Карбюра́тор () — узел системы питания ДВС, предназначенный для приготовления горючей смеси наилучшего состава путём смешения (карбюрации, ) паров жидкого топлива с воздухом и регулирования количества её подачи в цилиндры двигателя. Имеет широчайшее применение на различных двигателях, обеспечивающих работу самых разнообразных устройств. На массовых автомобилях с 80-х годов XX века карбюраторные системы подачи топлива вытесняются инжекторными.
Основы устройства и виды карбюраторов Карбюраторы подразделяются на барботажные и фитильные, в данный момент не использующиеся, мембранно-игольчатые и поплавковые, составляющие подавляющее большинство всех карбюраторов.
Барботажный карбюратор представляет собой бензобак, в котором на некотором расстоянии от поверхности топлива имеется глухая доска и два широких патрубка — подающий воздух из атмосферы и отбирающий смесь в двигатель. Воздух проходил под доской над поверхностью топлива и, насыщаясь его парами, образовывал горючую смесь. При всей примитивности этот карбюратор единственный, обеспечивавший смесь с воздухом именно паровой фракции топлива. Дроссельная заслонка стояла на двигателе отдельно. Барботажный карбюратор делал двигатель очень требовательным к фракционному составу топлива, так как испаряемость его должна была занимать весьма узкий температурный диапазон, вся конструкция была взрывоопасной, громоздкой, тяжёлой в регулировании. Топливно-воздушная смесь в длинном тракте частично конденсировалась, этот процесс зависел чаще от погоды.
Фитильный карбюратор представляет собой небольшой бак, в крышке которого расположен фитиль, верхний конец фитиля выходит во впускной тракт двигателя. Конструкция фитильного карбюратора напоминает керосиновую лампу и, в принципе, создатели ранних двигателей часто и использовали этот прибор в качестве карбюратора. Фитильный карбюратор значительно безопаснее барботажного и менее требователен к фракционному составу топлива.
Мембранно-игольчатый карбюратор представляет собой отдельный законченный узел и, как следует из названия, состоит из нескольких камер, разделённых мембранами, жёстко связанными между собою штоком, который заканчивается иглой, запирающей седло клапана подачи топлива. Камеры соединяются каналами с разными участками смесительной камеры и с топливным каналом. Вариант — связь между мембранами и клапаном неравноплечими рычагами. Характеристики таких карбюраторов определялись тарированными пружинами, на которые опирались мембраны и/или рычаги. Система рассчитана так, чтобы соотношение вакуума, давления топлива и скорости смеси обеспечивали должное соотношение топлива и воздуха. Достоинство такого карбюратора, наряду с простотой, способность работать буквально в любом положении по отношению к направлению силы тяжести. Недостатки — относительная сложность регулировки, некоторая нестабильность характеристики (из-за пружины), чувствительность к ускорениям, перпендикулярным мембранам, неширокий диапазон количества смеси на выходе, медленные переходы между установившимися режимами. Такие карбюраторы используются на двигателях, по условиям работы не имеющих определённого пространственного положения (двигатели бензорезов, газонокосилок, поршневых самолётов, например, карбюраторы АК-82БП стояли на ЛА-5), или просто на дешёвых конструкциях. Именно такой карбюратор стоит как вспомогательный на газобаллонном автомобиле ЗИЛ-138.
Наконец, поплавковый карбюратор, разнообразный в своих многочисленных модификациях, составляет подавляющее большинство современных карбюраторов и состоит из поплавковой камеры, обеспечивающей стабильный приток топлива, смесительной камеры, фактически представляющей трубку Вентури, и многочисленных дозирующих систем, состоящих из топливных и воздушных каналов, дозирующих элементов — жиклёров, клапанов и актюаторов. Поплавковые карбюраторы при прочих равных условиях обеспечивают самые стабильные параметры смеси на выходе и обладают самыми высокими эксплуатационными качествами. Поэтому они и получили столь широкое распространение.
Принцип работы поплавкового карбюратора с постоянным сечением диффузора
Простейший карбюратор состоит из двух функциональных элементов: поплавковой камеры (10) и смесительной камеры (8).
Топливо по трубке (1) поступает в поплавковую камеру (10), в которой плавает поплавок (3), на который опирается запорная игла (2) поплавкового клапана. При расходовании топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, игла открывает подачу топлива, при достижении заданного уровня клапан закрывается. Таким образом, поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень топлива. Благодаря балансировочному отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление. Зачастую, в выпускаемых карбюраторах, работающих с воздушными фильтрами, вместо этого отверстия используется балансировочный канал поплавковой камеры, ведущий не в атмосферу, а в полость воздушного фильтра или в верхнюю часть смесительной камеры. В этом случае дросселирующее влияние фильтра сказывается равномерно на всей газодинамике карбюратора, который становится балансированным.
Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклёр (9) в распылитель (7). Количество топлива, подающегося из распылителя (7), по закону Бернулли, зависит при прочих равных условиях от проходного сечения жиклёра и степени вакуума в диффузоре, а также от сечения диффузора. Соотношение сечений диффузора и главного топливного жиклёра является одним из основополагающих параметров карбюратора.
При впуске давление в цилиндрах двигателя понижается. Наружный воздух засасывается в цилиндр, проходя через смесительную камеру (8) карбюратора, в которой находится диффузор (трубка Вентури) (6), и впускной трубопровод, распределяющий готовую смесь по цилиндрам. Распылитель помещается в самой узкой части диффузора, где, по закону Бернулли, скорость потока достигает максимума, а давление уменьшается до минимума.
Под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, дробится в струе воздуха, распыляется, частично испаряясь и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. В реальных карбюраторах используется построение топливоподающей системы, при котором в распылитель подаётся не гомогенное жидкое топливо, а эмульсия из топлива и воздуха. Такие карбюраторы называют эмульсионными. Как правило, вместо одиночного диффузора используется двойной. Дополнительный диффузор имеет небольшие размеры и расположен в главном диффузоре концентрически. Через него проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное распыление. Количество смеси, поступающей в цилиндры, следовательно, и мощность двигателя, регулируются дроссельной заслонкой (5), у многих карбюраторов, особенно горизонтальных, вместо поворотной заслонки используется шибер — золотник.
Недостатком карбюратора с постоянным сечением диффузора является противоречие между необходимостью, с одной стороны, увеличивать проходное сечение диффузора для снижения газодинамических потерь на входе в двигатель и, с другой стороны, необходимостью уменьшать проходное сечение диффузора для обеспечения качества распыления топлива с его последующим испарением. Этот парадокс технически обойдён в карбюраторах с постоянным разрежением (Stromberg, SU, Mikuni) и с переменным сечением диффузора. Отчасти эту проблему решает введение дополнительной смесительной камеры с последовательным открытием дросселей, тогда суммарное сечение диффузоров оказывается ступенчато изменяемым. В послевоенные годы в СССР широко использовались карбюраторы с двухступенчатым регулированием воздуха с параллельным дополнительным диффузором в одной смесительной камере — семейство К-22.
Поплавковая камера В зависимости от способа вентиляции поплавковой камеры она может быть балансированной и небалансированной. У небалансированной камеры пространство над топливом соединяется непосредственно с атмосферой, у балансированной сообщается через балансировочный канал с пространством между выходом воздушного фильтра и верхней частью смесительной камеры, над воздушной заслонкой. Таким образом, при наличии балансировки на работу карбюратора оказывают меньшее влияние сторонние факторы, такие, как температура воздуха и состояние и сопротивление воздушного фильтра. Балансированный карбюратор может иметь систему стояночной разбалансировки поплавковой камеры, которая представлена механическим или электрическим клапаном, сообщающим её полость во время стоянки с атмосферой. В этом случае существенно облегчается пуск горячего двигателя, так как переобогащённый парами топлива воздух не накапливается в карбюраторе. С целью улавливания этих паров и из экологических соображений в поздних конструкциях вводится ещё газопоглотитель — ёмкость со вкладышем из активированного угля. При отключении от поплавковой камеры после пуска двигателя его полость соединяется с системой вентиляции картера и поглощённые пары бензина сжигаются двигателем в составе рабочей смеси.
Уровень топлива в поплавковой камере — одна из важнейших констант карбюратора. От него зависит устойчивая работа системы холостого хода и переходных систем всех камер, то есть, работа двигателя на малых оборотах непосредственно. Но, так как регулировка системы холостого хода фактически закладывает правильную компенсацию состава главной дозирующей системы, то косвенно от стабильности уровня зависит работа на всех режимах.
Позиция уровня топлива в камере закладывается конструктором так, чтобы при любых отклонениях карбюратора от вертикали не происходило самопроизвольного истечения топлива из распылителей в смесительную камеру.
Особенность компоновки современных карбюраторов в том, что на расположенных поперечно двигателях возникает необходимость компенсировать приливно-отливные явления в поплавковой камере при движении на поворотах. С целью такой компенсации в простейших случаях создаются дополнительные экономайзеры (ДААЗ-1111). В более дорогих карбюраторах используются спараллеленные поплавковые камеры, расположенные по бокам карбюратора и соединённые либо поперечным каналом (ДААЗ-2108), либо отдельной сообщающей полостью, из которой запитаны жиклёры. Поплавковых клапанов в этом случае может быть два («Пирбург-2ВЕ»), расположенных в крайних точках по бокам.
Поплавок/поплавки могут быть полыми (ДААЗ), как правило, они выполняются паяными из штампованных латунных половинок, либо изготовленными из пористой пластмассы (К-88).
Для компенсации воздействия вибраций двигателя на уровень топлива поплавковые клапаны демпфируются либо введением демпферной пружины со штоком или шариком, либо наличием упругого упорного или запорного элемента (ПЕКАР).
В ряде карбюраторов поплавковый клапан расположен в дне камеры. В этих случаях компоновка позволяет, сняв крышку карбюратора, непосредственно отслеживать уровень топлива. С этой же целью во многих моделях карбюраторов использовались смотровые окна, расположенные в боковой или передней стенке поплавковой камеры и позволяющие видеть уровень непосредственно в процессе работы двигателя.
Основные дозирующие системы Двигатель в процессе эксплуатации работает в разных режимах, требующих смеси разного состава, часто с резким изменением содержания фракции паров топлива. Для приготовления смеси состава, оптимального при любом режиме работы двигателя, карбюратор с постоянным сечением распылителя имеет разнообразные дозирующие устройства. Они вступают в работу или выключаются из работы в разное время или работают одновременно, обеспечивая наиболее выгодный (в отношении получения наибольшей мощности и экономичности) состав смеси на всех режимах двигателя.