Карбюратор: устройство и принцип работы

Содержание:

Карбюратор против впрыска топлива

В двигателе внутреннего сгорания соотношение топлива и воздуха в топливно-воздушной смеси оказывает значительное влияние на характеристики двигателя, поскольку оно напрямую регулирует выходную мощность двигателя.

Карбюраторы и электронные системы впрыска топлива — это устройства, используемые для смешивания топлива и воздуха в надлежащем соотношении и управления воздушно-топливной смесью, подаваемой в двигатель. Карбюратор был впервые представлен в конце 19 века, а методы впрыска топлива начали применяться примерно в 1920-х годах. Однако только после 1980-х годов системы впрыска топлива полностью обогнали карбюраторы в конструкции двигателя.

Подробнее о карбюраторах

Карбюратор — это механическое устройство, используемое для управления топливовоздушной смесью в любом типе двигателя внутреннего сгорания. Когда он был впервые разработан, он имел гениальную конструкцию и почти столетие служил блоком управления топливом.

Механизм карбюраторов основан на эффекте Вентури, происходящем в узком участке воздухозаборника, где увеличение скорости воздуха вызывает падение давления в воздушном потоке. В этой секции топливо всасывается из емкости подачи через небольшое отверстие, и емкость соединяется с основным топливным баком с потоком, контролируемым механизмом поплавкового клапана. Забор воздуха (объемный расход) в основном регулируется дроссельной заслонкой и действует как дроссельный механизм двигателя. При более высокой скорости потока воздуха всасывается больше топлива, чтобы обеспечить большую мощность при сгорании, а при более низкой скорости потока происходит обратное. Таким образом, этот механизм используется для управления выходной мощностью двигателя, в основном ограничивая или обогащая топливную смесь, доступную для сгорания. Кроме того, предусмотрены механизмы запуска двигателя на холостом ходу.

Карбюраторы используются уже давно, потому что их легко восстанавливать и изменять. Кроме того, если двигатель ориентирован исключительно на мощность, то карбюратор является лучшим выбором, поскольку он не ограничивает количество топлива, забираемого из бака.

Несмотря на оригинальную конструкцию и долгую службу, карбюраторы имеют серьезные недостатки с точки зрения эффективности и производительности в экстремальных и критических условиях. Высокий уровень выбросов, меньшая экономия топлива и сложность системы требуют опыта для точной настройки системы. В авиационных двигателях высокое ускорение во время маневров в полете может привести к нехватке топлива в двигателе из-за механической конструкции карбюратора.

Подробнее о впрыске топлива

Системы впрыска топлива используются для устранения недостатков карбюратора и стали наиболее заметным типом системы подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Конструкция механизма впрыска топлива чрезвычайно проста, но в ней задействовано много частей, которые сильно взаимозависимы. Клапан, управляемый входом датчика или аналогичного механизма, соединенного с дроссельной заслонкой, и потоком воздуха позволяет топливу под давлением попадать в поток воздуха к двигателю.

В настоящее время наиболее распространенным типом метода впрыска топлива является электронный впрыск топлива (EFI), который использует цикл управления с обратной связью, включающий блок управления двигателем (ECU), множество датчиков и блок топливной форсунки. На основании сигналов от датчика блок управления двигателем включает форсунку.

Топливные форсунки имеют много преимуществ перед карбюраторами. Расход топлива можно оптимизировать в соответствии с характеристиками двигателя, тем самым повышая эффективность и сокращая выбросы. Это также позволяет двигателю работать на различных видах топлива, и работа с точки зрения водителя будет плавной и быстрой. Полная электронная природа EFI позволяет диагностировать проблемы, просто подключив ECU к диагностическому устройству или компьютеру. EFI очень надежен, а затраты на обслуживание также невысоки.

В чем разница между карбюратором и впрыском топлива?

• Карбюраторы — полностью механические устройства, но впрыск топлива может быть механическим или электронным. Однако наиболее распространенным стал электронный впрыск топлива (EFI).

• Карбюраторы очень сложны, и для их обслуживания и настройки требуется определенный опыт, но механизмы впрыска топлива проще.

• Стоимость карбюраторного двигателя ниже, чем у двигателя EFI.

• Выбросы от системы EFI намного ниже, чем от двигателя с карбюратором.

Устройство и принцип работы (на примере электронной системы распределенного впрыска)

Устройство системы впрыска

В современных впрысковых двигателях для каждого цилиндра предусмотрена индивидуальная форсунка. Все форсунки соединяются с топливной рампой, где топливо находится под давлением, которое создает электробензонасос. Количество впрыскиваемого топлива зависит от продолжительности открытия форсунки. Момент открытия регулирует электронный блок управления (контроллер) на основании обрабатываемых им данных от различных датчиков.

Датчик массового расхода воздуха служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик положения дроссельной заслонки служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и для управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя.

Датчик положения коленвала служит для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ – полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это единственный “жизненно важный” в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах. Информация, которую выдает датчик, используется электронным блоком управления для корректировки количества подаваемого топлива. Датчик кислорода используется только в системах с каталитическим нейтрализатором под нормы токсичности Евро-2 и Евро-3 (в Евро-3 используется два датчика кислорода- до катализатора и после него).

Датчик детонации служит для контроля за детонацией. При обнаружении последней ЭБУ включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания.

Здесь перечислены только некоторые основные датчики, необходимые для работы системы. Комплектации датчиков на различных автомобилях зависят от системы впрыска, от норм токсичности и пр.

Про результатам опроса определенных в программе датчиков, программа ЭБУ осуществляет управление исполнительными механизмами, к которым относятся: форсунки, бензонасос, модуль зажигания, регулятор холостого хода, клапан адсорбера системы улавливания паров бензина, вентилятор системы охлаждения и др. (все опять же зависит от конкретной модели)

Из всего перечесленного, возможно, не все знают, что такое адсорбер. Адсорбер является элементом замкнутой цепи рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 запрещен контакт вентиляции бензобака с атмосферой, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке посылаться в цилиндры на дожиг. На неработающем двигателе пары бензина попадают в адсорбер из бака и впускного коллектора, где происходит их поглощение. При запуске двигателя адсорбер по команде ЭБУ продувается потоком воздуха, всасываемого двигателем, пары увлекаются этим потоком и дожигаются в камере сгорания.

Инжектор и его устройство

Суть функционирования инжектора лежит в том, что топливо принудительно впрыскивается в проходящий поток воздуха. При этом подача бензина осуществляется под давлением, что обеспечивает его распыление, тем самым улучшается его смешивание с воздухом.

Если рассмотреть любую топливную систему, то состоит она из двух основных составляющих – первая обеспечивает поступление воздуха, вторая – топлива.

Воздушная часть, по сути, идентична на всех моторах, в том числе и инжекторном. Представляет она собой объемный канал, на конце которого установлен фильтр, очищающий воздух от примесей. Этот канал соединен с впускным коллектором, а тот в свою очередь ведет к впускным клапанам системы ГРМ.

Всасывание воздуха осуществляется самим двигателем. При движении поршня (на такте впуска) над ним образуется разряжение. При этом открывается впускной клапан, и это движение сопровождается втягиванием воздуха в цилиндр. В общем, все достаточно просто.

А вот устройство и функционирование топливной части значительно сложнее. Состоит она из ряда элементов, каждый из которых выполняет свои функции.

Топливная система состоит из:

• бак с системой вентиляции;
• электрический бензонасос;
• фильтр тонкой очистки;
• регулятор давления;
• трубопроводы (подачи, обратного слива);
• топливная рампа;
• форсунки.

Топливная система инжектора

Бак является вместилищем бензина, откуда он поступает далее в систему. В инжекторной системе бензонасос располагается непосредственно в баке, и в задачу его входит закачка бензина под давлением в остальные составляющие части.

Бензин из насоса сначала попадает в подающую магистраль, ведущую к фильтру. Проходя очистной элемент, из топлива удаляются мелкие примеси. Из фильтра бензин по той же магистрали подается на регулятор, поскольку давление в системе должно держаться в строго заданных параметрах. Выравнивание давления происходит очень просто – лишняя часть топлива по сливной магистрали возвращается в бак.

После регулятора бензин подается на топливную рампу, которая распределяет его по форсункам. По сути, рампа является соединительной трубкой. В задачу же форсунок входит впрыск топлива в проходящий поток воздуха.

Существует несколько видов топливной системы инжектора, отличающиеся по некоторым конструктивным решениям. Так, первые инжекторы были моновпрысковыми, то есть у них использовалась только одна форсунка, установленная во впускной коллектор. В такой конструкции рампа отсутствовала, как таковая.

Сейчас же используются инжекторы с многоточечным впрыском (распределенным), где на каждый цилиндр предусмотрена своя форсунка, и здесь рампа уже используется. При этом форсунки все также устанавливаются во впускной коллектор, только каждая в свой канал.

Рекомендуем: Как сделать подогрев лобового стекла своими руками

Самым современным является инжектор с прямым впрыском. Это тоже система распределенного впрыска, у нее подача бензина осуществляется напрямую в цилиндр.

Также устройство топливной системы инжектора имеет еще одну составляющую часть – электронную, которая включает в себя блок управления и ряд датчиков. В задачу ее входит контроль режима работы силового агрегата и определения количества подаваемого топлива. Именно эта составляющая регулирует работу форсунок.

Регулировки карбюратора

Карбюратор — устройство, которое имеет наименьшее количество регулировок, но нуждается в хорошо отлаженной системе. Неорганизованная эксплуатация карбюратора сильно действует на функциональность двигателя в целом. При плохой регулировке карбюратора снижается экономичность двигателя и повышается токсичность отработанного газа.

Подходящие виды регулирования карбюратора:

• «Винт количества» — функционирование на холостом ходу;
• «Винт качества» — насыщенность рабочей смеси (как результат, повышение токсичности выхлопных газов) на холостом ходу.

В период использования нужно прослеживать дееспособность нижеуказанных узлов:

1. Действие клапана и схема холостого хода.
2. Работа насоса (запаздывание действия, объем и время впрыска бензина).
3. Размеренность работы, беспрепятственное движение, возврат пружиной и нужная степень открытия дроссельной заслонки.
4. Действие холодного запуска (закрывание воздушной и степень открывания дроссельной и воздушной заслонок)
5. Деятельность поплавковой конструкции (необходимое количество топлива в поплавковой камере, непроницаемость клапана).
6. Пропускная возможность жиклеров.

На работоспособность карбюратора воздействуют:

• Система регулирования карбюратора.
• Установка пропуска воздуха (воздушный фильтр, обогрев воздуха).
• Система подачи топлива (бензонасос, фильтры, заборники).
• Трубка для слива излишков бензина.
• Непроницаемость впускного канала, который расположен за карбюратором.
• Нарушение клапанного устройства.
• Качество топлива.

Плюсы и минусы карбюраторных двигателей

Главное преимущество карбюратора — простота обслуживания. Чтобы отрегулировать состав рабочей смеси, достаточно прочитать несложное руководство. При этом карбюратор, правильно отрегулированный один раз, способен проработать без сбоев в течение длительного времени.

Для ремонта топливного смесителя не нужны дорогостоящие инструменты и приборы, вполне хватит нескольких отверток и гаечных ключей. Все работы можно выполнить прямо в гараже, без обращения в автосервис. Здесь заключается значительна разница между инжектором и карбюратором, ведь неполадки с инжектором исправить уже не так просто.

Карбюраторный автомобиль можно заправлять топливом с невысокими показателями качества, ведь он почти не чувствителен к наличию примесей. Единственное следствие использования топлива с низким качеством — засорение жиклеров, но их можно легко прочистить, или продуть.

Немаловажным плюсом карбюраторных агрегатов является повышенная приемистость двигателя. Режим работы мотора меняется быстро, без рывков. На карбюраторном автомобиле проще преодолевать крутые спуски и ездить по бездорожью.

К минусам карбюратора можно отнести:

• повышенное образование вредных веществ в выхлопных газах;
• высокую чувствительность к перепадам температуры;
• нерациональный расход бензина.

Карбюратор надежен и прост в обслуживании, но его недостатки слишком существенны и нивелируют список достоинств.

Плюсы и минусы инжекторных двигателей

Мощность инжекторного двигателя может увеличиваться на 10% по сравнению с аналогичным показателем карбюраторного. Особый способ впрыска топлива, точная установка угла зажигания, конструкция впускного коллектора — все эти факторы способствуют увеличению мощности.

Кроме этого инжекторные системы экономичнее карбюраторных. Электроника регулирует количество бензина в зависимости от оборотов двигателя. Благодаря точной работе блока управления, в выхлопные газы поступает меньше токсических веществ, ведь топливо сгорает без остатка.

Инжекторный двигатель легче завести в зимнюю пору, ведь его не нужно прогревать, система работает автоматически и не зависит от окружающей температуры. Большинство инжекторных моторов очень надежны. В их конструкции нет трамблера, который часто ломается на карбюраторных автомобилях.

К минусам инжектора можно причислить:

• сложность диагностики и ремонта;
• высокую чувствительность к качеству бензина;
• высокую стоимость запчастей.

Хотя автомобили с инжекторными двигателями и преобладают на рынке, но даже они не лишены недостатков.

Механизм работы поплавковой камеры карбюратора

В поплавковую камеру бензин поступает через патрубок, в котором создает давление бензонасос. За количество топлива в камере отвечает иглообразный клапан и пластмассовый или латунный поплавок. При уменьшении уровня бензина, игла клапана, которая контактирует с поплавком, открывает игольчатый клапан, после чего бензин попадает в камеру поплавка. При увеличении уровня бензина, поплавок поднимается и язычком толкает шток. Тот в свою очередь прикрывает клапан. Данный цикл всё время повторяется при работе мотора. Если в уровне топлива будут происходить перепады, устойчивой работы мотора добиться будет невозможно.

Система питания бензинового двигателя карбюраторного типа

В карбюраторном двигателе система подачи топлива работает следующим образом.

Топливный насос (бензонасос) подает топливо из бака в поплавковую камеру карбюратора. Топливный насос, обычно мембранный, расположен непосредственно на двигателе. Привод насоса осуществляется при помощи штока-толкателя эксцентриком на распределительном валу.

Очистка топлива от загрязнений совершается в несколько этапов. Самая грубая очистка происходит сеточкой на заборнике в топливном баке. Затем топливо фильтруется сеточкой на входе в бензонасос. Также сетчатый фильтр-отстойник установлен на входном патрубке карбюратора.

В карбюраторе очищенный воздух из воздушного фильтра и бензин из бака смешиваются и подаются во впускной трубопровод двигателя.

Карбюратор устроен таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение воздуха и бензина в смеси. Это соотношение (по массе) составляет приблизительно 15 к 1. Топливовоздушная смесь с таким соотношением воздуха к бензину называется нормальной.

Нормальная смесь необходима для работы двигателя в установившемся режиме. На других режимах двигателю могут потребоваться топливовоздушные смеси с иным соотношением компонентов.

Обедненная смесь (15-16,5 частей воздуха к одной части бензина) имеет меньшую скорость сгорания по сравнению с обогащенной, но зато происходит полное сгорание топлива. Обедненная смесь применяется при средних нагрузках и обеспечивает высокую экономичность, а также минимальный выброс вредных веществ.

Бедная смесь (более 16,5 частей воздуха к одной части бензина) горит очень медленно. На бедной смеси могут возникать перебои в работе двигателя.

Обогащенная смесь (13-15 частей воздуха к одной части бензина) обладает наибольшей скоростью сгорания и используется при резком увеличении нагрузки.

Богатая смесь (менее 13 частей воздуха к одной части бензина) горит медленно. Богатая смесь необходима при пуске холодного двигателя и последующей работе на холостом ходу.

Для создания смеси, отличной от нормальной, карбюратор снабжен специальными устройствами — экономайзер, ускорительный насос (обогащенная смесь), воздушная заслонка (богатая смесь).

В карбюраторах разных систем эти устройства реализованы по-разному, поэтому здесь мы не будем рассматривать их более подробно. Суть просто в том, что система питания бензинового двигателя карбюраторного типа содержит такие конструктивные элементы.

Для изменения количества топливовоздушной смеси и, следовательно, частоты вращения коленчатого вала двигателя служит дроссельная заслонка. Именно ею управляет водитель, нажимая или отпуская педаль газа.

Процесс зажигания в карбюраторе и инжекторе

На двигателях, оснащенных аналоговыми устройствами, принцип действия системы зажигания довольно прост. Устаревшее контактное зажигание предполагало наличие:

• механического прерывателя цепи низкого напряжения;
• катушки зажигания;
• механического распределителя высокого напряжения;
• центробежный и вакуумный регулятор опережения зажигания.

Надежность механизмов оставляла желать лучшего. Поэтому вскоре на смену пришла бесконтактная схема зажигания, в которой механический прерыватель был заменен транзисторным коммутатором, а контактный распределитель соответствующим датчиком.

Преимущества и недостатки использования карбюраторов

К достоинствам карбюраторов следует отнести высокую гомогенность смеси на выходе; низкую стоимость и технологическую доступность при производстве;сравнительную простоту при обслуживании и ремонте, ремонтопригодность без необходимости специального оборудования. В отличие от инжектора, который требует электрического питания, работа карбюратора происходит исключительно за счёт энергии потока воздуха, всасываемого двигателем.

Эти плюсы относятся, разумеется, только к «классическим» карбюраторам. Устройства последнего поколения были уже очень сложными узлами с элементами электроники. Их производство требовало очень большой точности, а настройка – высокой технической подготовки и использования специального оборудования (пневмогидравлического стенда).

Карбюратор выносливее и эффективнее инжектора, если речь идёт об особо тяжёлых или даже экстремальных условиях работы. Он менее чувствителен к качеству топлива. Однако карбюратор более зависит от погодных условий и способен, в отличие от инжектора, преподнести неприятный сюрприз в условиях низких температур. В морозы в корпусе карбюратора может скопиться и замёрзнуть конденсат. А в сильную жару он перегревается, что приводит к интенсивному испарению топлива и падению мощности двигателя.

Основной же причиной вытеснения карбюратора из автомобильной системы питания стала невозможность обеспечить топливно-воздушную смесь индивидуального состава для каждой из вспышек. А инжекторная система с распределённым впрыском действует именно таким образом, стабильно обеспечивая экономичность и экологичность работы двигателя.