3. Сумішоутворення в бензинових двигунах

Під сумішоутворенням в двигунах з іскровим запалюванням розуміють комплекс взаємозалежних процесів, супроводжуючих дозування палива й повітря,распиливание і випаровування палива й перемішування його з повітрям. Якіснасумішоутвореня є необхідною передумовою отримання високих потужних, економічних пріоритетів і екологічних показників двигуна.

Протікання процесів сумішоутворення значною мірою залежить від фізико-хімічних властивостей палива й способу її подання. У двигунах з зовнішнім сумішоутворенням процес сумішоутворення починається у карбюраторі (форсунці) і триває у впускному колекторі і закінчується циліндрі.

Після виходу струменя палива з розпилювача карбюратора чи форсунки починається розпад струменя під впливом сил аеродинамічного опору (внаслідок різниці швидкостей руху повітря і палива). Мілкість і однорідність розпилення залежить від швидкості повітря на дифузорі, в'язкості й поверхневого натягу палива. При пуску карбюраторного двигуна за його щодо низької температури розпилення палива у тому, й у циліндри надходить до 90 й більше відсотків палива у рідкому стані. У результаті задля забезпечення надійного пуску необхідно істотно збільшувати циклову подачу палива (доводити до значень 0,1-0,2).

Процес розпилення рідкої фази палива протікає й у прохідному перерізі впускного клапана, а при повністю відкритій дросельній заслінці.

Частина крапель палива, що засмоктується потоком повітря і парів палива, продовжує випаровуватися, а частина – осідає як плівка на стінках камери,впускного колектора і каналу в голівці блоку. Під впливом дотичного зусилля від взаємодії з потоком повітря плівка рухається убік циліндра. Оскільки швидкість руху паливо-повітряної суміші і крапель палива відрізняються незначно (на 2–6м/c), то інтенсивність випаровування крапель низька. Випаровування із поверхні плівки протікає інтенсивніше. Для прискорення процесу випаровування плівки впускний колектор в двигунах карбюраторних і з центральним упорскуванням підігрівають.

Різний опір гілок впускного колектора і нерівномірний розподіл плівки у тих гілках призводять до нерівномірності складу суміші по циліндрам. Ступінь нерівномірності складу суміші може становити 15–17 %.

При випаровуванні палива протікає процес його фракціонування. Передусім випаровуються легкі фракції, а за ними вже більш важкі потрапляють у циліндр в вигляді рідкої фази. Через війну нерівномірний розподіл рідкої фази в циліндрах може бути як суміш з різними співвідношенням паливо – повітря, а й паливо різного фракційного складу. Отже, і октанові числа палива, що у різних циліндрах, будуть неоднаковими.

Якість сумішоутворення поліпшується зі зростанням частоти обертання колінвала. Особливо негативний вплив плівки на показники роботи двигуна на перехідних режимах.

Нерівномірність складу суміші в двигунах з розподіленим упорскуванням визначається, переважно, ідентичністю роботи форсунок. Ступінь нерівномірності складу суміші становить ±1,5 % під час роботи по зовнішньої швидкісної характеристики й ±4 % на холостому ходу з мінімальним частотою обертання n>х.х.>min.

При упорскуванні палива у циліндр можливі два способи сумішоутворення:

• із отриманням гомогенної суміші;

• з розшаруванням заряду.

Реалізація останнього способу сумішоутворення пов'язані з чималими труднощами.

У газових двигунах з зовнішнім сумішоутворенням паливо вводять у повітряний потік в газоподібному стані. Низьке значення температури кипіння, високе значення коефіцієнта дифузії й суттєво менше значення теоретично необхідної для згоряння кількості повітря (наприклад для бензину 58,6, метану – 9,52 (м³пов)/(м³палив) забезпечують отримання практично гомогенної займистою суміші. Розподіл суміші по циліндрам більш рівномірний.

Сумішоутворення при карбюрації.

Розпилення палива. Після виходу струменя палива з розпилювача карбюратора починається її розпад. Під впливом сил аеродинамічного опору (швидкість повітря значно вищий швидкості палива) струмінь розпадається на плівки й краплини різних діаметрів. Середній діаметр крапель виході з карбюратора орієнтовно вважатимуться рівним 100мкм. Поліпшення розпилення збільшує сумарну поверхню крапель і сприяє швидшому їх випаровуванню. Збільшуючи швидкість повітря на дифузорі і зменшуючи в'язкість і коефіцієнт поверхового натягу палива, покращують обмеженість і однорідність розпилення.

Після запуску карбюраторного двигуна розпилення палива у ньому.

Розпилення і рух плівки палива. Під впливом потоку повітря і гравітаційних сил деякі краплі осідають на стінках карбюратора і впускного трубопроводу, створюючи паливну плівку. На плівку палива впливають сили зчеплення зі стінкою, дотичне зусилля із боку потоку повітря, перепад статичного тиску з периметру перерізу, і навіть сили тяжіння й поверхневого натягу. Унаслідок цих сил плівка набуває складну траєкторію руху. Швидкість її руху на кілька десятків разів менша швидкості потоку суміші. Найбільше плівки утворюється на режимах повних навантажень й малої частоти обертання, коли швидкість повітря і обмеженість розпилення палива невеликі. І тут кількість плівки виході з впускного трубопроводу може становити близько 25 % від загальної витрати палива.

Випаровування палива. Паливо випаровується із поверхні крапель і плівки при порівняно невеликих температурах. Краплі перебувають у впускний системі двигуна приблизно протягом 0,002–0,05 с. Упродовж цього терміну встигають повністю випаруватися лише дрібні каплі. Низькі швидкості випаровування крапель визначаються переважно молекулярним механізмом перенесення тепла й маси, оскільки багато часу краплі рухаються при незначному обдуві повітрям. Тому на здатність до випаровування крапель помітно впливають обмеженість розпилення і початкова температура палива, вплив ж температури повітряного потоку незначний.

Плівка палива інтенсивно обдувається потоком. У цьому велике значення на її випаровування має теплообмін зі стінками впускного тракту, тому при центральному упорскуванні і карбюрації впускний трубопровід зазвичай обігрівається охолоджувальною рідиною чи відпрацьованими газами. Процес випаровування палива триває в циліндрі під час тактів впуску й стиску. На початку згоряння паливо практично випаровується повністю.

Отже, на режимах холодного пуску і прогріву, коли температури палива, поверхонь впускного тракту та повітря малі, випаровування бензину мінімальне, а на режимі пуску при цьому майже відсутнє розпилення, умови сумішоутворення вкрай несприятливі.

Нерівномірність складу суміші по циліндрам. Через неоднаковий опір гілок впускного тракту наповнення окремих циліндрів повітрям може відрізнятися (на 2–4 %). Розподіл палива по циліндрам карбюраторного двигуна може характеризуватися значно більшою нерівномірністю, переважно, з допомогою неоднакового розподілу плівки. Це означає, що склад суміші в циліндрах є неоднаковим.

Значення найпростіше визначити з аналізу складу СО, які виходять із кожного циліндра. Ступінь нерівномірності складу суміші при невдалої конструкції впускного тракту може становити 20 %, що помітно погіршує економічні, екологічні, потужностні та інші показники роботи двигуна. Нерівномірність складу суміші залежить також від режиму роботи двигуна. Зі збільшенням частоти обертання колінвала поліпшуютєься розпилення і випаровування палива, тому нерівномірність складу суміші знижується.

Контрольні питання

1. Основні системи карбюраторів.

2. Будова елементарного карбюратора.

3. Процес сумішоутворення у карбюраторних двигунах.

4. Фактори які впливають на роботу двигунів.

Тема № 9. СУМІШОУТВОРЕННЯ В ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУНАХ.

1. Процес розпилення палива

2. Вплив розпилення на процес сумішоутворення.

2. Сумішоутворення в нерозділених і напіврозділених камерах згоряння.

4 Сумішоутворення у розділених камерах згоряння.