Всем привет!)))
В этой статье подробно разберемся в принципе работы карбюраторов серии PZ, PD, PE, Pwk ... в общем карбюраторов шиберного типа. И как результат научимся правильно их подбирать и настраивать. Заодно рассмотрим как запилить впускной тракт.
Для начала нам необходимо подобрать правильный типоразмер карбюратора. А для этого надо разобраться в принципе работы впускного тракта и специфике движения воздушных масс.
Итак начнем... И начнем мы с впускного клапана и впускного оканала в ГБЦ. Вы скажете что это конец и воздух начинает двигаться от карбюратора!!! Нет вы ошибаетесь. Двигатель на такте впуска работает как пылесос и пытается засосать в себя все что находится во впускном тракте и рядом с ним: воздух, бензин, пыль, грязь, воду, болты и гайки!))) И именно с этого места начинается движение воздушных масс (ВМ). Поршень движущийся к нижней мертвой точке (НМТ) создает разряжение в цилиндре (понижение давления относительно атмосферного), которое создается из-за малого проходного сечения впускного тракта, чем вызывает движение ВМ из области высокого давления (улица) в область низкого давления (полость цилиндра). Если бы впускной клапан и впускной тракт был размером с диаметр цилиндра, разряжение было бы минимальным, но при этом цилиндр моментально наполнился воздухом из-за огромной пропускной способности впускного тракта. В таком случае мы не сможем использовать карбюратор, он попросту не будет работать. Но из-за технических особенностей строения двигателей внутреннего сгорания диаметр впускного тракта намного меньше диаметра цилиндра, это создает значительное сопротивление движению воздушных масс в полость цилиндра и существенный перепад давлений между полостью цилиндра и атмосферным воздухом. Основным техническим аспектом в этом вопросе является диаметр впускного клапана, который ограничен диаметром цилиндра и наличием выпускного клапана. Под клапан создается седло, которое имеет свой внутренний диаметр и как следствие проходное сечение отверстия. Именно с этого места начинается впускной тракт и если вы решили запилить головку, то запил нужно начинать с увеличения внутреннего диаметра "D" седла впускного клапана и в дальнейшем отталкиваться от этого размера.
На данный момент нас интересует внутренний диаметр седла впускного клапана, а точнее площадь его сечения. Для этого снимаем впускной клапан с ГБЦ и измеряем внутренний диаметр седла, если головка не запиленная можно просто в интернете найти эти значения по объему двигателя и типу головки. Если ваша головка имеет 4 клапана на цилиндр, то в расчет берется суммарная площадь сечений двух отверстий в седлах под впускные клапана.
Предположим что внутренний диаметр седла 20мм, получается радиус равен 10мм. По формуле S=πR² получаем площадь сечения отверстия 314мм², площадью сечения ножки клапана пренебрежем. Это базовое значение, запомним его, в дальнейшем оно нам пригодится. В идеале впускной тракт по всей длине вплоть до карбюратора должен иметь данное сечение в любой его точке, без сужений и расширений. Любое сужение создает сопротивление движению воздушных масс, а расширение влечет замедление воздушного потока. Если после расширения будет опять сужение, это вызовет ускорение воздушного потока, а это дополнительная работа, на которую расходуется энергия всасывания. Как следствие поток воздушных масс будет иметь переменную скорость, что не лучшим образом сказывается на наполнении цилиндра топливно воздушной смесью. Нам необходима стабильная скорость воздушного потока и поэтому наша основная задача сделать так, чтобы сечение впускного тракта в любой его точке было максимально приближено к сечению отверстия седла впускного клапана и минимально отклонялось от него.
Теперь перейдем к карбюратору. На большинстве карбюраторов устанавливаемых на мопедах вход изготовлен в форме раструба, делается это для уменьшения сопротивления входящему потоку воздуха.
А выход выполнен в виде цилиндрического отверстия по диаметру которого маркируется карбюратор. Нас интересует самое узкое место, а именно место где установлена дроссельная заслонка (дроссельный золотник), которое называется "диффузор карбюратора". На карбюраторах с цилиндрическим выходом все просто: площадь сечения выходного отверстия равна площади сечения диффузора.
Но очень часто встречаются карбюраторы с овальной формой диффузора либо выходное отверстие как и вход имеет форму раструба. В таком случае площадь сечения выходного отверстия будет отличаться от площади сечения диффузора, и для правильного подбора карбюратора необходимо вычислить площадь сечения диффузора.
Попробуем сделать расчет площади поперечного сечения диффузора выполненного в форме овала. Технически данный овал выполнен сверлением в две точки. Необходимо замерить диаметр сверления и расстояние между точками сверления, после чего можно будет вычислить площадь данного овала.
Измерив диаметр сверления D и расстояние между точками сверления Н можно легко вычислить площадь овала. Это будет сумма площади двух полукругов радиусом D/2 и площади прямоугольника со сторонами D и H. Допустим что D=18 и Н=10, получим площадь двух полуокружностей = 254мм² и площадь прямоугольника = 180мм², суммируем данные значения и получаем площадь диффузора карбюратора S = 434мм². Выступами между сверловкой можно пренебречь, лично на своем карбюраторе я их сточил и стенки у меня получились ровными.
На карбюраторах с выходным отверстием в форме раструба и диффузором круглого сечения просто измеряем диаметр диффузора и вычисляем площадь поперечного сечения.
Наконец то мы плотно подобрались к вопросу выбора карбюратора. Карбюратор как и весь впускной тракт должен оказывать минимальное сопротивление входящему воздушному потоку, но при этом эффективно выполнять поставленную задачу. Предположим что у нас двухклапанная головка и как следствие мы имеем один впускной клапан, одно седло клапана и один впускной канал. Пусть внутренний диаметр седла будет 20мм площадью поперечного сечения 314мм², как рассматривалось выше. Мы по правильному расточили впускной канал в головке пытаясь подвести площадь поперечного сечения канала к площади поперечного сечения отверстия седла впускного клапана, при этом пытались сохранить форму канала в виде окружности. Как следствие должны были получить два абсолютно одинаковых по диаметру отверстия в головке: первое - вход в головку, куда крепится впускной коллектор и второе - седло впускного клапана. Продолжаем нашу доработку и в таком же духе проделываем работу с впускным коллектором и опять получаем два абсолютно одинаковых отверстия равных внутреннему диаметру седла впускного клапана.
И вот мы готовы пристыковать карбюратор, но мы же хотим выжать всю дурь из нашего двигателя и устанавливаем максимально большой карбюратор какой только слышали: " Чувак поставил такой же карб на двигатель как у тебя!!!". Место стыковки карбюратора с впускным коллектором пока упустим и рассмотрим что произойдет в таком случае. Площадь поперечного сечения диффузора будет больше площади поперечного сечения впускного коллектора, а самое главное больше площади поперечного сечения седла впускного клапана. В результате оптимальное разряжение мы получим за карбюратором на входе во впускной коллектор, а оно должно находиться в диффузоре карбюратора. Воздуха в цилиндр поступит ровно столько, сколько нам позволяет впускной тракт и как мы уже знаем пропускная способность отверстия в седле, а вот из за малого разряжения в диффузоре карбюратора мы недополучим бензина и как следствие получим обедненную смесь. Все это справедливо только для режимов максимальной мощности, когда положение дроссельной заслонки близко к полному открытию, почему так происходит рассмотрим чуть позже. В остальных режимах карбюратор вполне нормально будет справляться со соей поставленной задачей. Но о плавности работы и нормальной регулировке карбюратора можно забыть. Ваш карбюратор будет работать до 1/2 или 3/4 открытия дроссельной заслонки (зависит от того, на сколько вы переборщили с карбюратором), дальнейшее открытие дроссельной заслонки не будет приводить к прибавке мощности двигателя, а скорее всего приведет к ее потере.
Рассмотрим второй случай: мы не знали что ставить и поставили что было; мы грамотно запилили головку с впускным коллектором, а карбюратор оставили старый, в общем у нас стоит карбюратор с сечением диффузора меньше сечения отверстия в седле впускного клапана. В таком случае разряжение будет создаваться там где надо - в диффузоре карбюратора, но разряжение будет избыточным, так как наш цилиндр совместно с впускным трактом способны засосать больше воздушной массы чем способен пропустить диффузор карбюратора, как следствие доступ воздуха ограничен и его начинает замещать бензин, результат - обогащенная смесь. Все это также справедливо только в режимах максимальной мощности при полностью открытом дросселе. В остальном двигатель будет работать вполне сносно, но вы никогда не узнаете на что способен ваш железный друг.
И наконец третий вариант: нам повезло и у нас уже стоял нужный карбюратор либо мы четко понимает что делаем и покупаем соответствующий карбюратор с площадью сечения диффузора близким к площади сечения отверстия седла впускного клапана. В случае с карбюратором площадью сечения выходного отверстия большим площади сечения диффузора (как пример - карбюратор с овальным диффузором, который мы рассматривали выше) на стыке карбюратора с впускным коллектором мы получим бочку, на выходе из карбюратора расширение, а на входе во впускной коллектор - сужение. Воздушный поток на выходе из карбюратора сперва немного замедлится, а на входе во впускной коллектор опять ускорится, что не есть хорошо.
А вот с карбюратором у которого площадь сечения выходного отверстия равна площади сечения диффузора (карбюратор с выходным отверстием в форме цилиндра) мы получаем идеальный впускной тракт с сечением в форме круга постоянной площади, начиная от седла впускного клапана, заканчивая диффузором карбюратора. Проще говоря впускной тракт в форме ровной трубы с единственным расширением на входе в карбюратор. Это идеальный вариант: 1) пропускная способность впускного тракта равна пропускной способности карбюратора, 2) разряжение получаем в диффузоре, 3) начиная от диффузора карбюратора имеем впускной тракт с неизменным сечение и как следствие стабильную скорость воздушного потока без пульсаций, 4) получаем максимальную отдачу от двигателя при хорошей настройке карбюратора.
Как итог:
- Площадь поперечного сечения диффузора карбюратора должна равняться либо иметь чуть большее значение площади поперечного сечения отверстия в седле под впускной клапан (в случае с 4х клапанной головкой - сумме поперечных сечений двух отверстий седел под впускные клапана).
- Площадь поперечного сечения впускного тракта в любой его точке должно быть максимально близко, но не меньше площади поперечного сечения отверстия в седле под впускной клапан (в случае с 4х клапанной головкой - сумме площади поперечных сечений двух отверстий седел под впускные клапана).
Вот теперь можно покупать карбюратор либо проверить на соответствие тот, что уже установлен. Как мы уже выяснили, наиболее предпочтителен карбюратор с выходом в виде цилиндра. С ним все просто: измеряем диаметр отверстия в седле под впускной клапан и покупаем карбюратор с таким же диаметром отверстия на выходе. В случае когда площадь поперечного сечения диффузора карбюратора не равна площади поперечного сечения выходного отверстия карбюратора (как пример - карбюратор с диффузором в виде овала), необходимо рассчитать площадь поперечного сечения диффузора карбюратора и на основании этого расчета делать выводы о соответствии карбюратора данному двигателю.
Как узнать какой карбюратор покупать, если ваш выбор пал на карбюратор с овальным диффузором, не имея необходимого карбюратора на руках? У этих карбюраторов есть закономерность в соотношении площади поперечного сечения выходного отверстия, по диаметру которого маркируется карбюратор, к площади поперечного сечения диффузора. Значение коэффициента я уже не помню, но расскажу почему величина коэффициента постоянна.
Из-за конструктивных особенностей изготовления данного карбюратора соотношение диаметра отверстия выходного канала (22мм) к диаметру отверстий сверления диффузора (D) всегда постоянна либо очень близко к определенному значению. Это связано с тем что внутренние диаметры сверлений заключены в окружности, при этом внутренние окружности обязательно должны перехлестнуться между собой на определенное значение чтобы в результате получилось единое отверстие, по форме приближенное к овалу.
Давайте попробуем вычислить этот коэффициент в масштабах данной картинки. Имея выходное отверстие карбюратора диаметром 22мм, в масштабах картинки получаем D=14мм, Н=9мм. Вычисляем площадь поперечного сечения выходного отверстия и диффузора. Получаем площадь поперечного сечения выходного отверстия = 380мм², площадь поперечного сечения диффузора = 280мм². Теперь делим площадь поперечного сечения диффузора на площадь поперечного сечения выходного отверстия, в результате получим коэффициент К=0,737.
Имея данный коэффициент попробуем вычислить какой же нам необходим карбюратор для седла под впускной клапан с диаметром отверстия = 20 мм и площадью поперечного сечения 314мм² (данное значение мы вычисляли в начале статьи) . Для этого площадь поперечного сечения отверстия седла делим на наш коэффициент 314/0,737 =426мм² = Sd. Такая площадь поперечного сечения должна быть у диффузора карбюратора. Теперь вычислим диаметр выходного отверстия самого карбюратора, оно будет равняться D= 2*√(Sd/3,14)=23,3мм. Получается для нашего впускного клапана с его седлом необходим карбюратор PD23 или ближайший по размеру карбюратор.
Из личного опыта.
- В стоке у меня стоял PD19 с овальной формой диффузора на 110сс. На мопеде ездить было невозможно из-за дикой вибрации двигателя. Откатал первый сезон, а зимой раскидал весь движок, отбалансировал коленвал, запилил голову на сколько было возможно (расширил впуск и выпуск до беспредела). На следующий сезон ездить стало приятней, пропала вибрация, ехать стал лучше. Начал играться с карбюратором, холостой ход подстраивал как и все, винтом качества и количества. На ходу в разных режимах попердывал и дергался, поигрался иглой вверх вниз, вроде норм. На максималке решил посмотреть изолятор свечи, его состояние точно не помню, но хотелось добавить мощи. Было решено заказать комплект главных топливных жиклеров под мой карбюратор. Пришли жиклеры, поигрался с ними, периодически посматривал за изолятором свечи, параллельно поигрался иглой. Двигатель явно прибавил в мощности. Под конец сезона карбюратор не выдержал моих терзаний и лопнул пополам в месте крепления к впускному коллектору. Сезон закрыл, заказал новый карбюратор. Из особенностей режимов работы двигателя с карбюратором PD19: 1) на малом ходу или при езде накатом отпускаешь ручку газа, не обязательно в ноль, просто чтобы пропала тяга и началось плавное торможение двигателем, потом плавно начинаешь выкручивать газ чтобы поддержать скорость или чуть-чуть ускорится (очень актуально в городе или на трассе когда идешь в плотном потоке) и вот тут наступал тот самый неприятный момент, колесо крутит двигатель - цепь провисшая - двигатель начинает набирать обороты (мы подкручиваем газ) - цепь резко натягивается - происходит удар в колесо - мы с рывком продолжаем движение. Очень неприятная штука, дискомфорт при езде, я с этим свыкся, как никак от провисания цепи никуда не денешься, ездил себе и не парился. 2) Едешь по трассе в полный газ, на безопасном расстоянии впереди кто-то резко оттормаживается, нам тормозить не обязательно, но отпускаем газ в ноль чтобы сбросить скорость, скорость плавно падает, вопрос решается мы продолжаем движение в обычном режиме, начинаю открывать газ, а рукоятка не шевелится, как приваренная, дергаю пару раз и она опять начинает работать. Поначалу думал что в карбюратор попадает песок через рукоятку подсоса (такое случалось при езде по бездорожью в мокрую погоду, но тогда дроссель подклинивало в открытом положении), но к тому моменту подсос был удален, а дырка была заклеена. Как выяснилось в итоге из-за малого сечения карбюратора, за ним создавалось колоссальное разряжение и он очень сильно охлаждался, постоянно потел либо покрывался инеем. Эта ситуация усугублялась закрытием дросселя в ноль на полном ходу и дроссельная заслонка примерзала к стенкам в закрытом положении. Такой расклад также не добавлял кайфа к покатушкам.
- Второй карбюратор был PD20 на коробке было написано PZ22, увеличение проходного сечения произошло случайно по неведомым мне ныне обстоятельствам, толи не было в наличии PD19 толи еще че, в общем я не помню. По факту получилось так что это два абсолютно одинаковых карбюратора PD19 и PD20, разница в десятые доли миллиметра. Болячки никуда не ушли, как дерганье при езде накатом, так и примерзание дросселя к стенкам в закрытом положении. Принимал как должное и не парился до поры до времени. В один прекрасный момент мне все это надоело, начитался литературы, высчитал проходное сечение седла впускного клапана и подобрал по размерам оптимальный карбюратор по методике как описывал выше.
- В итоге у меня на руках оказался третий карбюратор PD26, вот он мне дал попотеть))). После его установки мощностные характеристики особо не изменились, быстренько настроил холостой ход, прокатился на средних режимах и поправил иголку, добрался до максималки, а главный топливный жиклер здесь другой. Сразу заказал комплект. В стоке на карбюраторе стоял жиклер практически такого же сечения что и жиклер, который я поставил на PD20, но при этом изолятор свечи явно побледнел, на лицо явный приток свежего воздуха. Вскоре пришли жиклеры и я начал с ними экспериментировать, поэтапно увеличивал сечение жиклера и делал контрольные поездки с замерами максимальной скорости, динамики и расхода топлива. Так же не забывал посматривать на свечку, но ей все равно было плохо, она постоянно была бледной. Жиклер уже стоял с явным перебором, так как увеличение сечения жиклера не приводило к прибавке мощности, а увеличивался лишь расход топлива. Единственным плюсом тогда было то что заслонка перестала примерзать при сбросе газа))). И еще одна особенность - начиная с 3/4 и до полного открытия дроссельной заслонки двигатель никак не реагировал, просто менялся звук. На лицо явный перебор с сечением диффузора, либо мешается заслонка подсоса которая почти наглухо перекрывает верхнюю четверть карбюратора, когда находится в полностью открытом состоянии. Только сейчас я вспомнил что карбюратор я подбирал под впускной коллектор с внутренним диаметром 22мм и под него наиболее подходил PD26 с небольшим запасом, а диаметр отверстия в седле 21мм и для него был бы оптимальным PD24 (если таковой имеется), но это уже другая история. Вопрос со свечкой не давал мне покоя, я боялся перегреть двигатель на бедной смеси хоть и зазоры в поршневой у меня больше стандартных и рассчитаны под режим максимальной мощности, но все же чем черт не шутит!!! Чисто по ощущениям мотор вроде не перегревался, потому что при перегревах от мотора обычно пахло как от раскаленной сковородки. Вот тут я задался вопросом: "А правильное ли калильное число свечи для данного двигателя?" Двигатель то ущербный - поршневая 110сс, а головка от 70сс, китайцы ничего лучше придумать не могли??? В общем было решено поставить более холодную свечку, вместо 7-ки установил 8-ку и все встало на свои места. Свечка начинала темнеть с тем жиклером, с которым прибавка мощности не ощущалась, а возрастал лишь расход топлива.
Подъитожим общий опыт эксплуатации разных карбюраторов: от установки карбюратора PD26 я не получил вау эффекта, скорее немного расстроился, но зато перестала примерзать заслонка - это уже радовало. Максимальная мощность тоже не прибавилась, на PD20 я вытащил всю мощь просто правильно подобрав главный топливный жиклер. Результат - двигателю стало легче дышать. Какой можно сделать вывод из моих экспериментов: увеличение сечения диффузора карбюратора сверх сечения седла впускного клапана не дает положительных результатов. Почему же тогда люди пишут что стоял PZ20, в место него поставил PZ30 и мопед поехал!!!??? Встает вопрос: " человек менял главный топливный жиклер на PZ20 или он ездил на стоковом жиклере???" Если все эксперименты были на стоковых жиклерах, то этому есть разумный ответ: на PZ20 в стоке стоит жиклер около 80, а на PZ30 около 100, конечно же мопед поедет лучше, без сомнений.
Теперь рассмотрим вопрос: "Почему с таким разбросом сечений карбюраторов двигатель все равно работает вполне себе адекватно?" Причина всему - строение карбюраторов шиберного типа, которые имеют диффузор и главный топливный распылитель переменного сечения, которое меняется в зависимости от положения дроссельной заслонки. Такое сочетание дает большую точность в дозировке воздуха и топлива в нужной пропорции во всем диапазоне открытия дроссельной заслонки. Предположим у вас стоит карбюратор PZ20 и вы немного приоткрыли дроссель, по факту на данный момент сечение диффузора будет как у карбюратора например PZ5 но уже при полностью открытом дросселе. Пропорции воздух - топливо будут примерно одинаковыми, вот только PZ5 дальше открыть не возможно, а у PZ20 еще есть запас. Единственная разница будет в режиме холостого хода. Каждый карбюратор рассчитан на работу со своей кубатурой, у этой кубатуры есть свои потребности в топливовоздушной смеси на режиме холостого хода, для этого в карбюраторе предусмотрены каналы и жиклеры холостого хода через которые смесь поступает в цилиндр минуя дроссельную заслонку. По этой причине если на двигатель 30сс поставить карбюратор от 150сс с настройкой холостого хода будут проблемы. Холостые обороты будут завышены и если вам удастся их понизить, они будут не стабильными. А если на двигатель 150сс поставить карбюратор от 30сс, то холостые будут настраиваться положением дроссельной заслонки, а не винтом качества и количества, как предусмотрено производителем.
На этом история не заканчивается, а статья получилась довольно объемной, поэтому тонкую настройку карбюратора я рассмотрю отдельно. Там есть о чем рассказать, какое гавно карбюраторы нам продают китайцы и как их довести до ума. К этому я пришел поле следующего этапа тюнинга двигателя, когда его обороты перевалили за отметку 10000 RPM.
Всем добра))) Ставьте лайки, пишите комментарии, подписывайтесь.
