Obecná struktura karburátoru, schéma a princip činnosti karburátoru automobilu

Karburátor je základní napájecí jednotka pro spalovací motor automobilů a motocyklů. Až do konce 20. století byly karburátory instalovány na většinu automobilů, ale v dnešní době byly pevně nahrazeny pohodlnějšími a funkčnějšími vstřikovacími systémy. V dnešní době se často vyskytují v autech starších XNUMX let.

Princip činnosti a konstrukce jednoduchého karburátoru

V prvním zařízení, které vynalezl L. Christoforis v roce 1876, se palivo ohřívalo, odpařovalo a vzniklé páry a proudy vzduchu se mísily. O rok později bylo řešení zdokonaleno na principu atomizace paliva, které se stalo základem pro navazující projekty.

Před rozšířeným používáním nám známých zařízení existovaly modely s bublinami a modely s membránou-jehla. První měly podobu benzinové nádrže, ve které byla blízko povrchu umístěna deska a dvojice trubek pro přívod směsi paliva a vzduchu z atmosféry a její odběr do motoru. Vzduch, který se pohyboval pod deskou, přímo nad palivem, se obohatil o páry a stal se hořlavou směsí. Byl to jednoduchý, ale fungující systém. Škrtící klapka byla umístěna samostatně. Fungování motoru s probublávací jednotkou bylo ovlivněno přírodními podmínkami – vypařování záviselo na teplotě. Takový systém bylo obtížné regulovat a byl výbušný.

Zařízení s membránou-jehla je umístěno odděleně od plynové nádrže. Obsahoval několik komor, pevně spojených pomocí tyče. Sedlo ventilu, kterým se přivádělo palivo, bylo zajištěno jehlou na dříku. Komory byly spojeny palivovým kanálem a směšovací zónou. Parametry zařízení byly určeny pružinami, na které byly membrány nalisovány. Takový karburátor fungoval bez ohledu na pouliční podmínky a umístění; byl populární na počátku 19. století, kdy byl instalován na automobily a motocykly a do letadel s pístovými spalovacími motory.

Struktura karburátoru dnes

Dnes se používají plovákové modely, které jsou nejpokročilejší. Jsou vidět na většině aut.

Plovákový karburátor se skládá z mnoha prvků:

• Plováková komora pro udržení paliva na dané úrovni.
• Plovák vybavený speciální jehlou, která slouží k dávkování hladiny benzinu.
• Směšovací komora – pro míchání jemně rozptýleného paliva se vzduchem.
• Difuzér je zúžená oblast pro zvýšení rychlosti vzduchu.
• Rozprašovač vybavený tryskou, která spojuje komory, dodává směs do difuzoru.
• Škrticí ventil – k regulaci průtoku pracovní tekutiny.
• Vzduchová klapka – pro regulaci průtoku vzduchu vstupujícího do karburátoru. Pomocí prvku se vytvoří „bohatá“, „normální“ nebo „špatná“ směs.
• Systém volnoběhu – dodává palivo přes směšovací komoru speciálními kanály do prostoru škrticí klapky.
• Ekonostaty a ekonomizéry zajišťují dodatečný přísun paliva při značném zatížení. Ekonostaty fungují ze zředění vzduchu, ekonomizéry jsou řízeny násilně.
• Sání paliva – pro nucené obohacování palivové směsi. Řidič pomocí páky mírně pootevře plyn, vzduch prochází směšovací komorou a nabírá více paliva. V důsledku toho se směs stává bohatší a pomáhá nastartovat studený motor.

Jak funguje karburátor

Nejprve se palivo posílá do plovákové komory. Po dosažení požadované hladiny se plovák zvedne a uzavře ventil, kterým je přiváděno palivo. Když plovák klesne, dodávka paliva se obnoví.

Dále jde palivo do směšovací komory, kde se vytvoří hořlavá směs. Shora je přiváděn vzduch, který se spojuje s palivem. Komora obsahuje rozprašovací trubici s tryskou, dále škrticí klapku a difuzor. Tryska je zátka, která zabraňuje úniku paliva z plovákové komory. Tlumič spojený s pedálem se nazývá plyn. Při stlačení nohou se otevře a hořlavá směs se dostane do válce. Výsledkem je, že auto nabere rychlost. Difuzér obsahuje rozvodnou trubici.

V okamžiku nastartování se v směšovací komoře vytvoří podtlak a z atomizéru se rozstřikuje palivo. Stoupá proud vzduchu, který po smíchání s palivem přenese palivo do válce.

Nejnovější zařízení obsahují kromě směšovací a plovákové komory také spouštěcí a dávkovací zařízení, volnoběžné provedení, ekonomizér a urychlovací čerpadlo. Zastaralé modely neposkytují plný provoz motoru, protože v závislosti na tom, zda je motor studený nebo horký, musí být směs odlišná. Pokud se nastartuje studený motor, je zapotřebí směs bohatá na palivo. V případech, kdy motor běží dlouhou dobu, je zapotřebí směs s malým množstvím paliva.

Pro zvýšení rychlosti nebo jízdu v naloženém autě potřebujete směs vysoce obohacenou o palivo. Podobná situace nastává při jízdě na volnoběh, v nízkých otáčkách. Jednoduchý karburátor takové podmínky poskytnout nemůže.

Pro obohacení směsi palivem se používá urychlovací čerpadlo. Při prudkém sešlápnutí pedálu prochází vzduch a pohybuje se rychleji než palivo. To je způsobeno nedostatkem paliva v hořlavé kapalině. S čerpadlem pracuje pohonná jednotka výkonněji.

Systém volnoběhu je ideální pro nízké rychlosti. V tomto režimu pohonná jednotka pracuje s bohatou směsí. Samotný dávkovací systém však nestačí, protože při volnoběhu se plyn otevírá jen částečně. U nejnovějších karburátorů se hořlavá směs tvoří v blízkosti škrticí klapky, protože v tomto místě, i když není škrticí klapka zcela otevřená, vzniká potřebný podtlak.

Pro nastartování motoru je zapotřebí směs obohacená palivem. Za tímto účelem je ve směšovací komoře, kterou prochází vzduch, umístěna klapka s ventilem. Na palubní desce vozu je knoflík pro ovládání ventilu. Po vytažení rukojeti se ventil mírně otevře a objem vzduchu ve směšovací komoře se sníží. A množství paliva ve směsi se zvyšuje. Díky tomu jsou i první porce směsi dostatečně nasycené a motor rychle naskočí. Se spouští motor běží i při nízkých teplotách.

Možnosti dávkovacího zařízení umožňují vytvořit směs vhodnou pro provoz motoru v různých režimech. Pomocí systému se složení směsi automaticky upravuje při chodu motoru při nízké a střední zátěži. V tomto režimu je palivo dodáváno přes dávkovací systém. I při plně otevřeném plynu však často není dostatek paliva. Z tohoto důvodu, když je škrticí klapka téměř úplně otevřená, páka s ní spojená působí na hnací tyč ekonomizéru – tím se otevře další průchod z plovákové komory. Výsledkem je, že motor pracuje výkonněji.

Klasifikace karburátorů

Všechny karburátory lze rozlišit podle následujících vlastností:

• Na základě směru proudění se rozlišují horizontální a vertikální modely.
• Na základě úpravy otvoru trysky a vytvoření podtlaku se dělí na: systémy s konstantním podtlakem; s konstantním průřezem (sériová zařízení); se škrcení cívky – modely pro motocykly, v nich je místo škrtícího ventilu objem přiváděné směsi regulován šoupátkem.
• V závislosti na počtu směšovacích komor se vyrábějí jednokomorové a vícekomorové modely. „Twin“ zařízení se používají u motorů s válci, které jsou od sebe daleko. Výsledkem je, že každá polovina vstřikuje do svých vlastních válců.

Výhody a nevýhody karburátorů

V automobilech konce 20. a počátku 21. století byly karburátory nahrazeny systémy vstřikování paliva. Tyto mikroprocesorem řízené vstřikovací systémy jsou schopny poskytovat přesnější dávkování paliva ve všech provozních režimech motoru na stovky tisíc kilometrů jízdy ve srovnání s karburátorem. A také udržovat parametry výfukových plynů motoru v rámci současných ekologických požadavků. Na motocyklech se však nadále používají karburátory; různé pomocné, stacionární, generátorové, lodní motory; na benzínovém nářadí (motorová pila, sekačka na trávu atd.) Vše o konstrukci, typech a principu činnosti karburátorů je v této publikaci.

Obsah

Slovo “karburátor” je francouzského původu a pochází ze slova karburace – míchání. K tomu slouží tato klíčová jednotka palivového systému spalovacího motoru – mísit benzín se vzduchem a dodávat určité množství této směsi do pracovních dutin válců. Karburátor je mechanické směšovací a dávkovací zařízení pro spalovací motor. Motor běží na směs drobných kapiček paliva a vzduchu, které tvoří a vstřikuje do válců.

Trocha historie. Staré typy karburátorů

Jakmile se vynálezci v druhé polovině 19. století začali pokoušet vybavit zařízení motory na benzín a petrolej, museli počítat s tím, že toto palivo se vznítí pouze za účasti vzduchu. Navíc, aby motor fungoval efektivně, je také nutné mísit vzduch s palivem v určitém poměru.

První karburátor vynalezl v roce 1876 Ital Luigi Christophoris. V jeho zařízení se palivo ohřívalo, odpařovalo a jeho páry se mísily se vzduchem. O rok později našli Daimler a Maybach racionálnější řešení s využitím principu atomizace paliva. Tento jednoduchý a účinný princip tvořil základ veškerého dalšího vývoje.

Gottlieb Daimler v autě s osobním řidičem.

Před rozšířeným používáním karburátorů plovákového typu se používaly dva další typy těchto zařízení: probublávací a membránové jehlové karburátory.

Bublající karburátory byly plynové nádrže se slepou deskou a dvěma širokými trubkami uvnitř v malé vzdálenosti od povrchu paliva – jedna byla přiváděna z atmosféry a druhá přiváděla směs paliva a vzduchu do motoru. Vzduch prochází pod deskou, nad povrchem paliva, nasytí se jeho parami a získá se hořlavá směs.

Je to primitivní, ale efektivní design. Škrtící klapka byla na motoru umístěna samostatně. Provoz motoru s bublajícím karburátorem závisel na venkovním počasí: stupeň odpařování paliva se měnil v závislosti na okolní teplotě. Část směsi paliva a vzduchu mohla zkondenzovat. Celá konstrukce byla dost výbušná a těžko regulovatelná.

Membránový jehlový karburátor je kompletní zařízení oddělené od plynové nádrže. Skládá se z několika komor, které jsou odděleny membránami a navzájem pevně spojeny tyčí. K této tyči je upevněna jehla, která blokuje sedlo ventilu přívodu paliva. Komory jsou propojeny kanály se směšovací dutinou na jedné straně a palivovým kanálem na straně druhé.

Charakteristiky takového karburátoru jsou určeny kalibrovanými pružinami, na kterých spočívají membrány. Nejedná se již o primitivní, ale vcelku jednoduchou konstrukci, jejíž výhodou je kromě jednoduchosti i schopnost spolehlivě fungovat v jakékoli poloze a za jakýchkoli podmínek. Takové karburátory byly instalovány v první polovině 20. století nejen na automobily a motocykly, ale také na letadla s pístovými spalovacími motory.

Třetím typem karburátoru, který se nakonec stal hlavním v celém globálním automobilovém průmyslu, je plovákový karburátor s tryskami. Plovákový karburátor, jehož konstrukce byla pravidelně vylepšována, si nakonec získal univerzální oblibu po celém světě. Bylo to velmi univerzální zařízení a bylo možné jej nainstalovat pomocí adaptéru na širokou škálu modelů automobilů a motocyklů. Jeho design bude diskutován v následujících částech této publikace.

Poslední etapou vývoje vstřikovacích zařízení karburátorů byly plovákové karburátory s elektromagnetickými ventily, pracující pod elektronickým řízením. V takových zařízeních fungovalo několik elektromagnetických ventilů, jejichž činnost byla řízena speciálním ovládacím zařízením. Například japonské karburátory Hitachi měly pět elektromagnetických ventilů a klapky byly ovládány elektronicky.

Tyto karburátory, nejnovější generace těchto zařízení, byly instalovány na vozy Nissan na přelomu 80. a 90. let. Jejich složitost spočívá ve velkém množství pomocných zařízení zodpovědných za stabilizaci chodu karburátoru v různých režimech (prudké uvolnění plynu, režim volnoběhu při prostojích u vozu s automatickou převodovkou, vyrovnávání a stabilizace otáček motoru při spouštění klimatizace atd.). V souladu s tím byl takový karburátor „doveden k dokonalosti“ doplněn mnoha pomocnými zařízeními: ventily, bimetalovými pružinami, ohřívači atd.

Systémy vstřikování paliva existují již dlouhou dobu, ale zpočátku byly příliš drahé pro sériovou výrobu. Ale vznik a široké zavádění cenově dostupných mikroprocesorů v automobilovém průmyslu nakonec vedl k tomu, že potřeba karburátoru, i toho nejsložitějšího, s elektromagnetickými ventily a přídavnými zařízeními, prostě zmizela. Všechny funkce jednotlivých prvků karburátoru začala vykonávat jediná elektronická řídicí jednotka (ECU) a v konstrukci vstřikovače byla nalezena jednoduchá prováděcí zařízení.

Konstrukce plovákového karburátoru

Plovákový karburátor poskytuje nejstabilnější parametry směsi paliva a vzduchu na výstupu a má nejvyšší výkonové charakteristiky, ve srovnání s předchozími typy těchto zařízení. Mimochodem tvrzení, že vstřikovač je rozhodně hospodárnější než karburátor, je mylné. Dobře seřízený plovákový karburátor poskytuje hodnoty spotřeby paliva podobné jako u vstřikovače, ale samozřejmě není tak stabilní v provozu.

Plovákový karburátor se skládá z následujících hlavních prvků: plováková komora; plovák; plováková uzavírací jehla, proudnice; směšovací komora; sprej; směšovací komora s difuzorem – Venturiho trubice; škrtící klapka. Palivo je přiváděno do plovákové komory z plynové nádrže speciálním potrubím. Množství tohoto dodávaného benzínu je v komoře regulováno pomocí dvou vzájemně propojených prvků. Toto je plovák a jehla.

Princip činnosti plovákového karburátoru

Když hladina paliva v plovákové komoře klesá, jak se spotřebovává, plovák klesá spolu s jehlou. Tato spuštěná jehla otevírá přístup pro další část paliva, která má být přiváděna do komory. Když je komora naplněna benzínem na požadovanou úroveň, plovák se zvedne a jehla současně zablokuje přívod paliva. Tento plovákový ventil tedy udržuje konstantní hladinu benzínu v pracovní dutině.

V plovákové komoře karburátoru je speciální vyvažovací otvor. Díky němu je v plovákové komoře udržován atmosférický tlak. Téměř u všech sériově vyráběných karburátorů, které pracují se vzduchovými filtry, hraje roli tohoto otvoru vyvažovací kanál plovákové komory, který nevede do atmosféry, ale do dutiny vzduchového filtru, případně do horní části směšovací komory. U tohoto řešení se škrticí účinek filtru odráží rovnoměrně v celé dynamice plynu karburátoru, který se vyrovná.

Dalším klíčovým prvkem karburátoru je tryska, která je umístěna ve spodní části plovákové komory. Tryska funguje jako kalibrátor zajišťující odměřenou dodávku paliva. Palivo vstupuje do atomizéru tryskou. Takto se potřebné množství paliva přenese z plovákové komory do směšovací komory. Proces přípravy pracovní směsi palivo-vzduch probíhá ve směšovací komoře.

Směšovací komora obsahuje difuzor – Venturiho trubici a přívodní potrubí, které rozvádí připravenou palivovou směs do válců. Atomizér je umístěn v nejužší části difuzoru, kde průtok dosahuje maxima a tlak klesá na minimum. Vlivem tlakového rozdílu je benzin vystřikován z rozprašovače, drcen a rozstřikován v proudu vzduchu a po smíchání s ním vytváří hořlavou směs paliva a vzduchu.

Následně byl v karburátorech místo jediného difuzoru použit dvojitý. Tento přídavný difuzor je malých rozměrů a je umístěn soustředně v hlavním difuzoru. Místo kapalného paliva moderní karburátory nedodávají do rozstřikovací trysky homogenní kapalné palivo, ale emulzi benzínu a vzduchu. Tato konstrukce dosahuje lepší atomizace paliva.

Množství směsi paliva a vzduchu, které vstupuje do válců motoru za účelem spalování, je regulováno škrticí klapkou. U horizontálních karburátorů se místo otočného ventilu používá ventil.

Plováková komora

Jedním z nejdůležitějších faktorů pro efektivní provoz karburátoru je hladina paliva v plovákové komoře. Správná hladina paliva určuje stabilní provoz motoru při volnoběhu a nízkých otáčkách. Vzhledem k tomu, že nastavení systému volnoběhu vlastně určuje správnou kompenzaci složení GDS, závisí provoz ve všech ostatních režimech nepřímo na stabilitě hladiny paliva.

Hladina benzinu v komoře je nastavena tak, aby případné vychýlení zařízení ze svislé polohy nevedlo k samovolnému rozlití paliva z rozstřikovačů do směšovací komory. Pro další kompenzaci slapových jevů byly pokročilejší karburátory vybaveny přídavnými ekonomizéry a také paralelními plovákovými komorami umístěnými po stranách karburátoru a vzájemně propojenými příčným kanálem nebo speciální komunikační dutinou. Plováky v různých karburátorech byly vyrobeny pájením lisovaných mosazných polovin nebo vyrobeny z plastu.

Směšovací komora. Dávkovací systémy, ekonomizéry, ekonomy

Směšovací komora zajišťuje, že nejmenší kapičky benzínu, tato „mlha“, se přimíchají do procházejícího proudu vzduchu. Tuto funkci plní difuzér – speciálně zúžená část komory. Díky tomuto difuzoru je vzduch, který jím prochází, výrazně urychlen. Pohyb vzduchu při akceleraci v difuzoru zajišťuje vytvoření podtlaku ve sprejové trubici. Kvůli tomu se do procházejícího proudu neustále přidává a přimíchává benzín.

Motor během provozu pracuje v různých režimech. Proto jsou vyžadovány směsi paliva a vzduchu různého složení, včetně těch s prudkou změnou obsahu frakcí benzinových par. Pro přípravu směsi různých koncentrací, optimálních pro různé provozní režimy motoru, jsou „pokročilé“ karburátory vybaveny dávkovacími zařízeními. Uvádějí se do provozu nebo se vypínají v různých časech nebo pracují současně a poskytují nejoptimálnější složení směsi pro získání nejlepší kombinace výkonu a hospodárnosti ve všech režimech motoru. Tyto dávkovací systémy jsou založeny na pneumatické kompenzaci složení směsi paliva a vzduchu.

Ekonomizéry a ekonomostaty jsou další paralelní systémy pro přívod paliva do směšovací komory. Obohacují směs paliva a vzduchu pouze při vysokých úrovních podtlaku (tj. blízko maximálního zatížení), kdy ekonomicky vytvořená směs nemůže uspokojit potřeby motoru. Ekonomizéry jsou vybaveny nuceným ovládáním, pneumatického nebo mechanického typu.

Ekostaty jsou jednoduše trubice určitého průřezu, v některých případech s emulzními kanálky, vyvedené do prostoru směšovací komory nad difuzorem – do zóny, kde při maximálním zatížení vzniká podtlak.

Systém volnoběhu

Systém volnoběhu, který byl dodán k nejnovější generaci karburátorů, má zajistit stabilní chod motoru v nízkých otáčkách při zcela zavřené škrticí klapce. Jedná se o samostatné kanály, kterými jsou pod škrticí klapku přiváděny vzduch a benzín. V tomto případě se směšovací komora vůbec nepoužívá, protože volnoběžný systém dodává požadované množství směsi paliva a vzduchu do sacího potrubí a obchází jej.

Mechanické sání paliva

Ne saturace, ale prostě množství pracovní směsi paliva a vzduchu, které vstupuje do válců motoru, závisí na poloze škrtící klapky. Tento ventil je přímo spojen s plynovým pedálem v kabině. Znalci staré „klasiky“ VAZ znají i další zařízení pro ovládání škrticí klapky. Jedná se o „sytič“ pro studený start motoru – páčku pro mechanický „sytič“ paliva, ve spodní části palubní desky. Pokud přitáhnete sytič k sobě, ventil se uzavře.

To omezuje přístup vzduchu a zvyšuje úroveň podtlaku ve směšovací komoře karburátoru. Benzín z plovákové komory je za zvýšeného podtlaku nasáván do směšovací komory mnohem intenzivněji a nedostatečné množství přiváděného vzduchu umožňuje připravit pro motor obohacenou pracovní směs, vhodnější pro start studeného motoru.

Klasifikace karburátorů

• Ve směru proudění směsi paliva a vzduchu – vertikální a horizontální.
• Metodou úpravy průřezu postřikovače a vytvoření podtlaku – s konstantním vakuem (nejnovější a nejpokročilejší karburátory evropské a japonské výroby); s konstantním průřezem postřiku – všechny sériové karburátory až po nejnovější generace těchto zařízení, včetně všech sériově vyráběných v SSSR; se šoupátkovou škrticí klapkou – většinou horizontální karburátory pro motocykly, u kterých se místo škrticí klapky množství přiváděné směsi reguluje šoupátkem.
• Podle počtu směšovacích komor – jednokomorové a vícekomorové. Má smysl používat „duální“ karburátory například u motorů, kde jsou válce umístěny poměrně daleko od sebe. Pak každá polovina vstřikuje směs paliva a vzduchu pouze do „svých“ válců. Kromě „paralelních“ dvou- a čtyřkomorových karburátorů existovaly také sériové tříkomorové karburátory (například „K-156“ pro 3102. „Volga“). Paralelně zde fungovala 1. a 3. směšovací komora; přiváděli směs do 2. – „předkomory“.

Výhody a nevýhody použití karburátorů

Mezi výhody karburátorů patří vysoká homogenita směsi na výstupu; nízká cena a technologická dostupnost při výrobě; srovnatelná jednoduchost při údržbě a opravách, udržovatelnost bez potřeby speciálního vybavení. Na rozdíl od vstřikovače, který vyžaduje elektrickou energii, karburátor funguje pouze na energii proudu vzduchu nasávaného motorem.

Tyto výhody samozřejmě platí pouze pro „klasické“ karburátory. Přístroje poslední generace byly již velmi složité celky s elektronickými prvky. Jejich výroba vyžadovala velmi vysokou přesnost a jejich sestavení vyžadovalo vysoké technické školení a použití speciálního zařízení (pneumatický hydraulický stojan).

Karburátor je odolnější a účinnější než vstřikovač, pokud jde o obzvláště obtížné nebo dokonce extrémní provozní podmínky. Je méně citlivý na kvalitu paliva. Karburátor je však více závislý na povětrnostních podmínkách a na rozdíl od vstřikovače může v podmínkách nízkých teplot nepříjemně překvapit. Za chladného počasí se může v tělese karburátoru hromadit a zamrzat kondenzát. A v extrémním horku se přehřívá, což vede k intenzivnímu odpařování paliva a poklesu výkonu motoru.

Hlavním důvodem vytlačení karburátoru z automobilového palivového systému byla nemožnost poskytnout směs paliva a vzduchu individuálního složení pro každý ze záblesků. A vstřikovací systém s distribuovaným vstřikováním funguje přesně tímto způsobem a stabilně zajišťuje hospodárnost a šetrnost motoru k životnímu prostředí.