Приготовление горючей смеси
Горючая смесь в зависимости от соотношения бензина и воздуха бывает нормальной, обогащенной, богатой, обедненной и бедной. Для полного сгорания 1 кг бензина требуется 15 кг воздуха, т. е. 1:15. Изменяя это соотношение бензина и воздуха, получают смеси: нормальную – на 1 кг бензина 15 кг воздуха; обогащенную – на 1 кг бензина до 12 кг воздуха; богатую – на 1 кг бензина менее 12 кг воздуха; обедненную – на 1 кг бензина более 15 кг воздуха и бедную – на 1 кг бензина свыше 16,5 кг воздуха.
При пуске двигателя нужна богатая смесь, а для получения наибольшей мощности – обогащенная. Для езды в обычных средних условиях – нормальная, при экономичной езде по хорошим дорогам – обедненная.
Прибором для приготовления горючей смеси служит карбюратор. Он действует по принципу работы обыкновенного пульверизатора, поэтому и называется пульверизационным или распылительным.
Простейший карбюратор (рис. 28) состоит из поплавковой и смесительной камер. Поплавковая камера используется для поддержания постоянного уровня топлива в распылителе. В ней находится пустотелый поплавок, соединенный с запорной иглой. Когда бензин при работе двигателя вытекает из распылителя, его уровень в поплавковой камере понижается и поплавок опускается, а вместе с ним опускается запорная игла, освобождая седло, и новая порция бензина из бака вновь поступает в поплавковую камеру. Если топлива достаточно, то поплавок всплывает, игла закрывает входное отверстие и доступ бензина в поплавковую камеру прекращается. Этот процесс все время повторяется при работе двигателя. Уровень бензина в поплавковой камере установлен с таким расчетом, чтобы в распылителе он не доходил до края выходного отверстия на 1-2 мм и топливо не вытекало произвольно в смесительную камеру.
Рис. 28. Схема устройства и работы простейшего карбюратора: 1 – поворотная рукоятка управления дроссельной заслонкой; 2 – трос привода заслонки; 3 – пружина; 4 – дроссельная заслонка; 5 – диффузор; 5 – топливный канал; 7 – атмосферное отверстие; 8 – седло запорной иглы; 9 – запорная игла, 10 – поплавок: 11 – поплавковая камера; 12 – жиклер, 13 – распылитель; 14 – смесительная камера
В смесительной камере происходит смешивание бензина с воздухом. В корпусе камеры находятся: жиклер – пробка с калиброванным отверстием, пропускающим определенное количество бензина; распылитель, диффузор обеспечивающий поток воздуха около распылителя с повышенной скоростью, что способствует интенсивному истечению, распылению и испарению топлива; дроссельная заслонка (золотник), при помощи которой регулирую количество горючей смеси, поступающей в двигатель Дроссельную заслонку закрывает и открывает водителе с помощью поворотной рукоятки, расположенной на правой стороне руля.
Во время такта впуска давление в цилиндре или картере двигателя понижается. Под действием атмосферного давления в смесительную камеру поступает воздух. Пройдя с большой скоростью через диффузор воздух увеличивает разрежение над распылителем. Из-за разности давлений (пониженного над устьем распылителя и атмосферного давления в поплавковой камере) бензин в распылителе поднимается и фонтанирует в диффузор. Воздушный поток, проходящий через диффузор с большой скоростью, раздробляет вытекающую из распылителя струю топлива на мельчайшие капельки и выбывает интенсивное испарение топлива, пары которого, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь.
Простейший карбюратор регулирует только количество поступающей в цилиндр смеси. Требуемого изменения состава горючей смеси такой карбюратор обеспечить не может.
Чтобы обеспечить приготовление необходимого состава горючей смеси на всех режимах работы двигателя, карбюратор имеет различные устройства, с помощью которых автоматически, путем торможения истечения топлива из распылителя главного жиклера, обеспечивается требуемый состав. В карбюраторах применяются два основных способа торможения топлива – механический и пневматический (рис. 29).
Рис. 29. Схема работы карбюратора с комбинированным торможением топлива: 1 – дроссельный золотник; 2 – конусная (дозирующая) игла; 3 – распылитель; 4 – воздушный канал для торможения топлива; 5 – жиклер; 6 – утолитель поплавка
Механическое торможение топлива осуществляется с помощью конической (дозирующей) иглы, которая при опускании в распылитель суживает проходное сечение распылителя, уменьшая количество топлива, и смесь обедняется. При поднятии иглы расход топлива увеличивается и смесь обогащается. Дозирующую иглу в большинстве карбюраторов прикрепляют к дроссельному золотнику, и она проходит через диффузор смесительной камеры.
Пневматическое торможение топлива осуществляется с помощью дополнительно подводимого воздуха по воздушному каналу к распылителю главного жиклера. Вследствие подвода воздуха к распылителю разрежение у распылителя снижается и в нем образуется эмульсия бензина с воздухом. За счет уменьшения разрежения и эмульсирования бензина фонтанирование его из распылителя главного жиклера затормаживается. Этот вид торможения применяется в дозирующей системе главного жиклера, а также в жиклере холостого хода.
Пусковое устройство на большинстве карбюраторов обеспечивает получение богатой смеси с помощью утолителя поплавка. При нажатии на него поплавковая камера переполняется топливом, которое вытекает в большом количестве из распылителя и обогащает горючую смесь.
Работу двигателя на холостом ходу и при малых нагрузках обеспечивает система холостого хода. Она состоит из жиклера холостого хода, распылительных каналов и регулировочных винтов. Винт качества смеси регулирует качество смеси топлива и воздуха, поступающего через жиклер и канал малых оборотов в смесительную камеру, а винт количества смеси – величину щели под закрытым дроссельным золотником для подачи минимального количества горючей смеси на малых оборотах работы двигателя.
Для временного обогащения горючей смеси при пуске и прогреве двигателя на многих карбюраторах устанавливают воздушный или топливный корректор. Воздушный корректор представляет собой небольшую заслонку, расположенную в диффузоре. Топливный корректор горючей смеси состоит из конусной иглы и жиклера. Водитель, управляя конусной иглой, изменяет сечение жиклера, вследствие чего к основному топливу, поступающему через главное дозирующее устройство, дополняется топливо через жиклер топливного корректора, и двигатель работает на обогащенной смеси.
Что называется горючей смесью и какие ее разновидности?
Горючей смесью называется смесь паров (бензина) с воздухом в определенной пропорции. Подсчитано, что для полного сгорания 1 кг бензина в цилиндрах двигателя требуется около 15 кг воздуха. Действительное количество воздуха, участвующего в образовании горючей смеси, может быть и больше, и меньше указанной величины. Поэтому состав горючей смеси принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха б, представляющим отношение действительного количества воздуха GД, участвующего при сгорании бензина, к теоретически необходимому его количеству GТ:
Какая смесь называется нормальной?
Если в сгорании 1 кг бензина участвует 15 кг воздуха, т. е. столько, сколько теоретически необходимо, то б = 15: 15 = 1, такая смесь называется нормальной.
Какая смесь называется обогащенной (мощностной)?
Обогащенной (мощностной) горючей смесью называется смесь, состоящая из 1 кг бензина и 13,5 кг воздуха: б = 13,5: 15 = 0,9.
Во время работы двигателя на обогащенной смеси он развивает наибольшую мощность при несколько увеличенном расходе топлива. Поэтому в карбюраторе такая смесь приготавливается, когда автомобилю необходимо преодолеть затяжной подъем или иной участок трудной дороги.
Какая смесь называется богатой?
Если б = 12: 5 = 0,8, такая смесь называется богатой. При работе двигателя на ней происходит неполное ее сгорание в цилиндрах из-за недостатка воздуха, что ведет к потере мощности и экономичности, появляются «выстрелы» из глушителя. Работа двигателя на такой смеси не допускается, ею можно пользоваться только при пуске холодного двигателя. При б ? 0,4 горючая смесь в цилиндрах не воспламеняется из-за недостатка воздуха.
Какая смесь называется обедненной?
Если б = 16,5: 15 = 1,1, такая горючая смесь называется обедненной. Ее еще называют экономичной, так как горючая смесь сгорает наиболее полно. При этом незначительно уменьшается мощность двигателя. Карбюраторы современных автомобилей отрегулированы так, что в них большую часть времени приготавливается обедненная горючая смесь.
Какая смесь называется бедной?
При б = 19: 15 = 1,2 горючая смесь называется бедной. Во время работы на такой смеси двигатель перегревается, уменьшается мощность и экономичность, появляются вспышки в карбюраторе («чихание»). Работа на такой смеси не допускается. Необходимо выявить причину и устранить ее. Если б ? 1,4, то горючая смесь в цилиндрах не воспламеняется.
Какие различают режимы работы автомобильного двигателя?
Режимами работы автомобильного двигателя есть: пуск, холостой ход, малые нагрузки, средние и полные нагрузки, резкие переходы с малых нагрузок на большие.
Чем определяется нагрузка карбюраторного двигателя?
Нагрузка карбюраторного двигателя определяется степенью открытия дроссельной заслонки карбюратора.
Какую горючую смесь должен приготавливать карбюратор при пуске холодного двигателя?
При пуске холодного двигателя карбюратор должен приготавливать богатую горючую смесь. Так как частота вращения коленчатого вала двигателя невелика, а стенки цилиндров холодные, то горючая смесь плохо испаряется. Часть ее паров конденсируется на холодных стенках цилиндров, смывая масляную пленку на них, а стекая в поддон картера, разжижает там масло. При этом смесь несколько обедняется и воспламеняется электрической искрой от системы зажигания.
Какую горючую смесь должен приготавливать карбюратор при работе двигателя на холостом ходу, средних и полных нагрузках?
При работе двигателя на холостом ходу и малых нагрузках карбюратор должен приготавливать обогащенную горючую смесь, так как частота вращения коленчатого вала невелика и цилиндры недостаточно очищаются от отработавших газов, которые обедняют горючую смесь.
Во время работы двигателя на средних нагрузках горючая смесь должна быть обедненной, на полных нагрузках – обогащенной. Резкое открытие дроссельной заслонки в карбюраторе может вызвать обеднение горючей смеси и двигатель остановится. Для предупреждения этого служит ускорительный насос.
В качестве топлива в карбюраторных двигателях обычно используют бензины, реже альтернативные топлива. Бензины обычно получают в результате физических (прямая перегонка) и деструктивных (процессы крекинга) методов переработки нефти при температуре до 478 К.
К бензинам предъявляют следующие основные требования:
- – быстрое образование топливо воздушной смеси скорость сгорания не более 40 м/с;
- – минимальное корродирующее воздействие на детали двигателя;
- – минимальное отложение смолистых веществ в элементах системы питания;
- – минимальное отравляющее воздействие на организм человека и окружающую среду;
- – способность длительное время сохранять свои свойства.
Для фракционного состава бензинов характерны температуры перегонки 10, 50, 90% топлива, а также температуры начала и конца его перегонки. Температура перегонки 10% топлива (пусковые фракции) определяет возможность получения горючей смеси, которая обеспечивает пуск двигателя при низкой температуре окружающей среды.
Автомобильные бензины в зависимости от количества легкоиспаряющихся пусковых фракций подразделяются на зимние и летние. В северных и северо-восточных районах СССР зимние бензины применяют в течение всего года. В остальных районах эти бензины в основном применяют с 1 октября до 1 апреля. Для автомобильных карбюраторных двигателей (за исключением газовых) по ГОСТ 2084-77 выпускают бензины следующих марок: А-72, А-76, АИ-93, АИ-98, причем АИ-98 – бензин всесезонный. Буква А обозначает, что бензин автомобильный, цифра – наименьшее октановое число, характеризующее детонационную стойкость бензина. Детонационная стойкость бензинов определяется на специальном двигателе при стандартных условиях испытания. Наибольшей детонационной стойкостью обладает изооктан (его стойкость принимают за 100), наименьшей нормальный гептан (его стойкость принимают равной нулю). Октановое число, характеризующее детонационную стойкость бензина – процентное (по объему) содержание изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая по детонационной стойкости равноценна испытуемому топливу.
Так, например, исследуемое топливо детонирует так же, как смесь 76% изооктана и 24% гептана, и октановое число такого топлива равно 76, Октановое число определяется двумя методами: моторным и исследовательским. При определении октанового числа вторым методом к маркировке бензина добавляется буква И.
Октановое число определяет допустимую степень сжатия, при которой в зависимости от состава смеси сгорание происходит с допустимыми (25-40 м/с) скоростями. При несоответствии степени сжатия и октанового числа сгорание становится детонационным (взрывным) со скоростями 1500-2500 м/с, с возникновением ударных волн в камере сгорания. Работа двигателя с детонацией недопустима, так как связана с перегревом двигателя, падением мощности, ухудшением экономичности, появлением металлических стуков в цилиндре а сажи в выпускных газах. При длительной работе двигателя с детонацией возможно прогорание поршней и клапанов, а также разрушение подшипников кривошипно-шатунного механизма.
Для повышения детонационной стойкости бензинов к ним добавляют этиловую жидкость (не более 3-4 мл на 1 кг топлива).
Этилированные бензины ядовиты. О содержании этиловой жидкости информирует цвет бензина: А-72 – розовый; А-76 – желтый; АИ-93 – оранжево-красный; АИ-98 – синий. Гарантийный срок хранения автомобильных бензинов всех марок (по ГОСТ 2084-77) устанавливается 5 лет со дня его изготовления. По истечении гарантированного срока хранения бензин перед применением должен быть проверен на соответствие требованиям стандарта.
Двигатели автомобилей ГАЗ-52-04, ГАЗ-53-12 и. ЗИЛ-431410, имеющие степень сжатия до 7,2, работают на бензине А-76, а автомобилей ГАЗ-24-10 и ГАЗ-3102 «Волга», АЗЛК-2141 и семейства ВАЗ, имеющие степень сжатия до 9 – на бензине АИ-93.
Горючая смесь, чем она характеризуется
Горючая смесь в карбюраторном двигателе – это приготовленная в карбюраторе смесь паров мелкораспыленного бензина и воздуха. Процесс смесеобразования продолжается во впускной системе и цилиндре двигателя, где горючая смесь, смешиваясь с отработавшими газами, образует рабочую смесь.
Горючая смесь характеризуется соотношением масс топлива и воздуха. Для полного сгорания 1 кг бензина требуется примерно 14,95 кг воздуха (обычно принимают 15 кг). Однако в процессе работы двигателя, в зависимости от рабочего режима, соотношение топлива и воздуха непрерывно меняется. Поэтому для характеристики состава горючей смеси вводят коэффициент избытка воздуха а, который представляет собой отношение действительной массы воздуха, подаваемого для сгорания 1 кг топлива, к теоретически необходимому т.е. a – Ln/Lt.
В зависимости от а горючая смесь может быть:
- – нормальной (а=1);
- – обогащенной (а = 0,85. 0,95);
- – богатой (а = 0,50. 0,80);
- – обедненной (а = 1,05. 1,15);
- – бедной (а = 1,15. 1,25).
Пределы воспламеняемости смеси для карбюраторного двигателя составляют а = 0,5 для богатой и а = 1,35 для бедной. В первом случае сказывается недостаток воздуха, во втором – топлива, и смесь трудно воспламенить с помощью традиционной системы зажигания. Необходимо отметить, что наиболее экономично двигатель работает на смеси, характеризуемой а = 1,03-1,07, которая носит название стехиометрической. Наибольшую мощность двигатель развивает при а = 0,85. 0,90, так как в этом случае наблюдается максимальная скорость сгорания смеси, но при этом ухудшается экономичность работы двигателя.
Режимы работы двигателя и составы смеси, применяемые в каждом режиме.
Под установившимся режимом работы следует понимать способность двигателя длительное время сохранять стабильные показатели при неизменной частоте вращения. Карбюраторный автомобильный двигатель имеет следующие основные режимы работы: пуск, холостой ход, малая нагрузка, средняя нагрузка, максимальная нагрузка, переход с малой нагрузки на максимальную.
Необходимо отметить, что это деление условно, так как при эксплуатации двигатель работает в режиме переменных нагрузок и частот вращения коленчатого вала, т. е. на неустановившихся режимах.
При пуске непрогретого двигателя требуется очень богатая смесь а = 0,3-0,5, так как при малой частоте вращения коленчатого вала топливо плохо перемешивается с воздухом, слабо испаряется, конденсируется на стенках впускного тракта в виде топливной пленки. Это приводит к тому, что в цилиндры двигателя попадает незначительное количество пусковых фракций, обеспечивающих гарантированный пуск двигателя. Переобогащение смеси при пуске двигателя способствует поступлению в цилиндры двигателя достаточного количества пусковых фракций.
На режиме холостого хода при малой частоте вращения в цилиндры двигателя подается смесь с а = 0,7-0,9. Необходимость обогащения смеси вызвана значительным количеством остаточных газов, остающихся в цилиндрах двигателя вследствие ухудшения процесса газообмена при прикрытой дроссельной заслонке, поэтому лишь богатая смесь обеспечивает устойчивую работу двигателя.
Режимы малых и средних нагрузок являются наиболее характерными для автомобильного двигателя в процессе эксплуатации, поэтому желательно именно на этих режимах обеспечить необходимую топливную экономичность. Это достигается подачей в цилиндры двигателя смеси с а – 1,05-1,10 (экономичная смесь).
При переходе от режима, при котором достигаются наилучшие экономические показатели двигателя, к режиму полной нагрузки требуется богатая смесь с а = 0,85-0,90, так как при таком составе достигается максимальная скорость сгорания заряда, поступившего в цилиндры двигателя.
Режим резкого перехода от малых нагрузок к максимальным характерен для разгона автомобиля. При резком открытии дроссельной заслонки возможно обеднение горючей смеси, так как топливо в силу того, что имеет большую массу, чем воздух, и вследствие гидравлического сопротивления каналов и жиклеров не успевает набрать скорость, обеспечивающую необходимое соотношение топлива и воздуха в смесительной камере карбюратора. Поэтому карбюратор снабжается специальным устройством, предотвращающим обеднение смеси.
