Схема елементарного карбюратора показана на рис. 5.4. Паливо з бака надходить по паливопроводу в камеру поплавця 3 карбюратора. У камері поплавця плаває порожнистий поплавок 2. На поплавок спирається запірна голка 1. пропускає паливо в камеру при зниженні рівня і припиняє доступ палива, коли рівень досяг необхідної висоти. Поплавковая камера через повітряний отвір повідомляється з атмосферою, в зв'язку з чим в камері підтримується атмосферний тиск.
З поплавцевої камери через калібрований отвір, зване жіклером4. паливо надходить в розпилювач 5. Вихідний отвір розпилювача розміщено в горловині дифузора 7. на 5-6 мм вище рівня палива в камері поплавця.
Повітря надходить в карбюратор через очисник повітря. При проходженні через дифузор швидкість повітряного потоку зростає, а тиск в дифузорі падає.
Витікання палива з розпилювача відбувається під дією різниці тисків у камері поплавця (атмосферний тиск) і горловині дифузора (розрідження). Швидкість потоку повітря, що проходить через горловину дифузора, значно перевищує швидкість палива, що минає з розпилювача. При витіканні з розпилювача паливо розпилюється потоком повітря, частково випаровується і, перемішуючись в камері змішувача з повітрям, утворює горючу суміш.
Мал. 5.4. Схема елементарного карбюратора
Дросельна заслінка 6 служить для регулювання кількості суміші, що надходить в циліндри двигуна, а отже, і потужності, що розвивається двигуном.
Основи теорії карбюрації
Сумішоутворення в карбюраторі є складним процесом. Для формування правильних уявлень про процес сумішоутворення необхідно послідовно розглянути явища руху повітряного потоку, закінчення, розпилювання і випаровування палива, а також принципи приготування необхідного складу горючої суміші.
Рух повітряного потоку через карбюратор.
При русі через карбюратор швидкість і тиск повітряного потоку змінюються.
Кількість повітря, що проходить через карбюратор і надходить у двигун, визначається робочим об'ємом циліндрів двигуна, швидкістю обертання колінчастого вала і ступенем відкриття дросельної заслінки.
Годинна витрата повітря (м 3), що надходить у двигун:
,
де D - діаметр циліндра двигуна, м;
S - хід поршня, м;
Gвоз - щільність повітря при температурі і тиску навколишнього середовища, кг / м 3;
nv - коефіцієнт наповнення двигуна;
n - число оборотів колінчастого валу, c;
i - число циліндрів двигуна, що обслуговуються даним карбюратором;
t - тактность двигуна.
Годинна витрата повітря, що проходить через дифузор карбюратора і далі надходить у двигун:
,
де Gвоз - швидкість руху повітря в дифузорі, м / с;
Fдіф - площа поперечного перерізу горловини дифузора, м 2.
Швидкість повітря, що протікає через горловину дифузора, може бути визначена наступним рівнянням в припущенні, що повітря являє собою нестисливої рідина:
,
де nдіф - коефіцієнт швидкості повітря в дифузорі;
P0- Pдіф - розрідження в дифузорі, рівне різниці тисків навколишнього середовища і в дифузорі.
Повітря проходить через дифузор карбюратора з порівняно великими швидкостями, тому тиск в ньому помітно знижується. Найменший тиск або найбільше розрідження в горловині дифузора карбюратора спостерігається при максимальних швидкостях і витратах повітря. Звідси випливає, що розрідження в дифузорі має зростати в міру збільшення відкриття дроселя і числа обертів вала двигуна.
Площа горловини дифузора підбирають так, щоб:
1) на малих числах оборотів і неповних відкриттях дросельної заслінки швидкості повітря були не нижче 40-50 м / сво уникнути недостатнього розпилювання палива і пов'язаного з ним збільшення витрати палива;
2) на великих числах оборотів і при повному відкритті дросельної заслінки швидкість повітря не перевищувала приблизно 120 м / с, так як при великих швидкостях помітно знизиться вагове наповнення, а отже, і потужність двигуна.
Обидва ці вимоги повністю поєднати не можна, а тому зазвичай підбирають площа горловини дифузора так, щоб розрідження в ній на великих числах оборотів не перевищували 9.81 кПа.
На холостому ходу двигуна і малих обертах вала в двигун надходить мінімальна кількість горючої суміші. При цьому розрідження в дифузорі майже відсутня, а розрідження за дросельною заслінкою досягає максимальних значень, чисельно рівних 49.05 кПа.
Рівняння годинної витрати при підстановці рівняння швидкості повітря набуде вигляду:
.
Воно справедливо для нестискуваних рідин, але розрідження в дифузорі карбюраторів дуже рідко перевищують 9.81 кПа, тому цим рівнянням можна користуватися при розрахунку карбюраторів, так як помилка при його використанні не перевищить 1-2%.
Витікання палива з розпилювача.
Різниця тисків у камері поплавця і у розпилювача змушує паливо перетікати по системі каналів через жиклер в розпилювач, а з нього в дифузор карбюратора, де швидко рухається повітря.
Розрідження у розпилювача, за даними дослідів, на 20-25% менше розрідження біля стінки дифузора. Відповідно до цього швидкість протікання палива через жиклер визначають рівнянням:
,
де nжікл - коефіцієнт швидкості, що враховує тертя в паливних каналах і жиклері, а також місцеві опору при переході від одного перерізу до другого;
Pтопл - щільність палива при температурі і тиску навколишнього середовища, кг / м 3.
У більшості випадків основним опором є жиклер, а опору в паливних каналах в порівнянні з ним невеликі, тому з достатньою точністю коефіцієнт швидкості може враховувати тільки опору самого жиклера.
Швидкість протікання палива через жиклер залежить від режиму роботи двигуна і змінюється в межах від 0 до 5 м / с.
Для переходу від швидкості випливає палива до вартового вагового витраті необхідно врахувати площа жиклера Fжікл:
.
Розпилення та його випари.
Струмінь палива, що випливає з жиклера карбюратора, розпорошується на дрібні краплі внаслідок тертя, що виникає між струменем і потоком повітря, що рухається з великою швидкістю. Тонкість розпилювання палива оцінюється середнім діаметром крапель.
Середній діаметр крапель розпорошується палива тим менше, чим більше швидкість потоку повітря і чим менше поверхневий натяг палива (рис. 5.5).
Умови для випаровування палива в карбюраторі несприятливі. Час, відведений на випаровування, вимірюється лише сотими частками секунди; температура, при якій відбувається випаровування, порівняно невелика. При температурі 30 ° С і порівняно високу швидкість повітря повного випаровування палива не досягається.
Не випарувався, паливо у вигляді крапель несеться повітряним потоком, а так як температура впускного колектора порівняно невисока, паливо конденсується і осідає на внутрішніх стінках колектора, утворюючи рідку плівку. Скупчення плівки погіршує розподіл пальної суміші по циліндрах двигуна. Частина випарувався палива несеться в циліндри, що погіршує згоряння суміші. Частина палива проникає в картер і розріджує масло. Тому в карбюраторних двигунах для поліпшення випаровуваності палива, зменшення нерівномірності розподілу суміші по циліндрах, запобігання конденсації і зниження плівкоутворення застосовується підігрів впускного колектора відпрацьованими газами.
Вплив складу горючої суміші на роботу двигуна
Склад горючої суміші, що оцінюється коефіцієнтом надлишку повітря?. дуже впливає на потужність і економічність двигуна.
При повністю відкритому дроселі максимальна потужність двигуна досягається при коефіцієнті надлишку повітря? = 0.8-0.9, а мінімальний витрата палива (найбільша економічність) при коефіцієнті? = 1.05-1.15.
Але в міру прикриття дроселя (зміна навантаження) змінюється і склад горючої суміші, відповідний максимальної потужності і найбільшої економічності. На рис. 5.6 показано зв'язок між потужністю і економічністю двигуна і складом горючої суміші при різних положеннях дросельної заслінки. Криві а й а 'характеризують зміну потужності і економічності при повністю відкритому дроселі, криві б і б' і в і в '- при прикритих положеннях дроселя. Кожна з кривих відповідає постійному числу оборотів і навантаження двигуна.
Мал. 5.6. Зміна потужності і економічності двигуна
Криві показують, що при зменшенні навантаження в міру прикриття дросельної заслінки значення максимальної потужності і мінімальної витрати палива зміщуються вліво, коефіцієнт надлишку повітря знижується, суміш збагачується. Це пояснюється тим, що дросселирование двигуна знижує швидкість повітряного потоку в карбюраторі. При цьому погіршення якості розпилювання палива і процесу згоряння суміші призводить до необхідності збагачення суміші. Виділивши на кривих точки, відповідні максимальній потужності і мінімальним питомим видатках палива, і з'єднавши ці точки пунктиром, отримаємо криві А і Б. Крива А характеризує зміну коефіцієнта надлишку повітря в залежності від навантаження при максимальній потужності. Крива Б характеризує зміну коефіцієнта надлишку повітря в залежності від навантаження при найбільшої економічності.
Криві показують, що при часткових навантаженнях (прикрита дросельна заслінка) максимальна потужність, що розвивається двигуном, досягається на збагачених сумішах, при коефіцієнті надлишку повітря від 0.9 до 0.6, а найбільша економічність досягається при = 0.9-1.15.
Характеристика елементарного карбюратора
Елементарний карбюратор конструктивно простий (рис. 5.4). З'ясуємо, як відповідає встановленим раніше основним вимогам елементарний карбюратор. Проаналізуємо характер зміни складу горючої суміші, створюваний елементарним карбюратором на різних режимах роботи двигуна.
Склад горючої суміші оцінюється коефіцієнтом надлишку повітря, визначення якого можливо за виразом:
.
Вираз показує, що зміна коефіцієнта надлишку повітря залежить від зміни ставлення коефіцієнтів nдіф і nжікл. а також щільності повітря рвоз. Решта величини постійні.
На підставі досвідчених даних (рис. 5.8) встановлено, що при зміні розрідження в дифузорі ставлення nдіф / nжікл не залишається постійним, а поступово зменшується. Чи не залишається постійним і щільність повітря. Отже, можна встановити, що в міру підвищення розрідження в дифузорі коефіцієнт надлишку повітря повинен знижуватися, а склад суміші, що готується елементарним карбюратором, прагнути до збагачення. Характер зміни коефіцієнта надлишку повітря в залежності від розрідження показаний на рис. 5.9. Ця залежність є характеристикою елементарного карбюратора. З зіставлення характеристик бажаного і елементарного карбюратора видно, що елементарний карбюратор не забезпечує приготування горючої суміші необхідного складу. Тому всі сучасні карбюратори забезпечені дозуючими пристроями, призначеними для виправлення характеристики елементарного карбюратора і максимального наближення її до характеристики бажаного карбюратора.
