Смесеобразование и составы горючих смесей

Процесс смесеобразования заключается в смешивании паров бензина с воздухом. Количество воздуха должно быть строго определенным, в противном случае получить нормальную работу двигателя невозможно.

Приготовленная горючая смесь должна удовлетворять следующим требованиям:

• в цилиндрах двигателя смесь должна сгорать за очень короткий отрезок времени, измеряемый тысячными долями секунды. Это обеспечивает максимальное давление газов на днище поршня, а, следовательно, максимальную работу от расширения газов;
• сгорание бензинов в смеси должно происходить как можно полнее. Это будет способствовать повышению использования теплоты, превращаемой в механическую работу, и улучшению экономических показателей работы двигателя.

Рабочая смесь будет быстро сгорать при условии, что бензин с воздухом смешивается в строго определенной пропорции, обеспечивается очень мелкое распыление и быстрое испарение бензина в воздухе и хорошее их перемешивание. При этом каждая мельчайшая частица топлива будет окружена кислородом в требуемом количестве, что и обеспечит быстрое одновременное и полное сгорание всей смеси.

В зависимости от содержания воздуха и бензина различают следующие виды смесей: нормальная, обогащенная, богатая, обедненная и бедная.

Нормальная или теоретическая — это такая смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 14,95 кг воздуха (округленно считается 15 кг). Теоретически определено, что для полного сгорания одного килограмма бензина требуется именно такое количество воздуха. На такой смеси двигатель работает устойчиво, расход топлива наименьший, но двигатель не может развивать наибольшую мощность. После сгорания такой смеси в отработавших газах не обнаруживается ни паров бензина, ни кислорода воздуха.

Обогащенная — это такая смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 13... 15 кг воздуха. В такой смеси воздуха недостаточно для сгорания всего бензина и около 20 % бензина будет выбрасываться в атмосферу. Скорость сгорания обогащенной смеси возрастает, за счет этого давление газов в цилиндре к началу рабочего хода поршня увеличивается. Поэтому при работе на обогащенной смеси двигатель развивает наибольшую мощность, но экономичность снижается, так как работа сопровождается повышенным расходом топлива.

Богатой называется смесь, в которой на 1 кг бензина будет менее 13 кг воздуха. В такой смеси воздуха недостаточно и бензин сгорает не полностью, что вызывает снижение мощности двигателя при значительном расходе топлива. Часть несгоревших частиц топлива в виде копоти оседает внутри цилиндров на стенках камер сгорания, днищах поршней и головках клапанов, а остальные выбрасываются в выпускной трубопровод и через глушитель выходят в атмосферу в виде черного дыма. В результате догорания несгоревшего топлива в глушителе образуются хлопки и выстрелы, что и является внешним признаком переобогащения горючей смеси. Если на 1 кг бензина будет приходиться менее 5 кг воздуха, то такая смесь вообще не воспламенится, так как частицы топлива не окружены частицами воздуха.

Обедненной называется смесь, когда на 1 кг топлива приходится 15... 16,5 кг воздуха. При сгорании такой смеси в отработавших газах не остается паров бензина, но будут остатки несгоревшего кислорода. При работе на такой смеси двигатель не может развивать максимальной мощности вследствие замедления скорости сгорания топлива, но экономичность работы значительно повышается, так как расходуется меньшее количество топлива.

Бедной называется смесь, у которой на 1 кг бензина приходится более 16,5 кг воздуха. Из-за удаленности частиц бензина в воздухе смесь горит медленно, давление сгорающих газов в цилиндре двигателя понижается. Вследствие медленного горения смеси большая часть теплоты поглощается стенками цилиндров и окружающей их охлаждающей жидкостью, что вызывает перегрев двигателя. Двигатель на бедной смеси работает неустойчиво, мощность его падает, и сильно возрастает удельный расход топлива (расход топлива на единицу мощности). Работа на бедной смеси сопровождается обратными вспышками в карбюраторе — «чиханием», так как пламя медленно догорающей в цилиндре смеси при открытии впускного клапана перебрасывается во впускной трубопровод, воспламеняя идущую по нему свежую смесь. Если количество воздуха в смеси превышает 21 кг на 1 кг бензина, то такая смесь вообще не воспламеняется.

Итак, рассмотрение свойств различных составов горючей смеси показало:

· если двигатель по условиям работы не должен развивать полной мощности (при средних нагрузках), самой выгодной является обедненная смесь, так как расход топлива при этом значительно снижается. Получающееся при этом некоторое снижение мощности двигателя при работе его с неполной нагрузкой значения не имеет;

· при больших нагрузках целесообразно работать на обогащенной смеси, так как двигатель при этом развивает наибольшую мощность, но увеличивается расход топлива из-за неполноты его сгорания;

· работа на бедной или богатой смеси вызывает перегрев двигателя и снижение мощности и экономичности, поэтому не целесообразна