Что называют рабочей смесью двигателя - Авто журнал "Гараж"
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что называют рабочей смесью двигателя

Топливная или рабочая смесь. Основные режимы работы бензинового двигателя

Как известно, бензин, являющийся топливом для бензиновых двигателей, сам по себе гореть не может и для обеспечения его максимально полного сгорания необходимо присутствие воздуха, точнее кислорода, содержащегося в нем. Такая смесь бензина и воздуха называется рабочей смесью, а готовит, и обеспечивает подачу рабочей смеси в цилиндры двигателя, карбюратор.

От состава смеси в огромной степени зависят такие важные показатели двигателя, как мощность, экономичность, токсичность выхлопа.

Двигатель автомобиля во время эксплуатации, вынужден работать на разных режимах и при разных условиях, поэтому карбюратор, в зависимости от этого должен быть способен обеспечивать разный состав топливной смеси, с большим или меньшим процентом топлива, то есть, соответственно, обогащенную или обедненную рабочую смесь.

Основные режимы работы бензинового двигателя

Принято выделять следующие основные режимы работы бензинового двигателя, требующие разного состава смеси: запуск, работа на малых оборотах холостого хода, малая нагрузка, средняя, полная нагрузка, а также резкое увеличение нагрузки.

1. Так, во время пуска холодного двигателя бензин плохо испаряется, что может затруднить запуск. Чтобы решить эту проблему, в карбюраторах имеется специальная пусковая система, приготавливающая в момент пуска обогащенную топливную смесь, содержащую примерно 6-8 кг воздуха на 1 кг бензина, вместо нормальных 15 кг воздуха на 1л бензина. При этом даже холодный двигатель легко запускается.

2. Во время работы мотора на малых оборотах холостого хода в цилиндры поступает сравнительно небольшой объем топливной смеси, также ввиду плохой вентиляции цилиндров на малых оборотах там остается некоторое количество отработанных газов. Из-за этого уменьшается скорость горения топлива, и двигатель может начать работать с перебоями.

Чтобы обеспечить устойчивую работу двигателя на этом режиме нужно обогатить топливную смесь, то есть увеличить в ней процент топлива, тем самым увеличив скорость её горения. В карбюраторе эту задачу решает специальная система холостого хода.

3. В режиме работы мотора на малых и средних нагрузках, а на таких режимах двигатель работает больше всего времени, желательно добиться от него максимальной экономичности, для чего в цилиндры подается несколько обедненная топливная смесь, содержащая примерно 1 кг бензина на 16-17 кг воздуха. Это приводит к некоторому падению мощности двигателя, но зато обеспечивается максимальная экономичность. Приготовление такой смеси обеспечивает так называемая главная дозирующая система карбюратора.

4. В тех случаях, когда от двигателя требуется полная мощность, то есть при полной нагрузке, когда дроссельная заслонка полностью открыта, требуется обогащенная рабочая смесь, содержащая до 13 кг воздуха на 1 кг бензина. При таком составе смесь обладает максимальной скоростью сгорания, а следовательно, это позволяет получить от мотора максимальную мощность.

Чтобы обеспечить такой состав рабочей смеси, при работе двигателя с полной нагрузкой, в дополнение к главной дозирующей системе включается в работу экономайзерное устройство карбюратора.

5. Если требуется резко повысить мощность двигателя, например, в случае, если водитель резко нажал на педаль газа, то необходимо кратковременное обогащение топливной смеси, иначе в работе мотора возникнут «провалы». Это связано с тем, что при резком нажатии на педаль газа, воздух поступает в смесеобразующую систему быстрее, чем топливо и рабочая смесь обедняется.

Чтобы такого не случилось, в карбюраторе имеется специальный насос-ускоритель, подающий в диффузор карбюратора дополнительную порцию бензина при резком открытии дроссельной заслонки.

Видео: регулировка рабочей смеси на карбюраторных маторах.

Современные автомобильные двигатели имеют не карбюраторные, а впрысковые системы подачи топлива. На таких двигателях состав рабочей смеси регулируется с помощью электроники, хотя принцип её обогащения или обеднения, в зависимости от режима работы мотора остается таким же, как и в карбюраторных системах подачи топлива.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Обедненная горючая смесь

Обедненная горючая смесь содержит на 1 кг бензина от 15 до 17 кг воздуха. [1]

Обедненная горючая смесь содержит на 1 кг бензина от 15 до 16 5 кг воздуха. При таком составе происходит полное сгорание топлива, но скорость горения несколько уменьшается, мощность двигателя также несколько снижается, но достигается наибольшая экономия бензина. [2]

В обедненной горючей смеси содержится от 16 5 до 17 кг воздуха на 1 кг бензина. При такой смеси обеспечивается полное сгорание бензина, но скорость сгорания уменьшается и в результате этого мощность двигателя снижается. [3]

Образование обедненной горючей смеси вызывает вспышки ( хлопки) в карбюраторе, снижается развиваемая мощность и приемистость, двигатель перегревается, расход топлива возрастает. [4]

Спад, вызванный теплоотдачей обедненной горючей смеси . Таким образом, в силу изложенного, кривые изменения температуры и падающих лучистых потоков по ходу факела приобретают специфический характер и, как правило, имеют четко выраженный максимум, местоположение которого при заданных условиях охлаждения топочных газов зависит от коэффициента избытка воздуха а, реакционной способности топлива и размера частиц. [6]

Стремление повысить экономичность двигателя приводит к использованию обедненных горючих смесей , для надежного воспламенения которых требуется большая длина искрового промежутка свечи. Увеличение этого промежутка с 0 6 — 0 7 до 0 8 — 0 9 и даже до 1 0 мм также вызывает повышение пробивного напряжения. [7]

При сильном нагреве горелки и ( или) обедненной горючей смеси возможен проскок пламени в распылительную камеру со всеми вытекающими последствиями. Разработаны безопасные горелки для пламени ацетилена с воздухом и оксидом диазота. Основная идея заключается в максимальном уменьшении массы металла и площади контакта материала горелки с фронтом горения пламени. Это достигается заменой щели многочисленными отверстиями диаметром 0 7 — 2 мм в тонких выступах длиной до 20 мм. [8]

В целях некоторой экономии топлива стремятся работать на обедненных горючих смесях . Но воспламенение обедненной рабочей смеси искрой более затруднительно, и для надежной бесперебойной работы двигателя увеличивают расстояние между электродами свечи до 0 7 мм и даже до 1 мм вместо 0 5 мм. [10]

Читать еще:  Датчик оборотов двигателя ниссан мурано

Более широкие пределы воспламеняемости газо-воздушных горючих смесей позволяют использовать обедненные горючие смеси на частичных нагрузках, что улучшает топливную экономичность двигателя. [11]

Все жиклеры подобраны так, что до развития скорости движения автомобиля 80 км / ч в карбюраторе приготовляется обедненная горючая смесь . При увеличении нагрузки двигателя и скорости автомобиля выше 80 км / ч вступает в работу вторичная смесительная камера карбюратора. Как только отверстие 40 переходной системы вторичной камеры попадает в зону разрежения, через него начинает поступать эмульсия. [12]

Детонацией называется взрывное сгорание рабочей смеси, возникающее в цилиндрах двигателя при применении бензина с малым октановым числом, обедненной горючей смеси , большом угле опережения зажигания и перегреве двигателя. Вследствие взрывного сгорания смеси резко возрастает давление газов в камере сгорания, что вызывает быстрый износ и даже поломку деталей кривошипно-шатунного механизма. Происходит разрушение подшипников и выгорание днищ поршней. При детонации рабочая смесь не сгорает полностью, что снижает мощность двигателя и вызывает появление хлопков черного дыма из глушителя. Резкое возрастание давления газов вызывает вибрацию стенок цилиндров, а также поршней, что создает звонкие металлические стуки двигателя. [13]

С переходом двигателя в другой режим регулятор поворачивает дроссельную заслонку, увеличивая или уменьшая степень ее открытия и тем самым вызывая образование обогащенной или обедненной горючей смеси . [14]

Таким образом, в корне факела имеет место быстрый подъем температуры, обусловленный интенсивным тепловыделением при горении топлива, а в хвостовой части факела — постепенный спад, вызванный теплоотдачей обедненной горючей смеси . [15]

Правильная горючая смесь

С вопросом — что же такое горючая смесь в двигателе внутреннего сгорания мы с вами будем разбираться ниже. По сути, она является основной рабочей смесью двигателя; образование ее очень важно для увеличения скорости сгорания топлива в двигателе. Попадая в него, топливо распыляется и перемешивается с воздухом — так и образуется горючая смесь, а в соединении с отработанными газами такого же предыдущего цикла, эта смесь становится готовой к работе.

История создания двигателей внутреннего сгорания и использования горючей смеси в них уходит своими корнями на зарю 19 века — тогда человечество стало создавать первые прототипы сегодняшних, повсеместно использующихся двигателей; этот факт стал, своего рода, толчком для технической революции и модернизации человечества. Но, основная суть, например, рабочий момент искры зажигания, несмотря на прохождение всевозможной модернизации и усовершенствования до современного уровня, остался похожим на процесс в двигателе времен технической революции.

Несмотря на этот древний уровень работы искры, очень и очень многое изменилось в индустрии машиностроения: гиганты автомобильной промышленности прирастили скорость воспламенения горючей смеси путем установки на одном цилиндре двух свечек — этой системе зажигания дали название Twin Spark. Свойства двигателя в таком случае улучшаются, но этот способ ограничивает сам себя — неограниченное количество свеч на один цилиндр не поставишь, как ни крути.
В карбюраторных двигателях модернизация поджига горючей смеси произошла в блоках зажигания Power Adder : в процессе эксплуатации и тестирования этой системы на большом числе автотранспортных средств, полностью подтвердили высокую эффективность данного метода.

Состав смеси для двигателя зависит от характеристик топлива, на котором мотор работает; в пределах нормы горючая смесь состоит из бензина в частично испаренном и распыленном виде, а также из остаточных газов, которые образуются из предыдущего рабочего цикла двигателя. Эта смесь и образует основной рабочий процесс, который превращается в работу двигателя.
Имеющиеся в составе смеси водород и углевод вступают в реакцию с кислородом. Если кислорода довольно достаточное количество, то горючая смесь будет отрабатываться и сгорать полностью, оставляя после себя отработанные продукты горения(водные пары, углекислота, лишний кислород и азот).Если же кислорода, поступающего в двигатель, недостаточное количество — то углерод в топливе сгорает лишь частично, преобразуясь в окись углерода.

Мощностные и топливные характеристики двигателя напрямую зависят от количества кислорода в составе горючей смеси. Экономичность двигателя достигается путем увеличения процентного соотношения воздуха и топлива(16:1), но в данном случае, мощность двигателя несколько снижается.

Самое популярное в мире топливо для горючих смесей двигателей — бензин изготавливают из нефти и продуктов ее переработки; это углеводороды в легком и смешанном состоянии. Кроме того, в бензиновое топливо для повышения октанового числа добавляются специфические вещества, которые называются антидетонаторы. Они, в свою очередь, представляют из себя этиловую жидкость, которая вводится в топливо в сравнительно небольших количествах, но, поскольку такой вид бензина достаточно ядовит и требует строгого соблюдения техники безопасности при обращении с ним, в нашей стране такой вид топлива запрещен.

Воспламенение горючих смесей в двигателях внутреннего сгорания происходит следующим образом: искровой разряд, возникающий в электродах, находящихся один на головной части цилиндра, а другой в выступе наружной поверхности поршневого дна; оба электрода связаны посредством электричества, в результате чего и возникает искра, дающая начало процессу воспламенения рабочей горючей смеси. Эту искру, как физическое явление, в большей степени исследовали наши советские ученые, внесшие огромный вклад в это направление технической революции человечества.
Этот искровой заряд, имея минимальные объёмные характеристики, реализует в себе достаточно интенсивный в пределах мощности начальный пучок реакции, который, в своем роде, является толчком для механизма молниеносного распространения пламени. Такой стартовый очаг пламени несет в себе воздействие на топливную смесь в виде мультичастотного излучения, оно и ведет к расщеплению молекул топлива; эти условия гарантированно ведут к дальнейшему распространению зоновых участков пламени.
Воспламенение топливной смеси дает толчок для рабочего функционирования двигателя и всего транспортного средства в целом, а также переводит его в ровный, устойчивый режим работы. Основными положениями определения воспламенения горючей смеси являются верхние пределы воспламенения паров горючего в воздухе, временными рамками задержки возгорания, а также минимальный порог предела давления горючей жидкости, летучестью, температурными режимами. Кроме этого, воспламенение определяется низшими и высшими пределами воспламенения топливной жидкости — чем больше и шире эти пределы, тем лучшими, физическими и техническими, а самое главное, пусковыми свойствами обладает горючая смесь.

Читать еще:  Виды работ при диагностике двигателя

Время сгорания в двигателе рабочей топливной смеси достаточно небольшое, но за этот небольшой отрезок времени температура достигает огромной величины в 2,5 тыс. градусов — это объясняется тем, что в цилиндре двигателя происходит стабильно высокое перемещение газов, которые, в свою очередь, интенсивно отдают тепло. Плюс, происходит высокий рост давления и развивается стабильный процесс горения. Около 6 % тепла, имеющегося в горючей смеси уходит в процессе физической передачи тепла в стенки цилиндра и рабочей камеры. В пределах половины от общего количества тепла, которое образовалось в период сгорания рабочей смеси, выпускается с большим давлением отработанных газов, имеющих, тем самым, высокую температуру.15% теплоты, которую содержит топливо теряется во время прохождения газов в систему охлаждения. Температура рабочей горючей смеси топлива, которая теряется с отработанными газами, используется с помощью масла или незамерзайки для обогрева машины.
Двигатель, как таковой, является основной рабочей составляющей — «сердцем» любого транспортного средства, либо любого рабочего механизма, и нарушения в его работе тесно связаны с потерей прибыли, времени, нервов и, конечно же, со снижением работоспособности машины. Одной из самых распространённых причин этого является нарушение или снижение качества состава рабочей топливной смеси.

При использовании топливной смеси ненадлежащего качества горючая смесь начинает свое возгорание с предельно высоких температур, переваливающих за 2 тыс. метров в сек.: в результате этого патологического процесса в топливном цилиндре возникает детонация и уровень давления в некоторых отсеках цилиндра сильно возрастает. Видимыми признаками этого неправильного процесса могут стать — появление дыма черного цвета из системы глушителя машины, а также, характерный для процесса детонации, металлический стук, ощутимое снижение показателей мощности двигателя. Следствием этого явления является нарушения в работе кривошипно — шатунного механизма, а также его повреждение и , как следствие, разрушение.

Склонность горючей смеси к детонации характеризуется октановым числом самого топлива — чем его показатели выше, тем ниже вероятность детонирования горючей смеси. Также нарушение состава горючей смеси может происходить в результате нескольких факторов: наиболее часто возникающая проблема в двигателях внутреннего сгорания — это неисправная работа системы питания, заключающаяся в образовании бедной, либо богатой горючей смеси. Бедная рабочая горючая смесь характеризуется появлением проблемы перерасхода топлива из — за падения мощности двигателя и работы его на пониженных передачах. Бедная смесь чаще всего, образуется в результате падения количества топлива, поступающего в двигатель или в результате чрезмерного поступления воздуха. Богатая смесь образуется в результате неполного прогорания горючей смеси; в основном это явление возникает из-за нехватки кислорода, а также из-за повышения показателя поступающего в двигатель топлива. Это нарушение может привести к существенному перерасходу бензина и отложению нагаров на стенках топливной системы.

Смесеобразование и горение

Двигатель работает за счет энергии, выделяющейся при сжигании в его цилиндрах бензина. Для горения необходим воздух (точнее, кислород воздуха), а чтобы сгорание успело закончиться за то время, которое отводится на это в двигателе (до 0,002 сек.), бензин должен быть хорошо перемешан с воздухом.

Образование смеси бензина с воздухом происходит в карбюраторе, где бензин смешивается с засасываемым в двигатель воздухом в нужном количестве, распыляется и частично испаряется. Дальнейшее испарение и перемешивание происходят во впускном трубопроводе и в самих цилиндрах двигателей.

Подготовленная к сжиганию смесь бензина с воздухом называется рабочей смесью.

В зависимости от того, больше или меньше бензина содержится в смеси при одном и том же количестве воздуха, различают богатые, нормальные и бедные смеси.

Нормальной рабочей смесью называется такая смесь, после сгорания которой не остается ни свободного кислорода, ни несгоревшего бензина. В нормальной смеси воздуха в 15 раз больше (по весу), чем бензина. Иначе говоря, для полноты сгорания 1 кг бензина требуется около 18 м3 воздуха.

Богатая рабочая смесь содержит больше бензина, чем нормальная, вследствие чего бензин cгорает не полностью. Существует предел обогащения смеси, при котором в цилиндрах двигателя еще происходит горение. Если бензина в смеси приблизительно в три раза больше, чем в нормальной, такая смесь гореть уже не будет.

Бедная рабочая смесь содержит меньше бензина, чем нормальная, и после ее сгорания остается неиспользованный кислород воздуха. Слишком бедные смеси также не горят в цилиндрах двигателя. Если уменьшить количество бензина в нормальной смеси на 20%, горение прекращается.

Состав смеси оказывает большое влияние на работу двигателя. Наибольшая мощность двигателя достигается при несколько обогащенной смеси, в которой воздуха не в 15, а только в 12—13 раз больше по весу, чем бензина. Такая смесь сгорает быстрее, чем смесь любого другого состава, отчего развивается наибольшее давление газов на поршни. Всякое обеднение или обогащение смеси против названного состава приводит к уменьшению мощности двигателя, причем особенно быстро мощность падает при обеднении смеси.

Наименьший расход бензина достигается при несколько обедненной рабочей смеси, в которой воздуха в 16—17 раз больше по весу, чем бензина. Такая смесь сгорает полностью и обеспечивает наилучшее использование тепла, выделяющегося при сгорании. При этом мощность двигателя оказывается на 10—15% меньше, чем в предыдущем случае.

Читать еще:  Горит лампочка неисправности двигателя на панели приборов

Смесь, обеспечивающую наибольшую мощность, часто называют смесью мощностного состава. Соответственно состав смеси, при котором двигатель работает на наиболее экономичном режиме, называется экономическим.

При изменении нагрузки и оборотов двигателя экономический и мощностной составы смеси не остаются постоянными. С уменьшением нагрузки (закрытием дросселя) смесь необходимо обогащать, а при увеличении оборотов — обеднят. Наибольшее влияние на состав смеси оказывает изменение нагрузки, и при малых оборотах холостого хода экономическая смесь содержит только в 7-10 раз больше воздуха (по весу), чем бензина.

Нормальная эксплуатация карбюраторного двигателя возможна на смесях экономического состава, обеспечивающих наименьший расход бензина. Однако при, полном открытии дросселя, когда двигатель должен работать на наибольшей мощности для разгона, преодоления подъема или достижения максимальной скорости, целесообразно применять смеси мощностного состава, не считаясь с повышенным расходом бензина.

Современные карбюраторы устроены таким образом, что все изменения состава смеси при различных режимах работы двигателя осуществляются автоматически, без участия водителя. Только при запуске и прогреве двигателя изменять состав смеси приходится вручную.

Засосанная в цилиндры двигателя рабочая смесь подвергается сжатию и затем, подожженная электрической искрой, сгорает за короткий промежуток времени, пока поршень находится вблизи ВМТ. Если смесь сгорает на интервале 30-40° поворота коленчатого вала, такое горение называют нормальным. Наибольшая скорость нормального горения достигает 22 м/сек.

Большое влияние на скорость горения оказывают начальные условия, т.е. состав смеси, давление и температура в момент зажигания. Чем смесь беднее, тем медленнее она горит. Переобедненные смеси горят настолько медленно, что горение еще продолжается при следующем открытии впускного клапана; это вызывает вспышки вновь засасываемой смеси, известные как «выстрелы» в карбюратор.

Давление и температура смеси в момент зажигания определяются главным образом степенью сжатия двигателя, т. е. величиной, показывающей, во сколько раз уменьшается объем засосанной смеси при сжатии. Чем выше степень сжатия, тем больше давление и температура смеси перед воспламенением и тем быстрее горит смесь. Поэтому двигатели, имеющие повышенную степень сжатия, развивают большую мощность, а бензина расходуют меньше.

Повышение степени сжатия ограничивается возникновением горения взрывного типа, носящего название детонации.

В процессе горения впереди движущегося по горючей смеси пламени происходят дополнительное сжатие и нагрев несгоревшей части смеси. Если температура при этом достигнет большой величины, то эта несгоревшая часть смеси самовоспламеняется со скоростью до 2000 м/сек. Такая большая скорость горения вызывает практически мгновенное нарастание давления в цилиндре, действующее на стенки камеры сгорания подобно ударам молота. Эти удары воспринимаются на слух как резкий звенящий или щелкающий металлический звук. Сильная детонация может частично или даже полностью разрушить поршни.

Детонация нарушает нормальную работу двигателя и мешает дальнейшему повышению его мощности и экономичности. Поэтому борьба с детонацией является одной из самых важных задач современной техники.

Значительно повышает стойкость бензина против детонации примешивание к бензину незначительных количеств свинца в виде сложного химического соединения, называемого этиловой жидкостью. Такой бензин называется этилированным. Применение этилированных бензинов марок А-66 и А-70 позволяет работать без детонации при степенях сжатия 6,5—7,0.

Помимо качества бензина, на появление детонации при данной степени сжатия влияют:

  • состав рабочей смеси
  • величина подогрева смеси во впускном трубопроводе
  • температура
  • давление и влажность атмосферного воздуха
  • тепловое состояние двигателя
  • опережение зажигания и нагрузка двигателя (степень открытия дросселя)

Наиболее склонны к детонации бедные смеси. Смеси экономического состава детонируют сильнее, чем мощностные. Поэтому обогащением смеси часто можно устранить возникшую детонацию, хотя этот способ нежелателен, так как он вызывает перерасход бензина.

Чем сильнее подогревается рабочая смесь во впускном трубопроводе, тем выше ее температура и тем раньше начинается детонация. По этой причине в жаркую погоду или при перегреве двигателя детонация усиливается. Напротив, холодный, влажный или разреженный воздух способствует уменьшению и даже исчезновению детонации.

Изменением момента зажигания можно сравнительно легко воздействовать на детонацию. Слишком раннее зажигание всегда вызывает детонационные стуки в двигателе, которые исчезают при уменьшении опережения зажигания. Однако следует помнить, что если для устранения детонации приходится устанавливать слишком позднее зажигание, то при этом увеличивается расход бензина, двигатель теряет способность к быстрому разгону и начинает перегреваться. А это само по себе в состоянии вновь вызвать детонацию. Так получается в тех случаях, когда степень сжатия слишком высока для используемого топлива.

Решающее влияние на детонацию оказывает нагрузка двигателя. При любых прочих неблагоприятных условиях достаточно прикрыть дроссель, чтобы полностью ликвидировать детонацию. Правда, это уменьшит скорость движения, но зато сократит потери топлива.

Значительное влияние на возникновение детонации оказывает нагар в камерах горения. По мере увеличения слоя нагара ухудшаются условия охлаждения камер, и детонация возникает там, где раньше горение шло нормально. Очистка нагара со стенок камер и днищ поршней обычно не только устраняет детонацию, но и делает возможным увеличить опережение зажигания.

Легкая детонация при разгоне с полным открытием дросселя не должна внушать опасений, так как в данном случае она служит признаком правильно установленного зажигания. Однако она ни в коем случае не должна проявляться при любой установившейся скорости движения машины.

При эксплуатации автомобиля прежде всего должно быть обеспечено требуемое качество бензина. Только при соблюдении этого условия детонация будет иметь случайный характер и ее можно будет устранить одним или несколькими из указанных способов. Если не допускать перегрева двигателя, правильно установить зажигание и очищать камеры горения в соответствии с требованиями заводской инструкции, детонация не будет мешать нормальной эксплуатации автомобиля.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector