Карбюраторный двигатель - двигатель внутреннего сгорания, в котором горючая смесь приготовляется карбюратором вне камеры сгорания (отсюда другое название – двигатель с внешним смесеобразованием) и воспламеняется в ней свечой зажигания.

Карбюратор — устройство в системе питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для смешивания бензина и воздуха, создания горючей смеси и регулирования её расхода.

Простейший карбюратор состоит из четырёх основных элементов (рис.1): 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 заставляет 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 диффузоры. Дополнительные диффузоры раположены 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 на мотоциклах и некоторых автомобилях).

Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. При 1-м такте — впуске поршень движется от верхней мёртвой точки к нижней мёртвой точке. Впускной клапан при этом открыт (рис. 2) и горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр. В течение 2-го такта — сжатия, когда поршень движется от нижней к верхней мертвой точке, впускной и выпускной клапаны закрыты и смесь сжимается до давления 0,8—2 Мн/м² (8—20 кгс/см²). Температура смеси в конце сжатия составляет 200—400°C. В конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива. Сгорание имеет место при положении поршня, близком к верхней мертвой точке. В конце сгорания давление в цилиндре составляет 3—6 Мн/м² (30—60 кгс/см²), а температура 1600—2200°C. 3-й такт цикла — расширение называется рабочим ходом; в течение этого такта происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу. 4-й такт — выпуск происходит при движении поршня от нижней к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы вытесняются поршнем.

Рабочий цикл 2- тактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за 2 хода поршня или за 1 оборот коленчатого вала (рис. 3). Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам 4-тактного двигателя внутреннего сгорания. При прочих равных условиях 2-тактный двигатель должен быть в 2 раза более мощным, чем 4-тактный, т. к. рабочий ход в 2-тактном двигателе происходит в 2 раза чаще, однако на практике мощность 2-тактного карбюраторного двигателя часто не только не превышает мощность 4-тактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20—35% ) поршень совершает при открытых окнах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы; продувка цилиндра требует затрат мощности на сжатие воздуха в продувочном насосе; очистка пространства цилиндра от продуктов сгорания газов и наполнение его свежим зарядом значительно хуже, чем в 4-тактном двигателе.

По роду топлива двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные. По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха — на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные, в которых горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе, и газосмесительные, в которых горючая смесь из газа и воздуха образуется в смесителе.

В двигателях внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрической искрой. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Карбюратор, в котором поток смеси движется снизу вверх, называется карбюратором с восходящим потоком, сверху вниз — с нисходящим или падающим потоком, а если горизонтально — с горизонтальным потоком.

Наибольшее распространение получили карбюраторы с нисходящим потоком. Их основные преимущества состоят в улучшении наполнения цилиндров горючей смесью (соответственно, в некотором повышении мощности по сравнению с карбюратором с восходящим потоком), а также доступности и удобстве обслуживания, так как расположен такой карбюратор сверху.

В настоящее время инжекторные системы подачи топлива в большинстве случаев заменили карбюраторы. Это связано с тем, что только инжектор может без обслуживания и регулировок длительное время (сотни тысяч километров пробега) сохранять выхлоп автомобиля в рамках современных экологических требований и обеспечивать более качественное, по сравнению с карбюратором, приготовление требуемой горючей смеси на всех режимах двигателя.

 

Поступающее по каналу 1 топливо проходит через жиклер холостого хода "g", на выхода из жиклера смешивается с воздухом, поступающим из воздушного жиклера холостого хода "u" Топливо-воэдушная эмульсия выходит под дроссельную заслонку через отверстие 3, регулируемое винтом "В" качества (состава) смеси.

При открытии дроссельной заслонки первой камеры до включения главной дозирующей системы эмульсия поступает в первую камеру через жиклер "g" и вертикальную щель 2 переходной системы, находящуюся на уровне дроссельной заслонки в закрытом положении.

Переходная система второй камеры. При незначительном открытии дроссельной заслонки второй камеры до включения главной дозирующей системы топливо-воздушная эмульсия поступает во вторую камеру через выходное отверстие 4. Топливо поступает из жиклера "g2" через трубку, смешивается с воздухом из жиклера "u2", поступающим через проточный канал.

Из поплавковой камеры топливо поступает через главные топливные жиклеры "Gg" в эмульсионные колодцы и смешивается с воздухом, выходящим из отверстий эмульсионных трубок "S", выполненных заодно с главными воздушными жиклерами "А". Через распылители топливо-воздушная эмульсия попадает в малые и большие диффузоры карбюратора.

Детали карбюратора: 1 – крышка карбюратора; 2 – корпус карбюратора; 3 – корпус дроссельных заслонок; 4 – эмульсионные трубки; 5 – топливный фильтр; 6 – игольчатый клапан; 7 – поплавок; 8 – регулировочный винт приоткрывания дроссельной заслонки 1-й камеры; 9 – пусковое устройство; 10 – пневмопривод дроссельной заслонки 1-й камеры; 11 – экономайзер мощностных режимов; 12 – клапан вентиляции поплавковой камеры; 13 – рычаг управления дроссельными заслонками.

Ускорительный насос с механическим приводом. На холостом ходу при закрытом дроссельном заслонке первом камеры пружина "R" отводит диафрагму "М" назад, это приводит к заполнению полости насоса топливом. Диафрагма "М" механически связана с приводом дроссельной заслонки через установленный на оси дроссельной заслонки кулачок. При открывании дроссельной заслонки диафрагма нагнетает топливо через шариковый клапан и калиброванный распылитель "i" к началу диффузора "К". Скорость нагнетания топлива зависит от размера калиброванного отверстия распылителя. Рабочий ход насоса не регулируется.

Экономайзер мощностных режимов включается при определенном разрежении во впускном коллекторе. Степень обогащения горючей смеси определяется открытием клапана 3, которое зависит от величины разрежения во впускном коллекторе, воздействующего на диафрагму "M1" через канал и от усилия пружины 2.

При определенных нагрузке и числе оборотов двигателя разрежение несколько падает и пружина 2 диафрагмы открывает клапан 3. Поступающее из поплавковой камеры через жиклер "Се" экономайзера топливо проходит через главный топливный жиклер, обогащая горючую смесь.

Эконостат работает при полной нагрузке двигателя, на скоростных режимах, близких к максимальным. Под действием разрежения топливо засасывается непосредственно из поплавковой камеры через жиклер "Се1" и смешивается с воздухом, проходящим через жиклер "U3". Образованная таким образом эмульсия подается во вторую камеру через расположенную над распылителем впрыскивающую трубку 5.