Смесеобразование и поступление топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя

На автомобильных бензиновых двигателях с воспламенением от искры распространение получили два способа приготовления и подачи топливовоздушной смеси в цилиндры. Наибольшее распространение имеет способ приготовления смеси с помощью карбюратора.

В настоящее время наиболее широко применяется впрыскивание топлива, так как этому способствует внедрение микропроцессорных систем управления двигателей.

Способ получения смеси за счет впрыскивания топлива в зону впускных клапанов или непосредственно в цилиндры двигателя по сравнению с карбюратором имеет ряд преимуществ:

• возможность получения большей равномерности распределения смеси по цилиндрам
• улучшение наполнения вследствие уменьшения аэродинамического сопротивления и обеспечения необходимой закономерности подачи топлива

Процесс смесеобразования при использовании бензина включает две стадии — дозирование и испарение. В отличие от системы впрыскивания при применении карбюратора эти стадии объединены, однако последняя продолжается непосредственно в цилиндре при сжатии.

Для получения топливовоздушной смеси топливо преобразуется в парообразное состояние и его пары смешиваются с необходимым количеством воздуха. Испарение топлива в карбюраторе начинается сразу после истечения его из распылителя и продолжается в движущемся потоке воздуха.

При пуске двигателя в условиях низких температур в смесительной камере карбюратора и во впускном трубопроводе успевает испариться только незначительная часть легких фракций. Основная часть топлива, состоящая из тяжелых фракций, оседает на холодных стенках впускного трубопровода в виде топливной пленки. Образование топливной пленки происходит и вследствие конденсации паров испарившейся части топлива при соприкосновении ее с холодными стенками трубопровода. Интенсивность образования пленки зависит от низкотемпературных свойств топлива.

Бензин представляет собой сложную смесь различных углеводородов, переходящих в парообразное состояние в определенной последовательности. Первоначально в паровоздушную смесь переходят низкокипящие фракции углеводородов, а испарение высококипящих, находящихся в виде топливной пленкн, происходит очень медленно Испарение топлива имеет место в течение всего процесса карбюрации и обц зательно сопровождается поглощением энергии.

Такой характер испарения обусловливает необходимость применения при пуске холодного двигателя топлива с повышенным содержанием легких фракций и высоким давлением насыщенных паров.

Полнота и эффективность сгорания топливовоздушной смеси зависит от точности дозирования топлива, качества его распиливания, перемешивания с воздухом и интенсивности испарения. Как было указано ранее, топливо воздушная смесь может воспламеняться и гореть только в определенных пределах изменения ее состава. При пуске холодного двигателя обеспечить точное дозирование с помощью карбюратора представляет собой сложную задачу. Чем ниже температура пуска, тем больше топливной пленки попадает в цилиндры двигателя, осложняет процесс дозирования. Для повышения содержания паров в смеси требуется увеличение подачи топлива. Чем тяжелее фракционный состав топлива, ниже температура и меньше частота вращения коленчатого вала, тем большее количество топлива должно вводиться в смесительную камеру карбюратора при пуске.

Продолжительность пуска уменьшается по мере обогащения смеси. Для наилучших условий воспламенения смеси в первый период пуска карбюратор должен обеспечивать ее состав с расчетным коэффициентом избытка воздуха а в пределах 0,05-0,07.

При коэффициенте а > 0,07 прдолжительность пуска возрастает вследствие недостаточности топлива в парообразном состоянии (испаряется только часть топлива, поступающего во впускной трубопровод). При а < 0,05 возрастает жидкостная часть составляющей смеси, попадапие которой на электроды зажигательных свечей приводит к прекращению искрообразования. Внешним признаком переобогащения смеси является отсутствие вспышек воспламенения.

Впрыскивание топлива обеспечивает высокую стабильность получения смеси в качественном и количественном отношении независимо от n коленчатого вала двигателя: процесс дозирования осуществляется в определенной последовательности подачи топлива достигается высокая равномерность распределения смеси по цилиндрам. Такое дисперсное распиливание топлива с помощью форсунки способствует лучшему его перемешиванию с воздухом и последующему испарению. Сокращение времени испарения топлива вне цилиндра (из-за близкого расположения форсунок к впускным отверстиям) предполагает правильный выбор формы камеры, чтобы обеспечить достаточную турбулентность смеси в процессе сжатия при малой частоте прокручивания коленчатого вала двигателя.

В первый период пуска двигателя величина а должна быть больше, чем при дозировании топлива с помощью карбюратора, но меньше, чем для газовоздушной смеси, приготавливаемой на основе газового топлива.

Отличительная особенность приготовления газовоздушной смеси состоит в том, что газ и воздух находятся в одном состоянии, что исключает наличие пленки и не требует организации испарения газа, однако предполагает повышенные требования к процессу его дозирования и смешения с воздухом. Как показали исследования, для обеспечения надежного пуска газового двигателя требуется обеспечить а, равный 0,5-0,55 при использовании сжиженного пропан-бутанового газа, а при использовании сжатого природного газа (метана) 0,7-0,75. Приводимая величина а не является абсолютной и зависит от фракционного состава газового топлива, который в условиях реальной эксплуатации может быть различным.