Для роботи бензинового двигуна необхідно в повітря, що всмоктується, додавати паливо, яке потім згоряє в циліндрі при робочому ході поршня. Щоб паливо надійно спалахувало і повністю згоряло, необхідно ретельно перемішувати його з повітрям і при цьому витримувати оптимальний склад горючої суміші на всіх режимах роботи двигуна.

Ці функції виконує карбюратор, з'єднаний впускним трубопроводом із циліндрами двигуна. 

Конструкція найпростішого карбюратора

Найпростіший карбюратор складається з двох камер: поплавкової та змішувальної. Процес приготування горючої суміші триває по всьому шляху руху палива і повітря впускним трактом, до циліндрів, але починається з розпилення палива в змішувальній камері карбюратора.

Для цього в змішувальній камері встановлений розпилювач у вигляді трубки. Зріз трубки виведено у центр дифузора камери. Дифузор - це ділянка звуження змішувальної камери. Швидкість повітряного потоку в дифузорі зростає і у розпилювача виникає розрідження. Під дією цього розрідження паливо витікає з розпилювача та інтенсивно перемішується з повітрям.

У розпилювач паливо надходить з поплавцевої камери, з якою він пов'язаний каналом. У каналі встановлено жиклер - пробка з наскрізним отвором певних розмірів та форми. Жиклер обмежує надходження палива до розпилювача.

Одна з умов нормальної роботи карбюратора - правильне встановлення рівня палива в поплавцевій камері. Підтримується рівень палива в камері за допомогою поплавцевого механізму з голчастим клапаном. Паливо подається в поплавцеву камеру по паливопроводу. По мірі заповнення камери поплавок піднімається, а голка закриває отвір клапана, при цьому повітря, що витісняється паливом, виводиться назовні через спеціальний отвір. Поплавцева камера і розпилювач являють собою сполучені судини. Рівень палива в поплавцевій камері встановлюється таким чином, щоб він знаходився трохи нижче зрізу розпилювача.

При підвищеному рівні паливо витікатиме з розпилювача, дуже збагачуючи суміш, при зниженому - надходження палива в розпилювач недостатньо, внаслідок чого утворюється збіднена горюча суміш.

Для того щоб змінювати склад суміші, в змішувальній камері над дифузором встановлена ​​повітряна заслінка. У міру закривання повітряної заслінки суміш збагачуватиметься. Надмірне прикриття заслінки призведе до перезбагачення суміші та зупинки двигуна.

Для регулювання кількості паливоповітряної суміші, що надходить у циліндри, у нижній частині змішувальної камери встановлена ​​дросельна заслінка. Коли повітряна та дросельна заслінки повністю відкриті, опір потоку повітря мінімальний.

Найпростіший карбюратор готує горючу суміш оптимального складу лише у певному діапазоні частот обертання колінчастого валу. Діапазон залежить від пропускної здатності жиклера, перерізу дифузора, рівня палива та положення дросельної заслінки. Автомобільний двигун повинен працювати в широкому діапазоні частот обертання колінчастого валу і при навантаженні, що постійно змінюється. Для приготування суміші оптимального складу на всіх можливих режимах роботи автомобільні карбюратори обладнані додатковими системами.

Головна дозувальна система

Головна дозувальна система карбюратора призначена для подачі основної кількості палива на всіх режимах роботи двигуна, крім режиму холостого ходу. При цьому на середніх навантаженнях вона повинна забезпечувати приготування необхідної кількості збідненої суміші приблизно постійного складу.

У найпростішому карбюраторі по мірі відкриття дросельної заслінки збільшення витрати повітря, що проходить через дифузор, відбувається повільніше, ніж збільшення витрати палива, що витікає з розпилювача. Горюча суміш стає багатою. Щоб унеможливити перезбагачення суміші, необхідно компенсувати її склад повітрям залежно від ступеня відкриття дросельної заслінки. У карбюраторі таку компенсацію здійснює головна дозувальна система.

У більшості автомобільних карбюраторів компенсація здійснюється пневматичним гальмуванням: паливо в розпилювач надходить не безпосередньо з поплавцевої камери, а через емульсійний колодязь - вертикальний канал, в якому встановлена ​​емульсійна трубка. Стінки трубки мають отвори для виходу повітря, що надходить до неї зверху через повітряний жиклер. Надходження палива в емульсійний колодязь визначається паливним жиклером. В емульсійному колодязі паливо змішується з повітрям, що виходить з отворів емульсійної трубки. В результаті до розпилювача потрапляє паливна емульсія, а не чисте паливо. По мірі відкриття дросельної заслінки в дифузорі збільшується розрідження та зростає вилікання емульсії з розпилювача. Одночасно зростає надходження повітря в емульсійний колодязь через повітряний жиклер, через що зменшується надходження палива з поплавцевої камери через паливний жиклер. Кількість палива, що проходить через жиклер, відповідає кількості повітря, що надходить в дифузор, що і забезпечує компенсацію складу суміші. Необхідний склад горючої суміші визначається підбором прохідних перерізів паливного і повітряного жиклерів, а також типом емульсійної трубки.

ЗБАЛАНСОВАНА ПОПЛАВКОВА КАМЕРА

У найпростішому карбюраторі поплавцева камера пов'язана з атмосферою через отвір в кришці. У процесі експлуатації по мірі забруднення повітряного фільтра в дифузорі такого карбюратора зростатиме розрідження і, отже, суміш почне збагачуватися. Щоб виключити вплив забруднення повітряного фільтра на склад горючої суміші, внутрішня порожнина поплавцевої камери з'єднана каналом з горловиною карбюратора.

Система холостого ходу та перехідна система

Для роботи двигуна на холостому ходу з мінімальною частотою обертання колінчастого валу потрібна мала кількість горючої суміші. Отже, дросельна заслінка має бути майже повністю закрита. При цьому розрідження в дифузорі недостатньо для вступу в роботу головної дозувальної системи. Тому карбюратор додатково обладнаний системою холостого ходу, яка готує паливоповітряну суміш у кількості, що забезпечує стійку роботу двигуна при закритій дросельній заслінці.

Канали системи холостого ходу пов'язують задросільний простір (порожнину впускного трубопроводу) з емульсійним колодязем і верхньою частиною змішувальної камери. Під час роботи двигуна на холостому ходу під дросельною заслінкою утворюється високе розрідження. Під дією розрідження паливо з емульсійного колодязя проходить в паливний канал холостого ходу, де змішується з повітрям, що надходить повітряним каналом з верхньої частини змішувальної камери. Співвідношення палива та повітря в емульсії визначається пропускною здатністю паливного та повітряного жиклерів, які встановлені у каналах холостого ходу. Далі емульсія надходить у задроссельний простір, де поєднується з повітрям, що проходить через зазор між стінкою камери і заслінкою. Зазор регулюється упорним гвинтом важеля заслінки (гвинтом «кількості суміші»). Кількість паливної емульсії, що проходить каналом в задросельний простір, регулюється гвинтом з конусоподібним наконечником (гвинтом «якості суміші»). При закручуванні гвинта прохідний переріз каналу зменшується. І навпаки: при плавному відкритті дросельної заслінки витрата повітря через змішувальну камеру збільшується, а кількість емульсії, що надходить, залишається на колишньому рівні. Розрідження в дифузорі при цьому ще недостатньо для вступу в роботу головної дозуючої системи. В результаті суміш збіднюється і в роботі двигуна спостерігається провал. Для забезпечення плавного переходу від холостого ходу до режиму середнього навантаження служить перехідна система, яка поєднана із системою холостого ходу. Канал перехідної системи з'єднує емульсійний канал системи холостого ходу з наддросельним простором змішувальної камери. Вихідний отвір каналу розташований таким чином, що після відкриття дросельної заслінки, він виявляється в зоні розрідження; через нього надходить додаткова кількість емульсії у змішувальну камеру, згладжуючи перехід від одного режиму роботи двигуна до іншого. На холостому ходу, коли дросельна заслінка закрита, частина повітря через канал перехідної системи підмішується до паливної емульсії. Зміна складу суміші компенсується підбором жиклерів. При закручуванні гвинта «кількості суміші» дросельна заслінка відкривається. В результаті витрата повітря через канал перехідної системи зменшується, а через зазор між стінками змішувальної камери та заслінкою збільшується. Кількість горючої суміші, що надходить у двигун, збільшується, і частота обертання колінчастого валу зростає. При відкручуванні гвинта заслінка закривається і частота обертання колінчастого валу знижується.

Прискорювальний насос

Головна дозувальна система забезпечує безперебійну роботу двигуна лише при дуже плавному відкритті дросельної заслінки. При різкому відкритті заслінки (наприклад для інтенсивного розгону автомобіля) в перший момент процес сумішоутворення порушується. Щоб унеможливити «провал» у роботі двигуна на цьому режимі, карбюратор оснащений спеціальним пристроєм – прискорювальним насосом. Він призначений для короткочасного збагачення горючої суміші при різкому відкритті дросельної заслінки.

На карбюраторах широко застосовується прискорювальний насос діафрагмового типу із приводом від осі дросельної заслінки. При відкритті заслінки кулачок, механічно пов'язаний з її віссю, повертається та натискає штовхач діафрагми. Коли дросельна заслінка закривається, кулачок перестає впливати на штовхач. Діафрагма під дією зворотної пружини переміщається у вихідне положення, створюючи розрідження у порожнині насоса. Кулька нагнітального клапана при цьому закриває отвір у колодязі під розпилювачем, кулька всмоктуючого клапана пропускає паливо в насос. Бензин з поплавцевої камери проходить через всмоктувальний клапан, заповнюючи порожнину насоса. При різкому натисканні педалі «газу», кулачок тисне на телескопічний штовхач, стискаючи його пружину. При цьому кулька нагнітального клапана під тиском палива піднімається, відкриваючи шлях палива з порожнини насоса розпилювач. Різкого переміщення діафрагми немає, тому що паливо не може швидко пройти через малий вихідний отвір розпилювача. Оскільки пружина штовхача жорсткіша за зворотну пружину діафрагми, перша, долаючи опір останньої, переміщує діафрагму, витісняючи порцію палива через нагнітальний клапан і розпилювач в змішувальну камеру карбюратора. Процес впорскування виходить розтягнутим за часом до кількох секунд. Цим забезпечується стійка робота двигуна при прискоренні автомобіля, та, крім того, діафрагма оберігається від розриву під дією тиску палива.

Система пуску

При пуску двигуна частота обертання колінчастого валу невелика, розрідження у системі впуску мале, і бензин погано випаровується. До того ж, на холодному двигуні, особливо при низькій температурі навколишнього повітря, більшість парів палива, що утворилися, конденсується у впускному тракті. Тому для стабільного пуску двигуна необхідно приготувати в карбюраторі свідомо перезбагачену паливоповітряну суміш. Для цього слід закрити повітряну заслінку і відкрити дросельну. Тоді в дифузорі створюється розрідження, достатнє для витікання необхідної кількості палива з розпилювача, навіть при повільному обертанні колінчастого валу. Утворюється робоча суміш, придатна для запуску двигуна. Але як тільки в циліндрах з'являться перші спалахи, щоб двигун не заглух від перезбагачення, необхідно відкрити повітряну заслінку, відкриваючи шлях повітря в дифузор.

Для виконання цих операцій карбюратор доповнено спеціальним пусковим пристроєм. На карбюраторах двигунів автомобілів широко застосовується пусковий пристрій із ручним керуванням. Він складається з повітряної заслінки, автоматичного пристрою її відкривання та елементів приводу.

Повітряну заслінку водій закриває із салону автомобіля за допомогою рукоятки, яка пов'язана тягою із приводом заслінки. Привід забезпечує заслінці можливість трохи відкриватися, а зворотна пружина прагне утримати її в закритому положенні. На карбюраторі встановлено пристрій, що автоматично відкриває повітряну заслінку на необхідну величину, що запобігає перезбагаченню горючої суміші відразу після пуску. Пристрій складається з камери з діафрагмою, пружини та тяги. Камера каналом пов'язана із задроссельним простором карбюратора. З початком стійкої роботи двигуна за дросельною заслінкою відбувається різке збільшення розрідження, звідки каналом воно передається в камеру. Діафрагма, долаючи опір пружини, переміщується і через тягу відкриває повітряну заслінку, збіднюючи суміш. Завдяки тому, що заслінка закріплена на осі несиметрично, під дією розрідження, в змішувальній камері вона прагне відкритися, «допомагаючи» пусковому пристрою.

Повітряна заслінка пов'язана з дросельною заслінкою механізмом, що забезпечує відкривання дросельної заслінки при повному закритті повітряної. Величина відкриття дросельної заслінки повинна забезпечити стабільну роботу холодного двигуна при прогріванні.

По мірі прогріву двигуна водій вручну відкриває повітряну заслінку та прикриває дросельну, знижуючи частоту обертання колінчастого валу до мінімально стійкої.

Економайзер потужних режимів

Для отримання від двигуна максимальної потужності потрібна збагачена горюча суміш. Для її приготування карбюратор обладнаний спеціальною системою, яка називається економайзером потужних режимів. Система забезпечує надходження додаткового палива до розпилювача, минаючи головний паливний жиклер. Для включення економайзера потужних режимів застосовується пневматичний або механічний привід. Пневматичний привід спрацьовує при падінні розрідження в змішувальній камері, а не в міру відкривання дросельної заслінки. Це дає можливість у потрібній мірі збагачувати суміш при розгоні автомобіля, забезпечуючи хорошу прийомистість, і зберігати збіднену суміш при рівномірному русі, забезпечуючи економічність.

При прикритій дросельній заслінці розрідження із задроссельного простору надходить каналом до діафрагми економайзера. При цьому діафрагма стискає пружину, а її штовхач не торкається кульки клапана економайзера, і клапан закритий. При відкритті дросельної заслінки розрідження під нею (відповідно і біля діафрагми) зменшується. Під дією пружини діафрагма зміщується, і її штовхач, утоплюючи кульку клапана, відкриває канал економайзера. Додаткове паливо з поплавцевої камери надходить в розпилювач головної дозуючої системи, збагачуючи суміш.

Еконостат

Еконостат призначений для додаткового збагачення паливної суміші на режимах максимальних навантажень при високій частоті обертання колінчастого валу. Еконостат - це розпилювач, встановлений у верхній частині змішувальної камери, над дифузором. Паливо в нього подається безпосередньо з поплавцевої камери по каналу, в якому встановлений паливний жиклер, що запобігає перезбагаченню горючої суміші. Іноді для більш тонкого налаштування еконостату у верхню частину каналу додатково встановлюється повітряний жиклер. Через нього підводиться повітря, яке поєднується в каналі з паливом. Оскільки вихідний отвір розпилювача розташований у зоні низького розрідження, еконостат входить у роботу лише при повному відкриванні дросельної заслінки. При цьому частота обертання колінчастого валу має бути достатньо високою, щоб у зоні вихідного отвору розпилювача виникло розрідження, достатнє для підйому палива в каналі рівня розпилювача. Паливо, що надходить через розпилювач, змішується з потоком паливоповітряної суміші, додатково збагачуючи її.

Двокамерний карбюратор

Для покращення сумішоутворення та розподілу горючої суміші по циліндрах необхідно забезпечити низький опір руху повітря через дифузор карбюратора при великих навантаженнях і підтримувати достатнє розрідження в ньому при малих навантаженнях. Цим вимогам найбільшою мірою задовольняє конструкція двокамерного карбюратора із послідовним включенням камер. Перша камера – основна – забезпечує роботу двигуна на режимах холостого ходу, а також при малих та середніх навантаженнях. Друга - додаткова - входить у роботу при великих навантаженнях. Привід дросельної заслінки другої камери може бути механічним або пневматичним. У першому випадку початок відкривання заслінки другої камери відбувається при певному куті відкриття дросельної заслінки першої камери. У другому випадку момент відкриття залежить від величини розрідження в змішувальних камерах.