Недостатки простейшего карбюратора и способы их устранения
Простейший (одножиклерный) карбюратор непригоден для практического использования, так как имеет существенные недостатки. Основным недостатком простейшего карбюратора является несоответствие изменения состава приготовляемой им смеси тем наивыгоднейшим соотношениям между топливом и воздухом, которые необходимы при работе двигателя на разных режимах. Этот карбюратор при возрастании количества воздуха, поступающего в двигатель (по мере увеличения открытия дросселя), обогащает горючую смесь, в то время как для правильной работы двигателя смесь необходимо обеднять. Характеристику простейшего карбюратора (рис. 39) можно условно разделить на два участка: участок относительно небольшого изменения состава смеси, соответствующий подаче от 50 до 100% ее количества (пологая часть кривой), и участок резкого изменения состава смеси, соответствующий подаче менее 50% (крутая часть кривой).
На рис. 39 пунктиром нанесена кривая необходимых составов горючей смеси. Жиклер простейшего карбюратора в приведенном примере подобран так, чтобы давать требуемый состав смеси при полном открытии дросселя.
В этом случае, как показывает график, двигатель будет работать нормально лишь при двух положениях дросселя: при полном открытии (точка Л) и при открытии, соответствующем 35-процентной подаче смеси (точка Б). В случае меньшего открытия дросселя карбюратор будет давать переобедненную смесь и, следовательно, двигатель будет работать с повышенным расходом топлива. На холостом ходу двигатель вообще работать не сможет из-за очень сильного переобеднения смеси, которая потеряет способность гореть.
Между точками А и Б смесь окажется излишне богатой, и двигатель также будет работать с повышенным расходом топлива.
Если подобрать величину жиклера простейшего карбюратора таким образом, чтобы получить необходимый состав смеси при 70—80-процентном расходе воздуха, то увеличится левая зона переобедненной смеси и будет отсутствовать необходимое обогащение при полном открытии дросселя.
При большой частоте вращения коленчатого вала кривая составов горючей смеси, приготовляемых простейшим карбюратором, протекает примерно так же, как и при средней, с той только разницей, что правая ветвь с почти постоянным составом смеси имеет большую длину.
При малой частоте вращения коленчатого вала правая ветвь кривой имеет малую длину.
Причинами обеднения смеси простейшим карбюратором с уменьшением открытия дросселя являются: затрата действующего разрежения в диффузоре на подъем топлива от его уровня в поплавковой камере до устья распылителя и на преодоление поверхностного натяжения топлива, а также несколько различное изменение сопротивлений, которые оказывают диффузор и жиклер протекающим через них воздуху и топливу, особенно при малых значениях разрежения.
Затрата разрежения на подъем топлива от уровня в поплавковой камере до устья распылителя и на преодоление поверхностного натяжения топлива, вытекающего из устья распылителя, практически не изменяется в зависимости от количества топлива, вытекающего из распылителя, и может быть принята постоянной. Относительное влияние этой постоянной суммарной затраты разрежения при большой подаче смеси, т. е. при больших разрежениях в диффузоре, невелико; при малых же разрежениях затрата разрежения начинает сказываться весьма существенно.
Влияние на состав смеси расстояния от уровня топлива в поплавковой камере до устья распылителя видно из следующего примера. Обычно в карбюраторах это расстояние равно (по вертикали) 4—8 мм. Примем это расстояние 6 мм, что соответствует приблизительно 4 мм вод. ст. и будем условно считать, что все прочие причины, вызывающие обеднение смеси, отсутствуют. В этом случае разрежение, вызывающее истечение топлива из распылителя на всех режимах работы двигателя, на 4 мм вод. ст. меньше разрежения в диффузоре.
Подсчеты показывают, что если при полном открытии дросселя уменьшение разрежения составляет 1,1%, а при 50-процентном расходе воздуха — около 4%, то при 30-процентном расходе оно возрастет до 10, а при 20-олроцентном расходе дойдет до 30%. Вследствие этого горючая смесь при малых расходах воздуха резко обедняется.
Закономерности, по которым изменяется сопротивление диффузора и сопротивление жиклера протекающему через них воздуху и топливу, при больших разрежениях одинаковы, поэтому состав горючей смеси при больших разрежениях остается примерно постоянным. При малых же разрежениях эти закономерности несколько различны: при уменьшении расхода воздуха его количество изменяется в несколько меньшей степени, чем количество топлива, вследствие чего соотношение между расходом воздуха и расходом топлива изменяется в сторону обеднения смеси.
При работе двигателя с полным открытием дросселя разница в составах горючих смесей, которые может обеспечить элементарный карбюратор, и в составах, наивыгоднейших для данного режима, менее значительна, чем при работе с прикрытым дросселем. Это является следствием того, что работа двигателя даже при малых оборотах с полным открытием дросселя происходит при достаточно больших расходах воздуха, когда действие указанных выше причин становится гораздо менее значительным.
На рис. 40 приведен график, показывающий разницу в значениях составов горючей смеси для элементарного и так называемого идеального карбюратора, который во всех случаях должен был бы подавать горючую смесь наивыгоднейшего состава. Сплошной линией показаны значения составов горючей смеси, которые необходимы для правильной работы двигателя при полном открытии дросселя с различной частотой вращения коленчатого вала. Пунктирной линией показаны значения составов горючей смеси, которые может обеспечить элементарный карбюратор.
Точка А соответствует расходу воздуха при работе двигателя с полным открытием дросселя и небольшой частотой вращения коленчатого вала. Для карбюраторного двигателя частота вращения в этом случае не превышает 700—800 об/мин для двигателя грузового автомобиля и 1400—1500 для двигателя легкового автомобиля.
Как и в предыдущем случае, на графике можно выделить правую ветвь кривой, где состав смеси изменяется незначительно и практически остается постоянным, и левую ветвь, где состав горючей смеси заметно обедняется.
Необходимый состав горючей смеси определяется сплошной линией А—В. Горючая смесь при полном открытии дросселя должна быть обогащена: на каждый килограмм топлива в смеси должно приходиться 12,75—13,5 кг воздуха (а=0,85—0,9). Элементарный же карбюратор подает горючую смесь, состав которой изменяется по кривой Б—В. В области левой ветви горючая смесь обедняется, и в точке Б состав горючей смеси определяется коэффициентом избытка воздуха, равным 1, т. е. на каждый килограмм топлива приходится 15 кг воздуха. Такой состав горючей смеси для режима работы двигателя при полном открытии дросселя излишне беден.
Из приведенного графика видно, что при работе двигателя с«полным открытием дросселя горючую смесь в случае уменьшения частоты вращения вала нужно обогащать, иначе двигатель не будет иметь необходимой мощности на малой частоте вращения (при указанном открытии дросселя).
Таким образом, характеристика простейшего карбюратора не совпадает на большинстве рабочих режимов как при полном, так и при прикрытом дросселе с характеристиками составов горючей смеси, обеспечивающих наивыгоднейшую работу двигателя.
При малой частоте вращения в режиме холостого хода разрежение в диффузоре меньше того, которое необходимо, чтобы поднять топливо до кромки распылителя, преодолеть поверхностное натяжение топлива и вызвать его истечение в необходимом количестве. Поэтому простейший карбюратор вообще не способен обеспечить работу двигателя при малой частоте вращения в режиме холостого хода.
При разгоне автомобиля простейший карбюратор не обеспечивает необходимого обогащения смеси.
Во время пуска остывшего двигателя простейший карбюратор не позволяет увеличивать количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя.
Вследствие перечисленных недостатков простейший карбюратор не может иметь практического применения, однако его элементы входят в состав почти всех современных карбюраторов.
Для устранения недостатков к простейшему карбюратору добавляют приспособления, которые увеличивают или уменьшают подачу топлива на определенных режимах работы двигателя.
Для работы двигателя на малой частоте вращения в режиме холостого хода карбюратор снабжается системой холостого хода, дающей богатую смесь при почти закрытом дросселе.
Чтобы обеспечить получение необходимых составов горючей смеси на основных нагрузочных режимах работы двигателя, в карбюраторах применяют различные методы компенсации горючей смеси.
В некоторых карбюраторах устраивают специальную компенсационную систему, дополняющую работу топливной системы простейшего карбюратора. В этом случае обе системы регулируются на совместную подачу необходимых количеств топлива.
В других карбюраторах компенсацию смеси получают путем воздействия на топливную или воздушную систему простейшего карбюратора, изменяя характеристику его работы.
Крутая (левая) часть характеристики простейшего карбюратора в большинстве карбюраторов исправляется при помощи системы холостого хода. Иногда система холостого хода используется для получения компенсации и пологой (правой) части характеристики.
Необходимые составы смеси при полном открытии дросселя и во время разгона автомобиля достигаются введением в конструкцию карбюратора специальных обогатительных приспособлений — экономайзера и насоса-ускорителя.
Перечисленные системы являются дозирующими, потому что каждая из них обусловливает подачу строго определенного количества топлива на каждом режиме работы двигателя.
Кроме дозирующих систем, современные карбюраторы снабжаются вспомогательными устройствами, облегчающими или автоматизирующими управление карбюратором или двигателем.