Карбюратор

Теория работы карбюратора

Основные требования, предъявляемые к двигателям, как то: достижение большой мощности, экономичности и надежности работы его, тесно связаны с вопросами смесеобразования. Сме­сеобразование влияет и на удельный вес двигателя.

Мощность и экономичность двигателя зависят от состава смеси, т. е. от соотношения топлива с воз­духом и качества приготовления смеси.

Наибольшая мощность двигателя при установившихся усло­виях работы его будет при α = 0,85-0,90.

Наибольшая экономичность достигается при максимальном значении Ч,, что получается при α = 1,05-1,08.

Сгорание смеси в цилиндре двигателя произойдет только при условии соответствующей подготовленности топлива для этой цели.

Чем равномернее топливо будет перемешано с воздухом, тем лучше будет использован воздух, находящийся в цилиндре, тем больше топлива удастся сжечь в нем, и тем большую мощность разовьет двигатель.

Увеличение мощности двигателя без изменения его разме­ров ведет к уменьшению удельного веса двигателя.

Соотношение топлива с воздухом и подготовка смеси влияют, кроме, того, и на тепловое состояние цилиндров двигателя, клапанов, поршней и свечей, от нормальной работы которых в первую очередь зависит надежная работа двигателя. Способов приготовления смеси может быть два:

1. Приготовление смеси вне цилиндра двигателя — в карбюраторе.

2. Приготовление смеси внутри цилиндра двигателя — непо­средственный впрыск топлива.

Требования, предъявляемые к карбюраторам и топливным насосам

Для обеспечения хорошей работы двигателя на всех режи­мах и в различных условиях полета ВС к карбюраторам или насосу непосредственного впрыска топлива предъявляется ряд требований.

К таким требованиям относится:

1) нужный состав смеси в зависимости от режима работы двигателя;

2) легкий запуск, устойчивая работа на малом газе и быстрая остановка двигателя;

3) малый расход горючего — экономичность;

4) приемистость;

5) постоянство состава смеси на заданном режиме независимо от высоты полета;

6) возможность нормальной работы двигателя при различных положениях самолета;

7) безопасность в пожарном отношении;

8) удобство управления и эксплуатации.

Наиболее продолжительное время мотор работает на эксплуатационной мощности или мощности, близкой к ней. На этом режиме желательно иметь α = 1 -1,05.

На полной мощности желательна работа двигателя на бога­той смеси: α = 0,85-0,90.

Для повышения надежности работы мотора приходится отступать от указанных составов смеси как на полной, так и на эксплуатационной мощности и работать на более богатых смесях.

Двигатель запускается легче всего на богатой смеси (α = 0,8) при условии, если топливо полностью испаряется.

В холодном двигателе испаряется лишь часть топлива, и необходимо, чтобы испаренная часть топлива приближала состав смеси к хорошо горящим смесям. Необходимо при запуске смесь также обогащать, доводя ее до α = 0,6 - 0,7.

Устойчивая работа мотора на малом газе чрезвычайно важна в полете и особенно при посадке самолета. Летчик, убирая газ, должен быть уверен в том, что при этом двигатель не остановится, и в случае необходимости (неправильный расчет на посадку) двигатель может быть переведен на большие обо­роты, что позволит летчику уйти на второй круг.

Требование быстрой остановки двигателя необходимо после приземления самолета- При длительной работе в воздухе на больших оборотах двигатель воздушного охлаждения перегре­вается. Перегревшийся двигатель остановить выключением зажигания не всегда возможно, поэтому требуется прекращение подачи топлива, так как двигатель может работать за счет самовоспламенения смеси в цилиндре двигателя.

Требование экономичности обусловливается необходимостью удешевить эксплуатацию самолета, увеличить полезную нагрузку и дальность полета.

Приемистостью двигателя называется его способность быстро увеличивать и уменьшать число оборотов и мощность при быстром изменении положения дросселя. Это качество осо­бенно важно при посадке, при выполнении фигур высшего пилотажа, а также в воздушном бою, так как обеспечивает самолету большую маневренность.

Для обеспечения нормальной работы двигателя и сохранения экономичности агрегат для приготовления смеси должен созда­вать смесь заданного состава на любой высоте полета.

Изменением горизонтального положения самолета, а вместе с ним и двигателя на земле, при взлете, посадке и при выпол­нении фигур может нарушить подачу топлива. Конструкция агрегатов системы питания должна предупреждать это явле­ние.

Борьба с пожаром в воздухе крайне затруднительна. Напри­мер, карбюратор может служить причиной пожара, если он неправильно сконструирован или не соблюдены правила его эксплуатации.

Простота управления двигателем является конечной целью, ради которой идут на любые усложнения конструкции агрега­тов, лишь бы облегчить работу летчика и освободить его от дополнительных обязанностей, связанных с управлением отдель­ными элементами системы питания топливом.

Простота эксплуатации больше зависит от удобства съемки приборов питания и доступности их деталей для осмотра без разборки, чем от конструктивной сложности их.

Устройство и принцип работы поплавкового карбюратора

На современных мощных авиадвигателях применяется система непосредственного впрыска топлива или беспоплавковые кар­бюраторы. На учебных и маломощных двигателях применяют распиливающие пульверизационные карбюраторы из-за их отно­сительной простоты. Для уяснения работы бес поплавковых карбюраторов необходимо предварительно изучить работу поплавковых карбюраторов, до недавнего времени являвшихся единственными приборами смесеобразования для мощных двигателей.

Простейший распыливающий карбюратор называется эле­ментарным. На Рис. 4.1 изображена схема такого карбюра­тора. на которой видно его устройство.

Постоянный уровень топлива в поплавковой камере 1 под­держивается при помощи поплавка 4 и игольчатого клапана (иглы) 3, связанных между собой рычагом 7, вращающимся на оси 5. Постоянный уровень топлива обеспечивает неизменные условия работы карбюратора, устраняя влияние уровня топлива в баке или давления бензинового насоса на истечение топлива. Жиклер 8 с калиброванным отверстием—форсункой опреде­ляет истечение топлива из поплавковой камеры через канал 9.

Деталь Ю называется насадком (диффузором); внутреннее сечение его скачала суживается, а затем расширяется. Насадок, расположенный во всасывающем трубопроводе, дает возможность понизить давление над жиклером, что необходимо для истечения топлива из поплавковой камеры в смесительную. Отверстием 6 поплавковая камера сообщена с атмосферой. Во всасывающей трубе установлен дроссель 11.

Рис.4.1 Схема элементарного (распыливающего) карбюратора

Принцип работы карбюратора заключается в том, что при движении поршней к НМТ в такте всасывания в цилиндрах двигателя и во всасывающем трубопроводе создается понижен­ное давление р. Вследствие этого между давлением в поплав­ковой камере р₀ и давлением в горловине насадка р образуется разность давлений Δр = р₀ — р и происходит истечение топлива из поплавковой камеры. Величина Δр достигает 0,10—0,15 кг/см².

В горловине насадка установлен распылитель, верхний обрез которого расположен несколько выше уровня топлива в по­плавковой камере (на 1—2 мм)чтобы топливо самопроизвольно не вытекало во всасывающую трубу.

Эмульсионный карбюратор

Работа и устройство эмульсионного карбюратора схематично изображены на Рис. 4.2.

Топливо из поплавковой камеры вытекает через жиклер в особую полость Б, называемую камерой истечения. Камера истечения через отверстие f_В, сообщена с атмосферным воздухом и через отверстие f_С с полостью диффузора.Условия расхода воздуха остаются такими же, как и в эле­ментарном карбюраторе, а условия расхода топлива изменяются.

Рис. 4.2. Схема работы эмульсионного карбюратора

При разборе вопроса об истечении топлива в эмульсионном карбюраторе необходимо различать два момента:

1) расход топлива па малых перепадах давлении, или на малых оборотах мотора;

2)расход топлива на больших перепадах давления, или на больших оборотах двигателя.

Расход топлива из камеры истечения через форсунку f_С начинается в тот момент, когда в диффузоре создается пониженное давление, т. е. в том случае, когда между полостью диффузора и камерой истечения создается некоторая разность давлении Δр, достаточная для поднятия уровни топлива и начала истечения.

Приток топлива из поплавковой камеры в камеру истечения через жиклер f_Т, будет происходить только при наличии раз­ности уровней топлива между обеими камерами (Рис. 4.2, а). Этот напор определяется высотой столба жидкости h'. По мере возрастания разности давлений Δр уровень топлива в камере истечения понижаетcя, так как расход топлива из нее увеличивается. При дальнейшем увеличении числя оборотов, а с ним и разности давлений Δр расход топлива из камеры истечения не восполняется притоком топлива и камера истечения опоражнивается (Рис. 4.2, б).

При малых перепадах давлений (до момента исчезновения топлива в камере истечения) можно считать, что расход топлива происходит так же, как и в элементарном карбюраторе. После выработки топлива из камеры истечения, т. е. при боль­ших перепадах давлений, условия истечения топлива изме­няются.

Через отверстия f_С, вместе с топливом из камеры истечения начнет поступать воздух, что вызовет понижение давления в этой камере. Вследствие этого через отверстие f_В будет про­исходить подсос воздуха в камеру истечения.

При выяснении влияния подсоса воздуха на расход топлива необходимо рассмотреть два случая.

Первый случай. Отверстие f_В, настолько велико, что давление в камере истечения поддерживается равным атмосфер­ному, несмотря на расход воздуха из нее через отверстие f_С.

С момента израсходования топлива из камеры истечения подача его происходит под постоянным напором столба топ­лива h' (Рис. 4.2,б). В этом случае с увеличением разности давлений Δр смесь обедняется, так как расход воздуха через диффузор непрерывно возрастает, а количество вытекающего топлива из жиклера f_Т а значит, и из жиклера f_С остается постоянным.

Второй случай. Отверстие f_в, сообщающее камеру исте­чения с атмосферой, уменьшено по сравнению с предыдущим случаем, поэтому вкамере истечения создается пониженное давление вследствие расхода воздуха из нее вместе с топливом через форсунку f_С и уменьшенного притока воздуха в камеру истечения через отверстие f_В .

Под действием образовавшейся разности давлений Δр¢ между поплавковой камерой и камерой истечения и разности уровней топлива h' подача топлива будет больше, чем в первом случае.

С увеличением разности давлений между поплавковой каме­рой и насадком Δр¢ возрастает, а следовательно, возрастает и подача топ шва. Однако разность давлений между поплавковой камерой к диффузором Δр будет больше, чем Δр¢.

Размер отверстия f_В для подсоса воздуха можно подобрать так, что подаче топлива с увеличением числа оборотов будет пропорциональна расходу воздуха через диффузор.

Изменением величины отверстия f_В, можно регулировать подачу топлива и получить необходимый состав смеси на раз­ных режимах двигателя.

Беспоплавковые карбюраторы

В полете, при изменении положения ВС, работа поплав­кового затвора карбюратора нарушается, что является очень серьезным недостатком.

При наличии поплавковой камеры значительно увеличиваются размеры карбюратора, а это затрудняет расположение его на двигателе.

У беспоплавковых карбюраторов указанные недостатки отсут­ствуют; они имеют меньшие размеры сравнительно с поплавко­выми к одинаково хорошо работают при любом положении самолета.

Беспоплавковые карбюраторы можно разделить на два вида. У карбюраторов первого вида истечение топлива подчинено разности давлений между давлением воздуха на входе во вса­сывающую трубу и давлением в насадке. Истечение топлива происходит через жиклер постоянного сечения. Принцип работы такого карбюратора не отличается от принципа работы поплав­кового, но, как увидим позже, конструктивно он выполнен совершенно иначе.

В карбюраторах второго вида истечение топлива происходит через жиклер переменного сечения. Изменение сечения жиклера соответствует изменению проходного сечения всасывающей трубы, что достигается изменением положения дросселя.

Беспоплавковый карбюратор

с постоянным сечением топливного жиклера
(впрыскивающий карбюратор)

Принципиальная элементарная схема такого карбюратора изображена на Рис. 4.3. Карбюратор состоит на всасывающейтрубы с большим насадком 1 и малым насадком 2, двух воздушных камер А и Б, отделенных друг от друга гибкой мем­браной 4; двух топливных камер В и Г, также отделенных друг от друга гибкой мембраной 7. Мембраны между собой соеди­нены штоком 8, который имеет клапан 5, перекрывающий доступ топлива из магистрали в топливные камеры В и Г.

Топливо поступает по всасывающую трубу через форсунку 9, расположенную за дросселем. Напути движения топлива к фор­сунке установлен жиклер постоянного сечения 6.

Воздушная камера А сообщена с полостью за большим насадком 1, в которой статическое давление воздуха будет оставаться примерно постоянный и равным давлению на входе в карбюратор. Благодаря установленным на насадке трубкам динамическою напори 3 кинетическая энергия движущегося потока воздуха преобразуется в энергию давления. Для увели­чения разности давления между камерами А и Б камера Б сообщена с малым насадком 2. На Рис. 4.4 показано изменение давления и скоростей в большом и малом насадках.

Мембрана 4 (Рис. 4.3), разделяющая воздушные камеры, прогибается под действием разности давлений р₀ — р₁ = Δр в сторону меньшего давления. Шток топливного клапана 5 будет перемещаться поя действием силы давления, или, как ее называют «дозирующей силы воздуха», и открывать клапан.

Камеры В и Г по время работы заполнены топливом, но давление в камере В меньше, чем в камере Г, что объясняется влиянием жиклера 6, создающего на пути движении Топливный клапан будет стремиться закрыться под действием разности давлений топлива. Назовем эту силу дозирующей силой топлива.

Система приходит в равно­весие, когда устанавливается равенство дозирующих сил.

По мере увеличения откры­тия дросселя увеличивается ко­личество проходящего во вса­сывающей трубе воздуха, что приводит к повышению ско­рости в насадке 2 и к возра­станию «дозирующей силы воз­духа».

Величина открытия клапана подбирается с таким расчетом, чтобы подача топлива соответ­ствовала расходу воздуха, и коэффициент избытка воздуха достигал заданного значения.

«Дозирующая сила топлива» способствует получению нуж­ного состава смеси, препятствуй топливному клапану запять чрез­мерно открытое положение.

С увеличением числа оборотов двигателя подача топлива будет увеличиваться в соответствии с возрастанием «дозирую­щей силы воздуха», которая, как к в поплавковом карбюраторе, зависит от разности давлений между давлением на входе во всасывающую трубу и давлением в насадках.

Рис. 4.3. Принципиальная схема беспоплавкового карбюратора

с постоянным сечением топливного жиклера

Рис. 4.4. Изменение скорости и давления воздуха