно складним пристроєм, але діагностувати несправності та обслуговувати його безумовно простіше порівняно із забитою або несправною інжекторною системою.

До головних мінусів карбюратора можна віднести необхідність його регулярного чищення та підстроювання. Карбюратор може піднести сюрпризи в процесі експлуатації, оскільки спостерігається залежність від зовнішніх погодних умов. У зимовий період у корпусі карбюратора може накопичуватися і потім замерзати конденсат. У спеку карбюратор схильний до перегріву, що веде до інтенсивного випаровування пального та падіння потужності ДВЗ.

Останнім аргументом проти карбюратора є підвищена токсичність вихлопу, що призвело до відмови від його використання на сучасних авто по всьому світу. Сьогодні карбюратор виправдано вважається безнадійно застарілим «класичним» рішенням.

Джерело: krutimotor.ru