คาร์บูเรเตอร์
คาร์บูเรเตอร์(สะกดว่าcarburettorหรือcarburetter ) [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]เป็นอุปกรณ์ที่ใช้โดยเครื่องยนต์สันดาปภายใน ที่ใช้น้ำมันเบนซินเพื่อควบคุมและผสมอากาศและเชื้อเพลิงที่เข้า สู่เครื่องยนต์[ 4 ]วิธีหลักในการเพิ่มเชื้อเพลิงให้กับอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์คือผ่านปรากฏการณ์เวนทูรีหรือหลักการของเบอร์นูลลีหรือโดยใช้ท่อพิโทต์ในวงจรวัดปริมาณหลัก แม้ว่าจะมีการใช้ส่วนประกอบอื่นๆ อีกหลายชนิดเพื่อเพิ่มเชื้อเพลิงหรืออากาศในสถานการณ์เฉพาะต่างๆ
นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา คาร์บูเรเตอร์ได้ถูกแทนที่ด้วยระบบฉีดเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์และรถบรรทุกเป็นส่วนใหญ่ แต่คาร์บูเรเตอร์ยังคงถูกใช้ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก บางประเภท (เช่น เครื่องตัดหญ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเครื่องผสมคอนกรีต) และรถจักรยานยนต์ นอกจากนี้ คาร์บูเรเตอร์ยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ลูกสูบเครื่องยนต์ดีเซลใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงแทนคาร์บูเรเตอร์มาโดยตลอด เนื่องจากเครื่องยนต์ดีเซลไม่ทำการอัดส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิง และต้องการการฉีดเชื้อเพลิงในช่วงท้ายของจังหวะการอัด[ 5 ]
นิรุกติศาสตร์
คำว่า "carburetor" มาจากคำกริยาภาษาอังกฤษcarburetซึ่งหมายถึง "การอัดด้วยไฮโดรคาร์บอน" [ 6 ]ในหนังสือเกี่ยวกับรถยนต์ยุคแรกๆ ผลิตภัณฑ์ของ carburetor คืออากาศที่ถูกอัดด้วยไฮโดรคาร์บอนไอระเหย[ 7 ]ความหมายนี้เข้ามาแทนที่ความหมายตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบแปด ซึ่งcarburetเป็นคำนามที่เราใช้คำว่า carbide ในปัจจุบัน[ 6 ] Carburetor จะอัด อากาศ เข้าด้วยไอระเหยจากเชื้อเพลิงที่มีไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ เช่นน้ำมันเบนซินหรือออโตแก๊ส[ 8 ]
ชื่อนี้สะกดว่า "carburetor" ในภาษาอังกฤษแบบอเมริกันและ "carburettor" ในภาษาอังกฤษแบบบริติช[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]คำย่อที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ "carb" ในสหราชอาณาจักรและอเมริกาเหนือ หรือ "carby" ในออสเตรเลีย[ 9 ]
หลักการทำงาน
อากาศจากบรรยากาศเข้าสู่คาร์บูเรเตอร์ (โดยปกติผ่านตัวกรองอากาศ ) มีการเติมเชื้อเพลิงภายในคาร์บูเรเตอร์ จากนั้นส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงจะออกจากคาร์บูเรเตอร์และเข้าสู่ท่อร่วมไอดีผ่านวาล์วไอดีและสุดท้ายเข้าสู่ห้องเผาไหม้เครื่องยนต์ส่วนใหญ่ใช้คาร์บูเรเตอร์ตัวเดียวร่วมกันสำหรับทุกกระบอกสูบ แม้ว่าเครื่องยนต์สมรรถนะสูงในอดีตบางรุ่นจะมีคาร์บูเรเตอร์และ/หรือท่อไอดีหลายตัวก็ตาม
คาร์บูเรเตอร์แบบง่ายที่สุดทำงานตามหลักการของเบอร์นูลลี : ความดันสถิตของอากาศที่ไหลผ่านจุดทางเข้าเชื้อเพลิง ซึ่งอาจอยู่ในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางคงที่ จะลดลงเมื่อความเร็วสูงขึ้นเมื่อเทียบกับความดันในห้องลูกลอยซึ่งระบายออกสู่ความดันอากาศโดยรอบ โดยความแตกต่างของความดันนี้จะดันเชื้อเพลิงเข้าไปในกระแสอากาศมากขึ้น หากท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางคงที่ การจัดวางจะง่ายกว่าในแผนภาพตัดขวางที่แสดงด้านบนขวาเล็กน้อย
ในกรณีส่วนใหญ่ (ยกเว้นปั๊มเร่งความเร็ว ) การที่ผู้ขับขี่เหยียบคันเร่งไม่ได้ทำให้ปริมาณเชื้อเพลิงที่เข้าสู่เครื่องยนต์เพิ่มขึ้นโดยตรง แต่เป็นการเพิ่มปริมาณอากาศที่ไหลผ่านคาร์บูเรเตอร์ ซึ่งจะทำให้ปริมาณเชื้อเพลิงที่ถูกดูดเข้าไปในส่วนผสมไอดีเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
หลักการของเบอร์นูลลีใช้ได้กับทั้งอากาศและเชื้อเพลิง (ยกเว้นแรงเสียดทาน ความหนืด และความปั่นป่วน ฯลฯ) ดังนั้นการลดลงของความดันในกระแสอากาศจึงมีแนวโน้มที่จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วลมขาเข้า และเชื้อเพลิงในหัวฉีดหลักจะมีความเร็วเป็นรากที่สองของการลดลงของความดัน ดังนั้นทั้งสองจึงเป็นสัดส่วนกัน หากการลดลงของความดันเกิดจากการลดลงของพื้นที่ตามกระแสอากาศ แทนที่จะเป็นการลดลงของความดันบรรยากาศ ณ จุดทางเข้าของเชื้อเพลิง ผลกระทบนี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็นปรากฏการณ์เวนทูรีแต่ก็ยังคงได้มาจากหลักการของเบอร์นูลลีในสองตำแหน่ง หากการลดลงของความดันเกิดจากความดันไดนามิก (ที่หันหน้าเข้าหาอากาศที่เข้ามา) ภายในจุดทางเข้าของอากาศ แทนที่จะเป็นการลดลงของความดันบรรยากาศ คาร์บูเรเตอร์สามารถอธิบายได้ว่าเป็น แบบ ท่อปิโตต์แต่ก็ยังคงได้มาจากหลักการของเบอร์นูลลีในสองตำแหน่งเช่นกัน
การไหลของเชื้อเพลิงและอากาศที่แท้จริงนั้นซับซ้อนกว่าและจำเป็นต้องมีการปรับแก้ ซึ่งอาจทำได้หลายวิธี ทั้งที่ความเร็วต่ำหรือความเร็วสูง หรือตลอดช่วงความเร็วโดยใช้ อุปกรณ์ ผสมอากาศ แบบปรับได้ เพื่อเพิ่มอากาศเข้าไปในเชื้อเพลิงหลังจากหัวฉีดหลัก ใน คาร์บูเรเตอร์แบบหัวฉีดปรับได้ ของ SUและอื่นๆ (เช่นZenith-Stromberg ) การควบคุมหลักๆ จะทำโดยการปรับขนาดของหัวฉีด
ทิศทางการติดตั้งคาร์บูเรเตอร์เป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบ เครื่องยนต์รุ่นเก่าใช้ คาร์บูเรเตอร์ แบบดูดอากาศขึ้นด้านบนโดยอากาศจะเข้าจากด้านล่างของคาร์บูเรเตอร์และออกทางด้านบน ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1930 เป็นต้นมา คาร์บูเรเตอร์ แบบดูดอากาศลงด้านล่างเริ่มเป็นที่นิยมใช้มากขึ้น (โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา) ควบคู่ไปกับ คาร์บูเรเตอร์ แบบดูดอากาศด้านข้าง (โดยเฉพาะในยุโรป)
วงจรเชื้อเพลิง
- ก - แตรลม
- B - แผ่นโช้ค
- C - ช่องระบายอากาศภายนอกโถสุขภัณฑ์
- D - โช้คดึงออก
- E - ตัวเรือนปีกผีเสื้อและฐานยึด
- F - ถ้วยลอย
- G - ช่องเติมเชื้อเพลิง
- H - สกรูปรับส่วนผสมรอบเดินเบา
- J - หัวต่อสุญญากาศ
- K - แคมรอบเดินเบาเร็ว
- ซ้าย - คันเร่ง
- M - สกรูปรับความเร็วรอบเดินเบา
- N - ช่องระบายอากาศภายในชาม
วงจรวัดค่าหลัก
วงจรวัดปริมาณหลักมักประกอบด้วยกระบอก/ท่อซึ่งลดขนาดลงเป็นส่วนแคบที่อากาศมีความเร็วสูงสุด ทำให้เกิดโช้คหรือเวนทูรีเชื้อเพลิงมักจะถูกป้อนเข้าสู่กระแสอากาศในส่วนแคบนั้นผ่านท่อเล็กๆ ที่นำมาจากหัวฉีดหลัก[ 10 ]การเปลี่ยนแปลงพื้นที่จำเป็นเฉพาะสำหรับ คาร์บูเรเตอร์ เวนทูรี เท่านั้น แต่ในการกำหนดค่าอื่นๆ กระบอก/ท่ออาจมีพื้นที่คงที่โดยที่ทางเข้าเชื้อเพลิงอยู่ตรงไหนก็ได้ตามแนวกระบอก
ถัดจากโช้คหรือเวนทูรีคือลิ้นปีกผีเสื้อ (โดยปกติจะเป็นรูปของวาล์วผีเสื้อ ) ซึ่งใช้ควบคุมปริมาณอากาศที่เข้าสู่คาร์บูเรเตอร์ ในรถยนต์ ลิ้นปีกผีเสื้อนี้มักจะเชื่อมต่อกับแป้นเหยียบเร่งของรถ ซึ่งทำหน้าที่ปรับความเร็วรอบเครื่องยนต์
เมื่อเปิดคันเร่งน้อยลง ความเร็วลมอาจไม่เพียงพอที่จะรักษาระดับการไหลของเชื้อเพลิงหลัก ดังนั้นเชื้อเพลิงอาจถูกจ่ายโดย วงจร เดินเบาและวงจรรอบเดินเบา ของคาร์บูเรเตอร์ ซึ่งโดยปกติจะอยู่ใกล้ช่องว่างแคบๆ ระหว่างขอบของแผ่นปีกผีเสื้อกับตัวคาร์บูเรเตอร์ เพื่อให้ได้ความเร็วลมเฉพาะที่เพียงพอ
เมื่อเปิดคันเร่งมากขึ้น ความเร็วของอากาศจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ความดันของอากาศลดลงและดึงเชื้อเพลิงเข้าสู่กระแสอากาศมากขึ้น[ 11 ]ในขณะเดียวกัน สุญญากาศในท่อร่วมไอดีที่ลดลงส่งผลให้การไหลของเชื้อเพลิงผ่านวงจรเดินเบาและนอกรอบเดินเบาลดลง
สำลัก
ในสภาพอากาศหนาวเย็น เชื้อเพลิงจะระเหยได้ยากขึ้นและมีแนวโน้มที่จะควบแน่นบนผนังท่อไอดี ทำให้กระบอกสูบได้รับเชื้อเพลิงไม่เพียงพอและทำให้สตาร์ทเครื่องยนต์ในสภาพอากาศเย็นได้ยาก จึงจำเป็นต้องเติมเชื้อเพลิงเพิ่ม (สำหรับปริมาณอากาศที่กำหนด) เพื่อสตาร์ทและทำงานของเครื่องยนต์จนกว่าจะอุ่นขึ้น โดยเชื้อเพลิงจะถูกจ่ายผ่านวาล์วโช้ค
ขณะที่เครื่องยนต์กำลังอุ่นเครื่อง วาล์วโช้คจะปิดอยู่บางส่วน ทำให้การไหลของอากาศที่ทางเข้าคาร์บูเรเตอร์ลดลง ส่งผลให้สุญญากาศในวงจรจ่ายเชื้อเพลิงหลักเพิ่มขึ้น ทำให้เชื้อเพลิงถูกส่งไปยังเครื่องยนต์มากขึ้นผ่านทางหัวฉีดหลัก ก่อนช่วงปลายทศวรรษ 1950 โช้คจะถูกควบคุมด้วยตนเองโดยผู้ขับขี่ โดยมักใช้คันโยกหรือปุ่มบนแผงหน้าปัดหลังจากนั้น โช้คอัตโนมัติก็เป็นที่นิยมมากขึ้น ระบบเหล่านี้อาจใช้เทอร์โมสตัท แบบไบเมทัลลิก เพื่อควบคุมโช้คโดยอัตโนมัติตามอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นเครื่องยนต์ หรือใช้ฮีตเตอร์ไฟฟ้า หรือดูดอากาศผ่านท่อที่เชื่อมต่อกับแหล่งไอเสียของเครื่องยนต์ การปล่อยให้โช้คปิดอยู่หลังจากเครื่องยนต์อุ่นเครื่องแล้ว จะทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและปล่อยก๊าซไอเสียมากขึ้น และทำให้เครื่องยนต์ทำงานไม่ราบเรียบและขาดกำลังเนื่องจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงเข้มข้นเกินไป
อย่างไรก็ตาม น้ำมันเชื้อเพลิงที่มากเกินไปอาจทำให้ เครื่องยนต์ จมน้ำและสตาร์ทไม่ติด เพื่อกำจัดน้ำมันเชื้อเพลิงส่วนเกิน คาร์บูเรเตอร์หลายรุ่นที่มีโช้คอัตโนมัติจะอนุญาตให้เปิดโช้คค้างไว้ได้ (โดยการเหยียบคันเร่งลงไปจนสุดและค้างไว้สักครู่ขณะหมุนสตาร์ท) เพื่อให้อากาศเข้าไปในเครื่องยนต์มากขึ้นจนกว่าน้ำมันเชื้อเพลิงส่วนเกินจะถูกกำจัดออกไป
อีกวิธีหนึ่งที่คาร์บูเรเตอร์ใช้เพื่อปรับปรุงการทำงานของเครื่องยนต์ขณะเย็นคือกลไกปรับรอบเดินเบาเร็วซึ่งเชื่อมต่อกับโช้คและป้องกันไม่ให้ลิ้นปีกผีเสื้อปิดสนิทขณะที่โช้คกำลังทำงาน การเพิ่มความเร็วรอบเดินเบาที่เกิดขึ้นนี้ทำให้เครื่องยนต์เย็นมีรอบเดินเบาที่เสถียรมากขึ้น (โดยการทำให้เชื้อเพลิงเย็นเป็นละอองได้ดีขึ้น) และช่วยให้เครื่องยนต์อุ่นขึ้นเร็วขึ้น
วงจรเดินเบา
ระบบภายในคาร์บูเรเตอร์ที่ควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงเมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่รอบต่ำ วงจรเดินเบาโดยทั่วไปจะทำงานโดยอาศัยสุญญากาศใกล้กับลิ้นปีกผีเสื้อ (ที่เกือบปิดสนิท) ซึ่งความเร็วลมจะเพิ่มขึ้นทำให้เกิดบริเวณความดันต่ำในช่อง/พอร์ตเดินเบา ส่งผลให้เชื้อเพลิงไหลผ่านหัวฉีดเดินเบา หัวฉีดเดินเบาถูกตั้งค่าไว้ที่ค่าคงที่ค่าหนึ่งโดยผู้ผลิตคาร์บูเรเตอร์ ทำให้มีปริมาณเชื้อเพลิงไหลตามที่กำหนด
วงจรปิด
คาร์บูเรเตอร์หลายรุ่นใช้ระบบจ่ายเชื้อเพลิงเสริมขณะรอบเดินเบา ซึ่งประกอบด้วยหัวฉีดเชื้อเพลิงเพิ่มเติมที่ใช้ในช่วงเวลาสั้น ๆ เมื่อคันเร่งเริ่มเปิด หัวฉีดนี้ตั้งอยู่ในบริเวณที่มีความดันต่ำเนื่องจากความเร็วลมสูงใกล้กับคันเร่ง (ที่ปิดอยู่บางส่วน) เชื้อเพลิงเพิ่มเติมที่หัวฉีดนี้จ่ายออกมาจะใช้เพื่อชดเชยสุญญากาศที่ลดลงซึ่งเกิดขึ้นเมื่อคันเร่งเปิด ทำให้การเปลี่ยนจากวงจรเดินเบาไปยังวงจรจ่ายเชื้อเพลิงหลักราบรื่นขึ้น
วาล์วควบคุมกำลัง
ในเครื่องยนต์สี่จังหวะมักมีความต้องการที่จะเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์เมื่อทำงานที่ภาระสูง (เพื่อเพิ่มกำลังขับและลดเสียงเคาะของเครื่องยนต์ ) โดยทั่วไปจะใช้ "วาล์วเพิ่มกำลัง" ซึ่งเป็นวาล์วแบบสปริงในคาร์บูเรเตอร์ที่ถูกปิดไว้ด้วยแรงดันสุญญากาศของเครื่องยนต์ เพื่อทำหน้าที่นี้ เมื่อปริมาณอากาศที่ไหลผ่านคาร์บูเรเตอร์เพิ่มขึ้น แรงดันสุญญากาศในท่อร่วมไอดีที่ลดลงจะดึงวาล์วเพิ่มกำลังให้เปิดออก ทำให้เชื้อเพลิงไหลเข้าสู่ระบบจ่ายเชื้อเพลิงหลักมากขึ้น
ในเครื่องยนต์สองจังหวะวาล์วควบคุมกำลังของคาร์บูเรเตอร์ทำงานในลักษณะตรงกันข้าม กล่าวคือ ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ วาล์วจะปล่อยเชื้อเพลิงส่วนเกินเข้าสู่เครื่องยนต์ จากนั้นเมื่อถึงรอบการหมุน ของเครื่องยนต์ที่กำหนด วาล์วจะปิดเพื่อลดปริมาณเชื้อเพลิงที่เข้าสู่เครื่องยนต์ การทำเช่นนี้ก็เพื่อเพิ่มรอบการหมุนสูงสุดของเครื่องยนต์ เนื่องจากเครื่องยนต์สองจังหวะหลายๆ รุ่นสามารถทำรอบการหมุนได้สูงขึ้นชั่วคราวด้วยอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่ต่ำกว่า
สิ่งนี้ไม่ควรสับสนกับ ระบบ วาล์วไอเสีย ที่ไม่เกี่ยวข้อง ซึ่งใช้ในเครื่องยนต์สองจังหวะ
แท่งวัดระยะ / แท่งเพิ่มขนาด
ระบบก้านวัดปริมาณเชื้อเพลิงหรือระบบก้านเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงบางครั้งถูกนำมาใช้เป็นทางเลือกแทนวาล์วควบคุมกำลังในเครื่องยนต์สี่จังหวะ เพื่อจ่ายเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเมื่อทำงานที่ภาระสูง ปลายด้านหนึ่งของก้านจะเรียวลง ซึ่งจะวางอยู่ในหัวฉีดหลักและทำหน้าที่เป็นวาล์วควบคุมการไหลของเชื้อเพลิงในหัวฉีด เมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่ภาระสูง ก้านจะถูกยกขึ้นจากหัวฉีด (ไม่ว่าจะโดยกลไกหรือใช้สุญญากาศจากท่อร่วมไอดี) ทำให้ปริมาณการไหลของเชื้อเพลิงผ่านหัวฉีดเพิ่มขึ้น ระบบเหล่านี้เคยใช้ในคาร์บูเรเตอร์Rochester Quadrajetและในคาร์บูเรเตอร์Carter ในช่วงทศวรรษ 1950
ปั๊มเร่งความเร็ว
แม้ว่าวงจรวัดปริมาณหลักจะสามารถจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์ได้อย่างเพียงพอในสภาวะคงที่ แต่ความเฉื่อยของเชื้อเพลิง (ซึ่งสูงกว่าของอากาศ) ทำให้เกิดการขาดแคลนชั่วคราวเมื่อเปิดคันเร่ง ดังนั้น จึงมักใช้ปั๊มเร่งความเร็วเพื่อจ่ายเชื้อเพลิงเพิ่มเติมในช่วงสั้นๆ เมื่อเปิดคันเร่ง[ 12 ]เมื่อผู้ขับขี่เหยียบคันเร่ง ปั๊มลูกสูบหรือไดอะแฟรมขนาดเล็กจะฉีดเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเข้าไปในช่องคาร์บูเรเตอร์โดยตรง[ 13 ]
ปั๊มเร่งความเร็วสามารถใช้เพื่อ "เตรียม" เครื่องยนต์ด้วยเชื้อเพลิงเพิ่มเติมก่อนที่จะพยายามสตาร์ทเครื่องยนต์ในสภาพอากาศเย็นได้ เช่นกัน
การจัดหาเชื้อเพลิง
ห้องลอย
เพื่อให้แน่ใจว่ามีเชื้อเพลิงเพียงพออยู่เสมอ คาร์บูเรเตอร์จึงมีอ่างเก็บเชื้อเพลิงที่เรียกว่า "ห้องลอย" หรือ "ถ้วยลอย" เชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังห้องลอยโดยปั๊มเชื้อเพลิงหรือโดยแรงโน้มถ่วง โดยถังเชื้อเพลิงจะอยู่สูงกว่าคาร์บูเรเตอร์ วาล์วทางเข้าแบบลอยตัวจะควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงที่เข้าสู่ห้องลอย เพื่อรักษาระดับเชื้อเพลิงให้คงที่ ในเครื่องยนต์ขนาดเล็กบางรุ่น อาจใช้ถังเชื้อเพลิงที่อยู่ต่ำกว่าคาร์บูเรเตอร์แทนห้องลอย และใช้แรงดูดเชื้อเพลิงในการส่งเชื้อเพลิง
ต่างจากเครื่องยนต์ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิง ระบบเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์แบบใช้คาร์บูเรเตอร์นั้นไม่มีแรงดัน สำหรับเครื่องยนต์ที่อากาศที่ไหลผ่านคาร์บูเรเตอร์มีแรงดัน (เช่น ในกรณีที่คาร์บูเรเตอร์อยู่หลังซูเปอร์ชาร์จเจอร์ ) คาร์บูเรเตอร์ทั้งหมดจะต้องอยู่ในกล่องที่มีแรงดันและปิดสนิทจึงจะทำงานได้อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องทำเช่นนั้นในกรณีที่คาร์บูเรเตอร์อยู่ก่อนซูเปอร์ชาร์จเจอร์
ปัญหาเชื้อเพลิงเดือดและไอน้ำอุดตันสามารถเกิดขึ้นได้ในเครื่องยนต์แบบคาร์บูเรเตอร์ โดยเฉพาะในสภาพอากาศร้อน เนื่องจากห้องลูกลอยอยู่ใกล้กับเครื่องยนต์ ความร้อนจากเครื่องยนต์ (รวมถึงความร้อนที่เกิดขึ้นหลายชั่วโมงหลังจากดับเครื่องยนต์แล้ว) อาจทำให้เชื้อเพลิงร้อนขึ้นจนถึงจุดระเหย ซึ่งจะทำให้เกิดฟองอากาศในเชื้อเพลิง (คล้ายกับฟองอากาศที่ทำให้ต้องไล่ลมเบรก ) และขัดขวางการไหลของเชื้อเพลิง เรียกว่า 'ไอน้ำอุดตัน'
เมื่อคาร์บูเรเตอร์ใช้หลักการของเบอร์นูลลี จะมีช่องระบายอากาศจากห้องลูกลอยไปยังอากาศภายนอก ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้เชื้อเพลิงมีแรงดันสูงเกินไป และช่วยปรับสมดุลเชื้อเพลิง/อากาศเมื่อความดันอากาศภายนอกเปลี่ยนแปลง และในคาร์บูเรเตอร์ที่มีเวนทูรีและท่อปิโตต์ ช่องระบายอากาศแต่ละช่องจะต่อเข้ากับทางเข้าของอากาศเพื่อให้ได้ประโยชน์เช่นเดียวกัน
ห้องไดอะแฟรม
หากจำเป็นต้องใช้งานเครื่องยนต์ในขณะที่คาร์บูเรเตอร์ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งตั้งตรง (เช่น ในเลื่อยยนต์หรือเครื่องบิน) ห้องลอยและวาล์วลอยที่ทำงานด้วยแรงโน้มถ่วงจะไม่เหมาะสม โดยทั่วไปแล้วจะใช้ห้องไดอะแฟรมแทน ซึ่งประกอบด้วยไดอะแฟรม ที่ยืดหยุ่นได้ อยู่ด้านหนึ่งของห้องเชื้อเพลิง เชื่อมต่อกับวาล์วเข็มที่ควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงที่เข้าสู่ห้อง เมื่ออัตราการไหลของอากาศในห้อง (ควบคุมโดยวาล์วปีกผีเสื้อ) ลดลง ไดอะแฟรมจะเคลื่อนเข้าด้านใน (ลงล่าง) ซึ่งจะปิดวาล์วเข็มเพื่อลดปริมาณเชื้อเพลิงที่เข้าสู่ห้อง เมื่ออัตราการไหลของอากาศในห้องเพิ่มขึ้น ไดอะแฟรมจะเคลื่อนออกด้านนอก (ขึ้นบน) ซึ่งจะเปิดวาล์วเข็มเพื่อเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิง ทำให้เครื่องยนต์สร้างกำลังได้มากขึ้น เมื่อถึงสภาวะสมดุล ระดับเชื้อเพลิงในถังจะคงที่ ไม่ว่าจะอยู่ในตำแหน่งใดก็ตาม
ส่วนประกอบอื่นๆ
ส่วนประกอบอื่นๆ ที่นำมาใช้ในคาร์บูเรเตอร์ ได้แก่:
- ช่องระบายอากาศช่วยให้อากาศเข้าไปในส่วนต่างๆ ของทางเดินเชื้อเพลิง เพื่อผสมอากาศและเชื้อเพลิงล่วงหน้า ลดการระเหย และปรับอัตราส่วนอากาศ/เชื้อเพลิงให้ถูกต้องในช่วงกว้าง ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าระบบอิมัลชัน
- อุปกรณ์จำกัดการไหลของเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์อากาศยาน เพื่อป้องกันการขาดแคลนเชื้อเพลิงระหว่างการบินกลับหัว
- เครื่องพ่นไอความร้อนเพื่อช่วยในการทำให้เชื้อเพลิงเป็นละออง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันก๊าดน้ำมันระเหยสำหรับรถแทรกเตอร์หรือในเครื่องยนต์เบนซิน-พาราฟิน[ 14 ]
- เครื่องระเหยเชื้อเพลิงรุ่นแรกๆ
- คาร์บูเรเตอร์แบบป้อนกลับซึ่งปรับส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศตามสัญญาณจากเซ็นเซอร์ออกซิเจนเพื่อให้สามารถใช้ตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยา ได้
- คาร์บูเรเตอร์สุญญากาศคงที่ (เรียกอีกอย่างว่าคาร์บูเรเตอร์โช้คแปรผัน) ซึ่งสายคันเร่งเชื่อมต่อโดยตรงกับแผ่นสายคันเร่ง การดึงสายทำให้เบนซินดิบเข้าไปในคาร์บูเรเตอร์ ทำให้เกิดการปล่อยไฮโดรคาร์บอนจำนวนมาก[ 15 ]
- คาร์บูเรเตอร์แบบความเร็วคงที่ใช้การเปิดรับอากาศแบบแปรผันในกระแสอากาศขาเข้าหลังจากที่ลิ้นปีกผีเสื้อเคลื่อนที่จากแป้นเหยียบเร่ง การเปิดรับอากาศแบบแปรผันนี้ถูกควบคุมโดยแรงดัน/สุญญากาศที่จุดเปิดรับอากาศนั้นเอง การเปิดรับอากาศที่ควบคุมด้วยแรงดันนี้ช่วยให้แรงดันอากาศขาเข้าค่อนข้างคงที่ตลอดช่วงความเร็วและภาระของเครื่องยนต์
แบบสองลำกล้องและแบบสี่ลำกล้อง
การออกแบบพื้นฐานของคาร์บูเรเตอร์ประกอบด้วยเวนทูรีเดี่ยว (วงจรวัดปริมาณเชื้อเพลิงหลัก) แต่การออกแบบที่มีเวนทูรีสองหรือสี่อัน (คาร์บูเรเตอร์แบบสองกระบอกและสี่กระบอกตามลำดับ) ก็พบเห็นได้ทั่วไปเช่นกัน โดยทั่วไปแล้วกระบอกจะประกอบด้วยกระบอก "หลัก" ที่ใช้ในสถานการณ์ที่มีภาระต่ำ และกระบอกรองที่จะทำงานเมื่อจำเป็นต้องจ่ายอากาศ/เชื้อเพลิงเพิ่มเติมในสภาวะที่มีภาระสูงขึ้น เวนทูรีหลักและรองมักมีขนาดแตกต่างกันและมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันเพื่อให้เหมาะกับสถานการณ์การใช้งาน
คาร์บูเรเตอร์แบบสี่ช่องจำนวนมากใช้ช่องหลักสองช่องและช่องรองสองช่อง การออกแบบคาร์บูเรเตอร์แบบสี่ช่องที่มีช่องหลักสองช่องและช่องรองสองช่องนั้นนิยมใช้ในเครื่องยนต์ V8เพื่อประหยัดเชื้อเพลิงที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่ำ ในขณะที่ยังคงให้ปริมาณเชื้อเพลิงที่เพียงพอที่ความเร็วรอบสูง
การใช้คาร์บูเรเตอร์หลายตัว (เช่น คาร์บูเรเตอร์สำหรับแต่ละกระบอกสูบหรือคู่กระบอกสูบ) ยังส่งผลให้มีการดูดอากาศเข้าผ่านเวนทูรีหลายตัว[ 16 ]เครื่องยนต์สมรรถนะสูงบางรุ่นใช้คาร์บูเรเตอร์แบบสองบาร์เรลหรือสี่บาร์เรลหลายตัว เช่น คาร์บูเรเตอร์แบบสองบาร์เรลหกตัวในเครื่องยนต์ V12 ของ Ferrari
ประวัติศาสตร์
ในปี ค.ศ. 1826 วิศวกรชาวอเมริกันชื่อ Samuel Moreyได้รับสิทธิบัตรสำหรับ "เครื่องยนต์แก๊สหรือไอ" ซึ่งมีคาร์บูเรเตอร์ที่ผสมน้ำมันสนและอากาศ[ 17 ] [ 18 ]การออกแบบนี้ไม่ได้ถูกนำไปผลิตจริง ในปี ค.ศ. 1888/1889 วิศวกรชาวเยอรมันSiegfried Marcusได้ผลิตรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย เครื่องยนต์ เบนซิน (ซึ่งเป็นการเปิดตัวระบบ จุดระเบิดแบบแม็กนีโตเป็นครั้งแรกด้วย) [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] Karl Benz ได้เปิดตัว Benz Patent-Motorwagenที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สี่จังหวะสูบเดียวในปี ค.ศ. 1885 [ 22 ] [ 23 ]
เครื่องยนต์ทั้งสามเครื่องนี้ใช้คาร์บูเรเตอร์แบบพื้นผิว ซึ่งทำงานโดยการเคลื่อนอากาศผ่านด้านบนของภาชนะที่บรรจุเชื้อเพลิง[ 24 ]
การออกแบบคาร์บูเรเตอร์แบบป้อนด้วยลูกลอยครั้งแรก ซึ่งใช้หัวฉีดละอองน้ำมันได้รับการแนะนำโดยวิศวกรชาวเยอรมันWilhelm MaybachและGottlieb Daimlerในเครื่องยนต์ Grandfather Clockปี 1885 ของพวกเขา [ 25 ]รถยนต์Butler Petrol Cycleซึ่งผลิตในอังกฤษในปี 1888 ก็ใช้คาร์บูเรเตอร์แบบป้อนด้วยลูกลอยเช่นกัน[ 26 ] [ 27 ]ในปี 1892 Maybach ได้ผลิตคาร์บูเรเตอร์ที่สำคัญซึ่งมีเจ็ทพ่นเข้าไปในเวนทูรี ซึ่งต่อมากลายเป็นมาตรฐาน และได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1893
คาร์บูเรเตอร์ตัวแรกสำหรับเครื่องยนต์แบบอยู่กับที่ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1893 โดยวิศวกรชาวฮังการีJános CsonkaและDonát Bánki [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
คาร์บูเรเตอร์แบบสี่ช่องแรกคือCarter Carburetor WCFB และRochester 4GC ที่เหมือนกัน ซึ่งเปิดตัวในรถยนต์รุ่นต่างๆ ของ General Motors ในปี 1952 Oldsmobile เรียกคาร์บูเรเตอร์ใหม่นี้ว่า "Quadri-Jet" (สะกดตามต้นฉบับ) [ 31 ]ในขณะที่ Buick เรียกมันว่า "Airpower" [ 32 ]
ในสหรัฐอเมริกา คาร์บูเรเตอร์เป็นวิธีการส่งเชื้อเพลิงที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน (น้ำมันเบนซิน) ที่ผลิตในสหรัฐฯ ส่วนใหญ่ จนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษ 1980 เมื่อระบบฉีดเชื้อเพลิงกลายเป็นวิธีการที่นิยมมากกว่า[ 33 ]หนึ่งในผู้ใช้คาร์บูเรเตอร์ในวงการมอเตอร์สปอร์ตกลุ่มสุดท้ายคือ NASCAR ซึ่งเปลี่ยนไปใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์หลังจากซีรีส์ Sprint Cup ปี 2011 [ 34 ] NASCARยังคงใช้คาร์บูเรเตอร์แบบสี่ช่องในNASCAR Xfinity Series
ในยุโรป ระบบคาร์บูเรเตอร์ถูกแทนที่ด้วยระบบหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นส่วนใหญ่ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 แม้ว่าระบบหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกนำมาใช้มากขึ้นในรถยนต์หรูและรถสปอร์ตตั้งแต่ทศวรรษ 1970 แล้ว ก็ตาม กฎหมาย ของประชาคมเศรษฐกิจยุโรป (EEC)กำหนดให้รถยนต์ทุกคันที่จำหน่ายและผลิตในประเทศสมาชิกต้องมีตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยาหลังจากเดือนธันวาคม 1992 กฎหมายนี้อยู่ระหว่างการดำเนินการมาสักระยะหนึ่งแล้ว โดยรถยนต์หลายรุ่นเริ่มวางจำหน่ายพร้อมตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยาหรือระบบหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงตั้งแต่ประมาณปี 1990 เป็นต้นมา
การเกิดน้ำแข็งเกาะในคาร์บูเรเตอร์ของเครื่องยนต์เครื่องบิน
ข้อกังวลที่สำคัญสำหรับเครื่องยนต์อากาศยานคือการก่อตัวของน้ำแข็งภายในคาร์บูเรเตอร์ อุณหภูมิของอากาศภายในคาร์บูเรเตอร์อาจลดลงได้ถึง 40 °C (72 °F) [ 35 ]เนื่องจากการรวมกันของความดันอากาศที่ลดลงในเวนทูรีและความร้อนแฝงของเชื้อเพลิงที่ระเหย สภาวะระหว่างการลดระดับลงเพื่อลงจอดนั้นเอื้อต่อการเกิดน้ำแข็งเป็นพิเศษ เนื่องจากเครื่องยนต์ทำงานที่รอบเดินเบาเป็นเวลานานโดยที่คันเร่งปิดอยู่ การเกิดน้ำแข็งยังสามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะการบินที่ระดับความสูง
ระบบทำความร้อนคาร์บูเรเตอร์มักใช้เพื่อป้องกันการเกิดน้ำแข็งเกาะ[ 35 ]ระบบนี้ประกอบด้วยช่องรับอากาศรองซึ่งผ่านรอบท่อไอเสีย เพื่อทำความร้อนอากาศก่อนที่จะเข้าสู่คาร์บูเรเตอร์ โดยทั่วไป ระบบนี้จะทำงานโดยนักบินที่สลับอากาศเข้าด้วยตนเองให้ไหลผ่านช่องรับอากาศที่ทำความร้อนตามต้องการ ระบบทำความร้อนคาร์บูเรเตอร์จะลดกำลังขับ (เนื่องจากความหนาแน่นของอากาศที่ทำความร้อนต่ำกว่า) และทำให้ตัวกรองอากาศเข้าถูกบายพาส ดังนั้นระบบนี้จึงใช้เฉพาะเมื่อมีความเสี่ยงต่อการเกิดน้ำแข็งเกาะเท่านั้น[ 35 ]
หากเครื่องยนต์ทำงานที่รอบเดินเบา อีกวิธีหนึ่งในการป้องกันการเกิดน้ำแข็งเกาะคือการเปิดคันเร่งเป็นระยะ ซึ่งจะเพิ่มอุณหภูมิอากาศภายในคาร์บูเรเตอร์[ 35 ]
การเกิดน้ำแข็งเกาะคาร์บูเรเตอร์ยังเกิดขึ้นในเครื่องยนต์ประเภทอื่นๆ ด้วย และมีการใช้วิธีการต่างๆ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ในเครื่องยนต์แบบแถวเรียง ท่อไอดีและท่อไอเสียจะอยู่ด้านเดียวกันของฝาสูบ ความร้อนจากไอเสียจะถูกใช้เพื่ออุ่นท่อไอดีและคาร์บูเรเตอร์ ในเครื่องยนต์แบบตัววี ไอเสียจะถูกส่งจากฝาสูบด้านหนึ่งผ่านท่อไอดีไปยังฝาสูบอีกด้านหนึ่ง วิธีหนึ่งในการควบคุมการไหลของไอเสียในท่อไอดีเพื่ออุ่นท่อไอดีคือ วาล์วปีกผีเสื้อแบบมีน้ำหนักถ่วงที่เรียกว่าตัวเพิ่มความร้อน ซึ่งจะปิดอยู่เมื่อรอบเดินเบาและเปิดเมื่อการไหลของไอเสียสูงขึ้น รถยนต์บางคันใช้เตาความร้อนรอบๆ ท่อไอเสีย โดยเชื่อมต่อกับท่อไอดีของกรองอากาศและส่งอากาศอุ่นไปยังกรองอากาศ ท่ออุ่นล่วงหน้าที่มีวาล์วปีกผีเสื้อควบคุมด้วยสุญญากาศบนท่อไอดีของกรองอากาศจะเปิดเพื่อให้อากาศเย็นเข้ามาเมื่อภาระของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น
ดูเพิ่มเติม
