Устройство и принцип работы простейшего карбюратора мотоцикла, приготовление горючей смеси

Мотоцикл ИЖ-49. Автор фото Papkalaci, CC BY-SA 4.0, через Викисклад.

Горючая смесь приготовляется в приборе — карбюраторе, а сам процесс образования горючей смеси называется карбюрацией.

Карбюраторы мотоциклов работают по принципу, согласно которому топлива распыляется в потоке воздуха, засасываемом посредством карбюратора в цилиндр двигателя.

На рис. 1 изображена схема простейшего карбюратора мотоцикла, который состоит из 2-х частей: смесительной камеры 4, поплавковой камеры 2. Поплавковая камера предназначена для поддержания в карбюраторе одного и того же уровня топлива. Она состоит из корпуса, в котором находятся поплавок 1 и запорная игла 3.

Рис. 1. Устройство и схема простейшего карбюратора мотоцикла: 2 — камера поплавковая; 1 — поплавок; 4 — смесительная камера; 3 — запорная игла; 6 — распылитель; 5 — жиклер (калиброванное отверстие); 7 — канал топливный; 8 — патрубок воздушный; 9 — золотник дроссельный; 10 — камера сгорания.

Смесительная камера карбюратора мотоцикла служит для приготовления горючей смеси, она состоит из корпуса, в котором находятся жиклер 5 с распылителем 6, дроссельный золотник 9, и воздушного патрубка 8.

Топливо поступает из бензобака по бензопроводу в поплавковую камеру через отверстие с запорной иглой. В корпусе поплавковой камеры карбюратора мотоцикла находится пустотелый латунный поплавок, всплывающий по мере поступления топлива вместе с иглой, которая на нем закреплена.

Как только уровень топлива достигнет установленной высоты, запорная игла закроет отверстие в крышке, через которое поступало топливо, и подача топлива в поплавковую камеру карбюратора мотоцикла прекратится.

При работе двигателя мотоцикла из поплавковой камеры карбюратора топливо будет расходоваться для приготовления горючей смеси в смесительной камере, поэтому уровень его понизится, а поплавок опустится. Вместе с поплавком опустится запорная игла, которая откроет отверстие и из него будет поступать топливо до тех пор, пока запорная игла карбюратора мотоцикла вновь не прекратит подачу топлива.

Топливо из поплавковой камеры поступает по каналу к жиклеру, а из жиклера — в распылитель; таким образом, в поплавковой камере карбюратора мотоцикла и в распылителе топливо установится на одинаковом уровне (как в сообщающихся сосудах).

Жиклером называется пробка с калиброванным отверстием в карбюраторе, через которое может поступать в единицу времени определенное количество топлива, зависящее от размера и формы калиброванного отверстия.

Когда двигатель мотоцикла остановлен, уровень топлива в распылителе жиклера карбюратора устанавливается примерно на 2 миллиметра ниже верхнего среза распылителя для того, чтобы топливо не подтекало, в особенности при наклонах мотоцикла.

Дроссельный золотник карбюратора служит для регулировки количества горючей смеси, поступающей в двигатель мотоцикла. Золотник имеет цилиндрическую форму и приводится в действие через гибкий трос от вращающейся рукоятки на правой стороне руля мотоцикла.

При такте впуска поршень движется вниз и в цилиндре двигателя мотоцикла создается разрежение, которое передается по впускному каналу (через открытый впускной клапан, или впускное окно) к карбюратору. Когда дроссельный золотник поднят, разрежение из цилиндра двигателя распространится в смесительную камеру.

Под действием разрежения в ней и атмосферного давления в поплавковой камере (она сообщена с атмосферой) из распылителя карбюратора мотоцикла начнет поступать топливо.

В то же время под действием разрежения через воздушный патрубок карбюратора засасывается воздух, который, проходя с большой скоростью по смесительной камере, подхватит струю топлива, вытекающую из распылителя карбюратора мотоцикла, раздробит ее на мельчайшие частицы и смешается с ними, в результате чего образуется горючая смесь.

Мелкие частицы топлива в потоке воздуха быстрее испаряются, испарение еще более усиливается под действием нагретых стенок впускного канала, и в цилиндр двигателя мотоцикла поступит однородная горючая смесь воздуха с испарившимся топливом.

Таким образом, образование горючей смеси в простейшем карбюраторе мотоцикла происходит в результате движения воздуха через смесительную камеру, которое сопровождается истечением топлива из распылителя жиклера, распылением струйки топлива потоком воздуха, испарением частиц топлива и перемешиванием паров топлива с воздухом.

Количество топлива, поступающего в смесительную камеру карбюратора мотоцикла, зависит от размеров калиброванного отверстия жиклера, а количество воздуха — отсечения воздушного канала, изменяемого дроссельным золотником; скорость воздуха в смесительной камере карбюратора мотоцикла зависит от формы воздушного канала и формы нижней части золотника. На качество горючей смеси влияет еще ряд других факторов, поэтому размеры основных деталей карбюратора должны строго соответствовать двигателю мотоцикла, для которого предназначен карбюратор.

Образование горючей смеси в карбюраторе мотоцикла протекает в условиях переменной нагрузки на двигатель, а следовательно, при изменяющейся мощности его. Это происходит потому, что во время движения мотоцикла изменяется как сопротивление дороги, так и скорость движения.

Между скоростью потока воздуха, разрежением, истечением топлива из распылителя и режимом работы двигателя мотоцикла существует определенная зависимость.

Движение воздуха через карбюратор мотоцикла происходит неравномерно, потому что изменяются сопротивления на пути воздуха. В зависимости от положения дроссельного золотника изменяется скорость воздушного потока, разрежение, а следовательно, и характер истечения топлива из распылителя жиклера и состав горючей смеси.

За время такта впуска в цилиндр двигателя мотоцикла должно поступать определенное количество горючей смеси, так как объем цилиндра зависит от площади поперечного сечения и длины хода поршня, в то же время сопротивление в карбюраторе зависит от положения дроссельного золотника, которое часто изменяется в зависимости от нагрузки. Чем больше открыт дроссельный золотник в карбюраторе, тем меньшее сопротивление встречает воздушный поток в смесительной камере и тем меньше разрежение над отверстием распылителя. Наоборот, чем больше опущен золотник, тем выше скорость потока воздуха в смесительной камере карбюратора мотоцикла и тем больше разрежение над распылителем. При таком сравнении следует, конечно, считать, что число оборотов вала двигателя мотоцикла не изменяется.

Однако разрежение меняется не только в зависимости от положения дроссельного золотника в карбюраторе, но и от числа оборотов коленчатого вала двигателя мотоцикла, потому что с изменением числа оборотов изменится общий объем горючей смеси, который должен поступить и цилиндр двигателя в единицу времени.

Так, например, если рабочий объем двигателя мотоцикла равен 350 см³, то при 1000 об/мин. в двигатель за 1 минуту должно поступить 1000 × 350 = 350 000 см³ горючей смеси, считая, что двигатель двухтактный и коэффициент наполнения равен 1. Коэффициентом наполнения называется отношение веса смеси, действительно поступившей в цилиндр двигателя мотоцикла, к весу смеси, которая могла бы поступать в цилиндр при наивыгоднейших теоретических условиях. Если число оборотов вала двигателя возрастет до 2000 в минуту, то объем горючей смеси, который должен поступить в двигатель мотоцикла, удвоится, в то время как проходное сечение в карбюраторе при том же открытии дросселя не изменится. Следовательно, во втором случае значительно возрастет скорость движения воздуха над распылителем и разрежение.

При движении мотоцикла может иметь место и другой случай, когда при одних и тех же оборотах вала двигателя будет изменяться положение дроссельного золотника в карбюраторе. Например, мотоцикл движется по ровной дороге со скоростью 40 км/час, для достижения которой двигатель развивает 2000 об/мин. Если на пути будет подъем, а скорость желательно сохранить ту же — 40 км/час, придется увеличить открытие дроссельного золотника карбюратора, однако при этом понизятся скорость воздуха и разрежение над распылителем.

Рис. 2. Изменение разрежения в карбюраторе при разном числе оборотов коленчатого вала двигателя мотоцикла.

На рис. 2 и 3 показано, как изменяется разрежение над распылителем в зависимости от числа оборотов вала двигателя мотоцикла и открытия дроссельного золотника. Как видно из графика (рис. 3), при опущенном дроссельном золотнике карбюратора разрежение над распылителем наименьшее. По мере того как дроссельный золотник карбюратора мотоцикла поднимается, возрастает разрежение над распылителем, однако это происходит лишь до половины подъема золотника. При дальнейшем подъеме его (более половины) разрежение уже не увеличивается, а уменьшается.

Рис. 3. Изменение разрежения в карбюраторе мотоцикла при разных открытиях дросселя.

При рассмотрении процесса образования горючей смеси в карбюраторе мотоцикла было установлено, что топливо вытекает из распылителя жиклера под действием разности давлений над распылителем и в поплавковой камере. Отсюда следует, что чем меньше давление воздуха над распылителем (больше разрежение), тем больше топлива будет из него вытекать и, наоборот, чем меньше разрежение, тем меньше вытечет топлива. Однако в таком простейшем карбюраторе мотоцикла изменение расхода топлива из распылителя не соответствует расходу воздуха и состав горючей смеси изменяется не так, как это необходимо для правильной работы.

По мере увеличения разрешения над распылителем расход топлива увеличивается в большей степени, чем расход воздуха. Это объясняется тем, что скорость движения воздуха через смесительную камеру карбюратора мотоцикла зависит только от разрежения, в то время как истечение топлива из распылителя зависит не только от разрежения, но и от формы жиклера и диаметра калиброванного отверстия. Кроме того, при изменении разрежения изменяется плотность воздуха, проходящего через карбюратор мотоцикла, а следовательно, и количество его, в то время как плотность топлива, вытекающего из жиклера, не изменяется. Следовательно, расход топлива возрастет в большей степени, чем расход воздуха, и горючая смесь обогащается.

Таким образом, с увеличением разрежения в таком карбюраторе состав смеси становится богаче, а с уменьшением разрежения — беднее, в то время как по условиям работы мотоцикла в большинстве случаев горючая смесь должна быть обедненной и лишь при полных нагрузках требуется ее обогащение.

Кроме того, богатая смесь необходима при пуске двигателя мотоцикла и при работе его на малых оборотах холостого хода потому, что она легче воспламеняется и лучше горит. Следовательно, и по этим соображениям простейший карбюратор мотоцикла не удовлетворяет предъявляемым требованиям.