Состав смеси, соответствующий режиму работы двигателя, автоматически обеспечивает карбюратор, который выполняет следующие функции: осуществляет дозирование топлива и воздуха в соотношениях, зависящих от режима работы двигателя; производит распыление топлива, частичное его испарение и перемешивание с воздухом; регулирует в зависимости от нагрузки количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя; обеспечивает быстрый и надежный пуск двигателя в различных условиях; поддерживает устойчивую работу двигателя на холостом ходу.
Работа карбюраторов основана на принципе пульверизации.
Простейший карбюратор (рис. 28)
состоит из поплавковой ка меры 7, поплавка 2 с игольчатым клапаном 4, жиклера 17 с распылителем 16, диффузора 12, дроссельной 10 и воздушной 14 заслонок и смесительной камеры 11.
Поплавковая камера 1, сообщающаяся с атмосферой отверстием, и поплавок 2 с игольчатым клапаном предназначены для поддержания постоянного уровня топлива в распылителе. Жиклер 17 представляет собой металлическую пробку с калиброванным отверстием, с помощью которого дозируется топливо. Пропускная способность жиклера зависит от диаметра отверстия, длины канала и качества его обработки. Распылитель 16 изготовлен из трубки, входной конец которой располагается по оси диффузора 12 у узкого сечения последнего.
Смесительной камерой 11 называют участок трубы карбюратора от самой узкой части диффузора (горловины) до оси дроссельной заслонки 10. Дроссельной заслонкой 10 изменяют количество горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигателя. Для повышения мощности двигателя дроссельную заслонку открывают больше. Прикрывая воздушную заслонку 14 и обогащая тем самым рабочую смесь, обеспечивают пуск двигателя. При работе прогретого двигателя воздушная заслонка полностью открыта.
Карбюратор работает следующим образом. Из бака 6 по топливопроводу 5 топливо поступает в поплавковую камеру 1 и заполняет ее. При достижении определенного уровня пустотелый поплавок 2, всплывая, прижимает игольчатый клапан 4 к его седлу и доступ топлива в камеру прекращается. При понижении уровня топлива в камере поплавок и клапан опускаются, открывая доступ определенной дозе топлива в камеру. Практически уровень топлива в камере 1 во время работы двигателя мало изменяется и его без большой погрешности можно принять постоянным.
Из поплавковой камеры через жиклер 17 топливо поступает в распылитель 16. Верхний срез распылителя расположен на 1— 2 мм выше уровня топлива в камере, благодаря чему топливо не выливается из распылителя при неработающем двигателе даже в случае, если машина находится на наклонном участке. Во время такта впуска создается перепад давлений, под действием которого воздух через воздухоочиститель 13, трубу 15 и диффузор 12 поступает в смесительную камеру 11 карбюратора, а оттуда в двигатель.
Вследствие уменьшения проходного сечения в горловине диффузора 12 скорость воздуха возрастает и разрежение увеличивается.
Поскольку при этом возникает разница между атмосферным давлением в поплавковой камере и давлением в диффузоре, топливо начинает фонтанировать из распылителя 16. Воздух движется через диффузор со скоростью, примерно в 25раз большей скорости топлива.
Это вызывает распад струи топлива на мелкие капли, которые смешиваются с воздухом. В результате распыления поверхность соприкосновения частиц топлива с воздухом увеличивается, что ускоряет испарение топлива. Образовавшаяся горючая смесь поступает в цилиндр 9 двигателя. Для более полного испарения топлива впускной трубопровод 7 подогревают водой из рубашки охлаждения или отработавшими газами.
Режим работы двигателей может изменяться в широких пределах. Различают следующие режимы работы: пуск двигателя, холостой ход и малые нагрузки, средние нагрузки, полную нагрузку.
Необходимо, чтобы состав горючей смеси находился в соответствии с условиями работы двигателя на каждом из перечисленных ниже режимов.
При пуске холодного двигателя смесеобразование затрудняется вследствие незначительной величины разрежения в диффузоре и низкой температуры двигателя. Поэтому при пуске должна подаваться богатая горючая смесь, чтобы обеспечить достаточное для воспламенения количество легких, быстро испаряющихся фракций топлива.
Для обеспечения устойчивой работы двигателя на холостом ходу карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь. Это объясняется тем, что на малых нагрузках скорость воздуха в диффузоре низкая и распыление топлива недостаточно мелкое. Кроме того, недостаточно нагреты детали, что в свою очередь затрудняет полное испарение топлива. Отрицательную роль играет и то, что температура и давление в цилиндре в период воспламенения и горения низкие, а доля остаточных продуктов сгорания велика. Обогащение же смеси улучшает условия воспламенения и сгорания топлива.
По мере повышения нагрузки, увеличения скорости воздуха в диффузоре и нагрева деталей смесеобразование и условия для воспламенения и горения топлива улучшаются. Поэтому горючая смесь должна постепенно обедняться.
На средних нагрузках (от 40 до 90 % полной нагрузки двигателя) в цилиндры необходимо подавать несколько обедненную горючую смесь для обеспечения экономичной работы.
При полных нагрузках для получения от двигателя максимальной мощности горючая смесь должна быть обогащенной.
Простейший карбюратор не обеспечивает получение наивыгоднейшего состава горючей смеси для всех этих условий, поэтому в его конструкцию включены следующие системы и устройства: система холостого хода, главная дозирующая система, пусковое устройство, экономайзер и ускорительный насос.
Система холостого хода (рис. 29) включает топливный жиклер 6, воздушный жиклер 4, канал 3, входные отверстия 2 и 12, регулировочный винт 1. При работе на холостом ходу и с малыми нагрузками дроссельная заслонка 11 почти полностью закрыта, поэтому разрежение в диффузоре и истечение топлива из распылителя главного жиклера 7 недостаточны для образования горючей смеси нужного состава.
Под действием большого разрежения за дроссельной заслонкой 11 топливо через жиклер 6 и канал 5 поступает в канал 3, куда поступает также воздух через жиклер 4. Образовавшаяся смесь топлива с воздухом (эмульсия) через отверстие 12 попадает во впускной трубопровод. В это же время из смесительной камеры в канал 3 через отверстие 2 дополнительно проходит воздух (рис. 29, а), что уменьшает разрежение в канале 3. В результате уменьшается количество топлива в эмульсии. Регулируют состав горючей смеси винтом 1, которым уменьшают сечение отверстия 12. Поскольку сечения воздушных отверстий остаются неизменными при уменьшении сечения отверстия 12, разрежение в канале 3 падает и смесь обедняется.
Минимальные обороты холостого хода помимо качества смеси зависят также от ее количества. Последнее регулируется минимальным открытием дроссельной заслонки с помощью винта 9, помещенного на рычаге 10 привода заслонки. Поворот заслонки ограничивается упором винта 9 в прилив 8.
При переходе на малые нагрузки дроссельную заслонку несколько открывают. Когда кромка заслонки перекроет отверстие 2, то через него прекращается подача воздуха в канал 3 и поэтому через отверстие 12 поступает эмульсия, более богатая топливом.
Если оба отверстия 2 и 12 оказываются за дроссельной заслонкой (рис. 29, б), то эмульсия поступает в большем количестве и двигатель развивает большую мощность. При дальнейшем открытии дроссельной заслонки подача эмульсии через систему холостого хода постепенно уменьшается, так как разрежение за дроссельной заслонкой падает, и вступает в работу главная дозирующая система .
Главная дозирующая система (рис. 30) обеспечивает постоянство экономичного состава смеси на широком диапазоне средних нагрузок. Основными элементами устройства являются воздушный жиклер 1, топливный жиклер 4 и распылитель 6. Когда двигатель не работает, топливо устанавливается в поплавковой камере 3, колодце 2 и распылителе 6 на одном уровне (рис. 30, а).
По мере открытия дроссельной заслонки 5 расход воздуха возрастает, разрежение в диффузоре увеличивается и из распылителя 6 начинает вытекать топливо. Уровень топлива в колодце 2 понижается. При определенном понижении уровня топлива через воздушный жиклер 1 в распылитель 6 начинает поступать воздух.
Истечение топлива из жиклера 4 при этом уменьшается и смесь обедняется (рис. 30, б).
Путем подбора сечений топливного и воздушного жиклеров можно получить требуемый состав смеси. Отличительной особенностью описанной системы по сравнению с показанной на рис. 28 является подача через распылитель 6 не топлива, а эмульсии, которая образуется при смешении топлива с воздухом, поступающим через жиклер 1.
Пусковое устройство. При пуске двигателя частота вращения коленчатого вала невелика, поэтому разрежение в диффузоре
и даже за дроссельной заслонкой мало. Чтобы обеспечить получение необходимого для этого случая обогащения горючей смеси, применяют специальное пусковое устройство, в качестве которого в карбюраторах используют воздушную заслонку 3 (рис. 31, а). Ее помещают во входном патрубке 2. При закрытии воздушной заслонки (рис. 31, б) повышается разрежение в смесительной ка мере 11 и за дроссельной заслонкой. За счет интенсивного истечения топлива из распылителей главного дозирующего устройства и системы холостого хода смесь сильно обогащается. Воздух для образования смеси проникает через щели у кромки воздушной заслонки 3.При первых вспышках в цилиндрах разрежение в смесительной камере резко возрастает и вследствие переобогащения смеси двигатель может заглохнуть. Чтобы избежать этого, на заслонке 3 монтируют автоматический клапан 4, который после первых вспышек под действием атмосферного давления открывается и пропускает в смесительную камеру воздух, уменьшающий обогащение смеси.
При пуске двигателя дроссельная заслонка 10 должна быть немного открыта. Достигается это с помощью тяг и рычагов, связывающих дроссельную 10 и воздушную 3 заслонки. Управление осуществляют обычно вручную с помощью троса 1.
Экономайзер представляет собой устройство для обогащения смеси при работе двигателя на больших нагрузках путём подачи дополнительного количества топлива в смесительную камеру. Экономайзер состоит из жиклера 1 (рис. 32) и клапана 3, который прижимается к своему седлу пружиной. Чтобы повысить мощность двигателя при больших нагрузках, дроссельную заслонку 7 открывают полностью.
При этом рычаг 6 настолько перемещает тягу 5 вниз, что шток 4 открывает клапан 3 и топливо из поплавковой камеры через жиклер 1 экономайзера поступает в распылитель 8 главного дозирующего устройства. Таким образом, в этот период поступление топлива в смесительную камеру происходит как через главный жиклер 2, так и через жиклер 1 экономайзера.
Ускорительный насос (рис. 33) предназначен для дополнительного обогащения смеси в случае резкого открытия дроссельной заслонки. При закрытии дроссельной заслонки 14 рычаг 13 через тяги 12 и 11 и пластинку 3 поднимает вверх шток 5 с поршнем 9. Впускной клапан 7 открывается и топливо из поплавковой камеры перетекает в цилиндр 8. Выпускной клапан 10 при этом закрыт.
Если резко открыть дроссельную заслонку 14, то рычаг 13 быстро переместит тяги 12 и 11 и пластинку 3 вниз. Пружина 4, сжимаясь, толкает поршень 9 вниз. Под давлением топлива клапан 7 закроется, а клапан 10 откроется и через жиклер 2 в смесительную камеру будет впрыснута порция топлива. Пружина 4, разжимаясь, удлиняет впрыск топлива до 1—3 с, что улучшает приемистость двигателя.
Канал 1 соединяет распылитель жиклера 2 с воздушным пространством поплавковой камеры. Это снижает разрежение у жиклера 2 и предотвращает подсасывание топлива в смесительную камеру из системы ускорительного насоса, когда он не работает.
Отверстие 6 служит для слива в поплавковую камеру топлива, прошедшего вверх через неплотности между поршнем 9 и цилиндром 8 при закрытой дроссельной заслонке.