4. Влияние состава горючей смеси на работу двигателя

В карбюраторных двигателях при неизменной частоте вращения коленчатого вала и степени открытия дроссельной заслонки давление при сгорании и максимальная температура цикла зависят от количества топлива, содержащегося в горючей смеси. По опытным данным, наибольшее выделение тепла при сгорании и, следовательно, максимальные температура и давление наблюдаются при сгорании смесей с коэффициентом избытка воздуха =0,85…0,9.

При чрезмерном обогащении смеси заметно удлиняется период задержки воспламенения, увеличиваются тепловые потери в охлаждающую среду, а неполнота сгорания снижает мощность, ухудшает экономичность и повышает токсичность выхлопных газов. Наибольшая экономичность работы карбюраторных двигателей достигается на обедненных горючих смесях с =1,05…1,15. Однако дальнейшее обеднение смеси вместо ожидаемого повышения экономичности дает обратный эффект, так как сопровождается замедленным сгоранием и возрастанием тепловых потерь.

Дросселирование. Прикрытие дроссельной заслонки карбюратора уменьшает количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, при этом относительное количество остаточных газов сильно увеличивается, а температура сгорания понижается. В этих условиях замедляется скорость распространения пламени, то есть возрастает период задержки воспламенения. При дросселировании резко уменьшаются максимальные давления и температуры цикла.

Состав горючей смеси при дросселировании, обеспечивающий наивыгоднейшую экономичность, должен изменяться; по море прикрытия дросселя, карбюратор должен приготовлять постепенно обогащающуюся смесь, при которой сгорание идет быстрее, а тепловые потери уменьшаются.

Для повышения экономичности целесообразно также при дросселировании увеличивать угол опережения зажигания для обеспечения конца сгорания ближе в ВМТ. Для этой цели обычно применяются вакуум регуляторы опережения зажигания.

5 Образование горючей смеси в карбюраторе

Движение воздушного потока через, карбюратор. Воздух проходит через карбюратор со сравнительно большими скоростями, поэтому давление в нем заметно понижается. Наименьшее давление (или наибольшее разрежение) в горловине диффузора наблюдается при максимальных расходах воздуха. Отсюда следует, что разрежение в диффузоре возрастает по мере увеличения открытия дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала.

Работа двигателя при постоянной частоте вращения вала и постепенно прикрывающейся дроссельной заслонке связана с уменьшением количества смеси, поступающей в цилиндры двигателя. При этом разрежение в диффузоре уменьшается, так как скорости воздуха в нем понижаются, а разрежение за дроссельной заслонкой резко увеличивается. Это объясняется тем, что при уменьшении поступления в цилиндры горючей смеси объемы перемещения поршней остаются неизменными.

Работа двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой и возрастающей частотой вращения вала двигателя связана с увеличением количества смеси, поступающей в двигатель. При этом разрежение в диффузоре и за дроссельной заслонкой растет, но в диффузоре оно все время превышает разрежение за дроссельной заслонкой, так как площадь диффузора является наименьшей и скорость воздуха в нем оказывается наибольшей.

Положение дроссельной заслонки определяет водитель, в зависимости от величины дорожных сопротивлений и желаемой скорости движения автомобиля.

Площадь горловины диффузора подбирают так, чтобы при малой частоте вращения и неполном открытии дроссельной заслонки скорость воздуха была бы не ниже 40…50 м/с во избежание плохого распыливания топлива, а при большой частоте вращения и при полном открытии дроссельной заслонки скорость воздуха не должна превышать 120 м/с, чтобы не вызывать заметного снижения коэффициента наполнения и мощности двигателя.

Для выполнения этих противоречивых требований в конструкциях современных карбюраторов находят применение двойные диффузоры, двухкамерные карбюраторы, в том числе с последовательным открытием дроссельных заслонок.

Истечение топлива из распылителя. Разность давлений в поплавковой камере и в диффузоре у распылителя заставляет топливо протекать по системе каналов через жиклер в распылитель, а оттуда в диффузор карбюратора, в котором движется поток воздуха.

Распыливание топлива. Струя топлива, вытекающая из жиклера, распыляется на мелкие капли вследствие трения, возникающего между струей и потоком воздуха, движущегося с большой скоростью.

Тонкость распыливания, топлива оценивается средним диаметром капель, который тем меньше, чем больше скорость воздушного потока и меньше поверхностное натяжение топлива.

Испарение топлива. Условия для испарения топлива в карбюраторе неблагоприятны. Время, отводимое на испарение, изменяется лишь сотыми долями секунды; температура, при которой происходит испарение, сравнительно небольшая.

Неиспарившееся топливо в виде капель уносится воздушным потоком, а так как температура впускного коллектора сравнительно невысока, топливо конденсируется и оседает на внутренних стенках коллектора, образуя жидкую пленку. Скопление пленки ухудшает распределение горючей смеси по цилиндрам двигателя. Часть неиспарившегося топлива уносится в цилиндры, что ухудшает сгорание смеси. Часть топлива проникает в картер и разжижает масло.

В карбюраторных двигателях для улучшения испаряемости топлива, уменьшения неравномерности распределения смеси по цилиндрам, предотвращения конденсации и понижения пленкообразования применяется подогрев горючей смеси от системы охлаждения.

6. Основные требования к карбюратору.

На холостом ходу и малых нагрузках двигателя дроссель прикрыт. Температурный режим двигателя понижен. Условия для распиливания и испарения топлива неблагоприятны. В составе рабочей смеси велико относительное содержание остаточных газов. Для устойчивой и бесперебойной работы двигателя карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь (=0,6…0,8).

На частичных нагрузках дроссель постепенно открывают: скорость воздушного потока возрастает. Температурный режим двигателя повышается. Условия распыливания и испарения топлива улучшаются. Автомобильный карбюраторный двигатель большую часть времени работает на режимах неполных нагрузок. Для экономичности работу карбюратор должен приготовлять горючую смесь, постепенно обедняющуюся по мере открытия дросселя. Коэффициент избытка воздуха должен при этом увеличиваться от значений, обеспечивающих холостой ход и малые нагрузки, до =1,05…1,15.

При полностью открытом дросселе, для обеспечения максимальной мощности двигателя карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь. При этом коэффициент избытка воздуха должен понизиться до значения =0,8…0,9.

В современных карбюраторах за счет введения в их конструкцию вспомогательных дозирующих систем смесь имеет следующие составы: экономический при неполных открытиях дроссельной заслонки; мощностной -при полных ее открытиях. В первом случае недобор мощности (примерно 15%) не страшен, так как при необходимости можно несколько увеличить открытие дросселя. Во втором случае перерасход топлива (15…20%) неизбежен, но он будет наблюдаться в условиях эксплуатации сравнительно редко.

Перечисленные требования к карбюратору не исчерпывают всех условий, необходимых для работы двигателя на различных эксплуатационных режимах. Рассмотрим эти условия.

При пуске холодного двигателя пусковая скорость вращения коленчатого вала невелика, поэтому скорость воздуха в диффузоре и разрежение в нем незначительны. Температурный режим двигателя низкий. Поэтому условия для истечения, распыливания и испарения топлива неблагоприятны.

Для надежного пуска двигателя карбюратор должен приготовлять богатую смесь, характеризуемую =0,2…0,6. Это достигается прикрытием воздушной заслонки, то есть созданием глубокого разрежения в смесительной камере карбюратора.

При пуске горячего двигателя условия смесеобразования благоприятны, и прикрывать воздушную заслонку нет необходимости.

При резком увеличении нагрузки (открытии дроссельной заслонки) вследствие большей инерции топлива его расход возрастает медленнее, чем расход воздуха. Это вызвало бы временное обеднение смеси, перебои в работе двигателя и затрудняло бы разгон машины. Для того, чтобы резкое открытие дросселя не сопровождалось обеднением смеси, карбюратор должен обладать способностью кратковременно обогащать смесь до такого состава, при котором достижимо нормальное нарастание частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Элементарный карбюратор. Простейший одножиклерный карбюратор, выполненный по схеме (рис. 6), конструктивно прост, но установленным ранее требованиям не удовлетворяет.

Рис. 6. Принципиальная схема элементарного карбюратора

На холостом ходу при малых открытиях дроссельной заслонки разрежение в диффузоре такого карбюратора настолько мало, что топливо из распылителя в смесительную камеру практически не поступает. Состав смеси на этом режиме будет переобедненным и характеризоваться высокими значениями коэффициента избытка воздуха (>1,4), при котором двигатель работать не сможет.

По мере открытия дроссельной заслонки и повышения разрежения в диффузоре состав смеси, приготовляемый элементарным карбюратором, будет стремиться к обогащению, а коэффициент избытка воздуха понижаться.

Из сопоставления характеристики желаемого и элементарного карбюраторов видно, что элементарный карбюратор не обеспечивает приготовления горючей смеси требуемого состава. Поэтому все карбюраторы снабжены дозирующими устройствами, предназначенными для исправления характеристики элементарного карбюратора и максимального приближения ее к характеристике желаемого.