Карбюратор

В цилиндрах двигателя внутреннего сгорания сгорает топливная смесь, состоящая из капель топлива и воздуха. Чтобы смешать два этих компонента в нужной пропорции, примерно до середины девяностых годов на массовых легковых автомобилях применялось механическое дозирующее устройство - карбюратор.

История карбюратора

Первые автомобили работали на светильном газе, и карбюратор был им не нужен, так как газ попадал в камеру сгорания под воздействием разрежения. Аналогичный принцип впоследствии использовался при создании газобалонного оборудования первого поколения. Светильный газ стоил дорого. Например, в России было всего два завода, на которых он производился.

В связи с этими проблемами во второй половине XIX века ученые вынашивали идеи по замене существующего автомобильного топлива на более экономичное и дешевое. Наилучшим из вариантов стало использование жидкого топлива. Однако такое топливо не может воспламеняться без воздуха, поэтому потребовалось устройство, способное смешивать два этих элемента, да еще и в определенных пропорциях. Нужное устройство изобрел в 1876 изобрел итальянец по имени Луиджи Де Христофорис. Оно получило название «карбюратор». Его конструкция и принцип действия отличались от современных карбюраторов. Для образования топливо-воздушной смеси топливо нагревали и пары смешивали с воздухом. Исследования в этой области продолжались, и через год спустя инженеры Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах сконструировали двигатель внутреннего сгорания, оснащенный распылительным карбюратором, который стал прообразом современных устройств.

В конце XX века карбюраторы постепенно перешли под контроль электроники. В них использовались многочисленные электромагнитные клапаны, которым требовалось управляющее устройство. К примеру, в карбюраторах Hitachi автомобиля Nissan Sunny использовалось не менее 5 клапанов и управляемых электроникой заслонок. До появления электронного впрыска оставался один шаг, и точкой невозврата стало применение топливных форсунок. На смену карбюраторам вскоре пришел моновпрыск. Его преимущества перед карбюраторами заключается в способности смешивать топливо и воздух в более точных пропорциях. Дальнейшей ступенью развития систем впрыска стал инжектор.

В наши дни карбюраторный впрыск применяется лишь на двигателях, предназначенных для спецтехники. Недостаток электроники заключается в том, что она боится воды, поэтому, к примеру, вездеход, предназначенный для использования на болотах, правильней оснастить карбюратором, представляющим собой механическое устройство, которое, в крайнем случае, можно просто высушить, даже если оно побывало под водой целиком. 

Устройство и принцип работы

Задача карбюратора - смешение топлива и воздуха. В различных модификациях этого устройства процесс смешения происходит примерно по одному и тому же принципу.

Самый популярный тип карбюратора – поплавковый. Он состоит из следующих элементов:

• поплавковая камера,
• поплавок,
• запорная игла поплавка,
• жиклер,
• смесительная камера,
• распылитель,
• трубка Вентури,
• дроссельная заслонка.

К поплавковой камере подведена трубка, по которой из бака поступает топливо. Количество топлива внутри камеры регулируется двумя взаимосвязанными деталями: поплавком и иглой. Когда уровень топлива в камере падает, то поплавок опускается вместе с иглой. Тем самым игла открывает доступ к очередной порции топлива. Соответственно, когда топливо заполняет камеру, то поплавок поднимается, а вместе с ним и игла – перекрывает доступ. Кроме того, в нижней части камеры находится жиклер – калиброванное устройство, которое дозирует подачу жидкости (в данном случае топлива). Через него оно попадает в распылитель. Таким образом, действие переносится из камеры поплавковой, в камеру смесительную, где и происходит приготовление горючей смеси.

В смесительной камере находится диффузор(сужение), который нужен для того чтобы увеличить скорость воздушного потока. За счет диффузора создается разреженный воздух возле распылителя. Воздух помогает высасывать топливо из поплавковой камеры и лучше его распылять в камере смесительной.

Роль дроссельной заслонки в работе карбюратора

Количество топливной смеси, которое поступает в цилиндры, зависти от положения дроссельной заслонки, которая, в свою очередь, связана с педалью газа.

Кроме того, в салоне некоторых карбюраторных автомобилей на приборной панели есть специальный рычаг, которым также можно управлять заслонкой. Обычно его называют «подсос», хотя технически это "устройство холодного пуска". Вытягивая его ручку на себя, водитель прикрывает воздушную заслонку, ограничивая доступ воздуха и увеличивая разрежение в смесительной камере карбюратора. В результате бензин из поплавковой камеры высасывается более интенсивно и при недостатке воздуха готовит для мотора обогащенную горючую смесь, которая и необходима для пуска холодного двигателя.

Для того чтобы двигатель работал на холостом ходу, в карбюраторе есть  специальные дополнительные калиброванные воздушные жиклеры, через которые строго определенное количество воздуха попадает под дроссельную заслонку и смешивается с топливом, даже если убрать ногу с педали газа.

Процесс эволюции карбюратора

В процессе развития над автоматизацией всех без исключения процессов работали инженеры разных фирм, поэтому вариантов реализации карбюраторов очень много. Одним из первых, кстати, подвергся автоматизации вышеописанный "подсос". 

В современном карбюраторе реализовано большое количество вспомогательных устройств, стабилизирующих работу карбюратора в различных ситуациях (резкий сброс газа, холостой ход в режиме стоянки на светофоре в автомобиле с АКПП, компенсация оборотов при включении кондиционера и так далее).

Примерный список устройств выглядит так.

• Система регулировки температуры забираемого воздуха.
• Обогреватель впускного коллектора.
• Клапан прекращения подачи топлива.
• Клапан обогатительного устройства.
• Биметаллическая пружина воздушной заслонки (механизм открытия воздушной заслонки).
• Система быстрого холостого хода.
• Система поддержания постоянной скорости работы двигателя и так далее.

Все эти приспособления были реализованы в виде отдельных аналоговых устройств, управлявшихся примитивной электроникой или саморегулирующихся, как биметаллическая пластина. В дальнейшем, при появлении дешевых микропроцессоров необходимость в этих устройствах исчезла, так как появилась возможность совместить их функции в одном блоке управления, а на карбюраторе (а позже в инжекторе) установить простые исполнительные устройства.

Достоинства и недостатки карбюратора

Основное достоинство карбюратора заключается в его ремонтопригодности. К этому устройству можно приобрести ремкомплект, который можно заменить, в случае необходимости, даже на улице. Однако это достоинство давно уже утратило практический смысл: развитие компьютерной диагностики сделало ремонт инжектора, практически равноценным по простоте занятием. 

Недостатки карбюратора связаны с тем, что он представляет собой достаточно тонкое и сложное механическое устройство. Его необходимо время от времени регулировать, чистить и беречь от засоров. Кроме того, его работа зависит от погодных условий: зимой в нем может замерзнуть конденсат, летом он перегревается, и топливо начинает интенсивно испаряться. В общем и целом можно сказать, что это устройство морально устарело.