Горючая смесь и ее влияние на мощностные и экономические показатели работы двигателя

Приготовленная в карбюраторе смесь из топлива и воздуха называется горючей. В дальнейшем при поступлении горючей смеси в цилиндр двигателя к ней подмешиваются отработавшие газы, которые не до конца были удалены из цилиндра в предыдущем цикле. В этом случае смесь называется рабочей, так как именно она подвергается вос­пламенению.

Соотношение топлива и воздуха в горючей смеси оказывает существенное влияние не только на мощность двигателя, но и на его экономичность.

Чтобы оценить тот или иной состав горючей смеси, приготовляемой карбюратором для различных режимов работы двигателя, пользуются таким параметром, как коэффициент избытка воздуха а — отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр, к необходимому количеству воздуха для полного сгорания поступившего в цилиндр топлива.

Известно, что для полного сгорания 1 кг бензина требуется примерно 15 кг воздуха. Если соотношение воздуха и бензина в горючей смеси действительно такое, то горючая смесь нормальная и ее коэффициент избытка воздуха α = 1.

Если на 1 кг бензина в смеси приходится более 15 кг воздуха, но не более 17 кг, то такая горючая смесь считается обедненной, 1,05 < α < 1,15. Если содержание воздуха более 17 кг, то горючая смесь считается бедной, 1,2 < α < 1,25.

Горючую смесь, содержащую меньше 15 кг, но не менее 12 кг воздуха на 1 кг бензина, называют обогащенной, 0,8 < α < 0,95, а при содер­жании воздуха менее 12 кг — богатой, 0,4 < α < 0,7.

При коэффициентах избытка воздуха α = 0,3 и α = 1,3 горючая смесь от искры перестает воспламеняться. Такие составы горючей смеси называются переобогащенными и переобедненными и соответствуют верхнему и нижнему пределам воспламенения.

Наиболее экономичная работа двигателя достигается на обеденной смеси (1,05 < α < 1,15), а наибольшую мощность он развивает на обогащенных составах (0,8< α <0,95).

Чем беднее состав горючей смеси, тем вероятность полного сгорания топлива больше, и наоборот. Поэтому режимы работы двигателя, требующие обогащенной горючей смеси, а тем более богатой, являются неэкономичными. Они же становятся причиной наибольшего загрязнения окружающей среды продуктами неполноты сгорания топлива, среди которых есть отравляющие и канцерогенные вещества.

Любой из составов горючей смеси должен отвечать двум требованиям, которые обеспечивают качество горючей смеси:

• мелкое распыление топлива в слоях воздуха;

• однородность, т. е. равномерное распределение топлива в воздухе
по всему объему смеси.

В зависимости от места и способа приготовления горючей смеси автомобильные двигатели могут иметь различные системы питания (рис. 7.2).

Двигатели называются карбюраторными, если горючая смесь готовится в карбюраторах. При этом используется пульверизационный способ, когда бензин из распылителя попадает в поток воздуха и при разнице скоростей движения бензина (5—7 м/с) и воздуха (50—150 м/с) капли бензина размельчаются, испаряются и хорошо перемешиваются с воздухом. Образованная горючая смесь поступает по впускному трубопроводу в цилиндры двигателя.

Горючая смесь может быть приготовлена и непосредственно во впускном трубопроводе путем впрыска топлива под давлением и специальных форсунок в слои воздуха в зоне впускных клапанов. Такие двигатели называются инжекторными.

-

-

Рис.7.2. Различные системы питания по способу приготовления горючей смеси

Система питания с приготовлением горючей смеси непосредственно в цилиндрах двигателя чаще применяется в дизелях, реже в бензиновых двигателях. Приготовление горючей смеси происходит внутри цилиндров двигателя путем впрыска под давлением из форсунки мелко распыленного топлива в сжимаемый в цилиндрах воздух. При этом в дизелях происходит самовоспламенение образовавшейся рабочей смеси, а в бензиновых двигателях она воспламеняется принудительно от искрового разряда свечей зажигания.

Простейший карбюратор

Карбюратор должен осуществлять следующее:

• точное дозирование топлива;

• распыление топлива, его испарение и перемешивание с воздухом;

• дозирование подаваемой в цилиндры двигателя горючей смеси в
соответствии с режимами его работы.

Принципиальная схема простейшего карбюратора показана на рис. 7.3. Основными его элементами являются поплавковая камера 7, топливный жиклер 5, дроссельная заслонка 3 и воздушный канал /.

Поплавковая камера 7 с поплавком 6 и игольчатым клапаном 8 служит для поддержания постоянного уровня топлива на входе в топливный жиклер 5. Если уровень топлива выше заданного, то игольчатый клапан 8 поплавка 6 запирает канал для поступления бензина. Уровень бензина поддерживается ниже края распылителя на 2—3 мм. Свободный от топлива край камеры сообщается с окружающей средой или с началом воздушного канала карбюратора. В последнем случае поплав­ковая камера называется сбалансированн

Рис. 7.3. Схема простейшего карбюратора: Pq — атмосферное давление; АР_п — разрежение в диффузоре; 5 — превышение среза распылителя над уровнем в поплавковой камере; / — воз­душный канал; 2 — диффузор; 3 — дроссельная заслонка; 4— смесительная камера; 5— топлив­ный жиклер; 6 — поплавок; 7— поплавковая камера; 8— игольчатый клапан; 9 — распылитель

Топливный жиклер 5 дозирует количество топлива, поступающее через распылитель 9 в воздушный канал карбюратора. Дроссельной заслонкой 3 регулируется количество горючей смеси, подаваемой из карбюратора во впускной трубопровод и далее в цилиндры двигателя. В воздушном канале топливо распыляется и перемешивается с воздухом.

Карбюратор работает следующим образом.

При проворачивании коленчатого вала на такте всасывания в цилиндре двигателя образуется разрежение, которое передается в воздушный канал карбюратора (ΔP_Д), в результате чего воздух из окружающей среды поступает в этот канал и движется по нему. В диффузоре 2 сечение воздушного потока уменьшается, в связи с чем значительно повышается его скорость и создается местное разрежение в зоне распылителя 9. Вследствие разрежения из распылителя в воздушный канал фонтанирует топливо. При выходе из сопла распылителя топливо подхватывается воздушным потоком и, перемещаясь по воздушному каналу со значительно меньшей скоростью, чем воздух, мелко распыляется. Затем в смесительной камере распыленное топливо перемешивается с воздухом и частично испаряется, образуя горючую смесь, которая из смесительной камеры поступает во впускной трубопровод, а оттуда в цилиндры двигателя.

Во время движения горючей смеси по впускному тракту процесс смесеобразования продолжается. При этом часть неиспарившегося топлива испаряется и перемешивается с воздухом, а часть его может выпадать в виде осадка на стенки карбюратора и впускного трубопровода, образуя так называемую топливную пленку.