Теория работы карбюраторов

Карбюраторы просто смешивают топливо и воздух и управляют количеством "топливовоздушной смеси, поступающим в двигатель в любой момент его работы. Однако, способ, которым это делается, может оказаться довольно сложным, особенно на автомобилях с контролем состава выхлопных газов. Полезно немного узнать об основах работы карбюратора.

Несмотря на распространенное мнение, двигатели в действительности не всасывают топливо из карбюратора. У всех карбюраторов есть диффузор, который представляет собой сужение воздушной горловины карбюратора. Когда воздух проходит через это сужение, там возникает спад давления (разрежение). Небольшое отверстие установлено в этом месте для подачи топлива. Атмосферное давление, действуя на топливо, выдавливает его из поплавковой камеры карбюратора через это отверстие в горловину карбюратора, откуда топливо попадает во впускной коллектор и затем в цилиндры двигателя. Двигателю требуется топливовоздушная смесь разного состава в разных режимах его работы, когда он холодный, прогревается, работает на холостом ходу, в области средних оборотов и под тяжелой нагрузкой. В карбюраторах имеется несколько систем, которые помогают ему работать в различных условиях. В дополнение к системам, описываемым далее, имеются некоторые детали, такие как соленоиды, для прекращения подачи топлива и гасители скачков давления, которые используются для специальных применений. Эти узлы были установлены по тем или иным причинам и их снятие может оказать заметное воздействие на работу двигателя.

Поплавковая камера
Система поплавка поддерживает постоянным уровень топлива в поплавковой камере карбюратора. Она работает следующим образом. Когда уровень топлива понижается, поплавок опускается, открывает игольчатый клапан и позволяет топливу поступать в поплавковую камеру. Путем поддержания уровня топлива в определенных рамках соотношение воздух/топливо в смеси поддерживается более точно. Для лучшей работы уровень поплавка должен быть отрегулирован в соответствии с техническими данными завода-изготовителя.

Воздушная заслонка
Система воздушной заслонки позволяет заводить холодный двигатель путем обогащения топливовоздушной смеси. Воздушная заслонка перекрывает подачу воздуха в карбюратор и, соответственно, в двигатель поступает больше топлива, при этом обороты холостого хода уменьшаются. Поэтому к системе привода дроссельной заслонки добавляется система увеличения оборотов холостого хода для их повышения при прогреве двигателя. Для обычного автомобиля нет необходимости изменять эту систему.

Система холостого хода
Система холостого хода обеспечивает подачу топлива, необходимого для работы двигателя на низких оборотах, когда главная дозирующая система не работает. Регулировочные винты позволяют изменять соотношение воздух/топливо в режиме холостого хода (на многих автомобилях с контролем состава выхлопных газов регулировочные винты опломбированы заглушками). Многие механики считают, что эта регулировка изменяет состав смеси во всем диапазоне оборотов, но это не так.

Ускорительный насос
Ускорительный насос обеспечивает впрыск дополнительного топлива при резком
открывании дроссельной заслонки для предотвращения остановки двигателя и перебоев в
его работе при разгоне автомобиля. Если посмотреть внутрь горловины карбюратора и быстро передвинуть тяги привода дроссельной заслонки, топливо должно брызнуть из выходных отверстий ускорительного насоса.

Переходная система
Переходная система обеспечивает переходный режим между холостым ходом и работой главной дозирующей системы. Многие карбюраторы имеют каналы или отверстия переходной системы рядом с пластинами дроссельных заслонок, которые подают топливо при их открывании во время открывания дроссельных, заслонок.

Главная дозирующая система
Главная дозирующая система дозирует подачу топлива к двигателю при движении автомобиля со средними скоростями. Она состоит из главных топливных жиклеров, главного распределителя и диффузора. Главный топливный жиклер расположен в канале между поплавковой камерой карбюратора и главным распылителем. Главный распылитель обычно состоит из трубки с маленькими отверстиями для воздуха. Воздух здесь смешивается с топливом для образования распыленного топливовоздушного "тумана". Главный топливный жиклер определяет, сколько топлива будет смешано с заданным количеством воздуха.

Механики-настройщики используют главные топливные жиклеры различных размеров для калибровки карбюратора с двигателем в различных режимах его работы. Путем использования жиклеров большего размера смесь обогащается. И наоборот, установка жиклеров меньшего размера обедняет смесь. Двигатель, работающий на больших высотах, должен быть оснащен жиклерами меньшего размера по сравнению с тем же двигателем, но работающим на уровне моря.

Экономайзер
Двигателю нужна более богатая топливовоздушная смесь, когда он работает под нагрузкой по сравнению с тем, когда он просто работает в "крейсерском" режиме. Система экономайзера обеспечивает подачу дополнительного топлива, когда двигатель работает под нагрузкой и при полном открывании дроссельной заслонки. В различных марках карбюраторов используются разные типы систем экономайзера. Наиболее распространенными являются экономайзеры диафрагменного типа, калибровочные стержни, байпасные жиклеры или клапан экономайзера. Диафрагменные экономайзеры устанавливаются на карбюраторы HOLLEY и некоторые карбюраторы FORD MOTORCRAFT. Когда вакуум во впускном коллекторе достигает определенного значения, клапан открывается, позволяя дополнительному топливу поступать к двигателю. Некоторые модели имеют двухэтажные клапаны для обеспечения более точной дозировки. Клапаны экономайзера подбираются в соответствии с величиной давления открывания, измеряемой в миллиметрах рт. ст. В соответствии с режимом работы может подбираться клапан экономайзера. Двигатели, которые обычно выдают низкий вакуум, должны оснащаться экономайзерами, которые открываются при малых значениях вакуума. Дозирующие стержни движутся внутрь и наружу в калиброванных отверстиях (обычно в главных топливных жиклерах) в соответствии с вакуумом впускного коллектора. Когда двигатель находится под нагрузкой, и вакуум снижается, то стержни выдвигаются из главных топливных жиклеров для увеличения подачи топлива.

Байпасные жиклеры экономайзера выполняют те же функции, что и дозирующие стержни, за тем исключением, что они имеют свой собственный жиклер или клапан экономайзера. Учитывая все вышеизложенное, становится ясным, что карбюратор имеет очень большое значение для двигателя. Когда с двигателем малого рабочего объема используется карбюратор с большим диффузором, то необходимый вакуум и распыление топлива обеспечиваются только в самом "верху" диапазона оборотов, если вообще достигаются. Мощность, реакция на перемещение дроссельной заслонки и общие рабочие характеристики двигателя будут ухудшены. Может быть и так, что карбюратор слишком мал. Тогда двигатель может хорошо работать на низких и средних оборотах, но ограниченный поток и диффузоры малого диаметра уменьшают мощность на высоких оборотах.

Общая информация
Если ваш автомобиль был оснащен одним или несколькими карбюраторами, то вам нужно рассмотреть все факторы перед тем, как отказаться от старого карбюратора (карбюраторов). Если вы планируете реставрацию, то нужно оставить прежний карбюратор. Автомобили с контролем выхлопных газов составляют отдельную проблему. Если состав выхлопных газов ухудшен, то нужно использовать исходный тип карбюратора или допустимую замену. Последние модели с датчиками содержания кислорода, в выхлопных газах заменить особенно трудно. В связи с тем, что современные карбюраторы становятся очень сложными и малопонятными агрегатами, все большее распространение получают системы впрыска топлива. Вместе с тем, даже самая дешевая переделка системы питания с карбюраторной на инжекторную стоит в несколько раз больше, чем хороший карбюратор. Большинство автомобилей повседневного применения с форсированными двигателями V8 используют 4-камерные карбюраторы. Здесь мы ограничимся рассмотрением этих устройств. 4-камерные карбюраторы обеспечивают хорошую работу двигателя во всех режимах. При небольшом открывании дроссельной заслонки и в стандартном режиме движения двигателей работает на передних двух камерах. Это поддерживает скорость воздушного потока через карбюратор относительно высокой для оптимального его смешивания с топливом. Когда педаль акселератора прижимается почти до пола, то открываются две задние камеры, что превращает карбюратор в устройство, обеспечивающее высокий поток. Существует несколько основных типов популярных 4-камерных карбюраторов. Обычные 4-камерные карбюраторы имеют размеры отверстий первичных и вторичных камер, примерно равные друг другу. Такие карбюраторы широко распространены и хорошо подходят для большинства применений.

Карбюраторы с различными размерами камер разработаны для обеспечения переходных характеристик 4-камерных карбюраторов. Передние (первичные) камеры заметно меньше, чем задние (вторичные) камеры, поэтому улучшается экономия топлива в режиме холостого хода и на низких оборотах. Когда открываются задние камеры, обеспечивается прирост мощности (расход топлива тоже заметно возрастает).

Карбюраторы с двойными ускорительными насосами имеют отдельные ускорительные насосы на первичной и на вторичной камерах карбюратора. Это уменьшает вероятность "провалов" при разгоне, но увеличивает расход топлива и выброс токсичных веществ. Карбюраторы с двойным питанием фирмы HOLLEY имеют два соединения для подачи топлива, по одному на каждую поплавковую камеру.

Он должен постоянно обеспечивать нужное соотношение воздух/ топливо. Он должен тщательно распылять топливо и равномерно подавать его в воздушный поток. Он должен подавать образовавшуюся смесь во впускной коллектор так, чтобы все цилиндры получали одинаковый объем смеси. Он должен все это надежно делать во всем диапазоне режимов работы двигателя, при полностью или частично открытой дроссельной заслонке. Чтобы начинать удовлетворять эти требования, мы должны подобрать карбюратор, который имеет диффузоры, достаточно малые для того, чтобы поддерживать достаточную скорость воздушного потока даже на низких оборотах. Так как скорость потока воздуха через диффузор прямо пропорциональна разрежению, которое вызывает вытекание топлива, недостаточная скорость воздуха выдаст несоответствующее разрежение (вакуум). Это неизбежно приведет к плохой точности дозировки и распыления топлива, результатом чего будет плохая приемистость и малый крутящий момент при низких оборотах двигателя. В целях достижения максимальной скорости воздуха при частично открытой дроссельной заслонке и поддержания хорошего потока при полном открывании дроссельной заслонки, многие 4-камерные карбюраторы имеют малые диффузоры в первичных' камерах и большие диффузоры - во вторичных. Вторичные камеры не начинают открываться, пока воздушный поток достаточно высок для получения сильного вакуума и эффективной дозировки. Эта особенность открывания, обеспечиваемая с помощью специального последовательного привода или, что более эффективно, с помощью вакуумного управления работой вторичной камеры, является обычной на большинстве промышленных четырех камерных карбюраторов. Однако, некоторые карбюраторы форсированных двигателей, в частности, предназначенных для использования на специальных "гоночных" впускных коллекторах, скорее всего, имеют синхронное открывание всех 4-х камер. В гоночных условиях мало требуется работа двигателя с частично открытой дроссельной заслонкой при малых оборотах. Фактически, многие из этих карбюраторов имеют модификации в главной дозирующей системе для оптимизации соотношения воздух/топливо, когда используется 2 карбюратора совместно с распределительными валами с большим подъемом и большой продолжительностью открывания клапанов. Эти карбюраторы не для повседневной езды. Если вы их установите, на обычный автомобиль, то вы будете бесконечно пытаться заставить их работать без особого успеха. Форсированный двигатель для повседневной езды должен иметь возможность работы во всех режимах. Это означает, что нужно выбрать карбюратор такого типа и размера, чтобы он обеспечивал крутящий момент на низких оборотах и мощность на высоких оборотах. С учетом этих факторов определены некоторые общие рекомендации для подбора скорости воздушного потока для карбюраторов двигателей повседневного использования. При этом предполагается, что вторичные камеры являются последовательными, т. е. они начинают открываться только после того, когда через первичные камеры вдет практически полный поток. Это требует, обычно, чтобы карбюратор был оснащен вторичными камерами с вакуумным управлением, но мы далее увидим, что некоторые из новых четырех камерных карбюраторов для форсированных двигателей обеспечивают хороший переход к вторичным камерам без использования вакуума. Когда основной целью является мощность, то четырех камерный карбюратор должен пропускать поток от 0,051 до 0,057 м3/мин на 16,387 см3 рабочего объема двигателя. К примеру, двигатель рабочим объемом 5735 см3 потребует карбюратор с потоком от 18,4 до 19,86 м/мии, а двигатель рабочего объема 6981 см3 - потока примерно 24,12 m3/мин Если ваш двигатель уже оснащен 4-камерным карбюратором, обеспечивающим необходимую скорость потока, и он находится в хорошем состоянии, то тщательно обдумайте смысл замены. Если карбюратор подает требуемый объем воздуха и хорошо распыляет топливо, то он, скорее всего, будет работать так же хорошо, как и любой другой карбюратор. Замена правильно калиброванного карбюратора (это основное) другим не обязательно улучшит работу двигателя и другие характеристики, такие как распределение топлива внутри впускного коллектора, баланс потоков первичной и вторичной камер и т. д. Однако, если ваш карбюратор слишком мал или очень старый, то его замена на карбюратор, предназначенный для использования в форсированном двигателе повседневного применения, обеспечивающего поток примерно 0,057 мэ/мин на 16,387 см3 рабочего объема и с вакуумным управлением вторичными камерами может добавить мощность по сравнению с вашим старым агрегатом. Вместе с тем не спешите с покупкой нового карбюратора.

Выбор карбюратора для форсировки
Выбирайте карбюратор, который использует последовательное открывание вторичных камер, т. е. они начинают открываться только после того, как первичные камеры не будут пропускать почти максимальный поток. Этот механизм обычно использует вакуумное управление вторичными камерами, однако, некоторые 4-камерные карбюраторы (фирм EDEL BLOCK, CARTER и т. д.) обеспечивают хороший переход к вторичным камерам и используют другие способы последовательного привода камер, такие как дополнительные заслонки или воздушные клапаны, которые открываются при увеличении

воздушного потока. Когда основной целью является мощность, то 4-камерный карбюратор должен обеспечивать поток примерно от 0,051 до 0,057 м3/мин на 16,387 см3 рабочего объема двигателя. К примеру, двигателю рабочим объемом 5735 см3 требуется поток 18,4-19,86 м3/мин, а двигателю "Крайслер" с объемом 6981 см3 нужно около 24,12 м3/мин. Если вы используете карбюратор с воздушным клапаном во вторичной камере, то он должен давать поток в 0,065 м3/мин на 16,387см3.