Карбюраторы двигателей внутреннего сгорания
ГЛАВА !
УСТРОЙСТВО И РАБОТА КАРБЮРАТОРА
1. Горючая смесь и ее влияние на работу двигателя
Смесь горючих газов, паров или мелких капель топлива с воздухом (или кислородом), состав которой обеспечивает распространение пламени во всем занятом его пространстве, называют горючей смесью.
В качестве топлива в карбюраторном двигателе могут применяться бензин, лигроин, спирт, керосин, спирто-бензиновые смеси, сжиженные газы и др.
Делались попытки применить и более тяжелое топливо вплоть до сырой нефти. Однако эти попытки не дали положительных результатов.
Основным топливом, применяющимся в карбюраторных двигателях, в настоящее время является бензин.
Бензин вырабатывается главным образом из нефти и представляет собой смесь различных углеводородов, выкипающих при температуре примерно до 200° С.
ГОСТ 2084—56 предусматривает четыре марки автомобильного бензина: А-66, А-72, А-74 и А-76.
Теоретически необходимое количество воздуха в кг для полного сгорания 1 кг топлива по ГОСТу 1970—43 принимается равным:
Бензин...................................... .................................. 14,9
Керосин ... ........................................................... 15,0
Бензол ... .............................................................. 13,5
Спирт 95-процентный .............................................. 8,4
Если известен элементарный состав топлива, то, принимая приближенно состав воздуха (по весу) 77% азота и 23% кислорода, теоретически необходимое количество воздуха 10 может быть подсчитано по формуле
4-С + 8Н-0 ,
I __ 3 кг воздуха
0 0,23 кг топлива '
где С, Н и О — содержание (по весу) углерода, водорода и кислорода в топливе. В действительности горючая смесь может содержать воздуха больше или меньше, чем теоретически необходимо.
Содержание топлива и воздуха в смеси характеризует ее состав. Состав смеси в отечественной практике оценивается либо количеством воздуха, приходящегося на один килограмм топлива, либо коэффициентом избытка воздуха.
Коэффициентом избытка воздуха называется отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр, к теоретически необходимому для полного сгорания топлива и обозначается буквой а.
Таким образом, можно написать
а = А. -- _ G"-d'103 Iо ~ Gml„ geNelo '
где 1д — количество воздуха, действительно приходящееся для сгорания одного килограмма топлива, в кг;
10 — количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания одного килограмма топлива, в кг;
Ge.d — количество воздуха, действительно поступившее в цилиндр двигателя, в кг/ч\
Gm — часовой расход топлива в кг!ч\
ge — удельный расход топлива в г/э.л.с.ч.;
Nе — эффективная мощность двигателя в л. с.
Очевидно, что если в горючей смеси воздуха будет столько, сколько теоретически необходимо для полного сгорания топлива, то коэффициент избытка воздуха будет равен единице, т. е. а = 1.
Такая смесь называется теоретической, совершенной или сте- хиометрической[1] горючей смесью.
Различают смесь богатую, когда воздуха в смеси меньше, чем теоретически необходимо, и, следовательно, а <1, и бедную, когда воздуха в смеси больше, чем теоретически необходимо, и а> 1. При -желании оттенить степень изменения состава смеси применяют такие термины, как обедненная смесь, обогащенная, очень богатая и др.
При значительном обеднении смеси тепловыделение при сгорании вследствие снижения калорийности заряда будет уменьшаться. Наконец, при каком-то составе воспламенение смеси прекратится.
Если же чрезмерно обогащать смесь, то тепловыделение будет также уменьшаться вследствие химической неполноты сгорания топлива, и при каком-то составе смесь также прекратит воспламеняться.
Следовательно, горючие смеси могут воспламеняться только в определенных пределах изменения их состава. Эти пределы ха-
растеризуются коэффициентом избытка воздуха и называются пределами воспламеняемости.
Состав смеси, при котором прекращается воспламенение смеси вследствие избытка в ней топлива или воздуха, условились именовать соответственно верхним или нижним пределом.
Пределы воспламеняемости некоторых горючих смесей приведены в табл. 1.
Следует, однако, указать, что приведенные данные являются ориентировочными, так как в зависимости от условий эти пределы изменяются.
В табл. 2 приведены пределы воспламеняемости бензиновой горючей смеси при различных температурах.
|
|
|
Таблица 1
|
|||||||||||||||||
|
Пределы воспламеняемости бензиновой горючей смеси при различных температурах |
|
Пределы воспламеняемости неноторых горючих смесей |
|
Таблица 2
|
|||||||||||||||||
|
|
Горючая смесь, поступающая в цилиндр, смешивается с газами, оставшимися от предшествующего цикла (остаточными газами). Смесь свежего заряда с остаточными газами носит название рабочей смеси.
Пределы воспламеняемости рабочей смеси, имеющей в своем составе инертные газы, сужаются, и чем больше остаточных газов, тем уже пределы воспламеняемости.
Экономичность и мощность двигателя во многом зависят от состава смеси.
При работе двигателя на номинальном режиме горючая смесь с коэффициентом избытка воздуха а = 0,8 -f- 0,9 сгорает в цилиндре с высокими скоростями и, таким образом, обеспечивает более высокую мощность двигателя; однако такая смесь имеет значительную неполноту сгорания, вследствие чего в отработавших газах содержится 3—6% окиси углерода (угарный газ), что вредно действует на организм человека.
В горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 1,1 -т- 1,15 топливо сгорает наиболее полно и, как следствие, двигатель работает экономично.
Чтобы определить желаемый состав горючей смеси на различных режимах работы двигателя, снимают ряд регулировочных характеристик при постоянном числе оборотов, но при различных положениях дроссельной заслонки и получают семейство кривых, представленных на рис. 1. На приведенном рисунке по оси абсцисс отложен коэффициент избытка воздуха а, а по оси ординат эффективная мощность двигателя N е, выраженная в процентах от максимальной, а также удельный расход топлива ge в процентах от минимального его значения, полученные при полном открытии
дроссельной заслонки и одном и том же числе оборотов.
Кривые 1 соответствуют работе двигателя при полном открытии дроссельной заслонки, а кривые 2 и 3 — работе двигателя при промежуточных положениях дроссельной заслонки. Из кривых видно, что с увеличением а мощность двигателя вначале увеличивается, а затем начинает уменьшаться. Удельный расход топлива вначале уменьшается, а затем опять увеличивается. Причем максимальная мощность не совпадает с минимальным удельным расходом топлива. Если теперь точки различных кривых, соответствующие максимальной мощности, соединить, то получим кривую 4, а соединив точки, соответствующие минимальным удельным расходам, получим кривую 5. Очевидно, кривая 4 будет соответствовать составу смеси, обеспечивающему максимальную мощность, а кривая 5 — составу смеси, обеспечивающему максимальную экономичность двигателя. Отсюда видно, что если отрегулировать карбюратор так, чтобы получить максимальную экономичность двигателя, то получить максимальную мощность двигателя при этом нельзя, а если отрегулировать карбюратор так, чтобы обеспечить максимальную мощность двигателя, то топливо не будет полностью сгорать из-за недостатка кислорода (а <<1) и работа двигателя будет неэкономична.
Если теперь кривые 4 и 5 перестроить и представить их в виде зависимости коэффициента избытка воздуха от мощности двигателя, то получим нагрузочные характеристики карбюратора (рис. 2).
Кривая 1 на рис. 2 соответствует регулировке карбюратора на максимальную мощность двигателя (рис. 1, кривая 4), кривая 2 — регулировке его на максимальную экономичность двигателя (рис. 1, кривая 5).
|
% г 80 60 40 20 О f 180 140 100 |
|
|
|
1 ■ 1 |
г> |
ч' |
|
|
|
|
|
1 / |
|
|
|
|
|
к |
\ |
2 |
|
|
а} |
|
/ |
|
|
|
|
|
t / |
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
Vs |
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
С,<< 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 & Рис. 1. Регулировочные характеристики двигателя |
Так как автомобильный двигатель значительное время работает при неполном открытии дроссельной заслонки, то наиболее 8
целесообразной следует считать регулировку, соответствующую максимальной экономичности, а при переводе двигателя на работу с полным открытием дроссельной заслонки смесь следует обогатить до получения максимальной мощности.
Очевидно, что требуемая характеристика реального карбюратора должна иметь вид, представленный на рис. 2 штриховой линией.
Следует заметить, что при других числах оборотов значения а будут отличаться от приведенных на рис. 2, однако характера своего нагрузочная характеристика не изменит. Поэтому мы ограничимся рассмотрением одной лишь типичной характеристики. При этом следует иметь в виду, что значения а являются примерными. Абсолютные значения а даже для одного и того же режима работы двигателя будут зависеть от ряда причин.
Из кривых рис. 2 можно заключить, что при работе двигателя на холостом ходу лучше всего иметь смесь с а = 0,55 -г- 0,65. По мере открытия дроссельной заслонки горючая смесь должна обедняться до а = 1,1 ч- 1,15, а при переходе на работу с полным открытием дроссельной заслонки смесь желательно обогатить до значения а = 0,8^0,9 для получения максимальной мощности двигателя.
На холостом ходу и на малых нагрузках, т. е. при значительно прикрытой дроссельной заслонке, для получения устойчивой работы смесь желательно иметь обогащенной, так как в этих условиях распыливание и испарение топлива в карбюраторе происходит недостаточно хорошо вследствие малых скоростей движения воздуха в диффузоре.
Кроме того, с прикрытием дроссельной заслонки увеличивается количество продуктов сгорания, остающихся в цилиндре от предшествующего цикла работы остаточных газов и уменьшающих скорость сгорания. В некоторой степени этот недостаток можно компенсировать обогащением смеси.
|
90 100 |
|
Рис. 2. Нагрузочные характеристики карбюратора |
В транспортных двигателях, в особенности в условиях городского движения, часто приходится резко открывать дроссельную заслонку, например при разгоне автомобиля, при обгоне и т. д. При резких открытиях дроссельной заслонки наступает кратковременное обеднение смеси. Если не принять соответствующих мер, то обеднение может быть настолько сильным, что
[1] Стехиометрической смесь называется потому, что количество воздуха в ней определяется посредством химических формул. Часть же химии, рассматривающая законы количественных соотношений между реагирующими веществами, называется стехиометрией.
Поделись информацией с друзьями: