Смесеобразование и состав горючей смеси

Сущность процесса смесеобразования заключается в получении мельчайших частиц бензина, полного их испарения и перемешивания с воздухом. Процесс получения смеси воздуха с мелко распыленным и частично испаренным бензином называется карбюрацией, а прибор, в котором происходит этот процесс, – карбюратором. Основным назначением карбюратора является дозирование подачи бензина для любого из возможных режимов работы двигателя. При этом смеседозирующие устройства карбюратора обеспечивают необходимое соотношение между распыленным топливом и воздухом.

Полученная таким образом смесь мельчайших частиц и паров бензина с воздухом называется горючей смесью. В цилиндрах двигателя горючая смесь смешивается с оставшимися там от предыдущего цикла продуктами сгорания (остаточными газами) и образует рабочую смесь.

Для полного сгорания 1 кг бензина теоретически требуется 15 кг (или 12,5 м³) воздуха. Однако при работе карбюраторного двигателя количество воздуха в горючей смеси может быть больше или меньше теоретически необходимого. Поэтому состав горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха a, который представляет собой отношение количества воздуха, участвующего в сгорании топлива, к теоретически необходимому его количеству. Если в горючей смеси на 1 кг топлива приходится 15 кг воздуха, то смесь называется нормальной и в этом случае a = 1. Если в горючей смеси на 1 кг топлива приходится свыше 15 кг воздуха, но не более 17 кг, то ее называют обедненной (a = 1,05-1,15), при содержании же воздуха свыше 17 кг – бедной (a = 1,2-1,25). Горючую смесь, содержащую меньше 15 кг, но не менее 12 кг воздуха на 1 кг топлива, называют обогащенной (a = 0,8-0,95), а при содержании воздуха менее 12 кг – богатой (a = 0,4-0,7). Наиболее экономичная работа двигателя достигается на обедненной смеси (a = 1,05-1,15).

Общее устройство системы питания и простейший

Карбюратор

Система питания карбюраторного двигателя служит для приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода из них продуктов сгорания. В систему питания входят устройства, обеспечивающие хранение подачу и очистку топлива и воздуха, приготовление горючей смеси, отвод отработавших газов и глушение шума при выпуске.

В системе питания карбюраторного двигателя (рисунок 7.1) бензин из правого топливного бака 4, через открытый кран 5, фильтр-отстойник 6 и топливопроводы 9 подается насосом 3 через фильтр тонкой очистки топлива 1 к карбюратору 2. Одновременно из подкапотного пространства через воздушный фильтр в карбюратор засасывается очищенный воздух, который, смешиваясь с парами и мелко распыленными частицами бензина, образуют горючую смесь, поступающую через впускной газопровод в цилиндры двигателя и сгорающую там. Из цилиндров отработавшие газы через выпускной газопровод отводятся в приемные трубы, из них к глушителю, который не только снижает шум, но и гасит пламя и искры от отработавших газов при выходе их через выпускную трубу.

1 – фильтр тонкой очистки топлива; 2 – карбюратор; 3 – топливный насос; 4 – бак топливный (правый); 5 – кран переключения топливных баков; 6 – фильтр-отстойник; 7 – пробка сливного отверстия фильтра; 8 – бак топливный (левый); 9 – топливопроводы

Рисунок 7.1 - Система питания карбюраторного двигателя

Простейший карбюратор. На поршневых двигателях устанавливают карбюраторы эжекционного типа. Их принцип действия основан на том, что из-за большой разницы в скоростях движения воздуха и топлива, проходящих через смесеобразующее устройство, струя топлива разбивается на мельчайшие частицы с образованием паровоздушной горючей смеси.

Простейший карбюратор (рисунок 7.2) состоит из поплавковой камеры 7, жиклера 6 с распылителем 15, диффузора 16, смесительной камеры 17 и дроссельной заслонки 5. По топливопроводу 10 топливо из топливного бака поступает в поплавковую камеру 7, в которой с помощью поплавка 8 и игольчатого клапана 9 поддерживается постоянный уровень топлива.

Калиброванное отверстие жиклера 6 рассчитано на истечение через распылитель 15 определенного количества топлива в диффузор 16. Для поддержания атмосферного давления в поплавковой камере выполнено отверстие 11.

Рисунок 7.2 - Схема простейшего карбюратора

При такте впуска, когда поршень 1 движется вниз, в надпоршневом пространстве в цилиндре 2 создается разрежение, которое через открытый впускной клапан 3 передается в газопровод 4. Под действием этого разрежения поток воздуха, пройдя воздухоочиститель 12 и полностью открытую воздушную заслонку 14, поступает в диффузор 16, имеющий в средней части сужение, что увеличивает скорость воздушного потока и, следовательно, разрежение у среза распылителя.

Под действием разницы давлений в смесительной 17 и поплавковой 7 камерах топливо вытекает из распылителя и, из-за большой скорости воздуха интенсивно измельчается, затем, испаряясь, смешивается с воздухом, образуя паровоздушную горючую смесь. Количество и качество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, регулируют изменением положения дроссельной заслонки.

При пуске двигателя проходное сечение воздушного патрубка 13 уменьшают частичным или полным закрытием воздушной заслонки 14, в результате чего увеличивается разрежение в смесительной камере карбюратора, а, следовательно, и количество топлива, поступающего в распылитель.

Рассмотренный простейший карбюратор с одним жиклером может обеспечивать необходимый состав смеси лишь для определенного режима работы, а эксплуатационные режимы карбюраторных двигателей отличаются большим разнообразием, поэтому такой карбюратор практически непригоден для автомобильных двигателей. В условиях эксплуатации автомобиля для карбюраторного двигателя характерны следующие основные режимы работы:

- пуск холодного двигателя, требующий очень богатой смеси (a = 0,3-0,5) из-за плохого испарения топлива в результате соприкосновения его с непрогретыми стенками впускного газопровода и цилиндров;

- режим холостого хода и малых нагрузок, требующий богатой смеси (a = 0,60-0,70). На этих режимах дроссельную заслонку прикрывают, уменьшая наполнение цилиндров горючей смесью, в результате чего увеличивается относительное содержание в рабочей смеси остаточных газов, ухудшающих процесс сгорания. В этих условиях для поддержания устойчивой работы горючая смесь должна быть богатой;

- режим частичных (средних) нагрузок, соответствующий открытию дроссельной заслонки до 80 %. На этих нагрузках двигатель работает большую часть времени, а поэтому для такого режима целесообразен экономичный состав смеси, т. е. смесь должна быть обедненной (a = 1,05-1,15);

- режим полных (максимальных) нагрузок, обеспечивающих получение от двигателя максимальной мощности. Обычно такие режимы используют кратковременно (при разгоне автомобиля, движении его с максимальной скоростью, преодолении крутых подъемов и т. д.). На указанном режиме, пренебрегая экономичностью, применяют обогащенную смесь (a = 0,85-0,90). В этих условиях движения неизбежно резкое и полное открытие дроссельной заслонки, которое не должно сопровождаться ощутимым обеднением горючей смеси из-за увеличения количества поступающего воздуха. Для предотвращения такого обеднения смеси карбюратор имеет специальные смесеобогащающие устройства.