Секреты работы карбюратора: школьная физика на практике

Карбюратор — это устройство, которое смешивает топливо с воздухом в двигателе внутреннего сгорания.

Фото: commons.wikimedia.org by Andshel, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Лодочный мотор зажигание и карбюратор холостые обороты

Хотя современные автомобили чаще оснащены инжекторными системами впрыска топлива, карбюраторы до сих пор используются в некоторых двигателях, особенно в старых автомобилях, мотоциклах и малой технике. Принцип его работы основан на простых законах физики, которые изучаются в школьном курсе.

Закон Бернулли: основа смешивания

В основе работы карбюратора лежит закон Бернулли, который гласит, что с увеличением скорости потока жидкости или газа давление в нем падает. В карбюраторе этот принцип реализуется следующим образом:

1. Диффузор: воздух, поступающий в двигатель, проходит через сужающуюся трубку, называемую диффузором.
2. Увеличение скорости: в узкой части диффузора скорость воздушного потока резко возрастает.
3. Падение давления: согласно закону Бернулли, увеличение скорости воздуха приводит к снижению давления в этой области.
4. Топливный жиклер: в самой узкой части диффузора расположен топливный жиклер — калиброванное отверстие, через которое поступает бензин из поплавковой камеры.
5. Распыление топлива: из-за разницы давлений (атмосферное давление в поплавковой камере выше, чем пониженное давление в диффузоре) бензин засасывается в воздушный поток и распыляется на мелкие капли, образуя топливно-воздушную смесь.

Поплавковая камера: поддержание уровня топлива

Для обеспечения постоянной подачи топлива в жиклер используется поплавковая камера. Ее работа основана на законе Архимеда:

1. Поплавок: в камере находится поплавок, соединенный с игольчатым клапаном, который регулирует поступление бензина.
2. Уровень топлива: по мере заполнения камеры топливом поплавок поднимается.
3. Закрытие клапана: когда уровень топлива достигает оптимального значения, поплавок перекрывает игольчатым клапаном подачу бензина.
4. Поддержание баланса: при снижении уровня топлива поплавок опускается, открывая клапан и обеспечивая поступление новой порции бензина. Таким образом, в поплавковой камере поддерживается постоянный уровень топлива, необходимый для стабильной работы двигателя.

 

Дроссельная заслонка: регулировка мощности

Количество топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, регулируется дроссельной заслонкой. Ее работа основана на изменении площади проходного сечения воздушного канала:

1. Положение заслонки: дроссельная заслонка представляет собой поворотную пластину, расположенную за диффузором. Ее положение регулируется педалью газа.
2. Изменение потока: при нажатии на педаль газа заслонка открывается, увеличивая проходное сечение и позволяя большему количеству топливно-воздушной смеси поступать в двигатель, что приводит к увеличению мощности.
3. Холостой ход: в положении холостого хода дроссельная заслонка почти полностью закрыта, обеспечивая минимальное поступление смеси, необходимое для работы двигателя на низких оборотах.

Воздушная заслонка: обогащение смеси при пуске

При холодном пуске двигателя бензин испаряется хуже, поэтому для облегчения запуска требуется более богатая топливно-воздушная смесь (с большим содержанием бензина).

Эту функцию выполняет воздушная заслонка:

1. Расположение: воздушная заслонка находится перед диффузором и регулирует поступление воздуха в карбюратор.
2. Обогащение смеси: при закрытии воздушной заслонки количество поступающего воздуха уменьшается, а количество поступающего топлива остается прежним, что приводит к обогащению смеси.
3. Прогрев двигателя: после прогрева двигателя воздушная заслонка постепенно открывается, обеспечивая оптимальное соотношение топлива и воздуха для нормальной работы.

Таким образом, карбюратор представляет собой устройство, в работе которого наглядно проявляются основные законы школьной физики, такие как закон Бернулли, закон Архимеда и принципы изменения давления и площади проходного сечения. Понимание этих принципов позволяет лучше разобраться в работе двигателя внутреннего сгорания.