Мото

Технологии современного мира сложны, высокотехнологичны, но ощущаются нами легко, ведь они из нашей эпохи. Появляются новые идеи, новые изобретения, которые переворачивают ту или иную индустрию с ног на голову. Постепенно транспорт становится совершеннее, экономичнее, быстрее, тише и комфортнее. Каким то технологиям удаётся пережить трансформацию и остаться востребованными, а какие-то уходят от нас навсегда.

У меня родилась идея провести ретроспективу и создать что-то совсем забытое, чтобы окунуться в этот древний, несовершенный мир, который, на мой взгляд, пропитан инженернойромантикой. Энергия пара. Вот что дало технический рывок. Именно этот вид энергии продвинул человечество на новый уровень, и именно эта технология стала основой индустриального технологического взрыва.

Идея

Конечно, самым ярким представителем техники того времени являлся паровой двигатель. Мне захотелось создать самый простой тип такого двигателя, что бы всё понять, отстроить и ощутить дух того времени. И конечно, чтобы у моей работы был смысл, это должна быть какая-то рабочая концепция. И поскольку я любитель мотоциклов, решено было сделать паровой мотоцикл. Во-первых, как я уже говорил, это будет прикладное применение двигателя, а во вторых, какие у него свойства и характеристики. Кроме того, в процессе реальной эксплуатации можно будет понять его минусы, и неудобства использования.

Принцип действия

Принцип действия парового двигателя довольно прост. В цилиндре находится поршень с закреплённым к нему штоком (скалкой). Подавая пар с разной стороны поршня, мы заставляем его совершать возвратно-поступательные движения.



Переключение пара производится золотниковым клапаном. Он перемещается в своём отдельном цилиндре и перенаправляет пар в ту или иную часть рабочего цилиндра.



Он устроен таким образом, что одновременно впускает пар в одну полость и выпускает из другой.



Чтобы по инерции проходить мёртвые точки требуется маховик. Это колесо, которое вращается отдельной тягой дышло по средству кривошипа, закреплённого к колесу. С этого же колеса и снимается момент силы для движения золотникового клапана, чтобы переключать пар.



В общем-то, система очень похожа на двигатель внутреннего сгорания (ДВС), но есть ряд отличий. Во-первых, из-за отсутствия шатуна, как у ДВС, шток не совершает лишних колебательных движений, это позволяет сделать поршень очень простым. Во-вторых,
у парового двигателя, возможно сделать так, чтобы поршень совершал работу двигаясь в любую сторону, так как у него обе полости герметичны. И в третьих, так как у паровика отсутствует такт впуска рабочей смеси (аналогия с 4-х тактовым ДВС), каждый ход поршня приносит пользу.
Что же получается, паровой двигатель в 4 раза мощнее?

Тут не совсем всё так просто. Паровые двигатели очень тихоходны. Это обусловлено тем, что приходится запускать в цилиндр рабочее тело (пар), а этот процесс относительно медленный. У ДВС, поршень толкает взорвавшаяся смесь бензина и воздуха. Скорость расширения, при взрыве не идёт ни в какое сравнение со скоростью впуска пара. То есть, ДВС это очень оборотистый тип двигателя. У спортивных мотоциклов скорость вращения вала доходит до 16 000 об/мин, как известно, мощность двигателя это произведение момента силы на скорость вращения. Так и была проиграна война бензина и пара. Паровой двигатель хорош в местах где скорость не так важна. На пример как водяной стационарный насос, на кораблях и конечно в поездах. Но есть у парового двигателя одно очень удобное преимущество. Так как не нужно создавать особые условия для взрыва рабочей смеси, момент силы таких двигателей начинается уже с нулевой скорости. По этому, оказывается ненужным сцепление и коробка передач. И конечно, я не мог этим не воспользоваться.

Постройка

К сожалению, найти каких-то запчастей столь забытых технологий крайне сложно. Пришлось делать всё с нуля. Пришлось даже освоить литьё алюминия. Все запчасти были полностью выдуманы и изготовлены на месте, мной. За материалами ходил в пункт металлоприема, так что всё получилось почти бесплатным. Я посчитал, что самым понятным и интересным форматом изготовления, настройки и испытания парового двигателя, будет снять небольшой видео материал. Так проще объяснять и сразу показать на реально существующих деталях. Прошу, к вашему вниманию первые 3 серии.Напишите, что вы об этом всём думаете. Мне интересно ваше мнение, буду рад вашим советам.

Создание рамы мотоцикла:


Изготовление парового двигателя 1 серия:


Изготовление парового двигателя 2 серия:


Жду ваших комментариев.

Введение

Эта статья является продолжением публикации Взгляд в прошлое. Технология 18 века.
В ней мы построили реально работающий паровой двигатель, который должен стать главной частью будущего парового мотоцикла, и даже провели пробные эксперименты по его запуску на воздухе.



Теперь нужно решить энергетический вопрос. И тут начинаются основные отличия от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В таких двигателях бензин, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр двигателя и при воспламенении этой воздушно-топливной смеси выделяется энергия. Расширившиеся продукты горения давят на поршень, производя работу. Но вот у паровых машин, энергия рождается не в двигателе. Она рождается в котле. Котёл производит пар, который в свою очередь и будет давить на поршень нашего двигателя. Эту древнюю энергию нам и требуется обуздать!

Устройство

Паровой котёл котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках. (Википедия)

Существует два основных типа котлов: классический и прямоточный. Первый тип чаще всего использовался для работы паровых машин. Его можно описать как железный резервуар, в который врезана топка. Топливо горит в топке, обогревая воду в резервуаре. Вода в нём начинает кипеть и создаётся пар под давлением. Такой тип использовался на паровозах и всех первых паровых машинах:

У классических котлов есть как преимущества, так и недостатки. Преимущества заключаются в том, что для создания давления пара не требуется каких либо насосов, так как накопленная энергия воды может ещё долго снабжать двигатель паром даже при отсутствии огня. Такие котлы не очень требовательны к качеству воды. Паровозы заправляли самой обычной водой из речек, родников, колодцев и прочее.
Прямоточный котёл можно представить как длинную, компактно свёрнутую трубку, обтекаемую пламенем, в которую насосом закачивают воду. Такой тип котла обладает целым рядом преимуществ:

1. Позволяет создавать пар большего давления при меньшей массе и небольшому объёму котла.
2. Из-за того, что в трубке не так много носителя, такой котёл считается более безопасным (не запасается большое количество энергии).
3. Быстрый выход на режим, так как не нужно прогревать большое количество воды.

Для лёгкого понимания работу такого котла можно представить в упрощённой форме:

Создание прямоточного котла

И, конечно, мне захотелось сделать именно прямоточный котёл.
Подобрав длинные нержавеющие трубки разного сечения, я сварил их вместе таким образом, чтобы сечение постепенно увеличивалось. Затем, весь этот 8 метровый кишечник был компактно свёрнут и уложен в раму мотоцикла. Внешние стенки, которые должны удерживать пламя и направлять его в нужную сторону, были сделаны из простой жести. Насос, закачивающий воду (носитель), изготовил из газового доводчика, который обычно придерживает капоты и багажники автомобилей. Конструктивно, доводчик это готовое изделие. Мне необходимо было только приварить вход и выход для воды и приделать клапан, который не пускал бы закаченную воду обратно. Насос подвижно крепился одной своей частью к раме, а второй к кривошипу на валу колеса. С помощью гибкого шланга высокого давления (тормозной шланг от авто) вода под давлением закачивалась в котёл, а забиралась из отдельного бачка, располагавшегося выше насоса. Горелку сделал по типу кровельных, такими рабочие греют рубероид на крышах зданий. Чтобы процент обтекания трубок был больше, горелки поставил сразу две.

Итог

Испытания парового мотоцикла, оснащённого прямоточным котлом, с самого начала пошли не так. Самой первой проблемой стало отсутствие начального давления в котле. Приходилось руками покручивать колесо, чтобы насос отправлял некое количество воды в трубопровод. Но, когда я открывал ручку газа (подавая пар на двигатель) давление пара мгновенно падало, не успевая закрутить колесо. Выход нашёлся не сразу. Был сделан небольшой воздушный ресивер после насоса. Он работал как пружина для воды. Запасал энергию сжатия от насоса и отдавал её обратно, когда насос был в мёртвой точке или в фазе всасывания питательной воды.
Двигатель заработал! Но проработал, около 10 секунд. Золотниковый клапан заклинил. При разборе двигателя, никаких проблем выявлено не было. Собрав его обратно и запустив снова, я столкнулся с той же проблемой. Она оказалась приходящей и уходящей сама собой. После изучения этой проблемы, нашлась ошибка в расчётах теплового расширения. Изначально, золотник представлял собой цельную деталь из фторопласта, а у него, как оказалось, очень большой коэффициент теплового расширения (22) и он при прогреве расширялся настолько, что его насмерть заклинивало в корпусе.
После подробных и тщательных расчётов тепловых расширений был выточен стальной золотник, оснащённый фторопластовыми кольцами, шириной 2 миллиметра.



Поскольку корпус алюминиевый, а золотник стальной, вся разница тепловых расширений была сведена практически к нулю.



Новое испытание показало, что золотник работает просто прекрасно и без замечаний. Вывешенное колесо крутилось, вода закачивалась, прямоточный котёл работал. Пришло время прокатиться. Но тут возникла новая проблема. Мне не удавалось на нём проехать больше нескольких метров. И опять я был сбит с толку. Всё же работало! На холостом ходу всё отлажено! Что ещё не так?
После долгого анализа других подобных паровых аппаратов,



я понял, что у меня слишком маленький котёл (длина обогреваемой трубки), в следствие этого при увеличении производительности, вода просто не успевала испаряться и вылетала вместе с паром в двигатель. От такого эффекта пропадает КПД всей установки, так как расширение воды слишком мало или не происходит вовсе. Увеличить длину котловой трубки уже задача не такая простая. Но и на этом моё горе не закончилось.
Во время очередных испытаний, я мучил аппарат, заставляя его работать, но состояние двигателя начало резко ухудшаться и в какой-то момент он заклинил. На этот раз, просто остудить его снегом, не помогло. Снова понадобилась капитальная переборка. Результаты вскрытия показали, что расплавились все фторопластовые кольца и даже алюминиевый поршень от нагрева расширился настолько, что начал задирать цилиндр. И это оказалось фатальной проблемой. Дело в том, что при большом расходе, данный котёл не успевал производить должное количество пара, а при маленьком расходе, он создал пар такой энергии, что просто вышел из строя весь двигатель. И не удивительно. Ведь выходные трубки котла были раскалены докрасна. То есть пар, достигал температур, порядка 600-700 *С. Как мы знаем, фторопласт распадается при 400*С. Для меня, это и стало последней каплей! Мне уже хотелось получить работоспособный мотоцикл, а я погряз в каких-то бесконечных проблемах! Нужно было переделывать в котле почти всё. И в этот-то момент я понял, что, несмотря на неоспоримые преимущества прямоточного котла, это изделие весьма не простое и требует тонкого расчёта, дополнительного регулирующего оборудования, да и насос съедал не малую часть вращательной энергии. Сложилось чёткое понимание, что, если бы я делал классический котёл, то ни одной из этих проблем просто не возникло бы!
Небольшое видео про мучения с прямоточным котлом:

Классический котёл

После всех тех бесконечных проблем с прямоточным котлом, создавая классический, я просто, можно сказать, отдыхал. Как уже говорил выше, это всего-то железная бочка, в которую врезана топка. Можно было совершенно не задумываться о температуре пара, ведь при лишнем давлении срабатывает предохранительный клапан и сбрасывает излишки, уменьшая температуру воды и поддерживая давление в заданных пределах. Не нужно было создавать начальное вращение колеса, чтобы нагнать первоначальное давление. Пар для старта был готов сразу и даже запасён с излишком. Всё, что требовалось это придумать эффективную топку. Но тут пришлось хорошенько подумать, ведь места у нас не так много.

Изготовление

На металлоприёмке я нашёл какой-то ресивер или болон из-под пропана с толщиной стенки 3-4 мм, так что габариты котла уже были заданы жёстко.
Если сильно заморачиваться с массивной и эффективной топкой, то останется мало места для самой воды (носителя). Если топка будет слишком маленькой, то у нас не будет достаточной энергии для более менее удовлетворительной крейсерской скорости, ну и сам процесс нагрева котла займёт слишком много времени.
И вот, что я придумал. Топка будет подвержена сдавливанию огромным давлением, поэтому решено было сделать её простой, сквозной и круглого сечения. Под это пошла обычная труба 100 мм. Для увеличения КПД нашей топки (теплообменника), были врезаны 12 поперечных сквозных трубок.

Я посчитал это очень выгодным, так как они обтекались бы пламенем и выхлопными газами под прямым углом,

а вода внутри них циркулировала бы под естественным эффектом конвекции. Это позволит сохранить максимальный объём воды в котле, а для нас это запас хода. И, как бонус, такую топку было легко врезать в резервуар. Следовало всего лишь сделать два отверстия по обоим краям.

Для контроля давления установил небольшой манометр. Температуру носителя контролировать не обязательно, так как она напрямую связана с давлением и явно не выходит за критическую отметку (400*С). Давление в котле решил сделать как у реальных паровозов 16 bar. Предохранительный клапан настроил на 18 bar. Теперь осталось его опрессовать. Это своего рода проверка на прочность. Котёл наполняется доверху водой и накачивается повышенное давление. Сначала, я это делал оставшимся от предыдущей котловой системы, насосом из доводчика, но сжимать такой насос при давлении более 20 bar, оказалось не простой задачкой (очень хорошо, что мы теперь можем отказаться от такого узла, ведь он забирал уйму мощности на себя). Оказалось, что опрессовывать удобнее всего углекислотным огнетушителем. Им я без труда создал давление в котле в 25 bar (это был максимум моего манометра) и, выждав несколько минут, приступил к настройке предохранительного клапана.

Итог

Котёл получился на славу. Даже давление в 25 bar оказалось ему нипочём. Он даже не начал хрустеть. Предохранительный клапан (использовал от компрессоров) срабатывал чётко, хоть и ронял давление с 18 до 9. Этот для нас очень не выгодно, но он будет срабатывать только в тех случаях, когда сам за давлением не уследишь. Так что, до его срабатывания лучше не доводить. Это будет бессмысленное выбрасывание ресурсов.

Пламя

Теперь нужно решить вопрос с огнём. Конечно, было бы красиво и приятно топить подобный мотоцикл дровами. Это же ретроспектива в прошлое, стимпанк, классичность, но, как я уже говорил, у нас очень мало для этого места, ведь наша топка чуть больше локтя. Конечно, можно туда уместить шапку угля, но этого не хватит даже на то, чтобы просто прогреть котёл. Тут пришлось отступить от романтичности и изготовить газовую горелку. На самом деле это очень эффективное, мощное и удобное топливо. Газ жидкий, поэтому его легко запасать, легко подавать в горелку и он сразу идёт под давлением, что позволяет создавать скоростной горячий поток в топке, тем самым улучшая теплообменный процесс (не требуется поддув).

Изготовление

На металлоприёмке нашёл отличные, маленьких размеров, нержавеющие бачки. Судя по их форме и синей окраске, это кислородные баки от какого-то пассажирского самолёта. Я собрал несколько таких бачков в батарею и объединил магистралями подачи газа и заправки. Объём каждого бачка примерно 1.7 л, а значит, можно будет везти с собой запас топлива более 5л. жидкого газа. Согласитесь, не плохой запас энергии.



С горелкой не стал мудрить и просто скопировал систему с советской бензиновой паяльной лампы. Тут я должен кое-что пояснить. Паяльная лампа устроена таким образом, что бензин сначала попадает в некую полость, где должен испариться и уже в виде паров выпускается в зону горения. А пламя горелки обогревает эту самую испарительную камеру. То же самое потребуется и нам. Представьте, что будет, если жидкий газ начнёт вылетать из такой горелки Процесс испарения газа относительно долгий, а ко всему прочему, ещё и сопровождается криогенным эффектом. Пламя из такой горелки будет длинным, не эффективным, не экономичным и даже пожароопасным.


Эксперимент (рис А)Пламя с не прогретой горелки (рис В)Правильный режим, прогретая горелка

Поэтому подавать газ, в нашу горелку, следует плавно, чтобы она успела прогреться.
Испытания котла прошли как по маслу. Заправил примерно 35 л воды, горелку вывел на полную мощность и ждал. Через 14 минут вода закипела, и давление потихоньку начало подниматься. Примерно через такое же время в котле было 16 bar.
Для управления подачей пара, я использовал простой водопроводный шаровой кран, который отлично справлялся и с температурой, и с давлением. В них используется тот же самый фторопласт, так что проблем, думаю, не будет.
Для интереса, я решил открыть кран на полную и посмотреть на нашу энергию. Струя пара долетала до соседних гаражей и создавала шум взлетающей ракеты. При этом я ощутил силу реактивной тяги, пришлось даже придерживать котёл, чтобы он не начал летать по всей улице. Я был очень доволен!



В котле подобного типа запасается огромное количество энергии. Спуская пар в течение 5 секунд через отверстие дюйма, давление в котле упало всего лишь наполовину. Дело в том, что при уменьшении давления, смещается и точка кипения воды. То есть вода начинает кипеть и без подогрева, всего лишь от уменьшения давления. Этот эффект будет работать до тех пор, пока температура воды не упадёт до 100 *С. Это для нас приятная новость. Значит, можно будет долго ездить и с выключенной горелкой.
Но есть и один не совсем для меня понятный эффект. При активном выпускании пара при давлении менее 5 bar, начинает вылетать вода. Я предположил, что она кипит столь интенсивно, что в своём неистовом бурлении долетает до сухопарника и подхваченная потоком пара улетает наружу. Для эксперимента я слил часть воды, оставив уровень 20%. Эффект конечно уменьшился, но всё равно остался. Неужели вода подпрыгивает в котле на 30-40см? Если честно, с этим я пока так и не разобрался. Такая вот небольшая загадка.
Ну да ладно! Функционал готов, пора собрать наш аппарат!

Стиль

Во время конструирования нашего необычного мотоцикла, многие учёные мужи советовали мне сделать замкнутую систему воды. То есть, что бы из двигателя пар не вылетал на улицу, а попадал в конденсатор (охладитель) и получившаяся вода снова закачивалась бы в котёл с помощью маленького насоса. Это очень хорошая идея, я и сам постоянно об этом думал. Но цель нашего проекта не кругосветное путешествие на дровах, а рассмотреть технологию позапрошлого века, победить инженерный вызов и насладиться работой настоящего парового двигателя. Ну, а какой же паровой двигатель без этого легендарного чух-чух. Кроме того, хочется наблюдать вылетающий пар, он будет многое рассказывать о режимах происходящих внутри двигателя. Ну и наконец, я просто нахожу очень красивым, когда от паровоза идут клубы пара, особенно если они подсвечены солнцем. Романтика паровозов, так сказать. Но, не смотря на это всё, для образа, я решил всё-таки сделать конденсатор, что бы было видно о наших замашках, и просто для стиля.



Большинство различных самоделок имеют стиль Безумного макса или Постапокалиптического мира. Да, так проще всего. Особо то и делать ничего не нужно. Ржавые железки, приваренные гаечные ключи, немного висящих тряпок и стиль готов. Но этой простоты, или так сказать ленивого стиля в нашем мире очень много. Мне захотелось сделать что-то маленькое, милое и красивое. Сделать конфетку, так сказать. И раз уж у нас древняя паровая технология, сам собой напрашивается Стимпанк.



Стимпанк это вымышленный мир. Такой, каким он стал бы, если человечество не изобрело электричество, ДВС и прочие технологии и существовала бы только энергия пара.
Я, конечно, не дизайнер, но при сборке мотоцикла, некоторые вещи всё же пришли на ум.



Испытание парового мотоцикла
Гаражные испытания полностью готового парового мотоцикла, оснащённого котлом классической конструкции, прошли на удивление гладко. Пока я его строил, в комментариях к видеороликам, люди рекомендовали много правильных и умных вещей. По ходу дела, некоторые из них я применял и в итоге они отлично себя показали. Так, например, при прогреве двигателя паром, в нём конденсируется много воды, которая блокирует поршень и может привести к гидроудару. Люди предложили сделать маленькое отверстие с резьбой, с помощью которого можно было бы выпускать пар и сливать сконденсировавшуюся воду, тем самым быстро его прогревать. Потом, заглушить его винтиком и спокойно сразу ехать.
На удивление, самая первая попытка проехать на полностью готовом мотоцикле, прошла без каких либо проблем. Как говорится, сел и поехал. Покатавшись немного перед гаражом, я понял, что для меня этого не достаточно и я хочу больше. Разумеется, чтобы замерить все параметры, увидеть слабые места, ощутить и понять этот аппарат, нужна прямая, пустая, бесконечная трасса. Поэтому пришлось вывести мотоцикл за город и спокойненько со всем этим разобраться.



Об испытаниях:
В целом, я очень доволен результатами. Они даже превзошли мои ожидания. Видя, как ездят подобные паровые мотоциклы во всём мире, наша малютка оказалась далеко не на последнем месте.

Видео отчёт. Испытания парового мотоцикла

Заключение

Когда задумывал строить этот паровой мотоцикл, я рассуждал так: вот сделаю его, как нибудь это всё проедет и, удовлетворив все свои инженерные интересы, поставлю его дома напротив дивана в качестве эстетического элемента, навсегда. Но нет! Теперь это наоборот не даёт мне покоя. Я хочу его изучать, модернизировать, переделывать и побивать его же рекорды, хочу определить его максимум, понять всё, на что он способен! Конечно, в рамках этой концепции.
Первое с чего начну, это переделаю систему переключения пара на классическую. Мне стало интересно, какова будет разница. И ещё, при последующих испытаниях нужно будет поиграть с настройками. Добиться максимальной скорости, подобрав наиболее правильное опережение впуска пара. Ещё, хочу поэкспериментировать с разными видами топлива.
Видимо грядёт большая модернизация. Так что, если наш паровоз собирался уйти на пенсию и отсидеться где-нибудь в музее, тут я его сильно разочарую! У него впереди ещё длинное, тяжелое, но интереснейшее будущее!

Здравствуйте, уважаемые читатели. Представляю вашему вниманию статью, посвященную карбюраторам мотоциклетного типа.

Наверняка многие из вас ездили на мотоцикле, а кто-то даже имеет его в собственности. Может быть, вы бывали на картодроме и с азартом соперничали на трассе под свист резины и рокот мотора. А может, вы просто по выходным обустраиваете дачу с помощью бензоинструмента. В этих и многих других случаях мы имеем дело с малолитражными двигателями внутреннего сгорания под управлением карбюратора. Но что это за деталь? Для чего нужна и из чего состоит? На какие характеристики влияет, как регулируется? На эти и ряд других вопросов вы сможете найти ответы в предлагаемой статье.



Давайте конкретизируем вопросы, которые рассмотрены по ходу повествования.

• В первой части будут рассмотрены основные вопросы образования и воспламенения горючей смеси.
• Вторая часть посвящена главной дозирующей системе, в ней же приводится описание методики подбора главного топливного жиклера по анализу состояния свечи зажигания.
• Третья часть посвящена вопросам формы и особенностям конструкции диффузора и дроссельной заслонки.
• Система холостого хода рассмотрена в четвертой части, помимо этого в ней рассматриваются вопросы работы системы в переходных режимах.
• В пятой части рассмотрен ряд вспомогательных устройств карбюратора, описываются их назначения, конструкции и способы регулировки.
• Шестая часть посвящена карбюраторам с постоянным разрежением у распылителя, получившим широкое распространение на четырехтактных двигателях.

Сегодня рассмотрим только первую часть. В виду большого объема предлагаемого к изучению материала части статьи будут сформированы как отдельные публикации.

P.S. Я понимаю, что материал подобного рода имеет только косвенное отношение к тематике портала. Однако и здесь в категории транспорт есть статьи, посвященные самодельному двухтактному ДВС и даже паровому двигателю. Эти примеры мотивировали меня опубликовать работу. Помимо этого, публикация на таком авторитетном и хорошо индексируемом ресурсе, как Хабр, поможет распространить материал и донести его до аудитории, интересующейся непосредственно карбюраторами. Всем приятного и, надеюсь, полезного чтения!

Карбюратор: основные принципы

Двигатели мотоциклов, работающие по циклу Отто, как двухтактные, так и четырехтактные, потребляют топливо, которое достаточно легко испаряется и имеет антидетонационные свойства, позволяющие образовывать смесь с горячим воздухом перед тем, как свеча зажигания инициирует поджиг. К таким видам топлива относится, например, коммерческий бензин, специальный бензин для соревнований, метанол и этиловый спирт.

Совсем иначе процесс смесеобразования проходит в двигателях, работающих по циклу Дизеля. В них применяется менее испаряемое топливо, антидетонационные свойства которого требуют производить смешивание с воздухом непосредственно в камере сгорания, в которой давление и температура соответствуют параметрам самовоспламенения топлива.

По этой причине управлять мощностью дизельного двигателя можно, регулируя только подачу топлива, без необходимости контроля воздушного потока. В двигателях, работающих по циклу Отто, в процессе смесеобразования необходимо контролировать как количество воздуха, так и количество топлива, потребляемого двигателем.

В автомобильных двигателях в большинстве случаев применяется система впрыска топлива с централизованным управлением. Блок управления регулирует время открытого состояния форсунки, в течение которого происходит поступление топлива в воздушный поток. Аналогичные системы были адаптированы и для некоторых высококлассных мотоциклетных двигателей. Однако применение карбюраторов все ещё остается актуальным.

Особенность принципа работы карбюратора заключается в том, что истечение топлива происходит под действием разрежения через систему жиклеров. Поэтому карбюраторы проектируют исходя из трех основных функций:

1. Управление мощностью двигателя согласно потребности водителя путем изменения воздушного потока;
2. Дозирование подачи топлива в воздушный поток с сохранением оптимального соотношения воздуха к топливу во всем рабочем диапазоне оборотов двигателя;
3. Гомогенизация топливовоздушной смеси для правильного воспламенения и горения.

Состав топливовоздушной смеси

Состав горючей смеси (A/F) -это массовое соотношение воздуха к топливу, которое потребляет двигатель. Оно определяется как

$$display$$\frac{A}{F} = \frac{M_\text{возд.}}{M_\text{топл.}} $$display$$

С химической точки зрения данное соотношение должно быть стехиометрическим, т.е. должно обеспечивать полное сгорание без избытка воздуха (бедная смесь) или остатков несгоревшего топлива (богатая смесь).

Стехиометрический состав

Числовое значение стехиометрического отношения зависит от типа топлива. Для коммерческого бензина оно варьируется от 14.5 до 14.8. Это значит, что для полного сгорания одной части бензина требуется 14.5-14.8 частей воздуха. Для двигателей, работающих на метаноле, это отношение снижается до 6.5, в то время как для этилового спирта оно равно 9.

Реальный состав смеси

Состав смеси, производимой карбюратором во время работы двигателя, не обязательно должен соответствовать стехиометрическому значению. В зависимости от конструкции двигателя и условий его работы (количества оборотов и величины нагрузки) часть топлива может не сгорать, по каким-либо причинам не попадая в камеру сгорания или вследствии неидеальности процесса горения. Изменение состава смеси может быть вызвано остатками продуктов сгорания в цилиндре, а также частичной потерей свежего заряда смеси через выхлопную систему. К изменению состава особенно чувствительны двухтактные двигатели.

Если рассмотреть заряд смеси, который непосредственно участвует в сгорании, можно прийти к выводу, что его состав должен быть богаче стехиометрического для компенсации вышеописанных явлений.

Состав смеси в зависимости от условий работы

Состав смеси должен варьироваться в определенных пределах, зависящих от условий работы двигателя. Установлено, что в общем случае состав смеси должен быть богаче на холостом ходу, в режиме ускорения и в режиме максимальной мощности. Напротив, в установившемся режиме состав может быть беднее, т.е. отношение воздуха к топливу может быть увеличено в сравнении с другими режимами работы.

Применительно к двухтактным двигателям понятия бедная и богатая смесь, как правило, не связаны со стехиометрическим отношением, так как они постоянно работают на смеси более богатой, чем стехиометрическая. Это верно и для многих четырехтактных двигателей, но в основном они работают на более бедной смеси, чем двухтактные.

Система подачи топлива в карбюратор

Принцип работы

Вариант конструкции системы подачи топлива представлен на рисунке.


Система подачи топлива в карбюратор: 1 канал, соединяющий поплавковую камеру с атмосферой; 2 направляющая поплавка; 3 поплавок; 4 рычаг взаимодействия с топливным клапаном; 5 штуцер топливоподачи; 6 сетчатый фильтр; 7 седло клапана; 8 игла клапана; 9 ось качения рычага 4

Топливо, поступающее из бака, поддерживается на постоянном уровне внутри поплавковой камеры. За это отвечает поплавок и связанный с ним клапан. Поплавок свободно перемещается вместе с уровнем топлива, регулируя тем самым проходное сечение клапана. По мере расхода топлива двигателем уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается и приоткрывает клапан, тем самым позволяя поступить топливу из бака. Уровень топлива начинает расти, поплавок поднимается и в определенной точке закрывает клапан, после чего процесс повторяется.


Общий вид поплавковой камеры (a), топливный клапан (b)

Таким образом удается поддерживать практически постоянный напор топлива на различные жиклеры. Другими словами, высота, на которую необходимо подняться топливу для начала распыления под действием разрежения, остается постоянной. На рисунке показан карбюратор в разрезе с изображением основных систем. Желтым выделен уровень топлива, поддерживаемый в поплавковой камере.


Карбюратор в разрезе с изображением основных систем

Конструкция и способы регулировки

Рассмотрим более подробно систему: поплавок клапан.

Топливный клапан состоит из запорной иглы и седла, впрессованного или вкрученного в корпус карбюратора. Кончик иглы обрезинен. Состав резины хорошо совместим с коммерческим бензином, но при использовании специализированных топлив, например спиртосодержащих, необходимо убедиться в совместимости с материалами уплотнений на предмет ухудшения качества работы карбюратора. Во многих конструкциях запорных игл применяется пружинный толкатель, взаимодействующий с поплавком для уменьшения вибрации иглы, порождаемой движением мотоцикла и перемещением топлива в поплавковой камере.


Топливный клапан

Проходное сечение топливного клапана является регулировочным параметром, так как определяет максимальный расход топлива. Если сечение слишком маленькое, поплавковая камера может опустеть, потому что расход топлива будет превышать приход в текущих условиях работы двигателя (как правило, в режиме полной нагрузки). Поработав какое-то время в таком режиме, двигатель может выйти из строя вследствие переобеднения горючей смеси.

Уровень топлива также является регулировочным параметром карбюратора, что следует из принципа работы, так как дозировка расхода топлива меняется с уровнем, тем самым влияя на состав смеси.

Регулировка уровня топлива осуществляется изменением двух параметров:

• веса поплавка;
• геометрии рычага, соединяющего поплавок с клапаном.

С установкой более тяжелого поплавка уровень топлива повысится вследствие компенсации его более низкой плавучести. Это приведет к обогащению смеси, если не менять другие параметры. В обратной ситуации, при установке более легкого поплавка, уровень топлива понизится вследствии уменьшения выталкивающей силы. Это приведет к раннему закрытию клапана и перестройке карбюратора на более бедную смесь. Поэтому поплавки классифицируются по весу и должны быть установлены на соответствующую высоту согласно предписанным стандартам.

Способ контроля высоты установки поплавков показан на рисунке. Когда необходимо произвести регулировку уровня и нет возможности изменять вес поплавка, можно изменить геометрию рычага, воздействующего на клапан. В этом случае, поплавок закроет клапан раньше (при меньшем уровне) или позже (при большем уровне) при одинаковом весе.


Замер высоты установки поплавка

Особенности условий работы

Высокий уровень топлива точно так же, как и низкий, влияет на работу всех систем карбюратора на всех режимах работы двигателя. Однако нужно отметить, что слишком низкий уровень топлива в поплавковой камере может привести к недостаточному напору топлива на жиклерах, что вызовет опасное для работы двигателя переобеднение смеси. Это может произойти при перемещении топлива внутри поплавковой камеры во время ускорений, которым подвергается транспортное средство. В этом случае (что в основном происходит на внедорожных или на трековых мотоциклах при поворотах и резких торможениях), если уровень слишком низкий, какой-либо жиклер может внезапно завоздушиться.

Для предотвращения подобной ситуации в некоторых конструкциях применяются специальные дефлекторы вокруг жиклеров, их также называют успокоители (пример подобного устройства будет приведен в следующей публикации). Назначение успокоителя удержать как можно больше топлива рядом с жиклером во всех возможных условиях работы.

Продолжение следует...

Здравствуйте, уважаемые читатели. Мы с вами продолжаем изучать карбюраторы мотоциклетного типа.

В предыдущей публикации мы познакомились с основными вопросами образования и воспламенения горючей смеси. Сегодня будем изучать главную дозирующую систему, рассмотрим ее принцип работы и способы регулировки.

Главная дозирующая система: основные сведения

На современных мотоциклетных двигателях применяются карбюраторы с дозирующей иглой. Такое название обусловлено конструкцией главной дозирующей системы, так как именно игла конического сечения управляет смесеобразованием в диапазоне от 1/4 подъема дросселя вплоть до полного открытия.

Истечение топлива из большинства систем карбюратора происходит под действием разрежения, создаваемого за счет движения воздушного потока. Суммарное разрежение в воздушном тракте карбюратора зависит от скорости потока и сопротивления тракта. Рассмотрим эту зависимость более подробно.

Скорость потока воздуха на различных участках тракта зависит от площади их проходного сечения. Местные сужения при условии сохранения неразрывности газового потока вызывают увеличение его скорости, которое сопровождается увеличением разрежения. В современных карбюраторах скорость воздуха в диффузоре достигает 150 м/сек. Воздух при движении преодолевает трение о стенки тракта и местные сопротивления (распылитель, заслонка и т.д.), что также приводит к увеличению разрежения.

Практический интерес представляют разрежения, возникающие на двух участках: в диффузоре и смесительной камере за дросселем. На рисунке приведены кривые суммарного разрежения в карбюраторах, устанавливаемых на двигателях различных типов. Разрежение зависит от типа, числа цилиндров и режимов работы двигателя. Для двухтактного одноцилиндрового двигателя разрежения наименьшие (кривые 1 и 1'), для четырехтактного многоцилиндрового наибольшие (кривые 4 и 4').


Изменение разрежения в смесительной камере P_k и в диффузоре карбюратора P_g при разных оборотах двигателя n и положении дросселя _др: 1 и 1' двухтактный одноцилиндровый двигатель; 2 четырехтактный одноцилиндровый; 3 четырехтактный двухцилиндровый; 4 и 4' четырехтактный многоцилиндровый

По мере открытия дросселя разрежение в смесительной камере уменьшается, а в диффузоре увеличивается. Характер изменения разрежения в диффузоре и смесительной камере не зависит от типа двигателя. Вначале при открытии дросселя примерно на 1/3 разрежение в смесительной камере уменьшается, а затем остается практически постоянным (кривые 1, 2, 3 и 4). Между тем на характер изменения разрежения в диффузоре его конструкция оказывает существенное влияние. Если в карбюраторе с диффузором постоянного сечения разрежение растет непрерывно (кривая 4'), то в карбюраторе с диффузором переменного сечения увеличение разрежения наблюдается лишь в начале открытия дросселя. При дальнейшем открытии более чем на 1/3 разрежение в диффузоре практически не меняется (кривая 1). При постоянном положении дросселя и увеличивающихся оборотах двигателя разрежение возрастает на всех участках воздушного тракта карбюратора.

Главная дозирующая система, состоящая только из распылителя и управляемая только величиной разрежения, подавала бы слишком много топлива на малых и средних подъемах дросселя и слишком мало на больших подъемах. Переобеднение смеси особенно опасно, так как, в худшем случае, может привести к выходу двигателя из строя. Вот почему была разработана система с конической дозирующей иглой. Рассмотрим принцип ее работы.

Принцип работы главной дозирующей системы

Игла двигается внутри калиброванной части распылителя и на небольших подъемах дросселя сечение, через которое осуществляется распыление топлива, маленькое. Как следствие, расход топлива тоже маленький, что и требуется для поддержания корректного состава смеси на малых подъемах. На больших подъемах дросселя коническая часть иглы меньшего диаметра оказывается в зоне распыления топлива, тем самым увеличивая площадь проходного сечения распылителя. Это позволяет увеличить подачу топлива, как и необходимо для нормальной работы двигателя. Такая конструкция и соответствующий принцип работы главной дозирующей системы дает возможность поддерживать нужный состав смеси, поэтому двигатель способен работать правильно при любом положении дросселя.


Взаимодействие иглы с распылителем

Теперь, после того, как принцип работы стал ясен, становится понятен принцип регулировки главной дозирующей системы. Регулировка осуществляется с помощью иглы и калиброванного отверстия распылителя.

Регулировка состава смеси

Регулировка с помощью иглы

В карбюраторах Dellorto игла фиксируется в дроссельной заслонке с помощью стопорного кольца, установленного в одном из пазов (на цилиндрической части иглы). Условно пазы пронумерованы с тупого конца иглы, то есть сверху.

Чем выше относительно распылителя расположена канавка, в которую установлено стопорное кольцо, тем ниже опущена игла. Это означает, что для выхода конической части иглы из распылителя, дроссель необходимо поднять выше. И наоборот, если нужно задействовать коническую часть иглы на меньших подъемах дросселя, необходимо поднять иглу, переставив стопор в более низкую канавку (вторую, третью). Например, на практике следствием богатой смеси может быть медлительность в наборе оборотов и глухой, глубокий звук выхлопа. В таком случае, необходимо опустить иглу, переместив стопорное кольцо в канавки выше.

Однако очень часто невозможно хорошо настроить карбюратор, изменяя только положение иглы. Кроме положения бывает необходимо варьировать геометрические параметры иглы (имеется в виду конусность и длина конической части). Они существенным образом влияют на процесс карбюрации, а от этого напрямую зависит приемистость двигателя. Таким образом, возникает необходимость заменить ее на другую с более подходящими геометрическими параметрами.

Для каждого семейства карбюраторов Dellorto существует широкий выбор дозирующих игл с различной геометрией. По мере необходимости в процессе настройки можно выбрать более подходящую иглу и приступить к испытаниям. К примеру, можно не получить достаточно богатую смесь на определенном подъеме дросселя при максимально поднятой игле. В таком случае нужно попробовать иглу с той же конусностью, но у которой конус будет начинаться раньше, т.е. цилиндрическая часть будет короче. В определенных случаях могут быть использованы иглы с различной конусностью, для лучшего соответствия тому или иному типу двигателя. При проведении подобного рода экспериментов всегда лучше варьировать только один параметр за раз.

Регулировка с помощью распылителя

Распылитель имеет калиброванное отверстие с того конца, которым сообщается с диффузором. В русскоязычной литературе часто употребляется словосочетание диаметр распылителя, под которым подразумевается диаметр этого отверстия. Как правило, существует некий набор распылителей различных диаметров, для конкретного карбюратора.

С увеличением диаметра распылителя смесь обогащается, и наоборот обедняется при уменьшении. Конечно, можно добиться того же эффекта, изменяя диаметр дозирующей иглы. Однако иглу подходящего диаметра может оказаться сложно приобрести. В таком случае намного проще подобрать распылитель, если такая необходимость вообще возникнет, так как карбюраторы Dellorto изначально оптимизированны под конкретный тип двигателя, для которого они предназначены.

Таким образом, настройка карбюратора чаще всего производится подбором жиклеров, установкой высоты иглы и подбора ее формы, в то время как распылитель и угол среза дроссельной заслонки остаются без изменений даже при наличии соответствующих сменных комплектов.

Распылитель главной дозирующей системы

Простейший распылитель представляет из себя трубку, соединяющую главный топливный жиклер с диффузором. Инженеры условно делят конструкции распылителей на двухтактные и четырехтактные. Некоторые распылители (их относят к четырехтактному типу) имеют ряды отверстий по периметру, просверленных насквозь в главный топливный колодец.


Распылители, различающиеся конструкцией эмульсионных трубок

Конструкция распылителя для двухтактных двигателей

Распылитель вкручивается в насадок (Обобщенно гидравлический насадок это короткая труба для выпуска жидкости в атмосферу или перетекания жидкости из одного резервуара в другой, тоже заполненный жидкостью), закрепленный в корпусе карбюратора.


Сопряжение распылителя с насадком

Как видно на рисунке ниже, в месте сопряжения распылителя с насадком образуется кольцевая щель, переходящая в кольцевую полость. Полость соединяется с атмосферой посредством дополнительного воздушного канала. Это дает возможность воздуху попасть в диффузор через кольцевую щель. Если распылитель имеет отверстия для эмульсирования топлива, к нему также подводится воздух по вспомогательному каналу.


Кольцевой зазор между распылителем и насадком

Входное отверстие этого канала обычно расположено перед диффузором во входной его части (под буквой b на рисунке ниже). Отверстие рядом это воздушный канал системы холостого хода. Иногда, для уменьшения влияния пульсаций давления во впускном ресивере, вспомогательный канал сообщается с атмосферой напрямую. Например, как показано на рисунке под буквой a, через трубку в правой части карбюратора.


Способы сообщения вспомогательного воздушного канала с атмосферой

В совокупности главная дозирующая система работает следующим образом. Под действием разрежения топливо поднимается по распылителю. Истечение топлива регулируется жиклером и дозирующей иглой. Часть воздуха проходит по дополнительному каналу и попадает в кольцевую полость. В результате этого в области над кольцевой щелью и распылителем происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом.


Работа главной дозирующей системы с распылителем двухтактного типа: Топливо из поплавковой камеры поднимается по распылителю 6, проходя через жиклер 7, который вместе с иглой 3 регулирует расход топлива. Топливо первично смешивается с воздухом, прошедшим по каналу 2, в кольцевом зазоре между насадком 5 и распылителем. Эмульсия попадает в диффузор 4 и смешивается с воздухом, поступившем через входное устройство 1.

Наряду с диаметром распылителя регулировочным параметром является диаметр воздушного канала (чем он больше, тем смесь беднее), а также высота выступания распылителя и насадка в диффузор. Варианты исполнения распылителей и насадков представлены на рисунках ниже.


Распылители, различающиеся по высоте


Различные варианты исполнения насадков

Давайте подробнее рассмотрим распылитель.

При неизменных прочих условиях, чем меньше выступает распылитель в диффузор, тем на меньшую высоту топливу необходимо подняться из поплавковой камеры, что способствует более раннему началу самого процесса распыления топлива в диффузоре. Низкий распылитель является характерной особенностью спортивных карбюраторов. Наоборот, с высоким распылителем топливная смесь будет беднее в переходных (неустановившихся) режимах.

Те же физические принципы применимы к работе воздушного насадка. Его выступание в диффузор создает сопротивление воздушному потоку, поэтому за выступом создается зона сильного разрежения, что способствует истечению топлива. Иными словами, чем выше насадок, тем больше разрежение за ним и тем богаче становиться смесь. Обеднить смесь можно, используя карбюратор с небольшой высотой насадка.

Конструкция распылителя для четырехтактных двигателей

Описанная ниже конструкция в настоящее время так же широко применяется и для двухтактных двигателей, так как позволяет получать более бедную и однородную смесь на всех режимах.

Тело распылителя четырехтактного типа снабжено рядами отверстий, а кольцевая камера, которая его окружает, постоянно сообщается с атмосферой, но не сообщается напрямую с диффузором. Это позволяет топливу начать перемешиваться с воздухом еще до того, как оно достигнет диффузора, образуя эмульсию внутри распылителя. При такой конструкции распылителя насадок не имеет выступающей части в диффузор.

Принцип работы главной дозирующей системы с распылителем четырехтактного типа представлен на рисунке. Отверстия в нижней части погружены в топливо, так как они находятся ниже его уровня. Отверстия же в верхней части всегда открыты для прохода воздуха. Когда преобладают отверстия в верхней части, смесь обедняется, в то время как увеличение количества и/или диаметра отверстий в нижней части приводит к увеличению расхода топлива с интенсивным эмульсированием. Из-за расположения отверстий по всей площади распылителя кольцевая камера, заполненная изначально топливом, пустеет при наборе оборотов, так как топливо расходуется через эти отверстия, что приводит к переобогащению смеси в начале и к ее обеднению в дальнейшем.


Работа главной дозирующей системы с распылителем четырехтактного типа: Топливо из поплавковой камеры по распылителю 5 поднимается, проходя через жиклер, который вместе с иглой 3 регулирует расход топлива. Топливо первично смешивается с воздухом, прошедшим по каналу 2, в кольцевом зазоре между распылителем и корпусом. Эмульсия смешивается с воздухом, поступившим через входное устройство 1, в диффузоре и смесительной камере 4.

Проще говоря, расположение отверстий в теле распылителя и их диаметр существенно влияют на истечение топлива и зависящую от этого приемистость двигателя. Таким образом, варьируя параметры отверстий, можно добиться оптимального состава смеси для всех режимов работы.

Главный топливный жиклер

Главный топливный жиклер является основным регулировочным элементом карбюратора на режимах полной нагрузки и высоких подъемах дросселя. Он отвечает за подачу топлива в главную дозирующую систему. Главный топливный жиклер расположен в самой нижней точке поплавковой камеры, чтобы всегда находиться ниже уровня топлива, даже когда мотоцикл совершает резкие маневры. Для исключения завоздушивания главного жиклера во многих конструкциях выше него устанавливается перфорированный дефлектор (он же успокоитель).


Успокоитель над главным топливным жиклером

Выбор главного топливного жиклера оказывает существенное влияние на работу двигателя. Его подбор осуществляется экспериментальным путем. Поэтому лучше начинать с заведомо большего жиклера, делая таким образом настройку более безопасной для двигателя. Богатая смесь не дает лучшей производительности, но, по крайней мере, не приводит к повреждениям двигателя (прихват или прогар поршня) в отличие от переобедненной смеси.

Помочь в подборе главного топливного жиклера может состояние свечи зажигания после теста на полном открытии дросселя при максимальных оборотах. Изолятор центрального электрода должен быть светло-коричневым. Если электрод темнее, жиклер слишком большой, если он слишком светлый, почти белый жиклер слишком мал.

Анализ центрального электрода результативен, только если свеча работала долго, в то время как оценка состояния бокового электрода дает результат и на новой свече. Основание бокового электрода с внутренней стороны (стороны, обращенной к изолятору) должно быть темного цвета как минимум до изгиба электрода. Вся остальная поверхность должна быть металлического цвета. Если боковой электрод черный и закопчен, смесь богатая, но, если он идеально чист, жиклер слишком мал. Помните жиклер слишком малой пропускной способности может привести к серьезным повреждениям двигателя.

После подбора жиклера с требуемой пропускной способностью для гражданских мотоциклов рекомендуется увеличить ее на 2-3 единицы в качестве меры предострожности от сильной зависимости настроек, например, от окружающей температуры.

Прежде чем сделать вывод о том, что жиклер слишком большой, посчитайте площадь проходного сечения кольцевого зазора, образованного острым концом дозирующей иглы и распылителем. Сечение жиклера не должно быть меньше. Такое отношение должно выполняться для того, чтобы жиклер всегда контролировал расход топлива.

Однако, следует помнить, что жиклер играет важную роль еще и в переходном (неустановившемся) режиме, когда водитель резко полностью открывает дроссельную заслонку. В этом случае главная дозирующая система должна быстро включиться в работу. Если этого не происходит, в момент резкого открытия дросселя возникает так называемый провал. Это значит, что смесь кратковременно обедняется и через какое-то время снова нормализуется по составу (обогащается).

Продолжение следует...

Здравствуйте, уважаемые читатели. Настало время публикации очередной части статьи про карбюраторы малолитражных двигателей.

Мы уже полностью рассмотрели главную дозирующую систему.

Сегодня рассмотрим особенности конструкций диффузора и дроссельной заслонки.



Большинство карбюраторов мотоциклетного типа имеют в своей основе диффузор переменного сечения и дозирующую иглу. Управление сечением диффузора осуществляется с помощью дроссельной заслонки цилиндрической или плоской формы. Дроссельная заслонка скомпонована с дозирующей иглой. Получается, что регулирование подачи топлива осуществляется одновременно с изменением сечения диффузора. Подробнее об управлении сечением рассказано в этой публикации.

Пропускная способность диффузора

Диффузор один из основных элементов карбюратора. К определяющим параметрам диффузора относится его диаметр. Выбор диаметра строго зависит от требований, предъявляемых к двигателю. Численные значения диаметра диффузора и других важных параметров изначально определяют исходя из инженерной практики и опыта проектирования различных мотоциклов и двигателей к ним. Окончательный подбор диаметра осуществляется при испытаниях на двигателе.

К примеру, малокубатурные двухтактные двигатели, применяемые на мопедах и скутерах, оснащаются карбюраторами с диаметром диффузора от 12 до 14 мм. На 125-кубовых спортивных двигателях используются диффузоры с диаметром от 36 до 40 мм. На гоночных двигателях с золотниковым газораспределением можно встретить карбюраторы с еще большим диффузором. Такая тенденция связана с тем, что диаметр диффузора определяет максимальную пропускную способность главного воздушного канала, т.е. максимальное наполнение цилиндра. Чем бoльшую мощность предполагается развить, тем больше должен быть диффузор, так как он будет оказывать меньшее сопротивление потоку смеси.

Однако большой диаметр диффузора делает двигатель менее приемистым, так как ухудшает распыление топлива в режимах малых и средних нагрузок. Для двигателей, работающих в широком диапазоне оборотов, приемистость важнее максимальной мощности. В таком случае применяются карбюраторы с диффузором небольшого сечения, что позволяет улучшить истечение топлива за счет большего разрежения.

Чтобы увеличить пропускную способность, не меняя диаметр диффузора, применяют специальные вставки для исключения ступенчатого изменения сечения на пути потока воздуха, снижая тем самым паразитные завихрения.

Форма диффузора

После определения площади сечения необходимо определить форму, которой будет ограничена эта площадь.

Для спортивных и других высокопроизводительных двигателей, у которых первостепенен режим максимальной мощности, предпочтительна круглая форма. Круг это фигура с наименьшим периметром среди прочих фигур одинаковой площади, поэтому стенки диффузора круглой формы оказывают наименьшее сопротивление воздушному потоку.

На двигателях, где важно плавное управление мощностью, применяются карбюраторы с овальным сечением диффузора. Встречаются и более сложные формы, например, форма щита, как прозвали ее инженеры Dellorto дальнейшая эволюция овальной формы.


Формы диффузоров: a овальная форма, b форма щита

Как уже было упомянуто, при малом диаметре диффузора двигатель обладает лучшей приемистостью за счет поддержания высокой скорости воздушного потока в карбюраторе. При небольших подъемах дроссельной заслонки овальный профиль образует меньшее сечение. В этом случае карбюратор работает так, как будто имеет диффузор меньше, чем есть на самом деле. У карбюраторов в форме щита на малых подъемах площадь сечения еще меньше в сравнении с просто овальной. Это делает двигатель еще более отзывчивым на изменение положения ручки газа, что бывает очень важно для некоторых моторов с автоматической трансмиссией.

Сложная форма диффузора позволяет улучшить качество смеси на неустановившихся режимах, не ухудшая наполнение цилиндра при полностью открытом дросселе, так как на полном подъеме площадь увеличивается до рассчитанной на режим максимальной мощности. Помимо этого, сложная форма диффузора позволяет расширить диапазон рабочих оборотов и делает управление мощностью более прогнозируемым для водителя.

Таким образом, можно утверждать, что наполняемость цилиндра в основном определяется диаметром диффузора и формой его сечения (как в поперечной, так и в продольной плоскости). Также на наполняемость влияет форма входного устройства карбюратора и геометрические параметры смесительной камеры.

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка является регулирующим элементом карбюратора, соединенным с органом управления газом посредством гибкой связи. Она регулирует проходное сечение диффузора, перемещаясь перпендикулярно к оси главного воздушного канала. Во многих моделях карбюраторов дроссельная заслонка представляет из себя цилиндр, перемещающийся на скользящей посадке внутри корпуса карбюратора.

Даже в карбюраторах с постоянным разрежением (в литературе встречается термин с постоянной скоростью потока), в которых дроссельная заслонка совершает вращательные движения, есть клапан, регулирующий сечение путем перпендикулярного перемещения к оси диффузора. Конструкция и принцип работы подобных карбюраторов будет рассмотрен позже, так как их особенности заслуживают отдельного раздела.

Дроссельные заслонки классифицируются по форме на цилиндрические и плоские (еще их называют шиберные Термин является уместным, так как в соответствии с ГОСТ 24856-2014 Арматура трубопроводная. Термины и определения шиберная задвижка определяется как параллельная задвижка, у которой запирающий элемент выполнен в виде пластины). На рисунке ниже представлено сравнение размеров круглой и плоской заслонок. Плоская дроссельная заслонка создает меньше паразитных завихрений под собой за счет сокращения длины диффузора.


Общий вид круглой и плоской дроссельной заслонок. Цветом выделены направляющие отверстия для дозирующих игл по центру заслонок.

На следующем рисунке демонстрируется разница в длинах главных воздушных каналов при применении круглой и плоской заслонки. Видно, что у карбюратора с плоской дроссельной заслонкой канал короче, значит сопротивление потоку воздуха оказывается меньшее.


Сравнение длин главных воздушных каналов при цилиндрической и плоской заслонках

Диффузоры современных карбюраторов тщательно прорабатываются для уменьшения паразитных завихрений в местах сопряжения дроссельной заслонки с корпусом карбюратора. Например, на рисунке ниже под буквой a изображен карбюратор Dellorto серии VHSD (Например, обозначение PH в серии карбюраторов Dellorto расшифровывается как P (Piston) цилиндрическая дроссельная заслонка, H (Horisontal) горизонтальная ориентация продольной оси главного воздушного канала. Буква V (Valve) в названии других линеек (например VHSD) обозначает наличие плоской дроссельной заслонки), в диффузоре которого видны два тонких направляющих паза по которым, как гильотина, перемещается дроссельная заслонка.

А на рисунке под буквой b демонстрируется дроссельная заслонка карбюратора серии VHSB, установленная в специальный стаканчик, который служит направляющей для ее перемещения. Заслонка в сборе со стаканчиком устанавливается в цилиндрическое посадочное место корпуса карбюратора.


a направляющие для перемещения дроссельной заслонки, b стаканчик-направляющая для дроссельной заслонки.

Дроссельная заслонка карбюраторов с дозирующей иглой как плоская, так и цилиндрическая имеет скос, который влияет на смесеобразование при малых подъемах дросселя. Заслонка с небольшим скосом обогащает смесь вплоть до 1/4 подъема дросселя, но, если смесь слишком богатая, можно взять заслонку с большим скосом. Следует иметь в виду, что даже небольшое изменение этого регулировочного параметра может существенно сказаться на смесеобразовании.


Дроссельные заслонки с различным скосом

Паразитные эффекты

В карбюраторах четырехтактных двигателей может наблюдаться эффект залипания дроссельной заслонки в закрытом состоянии из-за очень сильного прижимного действия низкого давления во впускном тракте. Для уменьшения этого эффекта, а также предотвращения быстрого износа, приводящего к паразитному подсосу воздуха, поверхность покрывается хромом для увеличения твердости и гладкости (рисунок ниже под буквой a).

Этот же эффект вынуждает применять весьма жесткие возвратные пружины для обеспечения закрытия дроссельной заслонки. Однако, поскольку жесткость пружины определяет усилие на ручке газа со стороны водителя, следует стремиться к минимизации трения между заслонкой и корпусом. Например, на рисунке ниже под буквой b представлена хромированная дроссельная заслонка с возвратной пружиной спортивного карбюратора линейки VHSD. Видно, что применена пружина весьма скромных размеров, но ее усилия вполне достаточно для закрытия дросселя, так как хромовое покрытие заслонки существенно снижает трение о корпус.


a хромированные дроссельные заслонки, b дроссельная заслонка с возвратной пружиной

Ранее мы отмечали преимущества плоской дроссельной заслонки, но и она не лишена недостатков. Плоская дроссельная заслонка вносит трудности при размещении переходного отверстия системы холостого хода. Это отверстие (отверстия) необходимо для подачи топлива в момент, когда отверстие малых оборотов холостого хода уже не может подавать требуемое количество топлива, а главная дозирующая система еще не включилась в работу. В технологическом цикле изготовления карбюратора эти отверстия сверлят после обработки главного топливного колодца и, для должного функционирования, располагают чуть дальше кромки дроссельной заслонки. При плоском дросселе отверстия располагаются очень близко к распылителю, что усложняет компоновку. Но, несмотря на это, карбюраторы с плоским дросселем являются наиболее совершенными в своей конструкции.

Продолжение следует...

Здравствуйте, уважаемые читатели. Возвращаемся к теории и практике по карбюраторам мотоциклетного типа.

Вспомним, что уже были рассмотрены особенности конструкций диффузора и дроссельной заслонки.

Сегодня речь пойдет о системе холостого хода и работе карбюратора в переходных режимах.

Устройство системы холостого хода

В конструкциях современных карбюраторов есть не только главная дозирующая система. Она одна не позволила бы получить необходимый состав смеси для поддержания нормальной работы двигателя в режиме без нагрузки, другими словами когда двигатель должен работает на холостом ходу. За нормальную работу в режиме холостого хода отвечает одноименная система. Рассмотрим один из вариантов ее конструкции.

Устройство системы холостого хода: 1 переходное отверстие; 2 воздушный канал; 3 винт состава смеси на холостом ходу; 4 отверстие малых оборотов холостого хода; 5 топливный канал; 6 топливный жиклер, совмещенный с эмульсионной трубкой

В состав системы холостого хода входит два топливоподающих отверстия. Они имеют специальные названия: переходное отверстие 1 и отверстие малых оборотов холостого хода 4 (варианты расположения на реальном карбюраторе представлены на рисунке ниже). Переходное отверстие располагается под дроссельной заслонкой, в непосредственной близости от ее задней кромки. Отверстие малых оборотов холостого хода находится за дроссельной заслонкой, на небольшом отдалении в точке, где при закрытой дроссельной заслонке разрежение наибольшее. Такое положение обусловлено стремлением к обеспечению наиболее легкого истечения топлива из отверстия малых оборотов холостого хода.


Варианты расположений топливоподающих отверстий: 1 переходное отверстие; 2 отверстие малых оборотов холостого хода

В топливоподающем канале 5 системы холостого хода находится жиклер 6, который ограничивает истечение топлива при работе на холостых оборотах. В этом же канале расположена эмульсионная трубка (часто совмещенная с жиклером), в которой топливо смешивается с воздухом, поступившим по воздушному каналу 2.

К элементам точной настройки относится винт 3, регулирующий сечение воздушного канала. В данной конструкции винт влияет на состав смеси. Ниже будет рассмотрена конструкция, в которой аналогичный винт регулирует количество смеси.

Принцип работы на малых оборотах холостого хода

При закрытой или почти закрытой дроссельной заслонке разрежение в зоне распылителя главной дозирующей системы недостаточно для истечения топлива из него. При таком положении дросселя зона наибольшего разрежения находится за дроссельной заслонкой. Именно в этом месте располагают отверстие малых оборотов холостого хода. Работа двигателя полностью обеспечивается топливом, поступающим из этого отверстия.

Эмульсирование топлива в системе холостого хода

В системе холостого хода топливо смешивается с небольшим количеством воздуха, который поступает по специальному воздушному каналу. Процесс эмульсирования топлива происходит следующим образом. Когда дроссельная заслонка закрыта и горючая смесь подается только через отверстие малых оборотов холостого хода, топливо смешивается с воздухом, поступающим не только по воздушному каналу, но и с воздухом из-под дроссельной заслонки, прошедшим через переходное отверстие. По мере подъема дросселя происходит перемещение зоны максимального разрежения в сторону распылителя главной дозирующей системы. В связи с этим количество поступающего в систему холостого хода воздуха через переходное отверстие уменьшается. В какой-то точке подъема дросселя воздух совсем перестает поступать из переходного отверстия, и под действием разрежения топливо начинает фонтанировать через него. В этот момент весь воздух начинает поступать только через специальный воздушный канал, пропускная способность которого регулируется винтом конической формы.

Винт регулировки смеси на холостом ходу

Окончательная (точная) настройка системы холостого хода производится с помощью специального винта с коническим кончиком, который регулирует пропускную способность воздушного канала системы холостого хода. Некоторые модели карбюраторов оснащены винтом, регулирующим количество топлива уже предварительно смешанного с воздухом, подаваемого системой холостого хода.


Винты регулировки смеси на холостом ходу. Два винта слева регулируют количество смеси, два справа состав смеси.

Так как в одном случае винт регулирует состав смеси, а в другом количество топливной смеси, применяются противоположные приемы регулировки. Если винт регулирует пропускную способность воздушного канала, то для обогащения смеси необходимо уменьшить количество воздуха путем закручивания винта. Для того чтобы сделать смесь беднее, винт необходимо выкручивать. Если винт регулирует количество подаваемого топлива, то, напротив, для обогащения его выкручивают, для обеднения, соответственно, закручивают.

Понять, по какому принципу осуществляется регулировка на том или ином карбюраторе, очень просто. Винт регулировки воздуха располагают ближе к входному устройству карбюратора, который подсоединяют к фильтру, в то время как винт регулировки топлива располагают ближе к фланцу крепления к двигателю.


Расположение винтов регулировки смеси на холостом ходу: a винт регулировки состава смеси, b винт регулировки количества смеси

Жиклер холостого хода

Если установлен жиклер слишком большой пропускной способности, двигатель начинает работать неустойчиво, медленно набирает обороты, звук выхлопа становится глухой и слабый. Если жиклер обладает недостаточной пропускной способностью, двигатель хорошо набирает обороты, но при резком закрытии дросселя обороты не снижаются столь же быстро. Снижение оборотов до холостого хода происходит с запаздыванием вплоть до нескольких секунд.

Слишком маленькая пропускная способность приводит к неустойчивой работе и частым остановкам двигателя, как в режиме малого холостого хода, так и при попытках поднять дроссель. Работа двигателя с установленным жиклером холостого хода недостаточной пропускной способности может привести к прихвату поршня к стенке цилиндра в момент закрытия дроссельной заслонки. Риск особенно велик, если до этого двигатель работал на полном газу в течение продолжительного времени. В таких условиях после закрытия дросселя двигатель по инерции сохраняет большие обороты. Если в этот момент система холостого хода приготавливает бедную смесь, тепловая нагрузка резко увеличивается из-за чрезмерного обедненного сгорания, что повышает риск перегрева и последующего заклинивания.

Работа системы холостого хода в переходном режиме

Когда водитель начинает приоткрывать дроссельную заслонку, разрежение в зоне отверстия малых оборотов холостого хода уменьшается. Это приводит к уменьшению подачи топлива через него, поэтому в работу необходимо включаться другой системе, обеспечивающей плавный переход в работе от системы холостого хода к главной дозирующей системе.

Когда дроссельная заслонка поднимается примерно до 1/4 всего хода, разрежение в зоне отверстия малого холостого хода падает настолько, что истечение топлива из него прекращается. Область максимального разряжения смещается ближе к распылителю главной дозирующей системы, но еще не достигает его. Как раз в этом месте расположено переходное отверстие. Из него начинает фонтанировать топливо в количестве, достаточном для обеспечения плавного перехода в работе двигателя от холостого хода к режиму частичных нагрузок, когда работает уже главная дозирующая система.

Отметим, что жиклер холостого хода важен не только для работы на малых оборотах холостого хода, но и для переходного режима, так как он также регулирует количество топлива, истекающего из переходного отверстия. Наряду с жиклером на работу в переходных режимах оказывают влияние угол среза дроссельной заслонки, специальный выступ на задней части дроссельной заслонки, форма насадки вокруг распылителя главной дозирующей системы, специальный паз на задней кромке дроссельной заслонки.


Элементы дроссельной заслонки, влияющие на переходной режим. Цветом обозначены выступ на задней части дроссельной заслонки (a) и специальный паз на задней кромке (b).

Продолжение следует...

Здравствуйте, уважаемые читатели. Из предыдущих четырех публикаций мы поняли, что современные карбюраторы весьма сложные устройства, и нам есть что еще обсудить в их конструкции.

Сегодня выясним, что же еще входит в конструкцию карбюратора помимо главной дозирующей системы и системы холостого хода, которые уже были рассмотрены.



Если не предъявлять особых требований к смесеобразованию, карбюратор будет хорошо работать, имея в своей конструкции только главную дозирующую систему и систему холостого хода. Однако их возможностей недостаточно для упрощения пуска холодного двигателя, устранения провалов в динамике набора оборотов при резком открытии дросселя, сохранения наилучшей приемистости без потери максимальной мощности. Для устранения этих эффектов и дальнейшего улучшения рабочих характеристик двигателя применяется ряд вспомогательных устройств карбюратора, о которых пойдет речь в этой статье.

Пусковое устройство

Когда двигатель холодный и температура окружающего воздуха относительно невелика, часть горючей смеси не достигает камеры сгорания, конденсируясь и оседая на стенках впускного трубопровода. В результате этого смесь обедняется, что затрудняет ее воспламенение. Запуск двигателя становится проблематичным, а работа неустойчивой и сложно контролируемой до тех пор, пока двигатель полностью не прогреется.

Для облегчения задачи холодного пуска применяют специальные пусковые устройства обогатители. Они предназначены для требуемого обогащения горючей смеси в процессе холодного пуска и прогрева. Другими словами, обогатитель приготавливает дополнительное количество горючей смеси, которого достаточно (при работе с другими системами карбюратора) для запуска и устойчивой работы в первое время после пуска.

Подобные устройства есть в конструкциях всех карбюраторов, за исключением некоторых специфических моделей, применяемых на спортивных мотоциклах, где процедура запуска несколько отличается.

В простейшем случае пусковое устройство представляет из себя некий рычаг, позволяющий водителю принудительно опустить поплавки в поплавковой камере, там самым повышая уровень топлива, что приводит к обогащению смеси. Принцип действия определил название обогатителя утопитель поплавков. При такой конструкции обогащение смеси происходит во всех системах карбюратора, а возврат к нормальной работе возможен только после запуска двигателя (когда часть топлива израсходуется и уровень придет в норму).

Основным преимуществом утопителя поплавков является простота его конструкции. К недостаткам можно отнести зависимость степени обогащения смеси от времени воздействия. Так как воздействие осуществляется вручную водителем, состав смеси будет зависит от его умения и опыта. К тому же для работы с утопителем необходим непосредственный доступ к карбюратору, что не всегда возможно. По этим причинам утопители поплавков все реже и реже встречаются в конструкциях современных карбюраторов. Были разработаны более совершенные обогатители с независимой от других систем карбюратора топливоподачей, включающей в себя жиклеры, клапаны и другие регулирующие элементы.

Рассмотрим следующую конструкцию обогатителя.


Конструкция обогатителя карбюратора Dellorto серии VHSB: 1 рычаг управления клапаном; 2 цилиндрический клапан; 3 канал подачи смеси в диффузор; 4 эмульсионная трубка; 5 воздушный канал; 6 топливный жиклер

В качестве управляющего элемента выступает миниатюрный цилиндрический клапан 2. Управление клапаном осуществляется водителем вручную (непосредственно или посредством троса). Максимальное обогащение определяется соответствующим жиклером 7 вне зависимости от степени открытия клапана и варианта его привода. Конструкция топливного колодца обогатителя и расположение топливного жиклера таково, что работу обогатителя можно разделить на две стадии.

Когда двигатель заглушен, эмульсионная трубка жиклера обогатителя 5 полностью заполнена топливом до общего уровня в поплавковой камере. Так как уровень топлива одинаковый, слабого разрежения в момент запуска достаточно для истечения нужного количества топлива через обогатитель. На этой стадии смесь образуется очень богатой, что позволяет легко запустить двигатель.

После запуска двигателя эмульсионная трубка быстро пустеет, так как жиклер ограничивает скорость ее наполнения. Смесь начинает обедняться, но остается все еще достаточно богатой для стабильной работы не прогретого двигателя. Через некоторое время, определяемое степенью прогрева, водитель (или иной управляющий элемент) отключает систему обогащения.

Дальнейшим развитием пусковых устройств стало внедрение автоматических систем управления.


Конструкция автоматического обогатителя: 1 воздушный канал; 2 цилиндрический клапан с конической иглой; 3 топливный жиклер, совмещенный с эмульсионной трубкой

Основное их отличие заключается в том, что они способны автоматически уменьшать степень обогащения смеси по мере прогрева двигателя. Наибольшее распространение получили термоэлектрические системы. Разрез реального устройства управления представлен на рисунке.


Термоэлектрическое устройство управления обогатителем: 1 клапан с конической иглой; 2 возвратная пружина; 3 термочувствительный элемент; 4 нагревательный элемент

В основе такого устройства управления находится нагревательный 4 и термочувствительный 3 элементы. Внутри термочувствительного элемента находится вещество, которое расширяется с ростом температуры. Нагревательный элемент увеличивает свою температуру при приложении к нему постоянного напряжения. Характеристики этих элементов подобраны таким образом, чтобы соответствовать времени прогрева и остывания двигателя.

При холодном пуске клапан 1 изначально открыт. После запуска двигателя на устройство управления подается напряжение, нагревательный элемент увеличивает свою температуру пропорционально степени прогрева двигателя, также пропорционально расширяется вещество внутри термочувствительного элемента и он начинает постепенно закрывать клапан. К моменту полного прогрева мотора клапан полностью перекроет подачу топлива. После остановки мотора и по мере его остывания, термочувствительное вещество будет уменьшаться в объеме, под действием возвратной пружины 2 клапан начнет открываться. Таким образом осуществляется автоматическое обогащение смеси на нужную для текущей температуры величину.

Ускорительный насос

Ускорительный насос предназначен для компенсации переобеднения смеси при резком открытии дросселя. Переобеднение возникает из-за резкого уменьшения разрежения вследствие резкого увеличения площади сечения диффузора. В результате этого наблюдается провал в наборе оборотов двигателем.


Общий вид диафрагменного ускорительного насоса. Цифрой 1 отмечен винт регулировки хода диафрагмы

Для устранения провала при наборе оборотов в конструкцию карбюратора вводят ускорительный насос, который впрыскивает строго определенное количество топлива прямо в диффузор карбюратора при резком открытии дросселя.

Ускорительные насосы бывают двух типов: плунжерные и диафрагменные. Ускорительный насос приводится в действие от дроссельной заслонки напрямую или через систему рычагов. Например, на карбюраторах Dellorto серий PHF и PHM диафрагменный ускорительный насос приводится в действие рычагом 3, скользящим по наклонной плоскости в специальном пазе 4 дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка поднимается, рычаг скользит по наклонной плоскости паза, отгибается и нажимает на диафрагму.


Система привода диафрагмы насоса: 1 корпус ускорительного насоса; 2 диафрагма; 3 рычаг; 4 паз с наклонной плоскостью

Двигателю может быть необходимо обогащение в начальный момент резкого подъема дросселя или менее интенсивное, но более продолжительное обогащение на протяжении всего времени подъема. Изменяя угол наклона и длину наклонной плоскости, можно регулировать начало момента впрыска и его продолжительность. По-другому количество впрыскиваемого топлива можно регулировать винтом, задающим ход диафрагмы. Вращением винта по часовой стрелке ход диафрагмы уменьшается, что приводит к уменьшению количества впрыскиваемого топлива, вращение против часовой дает увеличение.

При неизменных прочих настройках насоса продолжительность впрыска можно регулировать жиклером, через который осуществляется подача топлива в диффузор. Большой жиклер дает меньшее время впрыска, маленький, соответственно, большее. Таким образом можно настроить подачу насоса под конкретные требования двигателя.


Жиклер ускорительного насоса: Жиклер в корпусе фиксируется специальным винтом 1, к которому есть доступ снаружи карбюратора, что позволяет легко производить замену в процессе настройки.

Эконостат

Для обеспечения лучшей приемистости карбюратор двухтактного двигателя должен поддерживать сравнительно бедную смесь на малых и средних подъемах дросселя. Как уже упоминалось ранее, главный топливный жиклер определяет состав смеси не только при полном открытии дросселя, он также оказывает значительное влияние на состав при частичных подъемах, вместе с дозирующей иглой.

Если использовать главный топливный жиклер уменьшенной пропускной способности для наилучшей работы на средних подъемах дросселя, смесь может стать слишком бедной для режима максимальной мощности. И наоборот, установка жиклера большей пропускной способности может дать слишком богатую смесь на средних подъемах, что ухудшит приемистость двигателя.

Эконостат позволяет устранить эту проблему. Он подает топливо напрямую в диффузор, только когда скорость воздушного потока велика в режиме максимальной мощности. Таким образом компенсируется недостаточная пропускная способность главного топливного жиклера.


Схема работы эконостата: 1 топливоподающее отверстие; 2 топливный жиклер

Топливный жиклер эконостата, как и все прочие, расположен в поплавковой камере. Отверстие, подающее топливо в диффузор, расположено в верхней части главного воздушного канала. Такое расположение отверстия обусловлено необходимостью подачи топливо через него только при сильном разряжении в диффузоре, когда дроссельная заслонка полностью открыта.


Элементы эконостата. Цветом выделен топливный жиклер (a), топливоподающее отверстие (b).

Наличие эконостата в конструкции карбюратора несколько усложняет его настройку в режиме максимальной мощности, так как эконостат и главная дозирующая система работают в этот момент параллельно и результирующий состав смеси зависит от их совместной работы. Однако, качественная настройка позволяет сохранить максимальную мощность, не теряя при этом в приемистости двигателя.

Продолжение следует...

Здравствуйте, уважаемые читатели. Сегодня предстоит изложить заключительную часть статьи, посвященной карбюраторам мотоциклетного типа.

Ранее уже были рассмотрены принципы смесеобразования, главная дозирующая система, особенности конструкции диффузора и дроссельной заслонки, система холостого хода и вспомогательные устройства карбюратора.

В этой, заключительной, публикации рассмотрим особенности карбюраторов для четырехтактных малолитражных двигателей.

В конце поста вас ждут ссылки на версию статьи в формате PDF. PDF версия включает все 6 опубликованных здесь по отдельности частей. Сохраните ее в своей библиотеке и перешлите интересующимся.

Помимо этого в конце приводится список литературы и заключительные слова автора по циклу публикаций Карбюраторы мотоциклетного типа.

Общая проблематика смесеобразования

Общая проблема карбюраторов заключается в том, что скорость реакции двигателя на изменение положения дроссельной заслонки в действительности ограничена величиной разрежения, так как от нее зависит истечение топлива из главной дозирующей системы. В ранее рассмотренных конструкциях карбюраторов при резком открытии дросселя площадь сечения диффузора так же резко увеличивается. Однако это не приводит к одновременному резкому увеличению потребления воздуха двигателем, так как его обороты растут не столь быстро.

Получается, что расход воздуха не изменяется, а проходное сечение увеличивается это ведет к уменьшению скорости потока и уменьшению разрежения. Другими словами, разрежение, за счет которого происходит истечение топлива из распылителя, уменьшается как раз в тот момент, когда подачу топлива надо увеличивать. Как следствие, из-за недостаточного разрежения часто приходится прикрывать дроссель для достижения требуемой динамики двигателя.

У карбюраторов, в которых сечение диффузора находится в прямой зависимости от положения ручки газа, обороты двигателя никак не влияют на смесеобразование. У карбюраторов с постоянным разрежением сечение диффузора и соответствующая подача топлива являются функциями не только открытия дросселя, но и оборотов двигателя. При такой конструкции карбюратора достигается оптимальная динамика работы двигателя, так как количество топлива всегда соответствует текущему количеству потребляемого воздуха.

Основные элементы в конструкции, регулировочные параметры

В конструкциях карбюраторов с постоянным разрежением есть два элемента для контроля скорости воздушного потока:

1. Плоская дроссельная заслонка, управляемая водителем (a на рисунке ниже)
2. Цилиндрическая заслонка с дозирующей иглой, приводимая в действие разрежением (b на рисунке ниже)

Элементы управления воздушным потоком

Рассмотрим цилиндрическую заслонку более подробно.


Продольное сечение карбюратора с постоянным разрежением

Цилиндрическая заслонка 1 соединена с вакуумной камерой через резиновую мембрану 2. Верхняя полость вакуумной камеры 3 одним или несколькими отверстиями 4 сообщается с наименьшим сечением диффузора под цилиндрической заслонкой. Нижняя часть камеры 5 сообщается с атмосферой посредством канала 6, выведенного во входное устройство карбюратора.

В карбюраторах постоянного разрежения пружина 7 и отверстия в нижней части цилиндрической заслонки являются регулировочными элементами, так как совместно влияют на характеристику перемещения заслонки.

Принцип действия

Под действием разрежения заслонка поднимается, пока сила упругости пружины не уравновесит подъемную силу. При увеличении разрежения высота подъема заслонки увеличивается. При закрытом или частично открытом дросселе (плоская заслонка) разрежение под цилиндрической заслонкой мало, поэтому заслонка лишь приподнята. При больших открытиях дросселя скорость потока воздуха в диффузоре увеличивается, что вызывает пропорциональное увеличение подъема заслонки. При резком полном открытии дросселя цилиндрическая заслонка не открывается столь же быстро. Ее подъем зависит от набора оборотов двигателем, а не от механического воздействия ручки газа. Теперь становится понятно, как карбюратор с постоянным разрежением приготавливает смесь независимо от положения ручки газа.

Из рассмотреннного принципа работы следует, что высота подъема цилиндрической заслонки зависит от двух переменных:

• угол открытия плоского дросселя;
• обороты двигателя.

Эти два параметра задают условия работы двигателя, согласно которым происходит регулирование количества воздуха и топлива, поступающих в двигатель. Интересно, что работа главной дозирующей системы зависит от тех же параметров, что и работа системы электронного впрыска.

Сравнительная характеристика карбюраторов

Хоть данный тип карбюраторов и называется с постоянным разрежением, в действительности численное значение величины пониженного давления не является константой в стогом смысле слова. Это хорошо видно на графике зависимости величины разрежения от расхода воздуха при полностью открытой дроссельной заслонке.


Зависимость величины разрежения от расхода воздуха

Из графика видно, что у карбюратора с постоянным разрежением разрежение в диффузоре сначала резко возрастает до некоторой величины, после чего продолжает медленно нарастать (кривая а). У карбюраторов, в которых дозирующая игла вместе с дроссельной заслонкой жестка связана с ручкой газа, эта зависимость гораздо более линейна (кривая б). Из-за существенной разницы в характере графиков термин с постоянным разрежением является вполне допустимым.

Заключение по циклу публикаций

Современные карбюраторы являются сложными устройствами, состоящими из ряда основных и вспомогательных систем, конструкции которых тщательно выверены. Для облегчения задачи понимания принципов функционирования и особенностей конструкции тех или иных систем, каждая из них была рассмотрена отдельно с описанием взаимовлияния. Перед этим были рассмотрены общие вопросы смесеобразования и выделены основные функции карбюратора. Системы рассматривались на примерах карбюраторов различных моделей с выделением плюсов и минусов конкретных решений. В ходе описания принципов функционирования отмечались возможные способы регулировки систем и давались практические рекомендации по осуществлению настройки. Таким образом, материал статьи и способ его изложения направлены на повышение компетентности читателя в вопросах работы с карбюраторами мотоциклетного типа.

Заключение от автора

Вот и подошел к концу цикл публикаций, посвященных карбюраторам. Вы, читатели, встретили его хорошо. Приятно видеть, что на хабре есть люди, интересующиеся машиностроением.

Благодаря вам роль автора хабра мне понравилась, так что встретимся еще под катом. А вот в каком хабе вопрос открытый, ибо мир слишком интересен, чтобы ограничиться одним.

Выражаю большую благодарность всем, кто принял участие в подготовке работы. Особую благодарность выражаю Rightech_IoT за наибольший вклад в редактуру.

Скачать

• Гугл диск
• Яндекс диск
• Дропбокс

Список литературы

1. Горбачев И. С., Сойфер И. И., Карбюраторы мотоциклетного типа,-М.: Машиностроение, 1972 г.--176 с., ил.
2. Ефимов С. И., Иващенко Н. А., Иванин В. И. и др., под общ. ред. Орлина А. С., Круглова М. Г., Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности Двигатели внутреннего сгорания, 3-е изд., переработ. и доп.-М.: Машиностроение, 1985 г.-456 с., ил.
3. Веб-сайт www.dellorto.it