Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

Основы устройства и виды карбюраторов.

Карбюраторы подразделяются на барботажные, в данные момент не использующиеся, мембранно-игольчатые и поплавковые, составляющие подавляющее большинство всех карбюраторов. Барботажный карбюратор представляет собой бензобак, в котором на некотором расстоянии от поверхности топлива имеется глухая доска и два широких патрубка — подающий воздух из атмосферы и отбирающий смесь в двигатель. Воздух проходил под доской над поверхностью топлива и, насыщаясь его парами, образовывал горючую смесь. При всей примитивности и «несерьёзности» этот карбюратор — единственный, обеспечивавший смесь с воздухом именно паровой фракции топлива. Дроссельная заслонка стояла на двигателе отдельно. Барботажный карбюратор делал двигатель очень требовательным к фракционному составу топлива, так как испаряемость его должна была занимать весьма узкий температурный диапазон, вся конструкция была взрывоопасной, громоздкой, тяжёлой в регулировании. Топливо-воздушная смесь в длинном тракте частично конденсировалась, этот процесс зависел чаще от погоды. Мембранно-игольчатый карбюратор уже представляет собой отдельный законченный узел и, как следует из названия, состоит из нескольких камер, разделённых мембранами, жёстко связанными между собою штоком, который заканчивается иглой, запирающей седло клапана подачи топлива. Камеры соединяются каналами с разными участками смесительной камеры и с топливным каналом. Вариант — связь между мембранами и клапаном неравноплечими рычагами. Характеристики таких карбюраторов определялись тарированными пружинами, на которые опирались мембраны и/или рычаги. Система рассчитана так, чтобы соотношение вакуума, давления топлива и скорости смеси обеспечивали должное соотношение топлива и воздуха. Неоценимое достоинство такого карбюратора — наряду с простотой — способность работать буквально в любом положении по отношению к силе тяжести. Недостатки — относительная сложность регулировки, некоторая нестабильность характеристики (пружины!), чувствительность к ускорениям, перпендикулярным мембранам, неширокий диапазон количества смеси на выходе, медленные переходы между установившимися режимами. Такие карбюраторы используются на двигателях, по условиям работы не имеющих определённого пространственного положения (двигатели бензорезов, газонокосилок, поршневых самолётов, например, карбюраторы АК-82БП стояли на ЛА-5), или просто на дешёвых конструкциях. Именно такой карбюратор стои́т как вспомогательный на газобалонном автомобиле ЗИЛ-138. Наконец, поплавковый карбюратор, необозримо многоликий и разнообразный в своих многочисленных модификациях, составляет подавляющее большинство современных карбюраторов и состоит из поплавковой камеры, обеспечивающей стабильный приток топлива, смесительной камеры, фактически представляющей трубку Вентури и многочисленных дозирующих систем, состоящих из топливных и воздушных каналов, дозирующих элементов — жиклёров, клапанов и актюаторов. Поплавковые карбюраторы при прочих равных условиях обеспечивают самые стабильные параметры смеси на выходе и обладают самыми высокими эксплуатационными качествами. Поэтому они и получили столь широкое распространение.

Принцип работы поплавкового карбюратора с постоянным сечением диффузора.

Простейший карбюратор состоит из двух функциональных элементов: поплавковой камеры (10) и смесительной камеры (8). Топливо по трубке (1) поступает в поплавковую камеру (10), в которой плавает поплавок (3), на который опирается запорная игла (2) поплавкового клапана. При расходовании топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, игла открывает подачу топлива, при достижении заданного уровня клапан закрывается. Таким образом, поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень топлива. Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклер (9) в распылитель (7). Количество топлива, подающегося из распылителя (7), по закону Бернулли зависит при прочих равных условиях от проходного сечения жиклёра и степени вакуума в диффузоре, а также от сечения диффузора. Соотношение сечений диффузора и главного топливного жиклёра является одним из основополагающих параметров карбюратора. При впуске давление в цилиндрах двигателя понижается. Наружный воздух засасывается в цилиндр, проходя через смесительную камеру (8) карбюратора, в которой находится диффузор (трубка Вентури) (6), и впускной трубопровод, распределяющий готовую смесь по цилиндрам. Распылитель помещается в самой узкой части диффузора, где по закону Бернулли скорость потока увеличивается, а давление уменьшается. Благодаря отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление. В практически выпускаемых карбюраторах, работающих с воздушными фильтрами, вместо этого отверстия используется балансировочный канал поплавковой камеры, ведущий не в атмосферу, а в полость воздушного фильтра или в верхнюю часть смесительной камеры. В этом случае дросселирующее влияние фильтра сказывается равномерно на всей газодинамике карбюратора, который становится балансированным. Под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, дробится в струе воздуха, распыляется, частично испаряясь и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. В реальных карбюраторах используется построение топливоподающей системы, при котором в распылитель подаётся не гомогенное жидкое топливо, а эмульсия из топлива и воздуха. Такие карбюраторы называют эмульсионными. Как правило, вместо одиночного диффузора используется двойной. Дополнительный диффузор имеет небольшие размеры и расположен в главном диффузоре концентрически. Через него проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное распыление. Количество смеси, поступающей в цилиндры, а следовательно, и мощность двигателя регулируется дроссельной заслонкой (5), у многих карбюраторов, особенно горизонтальных, вместо поворотной заслонки используется шибер — золотник. Природным пороком карбюратора с постоянным сечением диффузора является противоречие между необходимостью, с одной стороны, увеличивать проходное сечение диффузора для снижения газодинамических потерь на входе в двигатель, и, с другой стороны, необходимостью уменьшать проходное сечение диффузора для обеспечения качества распыления топлива с его последующим испарением. Этот парадокс технически обойден в карбюраторах с постоянным разрежением (Stromberg, SU, Micuni) и с переменным сечением диффузора. Отчасти эту проблему решает введение дополнительной смесительной камеры с последовательным открытием дросселей, тогда суммарное сечение диффузоров оказывается ступенчато изменяемым. В послевоенные годы в СССР широко использовались карбюраторы с двухступенчатым регулированием воздуха с параллельным дополнительным диффузором в одной смесительной камере — семейство К-22.

Ранее существовали ГДС со спараллелеными жиклерами и последовательными дифузорами (К - 22), в которых компенсация обеспечивалась за счет упругости пластин, открывающих поток воздуха в отдельном диффузоре, бензин в который подавался из параллельного компенсационного жиклера. В относительно простеньких карбюраторах малолитражек использовалась ГДС с компенсационным колодцем и ограничительным компенсационным жиклером. Ввиду неглубокой компенсации и относительно небольшого количества подаваемого топлива, т. е. негибкости в эксплуатации, карбюраторы с такими системами перестали выпускаться к середине 60х годов ХХ века. ГДС современного карбюратора обеспечивает гибкость состава смеси от 1 : 14 до 1 : 17 весовых частей бензина : воздуха. На основных режимах ГДС обеспечивает смесь экономического или обедненного состава - 1 : 16 - 1 : 16,5. Совершенно особую конструкцию имеет ГДС горизонтального карбюратора с игольным регулированием. В этой системе одновременно механически изменяется количество воздуха, проходящего через диффузор - за счет подъёма шибера, и количество подаваемого в него же топлива - за счет иглы переменного профиля, проходящей через жиклер и механически изменяющей его проходное сечение. Характеристическая кривая такого карбюратора обеспечивается механически жестко заданным соотношением сечения диффузора и сечения жиклера, которые зависят только от высоты подъёма шибера. В карбюраторах постоянного разрежения этот уровень в каждый момент времени обеспечивается автоматически за счет действия демпфирующей системы золотника и разрежения в зоне дроссельной заслонки, определяемого нагрузкой двигателя и углом поворота дросселя.

Представляет собою воздушный, топливный и эмульсионный каналы с дозирующими элементами - жиклерами холостого хода или актюаторами. Топливный жиклер холостого хода запитывается из нижней части эмульсионного колодца, таким образом он оказывается включен в топливный канал ГДС. Воздушный жиклер ХХ соединен с пространством верхней части смесительной камеры, что обеспечивает изменение количества воздуха, поступающего в СХХ при разных режимах работы двигателя. Ввиду указанных выше особенностей, СХХ является очень важным звеном компенсации смеси для ГДС. Очень часто воздух подается в СХХ по двум каналам, что обеспечивает двухступенчатое эмульгирование, способствующее дополнительной гомогенизации смеси и равномерности состава смеси по цилиндрам. СХХ открывается в смесительную камеру в задроссельном пространстве, где на холостых оборотах имеется вакуум достаточной для ее работы степени. Отдельный канал соединяет СХХ с переходными отверстиями, расположенными в зоне кромки приоткрытой дроссельной заслонки. К-88 и ДААЗ-2108 имеют одно вертикальное щелевидное отверстие, часть его, расположенная ниже кромки дросселя, обеспечивает холостой ход, при открытии дросселя эта часть естественно увеличивается, обеспечивая переходный режим. Часто, для обеспечения высоких экологических параметров и для обеспечения равномерности состава смеси по цилиндрам, выполняется с дополнительными смесительными устройствами, фактически представляющими собой карбюратор в карбюраторе, работоспособный при малых расходах воздуха (например, АСХХ «Каскад»). В этом случае дополнительный воздух поступает в СХХ в максимальном количестве из отверстия, расположенного чуть выше дроссельной заслонки. Тогда при малейшем ее открывании СХХ прекращает работать как СХХ - за счет равенства разрежения на входе и на выходе этого канала и практически моментально переключается на переходный режим. СХХ любого типа обеспечивает богатый состав смеси, необходимый для поддержания холостого хода и переходного режима - порядка 1 : 13 - 1 : 14. Переходная система вторичной камеры карбюратора с последовательным открытием дросселей, в основном, аналогична СХХ, но имеет важные отличия. Так как ГДС вторичной камеры сама по себе настраивается на получение относительно обогащенной мощностной смеси, ей не требуется столь глубокая степень компенсации, как в первичной камере. Поэтому переходная система, как правило, выполняется по схеме параллельной запитки топливом и её топливный жиклер сообщается непосредственно с поплавковой камерой, а не с эмульсионным колодцем ГДС. Таким образом, включение в работу и переходной системы, и ГДС вторичной камеры происходит параллельно, чем обеспечивается необходимая степень обогащения смеси. Любой современный двигатель обеспечивает утилизацию горючих и чрезвычайно токсичных картерных газов. Система отсоса картерных газов, она же система вентиляции картера, состоит из двух ветвей - большой и малой. Большая ветвь представляет собою трубу, в которой имеется пламегаситель и маслоотделитель. Газы, прошедшие через них, поступают в воздушный фильтр инерционно-масляного типа до масляной ванны либо в картонный воздушный фильтр в непосредственной близости от горловины первичной камеры, смешиваются там с воздухом и подаются в цилиндры. На холостом ходу и переходном режиме разрежение над камерой достаточно невелико, поэтому параллельно большой ветви используется малая. Это трубка, соединяющая большую ветвь с задроссельным пространством; во многих карбюраторах она снабжается золотником, отсекающим сообщение задроссельного пространства с большой ветвью при открытии дросселя и предотвращающим, таким образом, подсасывание под дроссель воздуха параллельно смесительной камере.

В некоторых старых конструкциях экономайзер имел жиклёр, параллельный главному топливному жиклёру ГДС, открываемый принудительно. В поздних конструкциях эмульсионных карбюраторов такая схема не используется ввиду нарушения характеристики пневмокомпенсации ГДС. В относительно дешевых карбюраторах, в которых ГДС сама по себе обеспечивает относительно богатый состав смеси на большинстве режимов, экономайзеры и эконостаты не используются.