Карбюратор

Карбюратор — это устройство в системе питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), предназначенное для приготовления горючей смеси из жидкого топлива (обычно бензина) и воздуха, а также для дозирования её подачи в цилиндры двигателя. Карбюратор выполняет функции смесеобразования, регулирования количества смеси (нагрузки) и её состава (обогащения или обеднения) в зависимости от режима работы двигателя. До массового внедрения систем впрыска топлива (инжекторов) в конце XX века карбюратор был основным типом топливоподающего оборудования на бензиновых двигателях.

История

Ранние разработки

Первые попытки создания устройств для смешивания топлива с воздухом относятся к середине XIX века. В 1860 году бельгийский изобретатель Жан-Жозеф Этьен Ленуар использовал в своём газовом двигателе примитивный испаритель, который не являлся карбюратором в современном понимании. Первый патент на карбюратор получил немецкий инженер Вильгельм Майбах в 1893 году. Его конструкция использовала принцип распыления топлива с помощью потока воздуха — так называемый «барботажный» карбюратор, где топливо засасывалось в воздушный поток через калиброванное отверстие (жиклёр).

Развитие в XX веке

В 1900-х — 1910-х годах карбюраторы стали стандартным оборудованием на автомобилях. Ключевые усовершенствования были сделаны в 1920-х годах: внедрение поплавковой камеры для поддержания постоянного уровня топлива, дроссельной заслонки для регулировки мощности и системы холостого хода. В 1930-х годах появились многокамерные карбюраторы (например, на двигателях V8), а в 1950-х — 1960-х — карбюраторы с экономайзерами, ускорительными насосами и автоматическими пусковыми устройствами.

В СССР карбюраторы выпускались для автомобилей «Волга», «Жигули», «Москвич», а также для грузовиков и мотоциклов. Наиболее известные модели — К-88 (для ГАЗ-21), К-126 (для ЗИЛ-130), ДААЗ (для ВАЗ). В 1980-х годах в связи с ужесточением экологических норм и требований к экономичности начался переход на системы впрыска, и к началу 2000-х годов карбюраторы были практически вытеснены из массового автомобилестроения.

Устройство и принцип работы

Основные элементы

Карбюратор состоит из нескольких ключевых узлов:

• Поплавковая камера — резервуар с топливом, в котором поддерживается постоянный уровень с помощью поплавка и игольчатого клапана.
• Смесительная камера — канал, по которому проходит воздух. Внутри неё расположены диффузор (сужающееся сечение для увеличения скорости потока) и дроссельная заслонка.
• Жиклёры — калиброванные отверстия, через которые топливо поступает из поплавковой камеры в смесительную. Различают главный жиклёр, жиклёр холостого хода, жиклёр ускорительного насоса и другие.
• Распылитель — трубка, через которую топливо выбрасывается в воздушный поток.
• Дроссельная заслонка — поворотная пластина, регулирующая количество проходящего воздуха и, соответственно, мощность двигателя.
• Система холостого хода — обеспечивает подачу топлива при закрытой дроссельной заслонке (на малых оборотах).
• Ускорительный насос — механический диафрагменный насос, который впрыскивает дополнительную порцию топлива при резком открытии дросселя для предотвращения «провалов».
• Экономайзер — клапан, открывающий дополнительный канал подачи топлива при больших нагрузках.
• Пусковое устройство (подсос) — заслонка, перекрывающая воздушный канал для обогащения смеси при холодном пуске.

Принцип действия

Работа карбюратора основана на законе Бернулли: при прохождении воздуха через сужение (диффузор) его скорость возрастает, а давление падает. За счёт разницы давлений между поплавковой камерой (атмосферное давление) и диффузором топливо всасывается через жиклёр и распыляется в воздушном потоке, образуя топливно-воздушную смесь. Соотношение воздуха и топлива (коэффициент избытка воздуха λ) в идеале должно составлять около 14,7:1 по массе (стехиометрическая смесь). Карбюратор регулирует это соотношение в зависимости от режима работы: на холостом ходу смесь обогащается, на средних нагрузках — обедняется, на полных — снова обогащается.

Классификация

По типу конструкции

• Поплавковые карбюраторы — наиболее распространённый тип, где уровень топлива поддерживается поплавком. Примеры: Solex, Weber, ДААЗ.
• Беспоплавковые (диафрагменные) карбюраторы — используются в бензопилах, газонокосилках и других маломощных двигателях. Уровень топлива регулируется диафрагмой и клапаном.
• Карбюраторы с постоянным разрежением (CV-тип) — имеют подвижный поршень, который изменяет сечение диффузора в зависимости от разрежения, обеспечивая постоянную скорость потока. Пример: SU, Hitachi.

По числу камер

• Однокамерные — простейшие, на малолитражных двигателях.
• Двухкамерные — с параллельной или последовательной работой камер. Параллельные камеры используются на V-образных двигателях (каждая камера обслуживает свой ряд цилиндров), последовательные — на рядных двигателях для улучшения смесеобразования на разных режимах.
• Четырёхкамерные — применялись на мощных V8 (например, Carter AFB, Holley).

По направлению потока

• С нисходящим потоком (downdraft) — воздух движется сверху вниз. Наиболее распространён на автомобилях.
• С восходящим потоком (updraft) — воздух снизу вверх. Использовался на ранних двигателях.
• С горизонтальным потоком (side draft) — воздух поступает сбоку. Применялся на некоторых мотоциклах и спортивных автомобилях.

Применение

Автомобильная техника

До середины 1990-х годов карбюраторы устанавливались на большинство легковых автомобилей (например, ВАЗ-2106, ГАЗ-24 «Волга», «Москвич-412»), а также на грузовики (ЗИЛ-130, ГАЗ-53) и автобусы. Внедрение экологических норм Евро-2 и выше потребовало точного управления составом смеси, что карбюраторы обеспечить не могли, поэтому они были вытеснены инжекторами.

Мотоциклы и малая техника

Карбюраторы до сих пор широко используются на мотоциклах (особенно классических и спортивных), скутерах, бензопилах, газонокосилках, генераторах и лодочных моторах. В этой сфере они остаются популярными из-за простоты, дешевизны и ремонтопригодности.

Спорт и тюнинг

В автоспорте (например, в драг-рейсинге, олдтаймер-ралли) карбюраторы применяются из-за возможности тонкой настройки под конкретные режимы работы. Высокопроизводительные карбюраторы (Holley, Demon) позволяют достигать большой мощности на атмосферных двигателях.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Простота конструкции и ремонта (не требует сложной электроники).
• Низкая стоимость изготовления.
• Возможность ремонта в полевых условиях.
• Хорошая отзывчивость на резкое открытие дросселя (ускорительный насос).

Недостатки

• Неточное дозирование топлива, особенно на переходных режимах.
• Зависимость от атмосферных условий (температура, давление, влажность).
• Склонность к обледенению (из-за испарения топлива в диффузоре).
• Высокий расход топлива и токсичность выхлопа по сравнению с инжектором.
• Необходимость регулярной регулировки и чистки.

Интересные факты

• Самый массовый карбюратор в мире — Solex 32 PBI, устанавливавшийся на автомобили Citroën 2CV.
• В СССР карбюраторы выпускались на Димитровградском автоагрегатном заводе (ДААЗ), который производил до 2 миллионов штук в год.
• В 1970-х годах компания Bosch разработала электронно-управляемый карбюратор (E-FI), но он не получил распространения из-за сложности и дороговизны.
• Карбюраторы до сих пор используются в некоторых авиационных двигателях (например, на поршневых самолётах Cessna).

Источники

• Двигатели внутреннего сгорания: учебник / под ред. В. Н. Луканина. — М.: Высшая школа, 2005.
• Карбюраторы: устройство, ремонт, регулировка / А. А. Дмитриев. — М.: Транспорт, 1991.
• Техническая энциклопедия / под ред. Л. К. Мартенса. — Т. 9. — М.: ОГИЗ, 1932.
• История автомобилестроения / Дж. Л. Уолш. — М.: Мир, 1998.