Горючая смесь и влияние ее состава на работу двигателя

Автомобильный карбюратор

Горючая смесь и влияние ее состава на работу двигателя. Горючие смеси, необходимые для работы карбюраторного двигателя, приготавливаются в смесеобразующем устройстве карбюратора и впускном трубопроводе двигателя.

Время, отводимое на приготовление смесей, определяется рабочим процессом двигателя. Для современных двигателей это время чрезвычайно мало и составляет 0,007 -0,015 с.

Количество испаряющегося топлива в заданном объеме воздуха зависит от его фракционного состава и давления насыщенных паров.

Другим непременным условием образования горючих смесей является необходимость подвода тепла к испаряющемуся топливу. Практически это осуществляется подогревом впускного трубопровода, связывающего карбюратор с цилиндром двигателя.

Температура подогрева смеси, обеспечивающая наилучшее смесеобразование, составляет 40 — 60°С.

Очень большое значение для смесеобразования имеет степень распыливания топлива в смесеобразующем устройстве карбюратора. Чем мельче распыливается топливо, тем скорее и лучше оно испаряется. При этом значительное влияние на испарение топлива оказывает также скорость движения воздуха в смесительной камере.

При малой скорости воздух вступает в контакт с капельками испаряющегося топлива, быстро насыщается его парами, и испарение замедляется. При большой скорости воздуха условия испарения топлива улучшаются, так как поток воздуха увлекает за собой пары испарившегося топлива, и процесс испарения ускоряется.

КолесаДаром

Высокая скорость воздуха создает во впускном трубопроводе завихрение смеси, что также способствует лучшему перемешиванию паров топлива и воздуха и повышает однородность смеси.

Содержание топлива и воздуха в горючей смеси характеризует ее состав. Состав смеси наиболее просто можно оценить количеством воздуха, приходящегося на 1 кг топлива.

Различные виды жидких топлив требуют для полного сгорания неодинаковое количество воздуха. Так, для полного сгорания 1 кг бензина необходимо 15 кг воздуха при нормальном атмосферном давлении; и температуре 20°С. В этом случае смесь называется нормальной, а количество воздуха 15 кг — теоретически необходимым.

На практике для определения состава смеси используют показатель, называемый коэффициентом избытка воздуха α.

Он представляет собой отношение количества воздуха Lg, действительно поступившего со смесью в цилиндр, к количеству воздуха Lnв нормальной смеси, т. е. α=Lg/Ln. Если в горючей смеси воздуха содержится столько, сколько необходимо для пол­ного сгорания топлива (Lg=Ln=15кг), то α =1. При отклонениях коэффициента α от 1 различают смеси обогащенные и богатые (α меньше 1), обедненные и бедные (α больше 1). Обогащенные и богатые смеси характеризуются недостатком воздуха, в обедненные и бедные — избытком воздуха.

Горючие смеси воспламеняются только в определенных пределах изменения их состава. Эти пределы могут быть выражены коэффициентом избытка воздуха и называются пределами воспламеняемости смесей, которые для бензиновых горючих смесей оценивают ориентировочно α = 0,4-1,4. В зависимости от изменения внешних условий, главным образом начальной температуры, пределы воспламеняемости смесей могут несколько от­клоняться от указанных значений. Например, при 0°С α =0,53-1,23, при 100°С α =0,4-1,6.

На пределы воспламеняемости смесей влияет также количество отработавших газов, оставшихся в цилиндре двигателя после завершения такта выпуска. Остаточные газы сужают пределы воспламеняемости смесей.

Состав горючих смесей оказывает непосредственное влияние на мощность и экономичность двигателя и сильно зависит от режима работы двигателя.

Для работы двигателя в режиме холостого хода или малых нагрузках, т. е. при сильно прикрытой дроссельной заслонке, лучше всего иметь обогащенную смесь. При этих условиях распыливание и испарение топлива в карбюраторе ухудшаются вследствие малых скоростей воздушного потока в диффузоре. Кроме того, с прикрытием дроссельной заслонки увеличивается количество продуктов в цилиндре, которые остаются там после предшествующего рабочего цикла. Чтобы скомпенсировать этот недостаток, необходимо смесь сделать значительно обогащенной (α = 0,65-0,75). В этих условиях обогащенная смесь будет способствовать надежной работе двигателя.

В режимах работы двигателя на средних нагрузках предпочтительно готовить горючую смесь обедненного состава. При обеднении смеси до коэффициента избытка воздуха α = 1,1-1,15 (до 16-17 кг воздуха на 1 кг топлива) увеличивается полнота сгорания смеси, но скорость сгорания и количество выделившегося тепла уменьшаются, что приводит к снижению давления газов в цилиндрах, а следовательно, и мощности двигателя. Однако экономичность двигателя в этом случае возрастает, так как топливо сгорает наиболее полно и в меньшем количестве. Но поскольку современные двигатели работают большую часть времени с неполной мощностью, то обедненная смесь является наиболее подходящей.

Если горючая смесь будет обедняться до больших значений (α = 1,2-1,3), то скорость его сгорания уменьшается очень сильно. Это существенно снижает мощность двигателя, а при дальнейшем обеднении может наступить предел воспламеняемости смеси (α =1,4), когда двигатель не сможет работать совсем.

В некоторых условиях необходима кратковременная работа двигателя с максимальной нагрузкой (движение с максимальной скоростью, преодоление крутых подъемов и т. д.). В таких случаях, пренебрегая экономичностью, применяют обогащенную смесь.

При обогащении смеси до значений а =1-0,9 скорость сгорания горючей смеси возрастает. Наибольшая скорость сгорания получается при а =0,9, что соответствует приблизительно 13 кг воздуха на 1 кг топлива. Такое соотношение топлива и воздуха в смеси обеспечивает получение наибольшей мощности двигателя. Однако сгорание топлива в этом случае будет неполным, и экономичность работы двигателя уменьшится. Поступление обогащенной смеси позволяет получить наибольшую мощность двигателя, которая используется только при определенных, сравнительно коротких по времени режимах работы двигателя. Поэтому применение обогащенных смесей не влияет существенно на расход топлива двигателем, но значительно повышает эффективность его работы.

Если горючая смесь будет обогащаться до значений α =0,6-0,5  (богатая смесь),

неполнота сгорания увеличивается очень сильно. При коэффициенте избытка воздуха α =0,4 или содержании воздуха в смеси менее 6 кг на 1 кг топлива горючая смесь не воспламеняется.

При пуске холодного двигателя ухудшаются условия образования горючей смеси. Во-первых, отсутствует подогрев впускного трубопровода, и стенки цилиндров также не нагреты. Во-вторых, скорость потока воздуха через диффузор при пуске невелика, что также ухудшает распыливание и испарение топлива. Вытекающее из распылителя топливо движется в виде пленки по трубопроводу и в жидком состоянии попадает в цилиндры. Поэтому для создания смеси, которая может воспламеняться и гореть, приходится значительно увеличивать количество топлива в ней.

Известно, что время пуска двигателя уменьшается с обогащением смеси. Поэтому при пуске двигателя смесь должна быть очень богатой, чтобы за счет испарения наиболее легких фракций топлива получить требуемый для воспламенения состав смеси (α =0,4). Практически на одну часть массы топлива должно приходиться две-три части воздуха. При этом большая часть топлива при пуске затрачивается непроизводительно. Топливо, не принимающее участия в горении, попадает в цилиндры двигателя и интенсивно смывает смазку, вызывая повышенный износ поршней и цилиндров. Поэтому после пуска двигателя необходимо сразу уменьшать степень обогащения горючей смеси.

При работе автомобильного двигателя в условиях движения часто приходится резко открывать дроссельную заслонку карбюратора. Такие случаи могут встретиться, например, при обгонах и быстрых ускорениях. Резкое открытие дроссельной заслонки простейшего карбюратора вызывает кратковременное обеднение смеси, которое объясняется следующими причинами.

Вначале при приоткрытой дроссельной заслонке и установившемся режиме работы двигателя разрежение в диффузоре сравнительно небольшое. Как только дроссельная заслонка резко открывается, это разрежение быстро возрастает. При этом воздух вследствие его меньшей массы по сравнению с топливом, т. е. обладая большей подвижностью, получает большее ускорение и будет поступать в смесительную камеру в большем количестве, т. е. смесь обедняется. Этот процесс будет идти до тех пор, пока скорости воздуха и топлива не выровняются.

Кроме разницы скоростей при резком открывании дроссельной заслонки ухудшаются условия испарения топлива. В этом случае за дроссельной заслонкой разрежение уменьшается, топливо не успевает испаряться, и его наиболее крупные капельки начинают оседать на стенках впускного трубопровода, образуя пленку большой толщины. В результате смесь обедняется. Обеднение смеси будет происходить до тех пор, пока пленка не достигнет толщины, соответствующей установившемуся режиму.

Влияние резкого открытия дроссельной заслонки простейшего карбюратора может характеризоваться такими признаками: появляются перебои в работе двигателя, хлопки в карбюраторе и даже возможна остановка двигателя.

Таким образом, для улучшения приемистости двигателя, а также для устранения всех нарушений, которыми сопровождается работа двигателя при резком открытии дроссельной заслонки карбюратора, необходимо кратковременное обогащение горючей смеси.

В заключение можно сказать, что для каждого характерного режима работы двигателя необходимы строго соответствующие ему горючие смеси:

при пуске холодного двигателя смесь должна быть очень богатой (α =0,5—0,4);

на холостом ходу—значительно обогащенной (α =0,65—0,75);

на  средних нагрузках  при открытии  дроссельной заслонки до 80% ее хода -обедненной (α =1,1—1,15);

на полной мощности,при полном открытии дроссельной заслонки, -обогащенной (α = 0,8— 0,9);

при резком открытии дроссельной заслонки смесь должна получать кратковременное обогащение (α =0,8—0,9).