Кіріспе
Ішкі жану қозғалтқыштарының құралы, ауа мен отынды бақыланатын арақатынаста араластырады.
Карбюратор (карбюратор немесе карбюратор деп те жазылады) – бензинді ішкі жану қозғалтқышында қозғалтқышқа кіретін ауа мен отынды бақылау және араластыруға арналған құрылғы. Отынды ауаға қосудың негізгі тәсілі – негізгі дозалау тізбегіндегі Вентури түтігі арқылы, бірақ нақты жағдайларда қосымша отын немесе ауа беру үшін әртүрлі басқа да компоненттер қолданылады. 1990 жылдан бері автомобильдер мен жүк көліктерінде карбюраторлар көбінесе жанармай инжекциясымен алмастырылды, бірақ карбюраторлар әлі де кейбір шағын қозғалтқыштарда (мысалы, шөп шабу машиналарында, генераторларда және бетон араластырғыштарда) және мотоциклдерде қолданылады. Бұған қоса, олар поршеньді қозғалтқыштармен жұмыс істейтін ұшақтарда кеңінен қолданылады. Дизельді қозғалтқыштарда карбюраторлардың орнына әрдайым жанармай инжекциясы қолданылады, себебі дизельдің қысым арқасындағы жануы жанармай инжекциясының жоғары дәлдігі мен қысымын қажет етеді.
Этимология
"Карбюратор" атауы "карбонмен қосылу" немесе, нақтырақ айтқанда, "көмірсутектермен немесе көміртекпен қосылып газды қанықтыру" мағынасын беретін "карбюрациялау" етістігінен шыққан. Карбюратор кіретін ауаны бензин немесе автогаз (СЖО) сияқты көмірсутектерге негіделген отынмен араластырады. Атауы американдық ағылшын тілінде "carburetor", ал британдық ағылшын тілінде "carburettor" деп жазылады.
Жұмыс істеу принципі
Атмосферадан ауа карбюраторға (әдетте ауа тазартқыш арқылы) кіреді, карбюратордың ішінде отын қосылады, содан кейін кіріс коллекторына, кіріс клапаны(лары) арқылы және соңында жану камерасына өтеді. Көптеген қозғалтқыштар барлық цилиндрлер үшін ортақ бір карбюраторды пайдаланады, бірақ кейбір жоғары өнімді қозғалтқыштарда тарихи түрде бірнеше карбюратор болған. Карбюратор Бернулли принципі бойынша жұмыс істейді: кіріс ауасының статикалық қысымы жылдамдық артағанда төмендейді, бұл ауа ағынына көбірек отынды тартады. Көп жағдайда (жеделдеткіш сорғысынан басқа), жүргізуші газ педалін басқанда қозғалтқышқа түсетін отынды тікелей арттырмайды. Керісінше, карбюратор арқылы ауа ағыны артады, бұл өз кезегінде сорғы қоспасына тартылатын отын мөлшерін арттырады. Карбюратордың жұмысын Бернулли принципіне негіздеудің басты кемшілігі – ол сұйықтық динамикалық құрылғы болғандықтан, вентуридегі қысымның төмендеуі кіріс ауасының жылдамдығының квадратына пропорционалды болады. Отын форсундары әлдеқайда кішідірек және отын ағыны негізінен отынның тұтқырлығымен шектеледі, сондықтан отын ағыны қысым айырмасына пропорционалды болады. Сондықтан толық қуат үшін өлшенген форсундар төмен жылдамдық пен жартылай газ кезінде қозғалтқышты отынмен жеткіліксіз қамтамасыз етуі мүмкін. Көбінесе бұл бірнеше форсундаларды пайдалану арқылы түзетіледі. SU және басқа (мысалы, Zenith Stromberg) өзгермелі форсунды карбюраторларда бұл форсундердің мөлшерін өзгерту арқылы түзетілді. Карбюратордың орналасуы – маңызды конструкциялық ескеретін фактор. Ескі қозғалтқыштарда ауа карбюратордың астынан кіріп, үстінен шығатын карбюраторлар қолданылды. 1930 жылдардың соңынан бастап төменгі ағынды карбюраторлар (әсіресе АҚШ-та) және бүйірлі ағынды карбюраторлар (әсіресе Еуропада) жиі қолданыла бастады.
Негізгі өлшегіш контур
Негізгі өлшеу схемасы, қайтадан кеңейетін алдында тар түтікке дейін тарылатын құбырдан тұрады, осылайша Вентури (немесе "барел") құрылады. Отын Вентуридің ең тар бөлігінде, ауаның жылдамдығы ең жоғары болатын кішкентай түтіктер (негізгі форсункалар) арқылы ауа ағынына жіберіледі. Вентуриден кейін карбюраторға кіретін ауа мөлшерін реттеуге арналған дроссель (әдетте, жапқыш клапан түрінде) орналасқан. Автокөлікте бұл дроссель көліктің газ педалімен байланыстырылған, ол қозғалтқыштың айналу жылдамдығын өзгертеді. Газ педалінің аздаған ашылуы кезінде Вентури арқылы ауа жылдамдығы отын ағынын сақтау үшін жеткіліксіз, сондықтан отын карбюратордың бос жүріс және өтпелі режимдегі схемалары арқылы беріледі. Газ педалінің толық ашылуы кезінде Вентури арқылы өтетін ауа жылдамдығы артады, бұл ауа қысымын төмендетеді және ауа ағынына көбірек отын тартады. Сонымен қатар, коллектордағы вакуумның төмендеуі бос жүріс және өтпелі режимдегі схемалар арқылы отын ағынының азаюына себеп болады.
Қалқыма
Салқын ауа райында отын аз буланады және сорғыш коллекторының қабырғаларында конденсатталып, цилиндрлерді отыннан айырып, қозғалтқышты суық күйде іске қосуды қиындатады. Қозғалтқышты іске қосу және жылығанша жұмыс істеу үшін (ауаның белгілі бір мөлшері үшін) қосымша отын қажет, оны тұншықтыру клапаны қамтамасыз етеді. Қозғалтқыш жылынып жатқанда, тұншықтыру клапаны ішінара жабылып, карбюраторға кіретін ауа ағынын шектейді. Бұл негізгі дозалау тізбегіндегі вакуумды арттырады, нәтижесінде негізгі форсункалар арқылы қозғалтқышқа көбірек отын беріледі. 1950 жылдардың соңына дейін тұншықтыруды жүргізуші қолмен орындады, көбінесе приборлық тақтадағы тұтқа немесе түйреуішті пайдаланды. Содан бері автоматты тұншықтырулар жиірек қолданылатын болды. Олар қозғалтқыштың салқындатқыш сұйығының температурасына байланысты тұншықтыруды автоматты түрде реттеу үшін биметалл термостатын, электрлік кедергілік жылытқышты немесе қозғалтқыштан шығатын газдарға қосылған түтік арқылы ауаны пайдаланады. Қозғалтқыш жылынып болғаннан кейін жабық қалған тұншықтыру қозғалтқыштың отын тұтынуын және шығарынды газдардың көлемін арттырады, сондай-ақ отын қоспасы тым бай болғандықтан қозғалтқыштың дұрыс жұмыс істемеуіне және қуатының төмендеуіне себеп болады. Дегенмен, артық отын қозғалтқышты су басып, іске қосуға кедергі келтіруі мүмкін. Артық отынды жою үшін автоматты тұншықтыруы бар көптеген карбюраторлар оны ашық ұстауға мүмкіндік береді (қолмен газ педалын еденге басып, стартерді іске қосқанда қысқа уақытқа ұстап тұру арқылы) артық отын кеткенше қозғалтқышқа қосымша ауа жіберу үшін. Карбюраторлардың суық қозғалтқыштың жұмысын жақсарту үшін қолданатын тағы бір әдісі – жылдам бос жүріс камерасы, ол тұншықтырумен байланыстырылған және тұншықтыру жұмыс істеп тұрғанда газдың толық жабылуын болдырмайды. Бос жүріс айналымдарының артуы суық қозғалтқышқа тұрақты бос жүріс режимін қамтамасыз етеді (суық отынды жақсырақ шашырату арқылы) және қозғалтқыштың тез жылынуына көмектеседі.
Бос жұмыс сұлбасы
Карбюратордағы қозғалтқыш төмен айналымдарда жұмыс істегенде отын мөлшерін реттейтін жүйе. Бос жүріс схемасы көбінесе дроссельдік клапанның астындағы вакуум арқылы іске қосылады, бұл бос жүріс каналында/саңылауында төмен қысымды аймақ құрады, соның салдарынан отын бос жүріс жиіті арқылы ағып өтеді. Бос жүріс жиітінің шамасы карбюратор өндірушісімен белгілі бір мәнге орнатылады, осылайша белгіленген мөлшерде отын ағып өтеді.
Бос жұмыссыз тұрған контур
Көптеген карбюраторлар бос жүрістен кейінгі схеманы қолданады, онда газ педалі ашыла бастағанда қысқа мерзімге қосымша отын форсункасы жұмыс істейді. Бұл форсунка газ педалінің артындағы төмен қысым аймағында орналасқан. Ол ұсынатын қосымша отын, газ педалі ашылғанда туындайтын вакуумның төмендеуін өтеу үшін пайдаланылады, соның арқасында бос жүріс схемасынан негізгі дозалау схемасына өту тегіс жүзеге асырылады.
Қуаттылық клапаны
Төрт тактілі қозғалтқышта жоғары жүктеме кезінде қозғалтқышты қосымша отынмен қамтамасыз ету (қуатты арттыру және қозғалтқыштың соққысын азайту үшін) жиі қажет. Мұндай жағдайларда көбінесе "қуат клапаны" қолданылады, ол карбюратордағы серіппелі клапан, және қозғалтқыш вакуумымен жабық күйде ұсталады. Карбюратор арқылы өтетін ауа ағыны артқанда, коллектордағы вакуум төмендеп, қуат клапаны ашылады, соның салдарынан негізгі дозалау тізбегіне көбірек отын түседі. Екі тактілі қозғалтқышта карбюратордың қуат клапаны керісінше жұмыс істейді: көп жағдайда клапан қозғалтқышқа қосымша отын жібереді, бірақ қозғалтқыш белгілі бір айналымға жеткенде, отынның мөлшерін азайту үшін жабылады. Бұл қозғалтқыштың максималды айналымдарын ұзарту мақсатында жасалады, себебі көптеген екі тактілі қозғалтқыштар отын-ауа қоспасын азайту арқылы уақытша жоғары айналымға жете алады. Бұл екі тактілі қозғалтқыштарда қолданылатын, бірақ байланысы жоқ, қағыс клапандарының құрылымдарымен шатастырылмауы керек.
Өлшегіш таяқша / жоғарылату таяқшасы
Төрт тактілі қозғалтқышта қуат клапанына орнына кейде өлшеуіш таяқ немесе күшейткіш таяқ жүйесі жоғары жүктемеде қосымша отын беру үшін қолданылады. Таяқтардың бір ұшы конус тәрізді болып келеді, ол негізгі дозаторлық саптамаларда орналасып, саптамалардағы отын ағыны үшін клапан қызметін атқарады. Қозғалтқыш жүктемесі жоғарылағанда таяқтар саптамалардан (механикалық түрде немесе коллектор вакуумын пайдаланып) көтеріледі, бұл саптама арқылы өтетін отын көлемін арттырады. Бұл жүйелер Rochester Quadrajet және 1950 жылдарғы Carter карбюраторларында қолданылған.
Жүктегіштің сорғысы
Негізгі дозалау тізбесі қозғалтқышты тұрақты жағдайда отынмен толықтай қамтамасыз ете алса да, отынның инерциясы (ауадан жоғары болғандықтан) газ педалін басып ашқанда уақытша отын жетіспеушілігіне себеп болады. Сондықтан, газ педалін ашқанда қосымша отын беру үшін көбінесе үдеткіш сорғы қолданылады. Жүргізуші газ педалін басқанда, кішкентай поршеньдік немесе мембраналық сорғы қосымша отынды карбюратордың тамағына тікелей жібереді. Үдеткіш сорғыны суық қозғалтқышты қосымас бұрын, оны қосымша отынмен "дайын тұрғызу" үшін де пайдалануға болады.
Ұшып жүретін камера
Қажетті мөлшерде отынның болуын қамтамасыз ету үшін карбюраторларға "қозғалмалы камера" немесе "қозғалмалы ыдыс" деп аталатын отын резервуары кіреді. Отын қозғалмалы камераға отын сорғысы арқылы жеткізіледі. Қозғалмалы клапан қозғалмалы камераға кіретін отынды реттеп, тұрақты деңгейді сақтайды. Отын инжекторлі қозғалтқыштан айырмашылығы, карбюраторлы қозғалтқыштағы отын жүйесі қысыммен жабдықталмайды. Карбюратор арқылы өтетін ауа қысыммен жүретін (мысалы, карбюратор суперчарджердан кейін орналасқан) қозғалтқыштарда, карбюратордың жұмыс істеуі үшін бүкіл құрылғы ауа өткізбейтін, қысыммен жабдықталған қорапқа орналастырылуы керек. Бірақ, егер карбюратор суперчарджердан бұрын орналасса, мұндай қажеттілік болмайды. Карбюраторлы қозғалтқыштарда, әсіресе ыстық климатта, отынның қайнауы мен будың түйілуі сияқты мәселелер туындауы мүмкін. Қозғалмалы камера қозғалтқышқа жақын орналасқандықтан, қозғалтқыштан шығатын жылу (қозғалтқыш сөнгеннен кейін бірнеше сағатқа дейін) отынды булану температурасына дейін қыздыруы мүмкін. Бұл отында ауа көпіршіктерінің пайда болуына себеп болады (тежеу жүйесін тазарту кезіндегідей), ол отын ағынын тоқтатады және "бу түйілуі" деп аталады. Қозғалмалы камерада қысымның пайда болуын болдырмау үшін, желдеткіш түтіктер ауаның кіруіне және шығуына мүмкіндік береді. Бұл түтіктер әдетте карбюратордың тамағына дейін созылады, олардың ішінде отынның карбюраторға құйылуын болдырмау үшін орналастырылады.
Диафрагма камерасы
Егер карбюратор тік емес күйде (мысалы, бензопила немесе ұшақта) қозғалтқышты іске қосу қажет болса, жүзу камерасы мен гравитациялық жүзу клапаны қолайлы емес. Оның орнына, диафрагмалық камера қолданылады. Ол отын камерасының бір жағындағы иілгіш диафрагмадан және камераға отынды реттейтін ине клапанға қосылғаннан тұрады. Камерадағы ауа ағынының жылдамдығы (дроссельдік клапан/көбелек клапанмен басқарылады) төмендегенде, диафрагма ішке қарай (төменге) жылжиды, бұл ине клапанды жауып, отынның азаюын қамтамасыз етеді. Камерадағы ауа ағынының жылдамдығы артқанда, диафрагма сыртқа (жоғарыға) жылжиды, ине клапанды ашып, отынның көп түсуіне мүмкіндік береді, соның арқасында қозғалтқыш қуатын арттырады. Нәтижесінде, тепе-теңдік орнатылып, кез келген күйде тұрақты отын деңгейі сақталады.
Екі және төрт түтікшелі конструкциялар
Карбюратордың негізгі конструкциясы бір вентуриден (негізгі дозалау схемасы) тұрады, бірақ екі немесе төрт вентурилі (сәйкесінше екі және төрт баррельді карбюраторлар) конструкциялар да жиі кездеседі. Әдетте, баррельдер төмен жүктеме жағдайларында қолданылатын "бірінші" баррельдерден және қажет болғанда қосымша ауа-отын қоспасын беру үшін іске қосылатын екінші баррельдерден тұрады. Бірінші және екінші вентурилер көбінесе әртүрлі өлшемде болады және олар қолданылатын жағдайларға сәйкес әртүрлі мүмкіндіктермен жабдықталады. Көптеген төрт баррельді карбюраторларда екі бірінші және екі екінші баррель қолданылады. Екі бірінші және екі екінші баррельден тұратын төрт баррельді конструкция V8 қозғалтқыштарында төмен айналымдарда отынды үнемдеу үшін, ал жоғары айналымдарда жеткілікті мөлшерде беру үшін кеңінен қолданылды. Бірнеше карбюраторды пайдалану (мысалы, әрбір цилиндр немесе цилиндрлар жұбы үшін карбюратор) кіріс ауасының бірнеше вентурилер арқылы сорылуына да әкеледі. Кейбір жоғары өнімді қозғалтқыштарда бірнеше екі баррельді немесе төрт баррельді карбюраторлар қолданылды, мысалы, Ferrari V12 қозғалтқыштарында алты екі баррельді карбюратор.
Тарих
1826 жылы американдық инженер Сэмюэл Мори «газ немесе бу қозғалтқышы» үшін патент алды, ол терпентин мен ауа қоспасымен жұмыс істеді. Бұл конструкция өндіріске енбеді. 1875 жылы неміс инженері Зигфрид Маркус алғашқы бензиндік қозғалтқышпен қозғалатын автомобиль жасады (сонымен қатар алғашқы магниттік тұтану жүйесін де ұсынды). Карл Бенц 1885 жылы бір цилиндрлі, төрт тактілі «Бенц Патент Моторваген» машинасын таныстырды. Бұл үш қозғалтқыш та беттік карбюраторларды пайдаланды, олар отын салынған ыдыстың үстінен ауа ағызып жұмыс істеді. Алғашқы инертті карбюраторлық конструкция, атомдық саптаманы қолданған, неміс инженерлері Вильгельм Майбах және Готлиб Даймлер 1885 жылғы «Аталық сағат» қозғалтқышында енгізді. 1888 жылы Англияда салынған «Батлер Петрол Циклы» машинасы да инертті карбюраторды қолданды. Тұрақты қозғалтқышқа арналған алғашқы карбюраторды 1893 жылы венгр инженерлері Янош Цонка мен Донат Банки патенттеді. Алғашқы төрт камералы карбюраторлар – «Картер Карбюратор WCFB» және осыған ұқсас «Рочестер 4GC» 1952 жылы әртүрлі «General Motors» модельдерінде пайда болды. «Олдсмобиль» жаңа карбюраторды «Quadri Jet» (түпнұсқа написание) деп атады, ал «Буик» оны «Airpower» деп атады. АҚШ-та карбюраторлар 1980-ші жылдардың соңына дейін АҚШ-та жасалған бензиндік (бензинмен жұмыс істейтін) қозғалтқыштарға отын берудің басты тәсілі болды, содан кейін отын инъекциясы басымдыққа ие болды. Карбюраторды соңғы пайдаланғандардың бірі – NASCAR, ол 2011 жылғы «Sprint Cup» сериясынан кейін электрондық отын инъекциясына көшті. Еуропада карбюраторлар 1980-ші жылдардың соңында көбінесе отын инъекциясымен ауыстырылды, бірақ отын инъекциясы 1970-ші жылдардан бастап сәнді және спорттық автомобильдерде кеңінен қолданыла бастады. ЕЭК заңнамасы 1992 жылдың желтоқсанынан бастап мүше елдерде сатылатын және өндірілетін барлық көлік құралдарында катализатордың болуын міндеттеді. Бұл заң біршама уақыттан бері дайындалып келді, сондықтан 1990 жылдан бастап көптеген автомобильдер катализатормен немесе отын инъекциясымен жабдықталды.
Әуе кемелері қозғалтқыштарының карбюраторларында мұз қату
Ұшақ қозғалтқыштары үшін маңызды мәселе – карбюратордың ішінде мұздың пайда болуы. Карбюратордағы ауа температурасы 40 °C (72 °F) дейін төмендеуі мүмкін, себебі вентуридегі ауа қысымының төмендеуі және буланып кететін отынның жасырын жылуының үйлесімі салдарынан. Қонуға түсетін кезеңде мұздануға жағдай жасаушы факторлар көп, өйткені қозғалтқыш ұзақ уақыт бойы газ педалі басылмаған күйде, бос жүріс режимінде жұмыс істейді. Мұз қату биіктіктегі ұшу режимінде де кездесуі мүмкін. Карбюраторды қыздыру жүйесі көбінесе мұзданудың алдын алу үшін қолданылады. Бұл жүйе карбюраторға кірмес бұрын ауаны қыздыру үшін қосалқы ауа түйіскен жерден тұрады, ол ауа шығару құбыры арқылы өтеді. Әдетте, жүйені ұшқыш қажет болған жағдайда ауаның жылы жүретін жолға ауысуын қолмен басқарады. Карбюраторды қыздыру жүйесі қуаттылығын азайтады (жылытылған ауаның тығыздығы төмендегеніне байланысты) және ауа сүзгісін айналып өтеді, сондықтан жүйе тек мұздану қаупі болғанда ғана қолданылады. Егер қозғалтқыш бос жүріс айналымдарында жұмыс істесе, мұзданудың алдын алудың тағы бір тәсілі – газды мерзімді түрде ашу, бұл карбюратордағы ауа температурасын арттырады. Карбюраторда мұз пайда болуы басқа да қолдануларда кездеседі және осы мәселені шешу үшін әртүрлі әдістер қолданылған. Құбырлы қозғалтқыштарда сору және шығару коллекторлары цилиндр басының бір жағында орналасқан. Шығарылған газдардың жылуы сору коллекторын қыздыру үшін пайдаланылады, ал ол өз кезегінде карбюраторды қыздырады. V тәрізді конфигурацияда шығарылатын газдар бір бастан екінші бастан өтетін сору коллекторы арқылы бағытталады. Сору коллекторын жылыту үшін шығарылатын газдар ағынын реттеудің бір тәсілі – жылу көтергіш деп аталатын салмақты эксцентрикалық клапан, ол бос жүріс кезінде жабылып, шығарылатын газдар ағыны артқанда ашылады. Кейбір көліктерде ауа шығару коллекторының айналасында жылыту пештері қолданылған. Олар құбыр арқылы ауа сүзгісіне қосылып, ауа сүзгісіне жылы ауа жеткізеді. Ауа тазартқыштың сорғыш бөлігінде орналасқан вакууммен басқарылатын клапанды жылыту алдын ала құбыры, қозғалтқыш жүктемесі артқанда салқын ауаның кіруіне мүмкіндік береді.