Карбюраторы мотоциклетного типа. Основные принципы
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.
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:
Состав топливовоздушной смеси
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:
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.
Принцип работы и регулировка карбюратора
Многие рано или поздно сталкиваются по каким либо причинам с необходимостью регулировки карбюратора. Но не все знают как правильно это сделать. Данная статья может пригодится Вам в такой ситуации.
Карбюратор на первый взгляд выглядит сложным устройством, но немножко теории и Вам будет проще справиться с его настройкой.
Первое, что нужно знать, это хотя бы азы принципа работы карбюратора и основные его органы управления и регулировок.
С азов и начнем.
Рассмотрим принцип работы карбюратора на примере рисунка 1:
Как же игла перекрывает канал топлива? Да очень просто! Посмотрев рисунок 3 Вы все должны понять сразу. Чем больше Вы добавляете газ, тем выше поднимается игла золотника и тем больше открывается канал подачи топлива. Вместе с иглой поднимается и воздушная заслонка. Количество горючей смеси пропорционально увеличивается и подается в камеру сгорания, где и воспламеняется искрой свечи.
Для правильной дозировки топлива и воздуха в местах где происходит их забор устанавливаются жиклеры. Что же это такое, жиклер?
Схематически в разрезе он выглядит как показано на рисунке 5:
Что же такое поплавковая камера? Это емкость в карбюраторе, где находится топливо. С помощью пластикового или железного поплавочка уровень бензина в камере всегда остается стабильным. Как только топливо начинает уменьшаться, поплавочек опускается и иголка, с которой он соединен, открывает отверстие подачи топлива из бензобака. Бензин начинает течь, поплавок снова поднимается и уровень стабилизируется. Стоит упомянуть, что когда двигатель холодный, ему недостаточно топлива для нормального запуска и смесь нужна богаче. Согласитесь, крутить винты и менять жиклеры для этого не совсем удобно :о) Для этого создан дополнительный канал подачи топливной смеси, очень похожий на основной, только меньших размеров. Там также есть воздушная заслонка и игла, только управление заслонкой происходит в основном двумя способами:
1). Ручное управление. На руле установлен рычажок. На холодную Вы его поворачиваете, открывается дополнительный канал и поступает дополнительная смесь. По мере прогрева поворачиваем рычаг в исходное положение.
2). Автоматическое управление. Игла и заслонка соединены с устройством, которое принудительно нагревается. Нагрев зачастую происходит спиралью (подобной в кипятильнике), подключенной к генератору. При этом материал, который нагревает спираль, расширяется и толкает шток к которому и присоединена воздушная заслонка с иглой. Время прогрева рассчитано оптимальным образом, и по истечение определенного времени (приблизительно от 3 до 7 минут) канал полностью закрывается.
Следует учесть, что регулировку карбюратора нужно проводить только на хорошо прогретом двигателе. На холодном двигателе будет мешать не закрывшаяся заслонка дополнительной подачи топлива, неправильная работа двигателя по причине не полного его прогрева. Начинайте регулировку сразу после того Вы покатались на скутере или же после 10-15 минут прогрева.
Также перед регулировкой проверьте, а лучше смените на новую свечу зажигания. Проверьте загрязненность воздушного фильтра (читаем здесь), прочистите его или смените на новый. Убедитесь что выхлопная система чиста, о чем можно почитать здесь. Желательно также промыть в бензине и продуть сжатым воздухом все каналы и жиклеры в карбюраторе.
Вот только после этого можно приступать к регулировкам.
В основном принцип работы и устройство всех карбюраторов одинаковы, поэтому не важно какой маркой мотороллера Вы обладаете.
Конечно отрегулировать очень точно и правильно карбюратор может только опытный специалист, но благодаря данной статье Вы сможете это неплохо сделать и сами.
Карбюратор
Содержание
Принцип действия карбюратора [ ]
Конструкция карбюратора [ ]
Карбюратор с постоянным сечением диффузора
Изменение расхода воздуха через диффузор при помощи дроссельной заслонки мотылькового типа
Карбюратор с постоянным сечением диффузора является наименее распространенным. Компания Harley-Davidson некоторое время использовала такие карбюраторы на всех своих мотоциклах, а компания Suzuki устанавливала их на мотоцикл с роторным двигателем модели RE5. За несколькими исключениями эти карбюраторы устанавливались на автомобильные двигатели (пока система впрыска топлива не заняла их место). Название «с постоянным сечением диффузора» связано с тем. что профиль диффузора все время остается постоянным, даже несмотря на то. что дроссельная заслонка регулирует количество поступающего через нее воздуха.
Детали карбюратора Kaihin с постоянным сечением диффузора
Кроме того, карбюратор, как правило, оснащается ускорительным насосом, который компенсирует обеднение смеси при быстром открытии дроссельной заслонки.
Карбюратор шиберного типа [ ]
Изменение сечении диффузора при помощи дроссельного золотника
Система холостого хода
Главная система карбюратора шиберного типа
Детали карбюратора шиберного типа Keihin FVK. устанавливаемого на мотоцикл Kawasaki ZXR750R
Карбюратор шиберного типа оказался настолько пригодным для использования на мотоциклах. что приблизительно в течение полувека он чаще всего применялся для питания мотоциклетных двигателей. В настоящее время карбюратор в значительной степени усовершенствовался, а за последние годы превратился в сложнейшее устройство, соответствующее все более ужесточающимся требованиям мощности, экономичности и нормам вредных выбросов. На современных мотоциклах редко применяются карбюраторы шиберного типа, однако наиболее известным из них является ZXR750R начала 90-х компании Kawasaki.
При нормальных условиях редкие мотоциклисты будут резко открывать дроссель. Но до появления проблем, связанных с остановкой двигателя, может проявиться более коварный недостаток. В то время, как большое рассогласование между положением дросселя и частотой вращения двигателя вызовет остановку, меньшее рассогласование приведет к менее серьезным, но настолько же существенным отклонениям от правильного состава смеси. Другими словами, если у вас напрочь отсутствует жалость к мотоциклу, он будет работать неэффективно большую часть времени, а мощность и экономичность ухудшатся.
Карбюратор постоянного разрежения [ ]
Карбюратор постоянного разрежения (также называемый карбюратором с постоянной скоростью потока или CV-карбюратором) тоже обладает переменным сечением диффузора, и его многое объединяет с карбюратором шиберного типа, описанным выше.
Его основное отличие заключается в том, что дроссель заменен сходным по форме поршнем, но, в отличие от дросселя, срез у него отсутствует, а его положение в диффузоре определяется не поворотом «ручки газа», а разностью давлений воздуха в диффузоре и в атмосфере. Управление суммарным расходом воздуха через карбюратор, а следовательно, и частотой вращения двигателя, осуществляется при помощи дроссельной заслонки, аналогичной применяемым на карбюраторах с постоянным сечением диффузора. Заслонка устанавливается после поршня карбюратора и при помощи троса соединяется с ручкой газа.
Карбюраторы: шиберного типа или постоянного разрежения? [ ]
Карбюратор постоянного разрежения, по сравнению с карбюратором шиберного типа, обладает множеством неоспоримых преимуществ. Для использования на мотоциклах оба этих карбюратора с переменным сечением диффузора предпочтительнее, чем с постоянным сечением диффузора. Различие между карбюраторами шиберного типа и постоянного разрежения не столь большое, как можно было бы подумать, однако на практике они применяются в соответствии с типом двигателя и обшей стоимостью машины.
Во многих случаях высокая стоимость карбюратора постоянного разрежения способна перевесить его преимущества, а на некоторых спортивных машинах простота и отзывчивость (при правильном использовании) карбюратора шиберного типа считаются более важными, чем возросшая эффективность. Впоследствии с обоими типами можно сталкиваться в широком диапазоне приложений. То же самое относится к гибридам: например, карбюратор постоянного разрежения с первичной и вторичной главной системами используется там, где он оправдал свои преимущества так же, как и двухкамерный карбюратор, состоящий из одного шиберного и одного с постоянным разрежением.
Регулировка карбюраторов шиберного типа и постоянного разряжения [ ]
Основная статья: Регулировка карбюраторов шиберного типа и постоянного разряжения Все карбюраторы обладают некоторой возможностью регулировки для обеспечения их настройки под конкретные условия работы, а также их подрегулировки владельцем.
Карбюраторы на мотоциклах по строению встречаются:
Сколько бы не называли карбюратор подарком каменного века инженерного искусства, но со временем механизм эволюционировал и усложнялся.
Дополнительные системы в комплектации карбюратора:
Чтобы лучше понимать принцип устройства, вспомните, как выглядит факел баллончика или краскопульта. Бензин распыляется, смешиваясь с воздухом. Заумным языком сие волшебное действие называется пульверизационным, просматривается родство со словом «пульверизатор», в старых учебниках по мототехнике этот же процесс называют «карбюрацией».
Иными словами, образование горючей смеси по принципу распыления топлива в потоке воздуха, который засасывается через карбюратор в цилиндр двигателя.
Регулировкой карбюратора мы управляем соотношением поступающего воздуха к количеству подаваемого бензина. Это крайне важный показатель, который на прямую влияет на работу двигателя так же, как настройка зажигания.
Так, при изменении обогащения смеси, бензин может сгореть не в полном объеме. Из-за этого на свечах, поршнях, головке цилиндра появится черный нагар, а свечи кстати вообще могут выйти из строя. Из выхлопных труб повалит черный дым, очевидные признаки, что карбюратор нужно регулировать.
Настройку карбюраторов следует делать на разогретом двигателе.
Конечно, все показатели, о которых вам стоит знать, зависят от модели мотоцикла и вида самого карбюратора. Для этого есть чудесные мануалы, чтением которых пренебрегать не советую.
Как мы уже говорили, настройка карбюратора сильно зависит от дополнительных условий, таких как зажигание, например.
Иногда, для увеличения притока бензина в карбюраторе меняют конусную иглу, она же игла дозирующая. Логика проста, если не шире диаметр отверстия, то тоньше игла. В любом случае, после увеличения подачи бензина следующим шагом становится замена воздушного фильтра, дабы воздух обогащал топливо для нужной смеси. А потом как вы понимаете, для равновесия, придется дорабатывать систему выпуска, обычно это установка различных распредвалов с кулачками. Потому что при большем поступлении горючей смеси, отработанным остаткам газа необходимо покинуть камеру сгорания, а не накапливать излишки. Из-за изменения высоты клапана меняется продолжительность фаз. Желаемый результат по увеличению мощности достигнут. Но цена за это дорога, а именно ухудшается работа двигателя на малых и средних оборотах вращения.
Из такого простого примера, как замена жиклеров, на которых внезапно работа прерываться не должна, мы видим, что карбюратор настолько взаимосвязан с работой двигателя и зависим от дополнительных элементов технической системы, что рассматривать его в отрыве от модели мотоцикла не очень верное решение. Когда вы сомневаетесь в разумности своего выбора из-за наличия в модели мотоцикла карбюратора, то обратитесь к технической литературе от производителя. Карбюратор прощает работу над собой, если подходить к ней с желанием разобраться.
Что такое карбюратор и для чего он необходим?
Карбюратор до сих пор используется на мотоциклах, продаваемых в определенных регионах мира, но уже довольно давно полностью исключается из автомобилей.
По-прежнему пользующийся энтузиастами, карбюратор отвечал за питание двигателей, начиная с первых дней создания автомобилей и до конца прошлого века.
Более 100 лет эксплуатации в двигателях внутреннего сгорания, это механическое оборудование очень своеобразное.
Изобретенный Сэмюэлем Мореем в 1826 году, карбюратор был запатентован Зигфридом Маркусом в 1872 году, а Карл Бенц, Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах были первыми кто установил их на автомобили. Последними автомобилями с карбюратором были фургон Mitsubishi Express 2003 года и модели Lada до 2006 года.
Для чего нужен карбюратор?
Эта регулировка не может быть выполнена с помощью приборов (кроме так называемого электронного карбюратора), она выполняются вручную опытным механиком.
Карбюратор может иметь один, два или более корпусов, так называются камеры, через которые воздух поступает и смешивается с топливом.
В конструкции карбюратора есть две основные части. Первая, где воздух, отфильтрованный бумажным элементом (в прошлом использовалось масло), всасывается в двигатель.
Другая часть, где топливо поступает. Даже если оно было отфильтровано в подающем канале, выходящем из бака, топливо фильтруется через карбюратор перед подачей в иглу впрыска.
Смешивание с воздухом
Воздух не попадает под давление, поэтому необходимо сужение. В автомобилях обычно использовался дроссельный клапан. Затем ускоренный воздух снова сжимается в диффузоре, где встречается с определенной дозировкой топлива, которое отправлялось из бака в эту часть карбюратора.
Эта смесь, и ее количество регулируется клапаном, называемым «бабочка» у основания устройства. Эта движущаяся часть связана непосредственно с акселератором транспортного средства.
Таким образом, чем больше он открыт во время работы, тем больше ускорение при увеличении вращения до достижения точки максимальной мощности и крутящего момента.
Дроссель также приводит в действие насос для перекачки большего количества топлива из бака в диффузор. Когда двигатель работает на холостом ходу, дроссельная заслонка закрыта. В этом случае есть очень маленькая дозирующая игла, просто для поддержания скорости холостого хода.
Внутри корпуса карбюратора имеются как топливные, так и воздушные диффузоры, регулируемые снаружи, где механик или специалист со знаниями регулирует потребление воздуха и топлива, уравновешивая смесь, чтобы повысить производительность.
Поскольку это механическая система, нет возможности сбалансировать пропорции, и, таким образом, карбюратор работает только с одним типом топлива.
Карбюратор с двойным корпусом
Карбюратор с двумя камерами, используемый в автомобилях с более высокими характеристиками. Это создает больший вакуум и, следовательно, большую мощность и крутящий момент.
Но, как правило, этот тип имеет две стадии: первая на низких оборотах, а вторая — на высоких. Что снижает расход топлива. Среди прочих существовали карбюраторы из 3 или 4 камерами.
Электронный карбюратор
Этот тип карбюратора, управляемый электронным блоком, его появление было попыткой снизить более высокие затраты на внедрение электронного впрыска.
Однако технология не пошла вперед, так как вскоре был принят электронный впрыск.
Преимущества и недостатки карбюратора
Из-за его механической работы карбюратор никогда не находит идеальное соответствие между воздушно-топливной смесью. Он также не соответствует стандартам выбросов. Однако у него есть некоторые преимущества.
Поскольку это простое устройство, его легче производить, а затраты на его обслуживание ниже. Кроме того, он имеет компактные размеры и потребляет мало энергии от электрической системы автомобиля. Такие бренды, как Weber, Solex и Brosol стали известными.