Что создает топливную смесь в двигателе

Устройство топливной системы

Топливная рампа — один из элементов, «доставшихся» бензиновому мотору от дизельного двигателя. Еще один известный элемент, «перекочевавший» оттуда же в системы прямого впрыска — ТНВД

В некоторых случаях форсунки прикреплены прямо к рампе. Топливная рампа используется практически во всех системах распределенного впрыска, хотя в некоторых конструкциях отвод топлива к форсункам происходит из корпуса регулятора.

Конструкция и расположение топливной рампы

Как правило, рампа устанавливается на впускной коллектор двигателя. Кроме отводящих трубок, в рампе имеется отверстие с запорным штуцером для присоединения манометра, которым контролируют давление топлива. Для предотвращения загрязнения он закрыт пробкой с резьбой. Чаще всего рампу делают из стальной бесшовной трубы, способной выдерживать высокое давление. В случае с дизельным двигателем, оснащенным системой common rail, это давление может быть очень высоким.

Главное назначение топливной рампы подача топлива и распределение его по форсункам.

Вынимая топливные форсунки из рампы нужно проявлять предельную осторожность. Одно неверное движение может привести к необходимости замены форсунки

При работе нагнетающего насоса топливо поступает в питающую магистраль, расположенную в головке блока. Попав в рампу, топливо движется в направлении самого дальнего цилиндра. В некоторых конструкциях систем впрыска предусмотрен подогрев топлива теплом, которое выделяет при работе двигатель. Прогрев улучшает распыление.

Топливная рампа

Топливная система с распределенным инжекторным впрыском топлива бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания, как правило, комплектуется таким элементом как топливная рампа (зачастую также используются названия топливная рейка и аккумулятор давления). По целому ряду причин данный узел требует периодического обслуживания, при появлении неисправностей по возможности восстановления, а в случае серьезных повреждений – замены.

Технический предлагает в Казани услуги, направленные на то, чтобы тормозная система автомобиля и ее ключевые элементы, такие как топливная рампа, подсоединяемые к ней топливные форсунки (инжекторы) и другие механизмы и детали, работали исправно и в полной мере выполняли свое функциональное предназначение. С этой целью созданы все необходимые условия. Используются отапливаемые, хорошо оборудованные профессиональными приборами, инструментами ремонтные боксы. Работы выполняются мастерами с большим опытом практической работы и высокой квалификации, которые очень ответственно подходят к предоставлению услуг, связанных с обслуживанием, восстановлением и заменой элементов топливной системы.

Купить топливную рампу можно также обратившись в наш автосервис, на территории которого работает автомагазин. В нем топливная рейка, форсунки и другие компоненты для топливной системы многих отечественных и иностранных моделей представлены в широком ассортименте, по доступным ценам, с гарантией качества. Если агрегата нет в наличии, возможна оперативная доставка под заказ. Все дело в том, что топливная рампа относится к разряду «вечных», «неубиваемых» деталей и не у каждого автомагазина она есть в ассортименте.

Прайс-лист на запчасти от 02.11.2020

Смотреть на сайте Онлайн

Предназначение

Топливная рейка, которую включает топливная система с инжекторным, распределенным впрыском, что характерно для современных как бензиновых, так и дизельных ДВС, необходима для распределения определенного вида топлива под заданным давлением по форсункам, с дальнейшей подачей в камеру сгорания. Поэтому такой впрыск и называется распределенным.

Особенности конструкции

В целом топливная рампа, как правило, это полая бесшовная труба определенного диаметра, сечения и длины. К ней через отводы или без использования отводов с установкой уплотнительных элементов, обеспечивающих герметичность системы, вдоль оси подсоединены форсунки. Количество форсунок равно количеству цилиндров силового агрегата. Также обязательно присутствует подводящий топливопровод с подключением на оси или с торца. В остальном существуют варианты, связанные с конструкционными особенностями, которые имеет топливная система.

Главные отличия конструкции обусловлены такими параметрами как:

• функциональное предназначение;
• схема подключения форсунок и дополнительных устройств;
• материал изготовления;
• форма сечения;
• габариты;
• способ и место подключения.

В целом по функциональному предназначению существует два вида топливных рамп. Первый – аккумулятор давления дизельных двигателей, оборудованных системой Common Rail. В таком случае вдоль оси подключаются форсунки, с одного торца регулятор давления топлива, а с другого либо подводящий топливопровод, либо датчик давления топлива (возможны другие варианты). Второй вид – топливная рейка бензинового мотора с инжекторным распределенным впрыском топлива. Та же полая трубка с подключенными по оси форсунками, подводящим топливопроводом, торцы либо запаяны, либо там стоит регулятор давления, либо другой механизм. Специфика заключается в том, что у каждого автопроизводителя своя конструкция и конфигурация топливной рейки и дело даже не в том какие, сколько и как установлены форсунки, а как подключаются подводящий топливопровод и есть ли дополнительные элементы. Данный факт обуславливает специфику обслуживания аккумулятора давления. Так, например, топливная рампа ряда моделей ВАЗ предполагает установку на одном торце штуцера для подключения подводящего топливопровода, а на другом – штуцера слива топлива (сливного топливопровода).

Материал изготовления – несомненно, металл, в топливной рампе, особенно это касается дизельных двигателей, огромное давление, которое другие материалы попросту не выдержат. В основном используются либо сплавы алюминия, либо легированная, коррозиеустойчивая сталь, ее называют нержавеющей или попросту нержавейкой. Другие варианты встречаются реже.

Форма сечения либо круг (иногда овал), либо прямоугольник (встречается квадрат), тут все зависит от производителя, особенностей, которые имеет топливная система в целом и топливная рейка в частности.

Габариты – это длина, прежде всего, диаметр для изделий круглой формы, ширина и высота для аккумуляторов давления прямоугольной формы.

Способ и место подключения напрямую зависят от особенностей двигателя и топливной системы. В бензиновых силовых агрегатах с инжекторной системой впрыска топливная рампа зачастую ставится на впускной коллектор и подсоединяется при помощи болтовых соединений. Существуют и другие варианты, где впускной коллектор не задействован.

Принцип работы

Из-за особенностей конструкционной схемы, используемой на автомобилях с инжекторным распределенным впрыском топлива в бензиновый или дизельный силовой агрегат, схема работы различается, как и принцип. Хотя последовательность действий одна. Топливо поступает в топливный насос, зачастую высокого давления (ТНВД), где нагнетается давление до определенного уровня. Затем бензин подается в топливную рампу, из нее на форсунки и далее в камеру сгорания. Зачастую излишек отводится через штуцер сливного топливопровода. В дизельных двигателях может использоваться на ТНВД клапан дозирования топлива и другие решения.

Как устроена топливная система и топливная рампа большинства отечественных автомобилей и распространенных моделей иностранного производства, досконально знают механики нашего центра. Нужна дополнительная информация, консультация, обслуживание топливной системы и ее топливной рейки в Казани, вдруг понадобится заменить или купить топливную рампу, обращайтесь!

Технический работает 7 дней в неделю с 9:00 до 21:00.

Состав топливо воздушной смеси определяется. Причины приготовления богатой топливной смеси. Причины образования богатой смеси

Мощность двигателя, а, следовательно, скорость, разгон и рывок автомобиля напрямую зависят от характеристик энергоносителя – бензина. Но любителей и профессионалов не обманешь, они прекрасно знают, что в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания , спрятанного под капотом любимого автомобиля, сгорает не жидкий бензин или дизель, а топливно-воздушная смесь. Именно ее состав, отношение массы атмосферного воздуха к массе жидкого топлива позволяет разогнаться до максимальной скорости, совершить рывок во время выполнения маневра обгона, или преодолеть крутой подъем.

В этот момент смесь входит во впускной коллектор в виде облака очень маленьких капель топлива, рассеянного среди молекул воздуха. Из-за процесса распыления имеется больше площади поверхности, с которой можно взаимодействовать; топливо больше не находится в листе или пленке, а в капельках. Тем не менее, все еще существует проблема: частицы топлива могут быть очень маленькими, но они все еще находятся в жидкой форме. Требуется тепло для замены жидкого топлива в разреженное состояние, чтобы двигатель мог сжигать его, когда дуги свечи зажигания.

Топливно-воздушная смесь – основные понятия

Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.

В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

Обеднение смеси на инжекторе: «чек», бедная смесь

Это изменение фазы происходит, когда заряд проходит через впускной коллектор. Скорость испарения бензина напрямую связана с количеством доступного тепла. По мере того, как температура окружающей среды падает, также скорость испарения. При минус 45 градусов по Фаренгейту, только 20 процентов топлива испарятся, при этих условиях двигатель с бензиновым двигателем прекратит работу, если не будет обеспечен вспомогательный источник тепла. И наоборот, возникает другая проблема, если температура в нижней части становится слишком высокой, например, в жаркий летний день: топливо испаряется до входа в зону Вентури карбюратора и не позволяет двигателю работать.

Бедная и богатая ТВС, узлы и системы дозирования

Эмпирическая формула дает определение «нормальной» ТВС, как смеси 14,7 килограмм атмосферного воздуха и 1 килограмма жидкого топлива. Топливная смесь, количество воздуха в которой больше указанного в соотношении, называется бедной, и, соответственно, богатой, при меньшем количестве воздуха.

И хотя скорость холодного испарения может быть изменена на нефтеперерабатывающем заводе, это лишь слегка меняет ситуацию. Например, гоночный бензин имеет крайне плохое испарение на холоде и, скорее всего, не позволит двигателю работать. Для запуска холодного двигателя требуется значительно обогатить смесь; который называется дросселем. Без дросселя топливный заряд, который достигает цилиндров, будет слишком обедненным, чтобы загореться. Даже если двигатель запустился, до тех пор, пока не произойдет передача тепла, распределение топлива будет страдать из-за того, что бензин будет путаться в бегунах впускного коллектора.

• бедная — воздуха > 14,7
• богатая — воздуха

Достигнуть единообразия позволяет впрыск в зону воспламенения небольшого количества обогащенной смеси в качестве катализатора реакции окисления. В карбюраторных двигателях для решения данной задачи используют дополнительный впускной клапан, а инжекторные системы оснащаются двухрежимной форсункой.

Причина этого заключается в том, чтобы помочь двигателю преодолеть внутреннее трение при холоде и увеличить уровень сигнала в усилителе Вентури, увеличивая скорость воздуха через впускной коллектор. Чем быстрее заряд перемещается, тем меньше вероятность того, что чрезвычайно плотная смесь выпадет из подвески. Но главная причина быстрого холостого хода — открыть дроссельную пластину против натяжения пружины. Высокая скорость холостого хода приведет к тому, что входящий воздух начнет течь на дроссельную пластину и слегка закрутит ее, чтобы опустить смесь.

Использование обедненной и обогащенной ТВС

1. Попытка уменьшить расход топлива путем регулировки топливной системы , зачастую приводит к неприятным последствиям. Увеличение количества воздуха в топливной смеси повышает температуру горения и приводит к преждевременным поломкам двигателя. Прогорание поршневых колец и эрозия стенок цилиндров – обычное дело при езде на обедненной ТВС. При все большем обеднении смеси наблюдается снижение мощности двигателя, при увеличении нагрузки появляются «провалы». Движение автомобиля становится дерганным, малейший подъем может стать непреодолимым препятствием. При достижении соотношения 30 к 1 мотор начинает глохнуть.
2. Чрезмерное обогащение смеси не превратит стандартную модель в гоночный болид. При уменьшении содержания воздуха в ТВС двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, катастрофически возрастает расход топлива. По достижении определенной пропорции двигатель невозможно будет запустить.

От чего зависит мощность двигателя, сколько нужно сжигать топлива и воздуха, чтобы получить максимальную мощность или максимальную экономичность? Разберемся в этом на понятном языке.

Это идентифицируется как «раздутый». Однако при такой конструкции дроссельная пластина не может быть достаточно раздутой, чтобы позволить двигателю работать чистым и гладким во время разминки; ему нужно было больше воздуха. Вакуумная диафрагма с привязкой, которая крепится к дроссельной пластине, решает проблему: она используется для достаточного изменения топливной смеси до тех пор, пока тепло не релаксирует дроссельную пружину. В зависимости от производителя карбюратора это устройство можно назвать отключением дроссельной заслонки, вакуумным разрывом, дроссельной заслонкой или дроссельной заслонкой.

Для того чтобы понять всю картину, для начала опишу как двигатель определяет сколько нужно налить топлива, сколько воздуха попало в цилиндр, сколько в итоге сгорело и как вообще прошло это горение.

Современный двигатель имеет для этого некоторые датчики, считывая их параметры, корректирует свои дальнейшие действия. Будем рассматривать все по порядку, в двигатель затягивается воздух создаваемым разряжением поршней (или затягивается турбиной) через датчик массового расхода воздуха (MAF) который позволяет определить количество воздуха (учитывая его температуру и плотность). Следующий на пути датчик угла открытия дроссельной заслонки , за ним датчик давления во впускном коллекторе + в совокупности с датчиком коленвала считающий обороты двигателя, позволяют определить нагрузку. Вот как, все это позволяет корректировать смесь делая ее оптимальной, к тому же можно проследить за исправностью работы какого-либо датчика в этой цепочке, не начал ли кто-то из них врать.

Независимо от имени, все они функционируют одинаково. Шланг соединяет диафрагму с вакуумом коллектора. Как только двигатель горит, торопящий воздух из быстрого холостого хода взрывает дроссельную заслонку открытой, когда разрыв втягивается, слегка открывая дроссельную пластину. Указанное открытие разрыва дроссельной заслонки наряду с надлежащей быстрой спецификацией холостого хода позволяет двигателю, оборудованному карбюратором, быстро запускать и плавно работать без каких-либо задержек или отказов.

Объем полномочий, который имел дроссель на бабочке, был точной спецификацией. Другие, а именно более поздние модели рочестерских карбюраторов, имели регулировку винта, что позволяло очень осторожно, конечную установку выдвижного отверстия. Общей проблемой с дроссельной заслонкой было ухудшение диафрагмы или ее набухание с годами. Распухшая диафрагма будет удерживать вакуум, но вряд ли вызовет какое-либо движение дроссельной пластины, в то время как разорванная канистра не будет перемещать пластину вообще.

На этом еще не все, воздух попал в цилиндр и компьютер дал указ форсункам на столько-то миллисекунд открыться, впрыснув топливо. Форсунки должны уложиться в срок пока на это дает согласие датчик распределительного вала . Вот топливовоздушная смесь находится в цилиндре, остаётся ее поджечь, компьютер анализируя все перечисленные датчики и внесенные корректировки опрашивает еще кучу электроники из них состояние кондиционера генератора и прочего, идет к последней инстанции датчику коленвала и определяет момент зажигания. Топливо загорается, и компьютер следит как протекает реакция, продолжая все время слушать датчик детонации в случае его недовольства, вносятся дополнительные корректировки к углу опережения зажигания , сдвигая его на более поздний. Сгоревшая смесь вылетает в выхлопную трубу где поджидает кислородный датчик анализирующий количество кислорода в выхлопных газах, кстати тоже может указать на плохую работу выше указанных датчиков, сообщая компьютеру что посчитал он все плохо и вообще его закидало бензином, и он скоро покроется сажей и откажется так работать.

Симптомом неправильного или неработающего дросселя может быть загрузка двигателя вскоре после холодного запуска; это обычно сопровождается бурным бегом, выкапыванием и, если очень тяжелым, черным дымом, идущим от выхлопной трубы. На протяжении многих лет, а также сегодня многие механики никогда не понимали всю важность отвода дроссельной заслонки, наряду с ее настройкой компаньона и быстрой скоростью холостого хода. Таким образом, карбюратор получил незаслуженную репутацию в качестве финишной части, которая не позволяла двигателю хорошо работать на холоде.

Важно качественно контролировать топливовоздушную смесь, идеальной будет стехиометрическая . Внесем немного ясности, что такое стехиометрия и как это слово применимо к процессам протекающих в ДВС.

Допустим у нас есть два вещества топливо и воздух, каждое из них имеет свою массу. В результате реакции окисления(горения) топливовоздушной смеси образуются другие вещества и выделяется энергия. Стехиометрической реакцией будет та, в которой вся масса воздуха и вся масса топлива про взаимодействуют и на выходе останется только продукты горения. В ДВС все обстоит иначе, невозможно создать идеальные условия горения, неточные относительно теоретических расчетов показания датчиков, не полное перемешивание топлива с воздухом, часть топлива конденсируется или оседает на стенках деталей. Цепная реакция, протекающая в момент возгорания, распространяется равномерно, а не по всему объему, в результате чего часть кислорода вступает в реакцию с другими соединениями образуя отходы затрачивая энергию, тем самым, не вступив в реакцию с топливом. Упустим разговоры про экологию и химию. Из этого следует, что максимальная мощность двигателя достигается на более богатой смеси, компенсируя потерю осевшего топлива, которое очень долго горит и чаще догорает уже в трубе или в катализаторе. Богатая топливовоздушная смесь более насыщенная и уже больше имеет пригодного для реакции газообразного топлива.

Отклонения подачи топлива

Это не могло быть дальше от истины. Эта машина начнется так чисто, быстро-бездельничает красиво и прогревается гладкой, как шелк, даже с количеством дыма от каждой выхлопной трубы. Отвод и автоматический дроссель от Флинта настраивались как прекрасные часы: простое, но чудесное изобретение. Бензин и другие жидкие топлива не сгорают вообще, если они не смешиваются с воздухом. Если смесь правильно горит в цилиндре двигателя, соотношение воздуха и топлива должно поддерживаться в определенном диапазоне.

Было бы более точно указать, что топливо сжигается кислородом в воздухе. Семьдесят восемь процентов воздуха по объему — это азот, который является инертным и не участвует в процессе сжигания, а 21 процент — кислород. Тепло генерируется путем сжигания смеси бензина и кислорода. Азот и газообразные побочные продукты сгорания поглощают эту тепловую энергию и превращают ее в энергию путем расширения. Доля смеси топлива и воздуха по весу крайне важна для работы двигателя. Характеристики данной смеси могут быть измерены с точки зрения скорости пламени и температуры горения.

Значения лямбды за графиком приводит к пропускам зажигания.

На графике очень хорошо видна зависимость мощности от качества топливовоздушной смеси, которое в состоянии отследить лямбда, (меньше число лямбда- богаче смесь и наоборот ) при условии, что момент зажигания оптимальный. Оптимальным углом считается момент воспламенивший смесь и при последующем горении быстро расширяющиеся газы имеют максимальное давление на поршень, когда он уже опустился на 15-17 градусов ниже мертвой точки. При чрезмерно раннем зажигании поршень продолжает сжимать и без того огромное давление над поршнем, затрачивая на это энергию и время. Так же возникновение детонации до ВМТ несет разрушительные последствия. Детонация протекает во много раз быстрее обычного процесса горения, охватывая большую площадь камеры сгорания мгновенно и при очень высокой температуре, разрушая детали двигателя. Взрывная волна отражается от стенок цилиндра многократно издавая металлический стук, датчик детонации улавливает это явление. Чаще всего детонация возникает из-за перегрева острых кромок в камере сгорания, тарелок клапанов, образуя калийное зажигание. более выражена на низких и средних оборотах, когда скорость топливовоздушной смеси не столь велика и подвержена нагреву, предусматриваются специальные вытеснители в камере сгорания, позволяющие лучше перемешать воздух с топливом, выталкивая клином из щели между головкой и поршнем, когда он подходит к ВМТ придавая завихрение и концентрацию в районе свечи.

Например, смесь с отношением 12 к 1 состоит из 12 фунтов воздуха и 1 фунта топлива. Соотношение выражено в весе, поскольку объем воздуха сильно изменяется с температурой и давлением. Соотношение смесей также может быть выражено как десятичное. Двигатель развивает максимальную мощность с смесью приблизительно 12 частей воздуха и 1 части бензина по весу.

С точки зрения химика, идеальная смесь для сжигания топлива и воздуха должна составлять 067 фунтов топлива до 1 фунта воздуха. Ученый называет эту химически правильную комбинацию стехиометрической смесью. С этой смесью все топливо и весь кислород в воздухе полностью используются в процессе сжигания. Стехиометрическая смесь производит самые высокие температуры горения, поскольку наибольшая доля тепла, выделяемого для массы заряда. Если к тому же количеству заряда воздуха добавляется больше топлива, чем количество, дающее химически совершенную смесь, происходят изменения мощности и температуры.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВС

• Авторы
• Файлы работы
• Сертификаты

Современные требования к токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания заставляют их производителей не только разрабатывать и внедрять системы, позволяющие уменьшить эмиссию вредных выбросов, но и использовать принципиально новые способы организации рабочего процесса.

Один из современных способов улучшения экологических показателей и улучшения экономичности для двигателей с искровым зажиганием является обеднение топливно-воздушной смеси, но сжигание обедненной смеси происходит гораздо труднее. Решением этой проблемы является расслоение заряда в цилиндре.

При впуске поршень движется к нижней мертвой точке и воздушный заряд поступает в цилиндр через открытый первый впускной клапан первого тангенциального впускного патрубка, что создает интенсивное движение заряда вокруг оси цилиндра. При работе двигателя на средних и больших нагрузках воздушный заряд может поступать в цилиндр и через второй винтовой впускной патрубок при открытом втором впускном клапане.

При сжатии поршень движется к верхней мертвой точке и сжимает вращающийся воздушный заряд в цилиндре. До подхода поршня к верхней мертвой точке во вращающийся воздушный заряд цилиндра форсункой впрыскивается топливо через сопловые отверстия так, что, по меньшей мере, часть топлива попадает на горячую стенку камеры сгорания, на которой происходит его испарение. Пары топлива, соединяясь вращающимся воздушным зарядом, образуют около стенки вращающийся кольцевой объем богатой топливовоздушной смеси, которая будет обедняться вплоть до чистого воздуха в направлении центра камеры сгорания.

Воспламенение богатой топливовоздушной смеси происходит от свечи зажигания возле стенки камеры сгорания. Горение топливовоздушной смеси происходит в кольцевом объеме при его интенсивном вращении. Горячие продукты сгорания, обладающие меньшей плотностью, будут отводиться из кольцевого объема к оси вращения заряда по направлению и вытеснять относительно холодный воздух из центра вихря в кольцевой объем по направлению. При этом фронт пламени будет смещаться по богатой смеси в направлении стенки камеры сгорания, откуда в кольцевой объем будут поступать пары топлива от горячей стенки[1].

Регулирование впрыскивания топлива осуществляют при изменении количества воздушного заряда, поступающего в цилиндр так, что при увеличении количества воздушного заряда угол опережения впрыскивания топлива φ увеличивают. Это обусловлено тем, что для испарения большей массы топлива на стенке требуется большее время.

Такая организация рабочего процесса в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием позволит улучшить топливную экономичность более чем на 15% и снизить содержание в продуктах сгорания оксида углерода и углеводородов более чем на 55%[1,2].

Один из способов увеличения мощности и повышения экологичности за счет улучшения впрыска топливно-воздушной смеси в цилиндр основан на эффекте Ранка

Техническая сущность изобретения состоит в том, что согласно эффекту Ранка вихревое введение любой текучей среды, в том числе и воздуха, в цилиндрическую полость дает температурный градиент по поперечному сечению полости. Так, пристеночные вихревые потоки, в частности воздуха, разогреваются до температур более 100°C, что определяется в значительной мере давлением подаваемого потока воздуха. Применительно к предлагаемому способу введения топлива в камеру сгорания, использование эффекта Ранка позволяет испарить капли топлива и получить в результате однородную топливно-воздушную смесь, так как воздух лучше смешивается с парами, чем с капельными топливными структурами[4].

Реализуется предлагаемый способ подачи топлива в поршневом ДВС следующим образом.

В поток, предпочтительно сжатого, воздуха, идущего по каналу от источника, впрыскивают топливо инжектором. Поступая в цилиндр по касательной к его внутренней поверхности топливно-воздушная смесь в камере сгорания образует вихревую структуру, в которой, согласно эффекту Ранка, на периферии поднимается температура более 100 С. Топливо в виде капель, отброшенных на периферию вихревой структуры под действием центробежных сил, в условиях повышенной температуры начнет интенсивно испаряться, образуя пары, которые, перемешиваясь с воздухом, образуют гомогенную (однородную) топливно-воздушную смесь[4,3]. Сгорание такой смеси от действия запальной свечи будет полным, что повысит КПД использования топлива и улучшит экологические характеристики продуктов сгорания. Возможно, также, уменьшение количества необходимого топлива за счет оптимизации соотношения количества пара и воздуха, что может быть достигнуто в процессе регулирования ДВС. После завершения рабочего цикла продукты сгорания выводятся из цилиндра через клапан.

Для двигателей с воспламенением от сжатия так же существуют способы повышения экологичности и экономичности

Способ смесеобразования в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, заключающийся в том, что, один воздушный поток, предназначенный для подачи в камеру сгорания, закручивают и вводят в него на такте сжатия топливо, отличающийся тем, что в воздушный поток на входе в камеру сгорания вводят дополнительный поток газовой среды в виде распределенных по периферии потока струй, создают в нем тороидальный вихрь, путем подачи струй под углом от 30 до 90 к вектору осевой скорости воздушного потока в направлении движения и касательно к воображаемой окружности, расположенной концентрично воздушному потоку и имеющей диаметр от около 0,3 до около 0,8 диаметра воздушного потока, при этом газовую среду образуют вне зоны ввода струй, а на участке формирования струй возбуждают в каждой струе акустические колебания.

Работа двигателя осуществляется следующим образом. Происходит впуск воздушного заряда через впускной клапан в камеру сгорания. Воздушный заряд при этом приобретает вращательное движение с помощью устройства для закрутки воздушного заряда, а дополнительная газовая среда (например, атмосферный воздух) вводится в закрученный воздушный заряд, образуя при этом тороидальный вихрь, циркуляция которого происходит внутри закрученного воздушного заряда. Высокая интенсивность турбулентности за счет энергии акустических колебаний давления и взаимодействия струй между собой и воздушным зарядом передается воздушному заряду, а при впрыске топлива на такте сжатия и топливным факелам, истекающим из сопел форсунки. Эта энергия идет как на улучшение тонкости распыления топлива, так и на выравнивание концентрационных полей в объеме камеры сгорания. В сочетании с этим в закрученном течении с высоким уровнем турбулентности возникают обширные зоны рециркуляции, которые имеют огромное значение в интенсификации процесса смесеобразования. Происходит воспламенение подготовленной однородно перемешанной топливовоздушной смеси в объеме камеры сгорания, при этом время, необходимое для сгорания топлива, уменьшается за счет диффузионной составляющей процесса горения

1. И. В. Кузнецов, А. М. Сычев Процессы смесеобразования в двигателе с расслоением заряда в цилиндре // Автомобильная промышленность. 2015. №3.

2. Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы // http://www.findpatent.ruURL: http://www.findpatent.ru/patent/254/2544418.html (дата обращения: 20.10.2016).

3. Росс Твег, Системы впрыска бензина, Москва, КЖИ «За рулем», 2003

4. Сущность эффекта Ранка // http://khd2.narod.ru URL: http://khd2.narod.ru/whirl/ranque.htm (дата обращения: 20.10.2016).

5. А. С. Орлина Двигатели внутреннего сгорания. Том 1. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах. М.: МАШГИЗ, 1957. 396 с.

Горючая смесь и влияние ее состава на работу двигателя

Горючая смесь и влияние ее состава на работу двигателя. Горючие смеси, необходимые для работы карбюраторного двигателя, приготавливаются в смесеобразующем устройстве карбюратора и впускном трубопроводе двигателя.

Время, отводимое на приготовление смесей, определяется рабочим процессом двигателя. Для современных двигателей это время чрезвычайно мало и составляет 0,007 -0,015 с.

Количество испаряющегося топлива в заданном объеме воздуха зависит от его фракционного состава и давления насыщенных паров.

Другим непременным условием образования горючих смесей является необходимость подвода тепла к испаряющемуся топливу. Практически это осуществляется подогревом впускного трубопровода, связывающего карбюратор с цилиндром двигателя.

Температура подогрева смеси, обеспечивающая наилучшее смесеобразование, составляет 40 — 60°С.

Очень большое значение для смесеобразования имеет степень распыливания топлива в смесеобразующем устройстве карбюратора. Чем мельче распыливается топливо, тем скорее и лучше оно испаряется. При этом значительное влияние на испарение топлива оказывает также скорость движения воздуха в смесительной камере.

При малой скорости воздух вступает в контакт с капельками испаряющегося топлива, быстро насыщается его парами, и испарение замедляется. При большой скорости воздуха условия испарения топлива улучшаются, так как поток воздуха увлекает за собой пары испарившегося топлива, и процесс испарения ускоряется.

Высокая скорость воздуха создает во впускном трубопроводе завихрение смеси, что также способствует лучшему перемешиванию паров топлива и воздуха и повышает однородность смеси.

Содержание топлива и воздуха в горючей смеси характеризует ее состав. Состав смеси наиболее просто можно оценить количеством воздуха, приходящегося на 1 кг топлива.

Различные виды жидких топлив требуют для полного сгорания неодинаковое количество воздуха. Так, для полного сгорания 1 кг бензина необходимо 15 кг воздуха при нормальном атмосферном давлении; и температуре 20°С. В этом случае смесь называется нормальной, а количество воздуха 15 кг — теоретически необходимым.

На практике для определения состава смеси используют показатель, называемый коэффициентом избытка воздуха α.

Он представляет собой отношение количества воздуха Lg, действительно поступившего со смесью в цилиндр, к количеству воздуха Lnв нормальной смеси, т. е. α=Lg/Ln. Если в горючей смеси воздуха содержится столько, сколько необходимо для пол­ного сгорания топлива (Lg=Ln=15кг), то α =1. При отклонениях коэффициента α от 1 различают смеси обогащенные и богатые (α меньше 1), обедненные и бедные (α больше 1). Обогащенные и богатые смеси характеризуются недостатком воздуха, в обедненные и бедные — избытком воздуха.

Горючие смеси воспламеняются только в определенных пределах изменения их состава. Эти пределы могут быть выражены коэффициентом избытка воздуха и называются пределами воспламеняемости смесей, которые для бензиновых горючих смесей оценивают ориентировочно α = 0,4-1,4. В зависимости от изменения внешних условий, главным образом начальной температуры, пределы воспламеняемости смесей могут несколько от­клоняться от указанных значений. Например, при 0°С α =0,53-1,23, при 100°С α =0,4-1,6.

На пределы воспламеняемости смесей влияет также количество отработавших газов, оставшихся в цилиндре двигателя после завершения такта выпуска. Остаточные газы сужают пределы воспламеняемости смесей.

Состав горючих смесей оказывает непосредственное влияние на мощность и экономичность двигателя и сильно зависит от режима работы двигателя.

Для работы двигателя в режиме холостого хода или малых нагрузках, т. е. при сильно прикрытой дроссельной заслонке, лучше всего иметь обогащенную смесь. При этих условиях распыливание и испарение топлива в карбюраторе ухудшаются вследствие малых скоростей воздушного потока в диффузоре. Кроме того, с прикрытием дроссельной заслонки увеличивается количество продуктов в цилиндре, которые остаются там после предшествующего рабочего цикла. Чтобы скомпенсировать этот недостаток, необходимо смесь сделать значительно обогащенной (α = 0,65-0,75). В этих условиях обогащенная смесь будет способствовать надежной работе двигателя.

В режимах работы двигателя на средних нагрузках предпочтительно готовить горючую смесь обедненного состава. При обеднении смеси до коэффициента избытка воздуха α = 1,1-1,15 (до 16-17 кг воздуха на 1 кг топлива) увеличивается полнота сгорания смеси, но скорость сгорания и количество выделившегося тепла уменьшаются, что приводит к снижению давления газов в цилиндрах, а следовательно, и мощности двигателя. Однако экономичность двигателя в этом случае возрастает, так как топливо сгорает наиболее полно и в меньшем количестве. Но поскольку современные двигатели работают большую часть времени с неполной мощностью, то обедненная смесь является наиболее подходящей.

Если горючая смесь будет обедняться до больших значений (α = 1,2-1,3), то скорость его сгорания уменьшается очень сильно. Это существенно снижает мощность двигателя, а при дальнейшем обеднении может наступить предел воспламеняемости смеси (α =1,4), когда двигатель не сможет работать совсем.

В некоторых условиях необходима кратковременная работа двигателя с максимальной нагрузкой (движение с максимальной скоростью, преодоление крутых подъемов и т. д.). В таких случаях, пренебрегая экономичностью, применяют обогащенную смесь.

При обогащении смеси до значений а =1-0,9 скорость сгорания горючей смеси возрастает. Наибольшая скорость сгорания получается при а =0,9, что соответствует приблизительно 13 кг воздуха на 1 кг топлива. Такое соотношение топлива и воздуха в смеси обеспечивает получение наибольшей мощности двигателя. Однако сгорание топлива в этом случае будет неполным, и экономичность работы двигателя уменьшится. Поступление обогащенной смеси позволяет получить наибольшую мощность двигателя, которая используется только при определенных, сравнительно коротких по времени режимах работы двигателя. Поэтому применение обогащенных смесей не влияет существенно на расход топлива двигателем, но значительно повышает эффективность его работы.

Если горючая смесь будет обогащаться до значений α =0,6-0,5 (богатая смесь),

неполнота сгорания увеличивается очень сильно. При коэффициенте избытка воздуха α =0,4 или содержании воздуха в смеси менее 6 кг на 1 кг топлива горючая смесь не воспламеняется.

При пуске холодного двигателя ухудшаются условия образования горючей смеси. Во-первых, отсутствует подогрев впускного трубопровода, и стенки цилиндров также не нагреты. Во-вторых, скорость потока воздуха через диффузор при пуске невелика, что также ухудшает распыливание и испарение топлива. Вытекающее из распылителя топливо движется в виде пленки по трубопроводу и в жидком состоянии попадает в цилиндры. Поэтому для создания смеси, которая может воспламеняться и гореть, приходится значительно увеличивать количество топлива в ней.

Известно, что время пуска двигателя уменьшается с обогащением смеси. Поэтому при пуске двигателя смесь должна быть очень богатой, чтобы за счет испарения наиболее легких фракций топлива получить требуемый для воспламенения состав смеси (α =0,4). Практически на одну часть массы топлива должно приходиться две-три части воздуха. При этом большая часть топлива при пуске затрачивается непроизводительно. Топливо, не принимающее участия в горении, попадает в цилиндры двигателя и интенсивно смывает смазку, вызывая повышенный износ поршней и цилиндров. Поэтому после пуска двигателя необходимо сразу уменьшать степень обогащения горючей смеси.

При работе автомобильного двигателя в условиях движения часто приходится резко открывать дроссельную заслонку карбюратора. Такие случаи могут встретиться, например, при обгонах и быстрых ускорениях. Резкое открытие дроссельной заслонки простейшего карбюратора вызывает кратковременное обеднение смеси, которое объясняется следующими причинами.

Вначале при приоткрытой дроссельной заслонке и установившемся режиме работы двигателя разрежение в диффузоре сравнительно небольшое. Как только дроссельная заслонка резко открывается, это разрежение быстро возрастает. При этом воздух вследствие его меньшей массы по сравнению с топливом, т. е. обладая большей подвижностью, получает большее ускорение и будет поступать в смесительную камеру в большем количестве, т. е. смесь обедняется. Этот процесс будет идти до тех пор, пока скорости воздуха и топлива не выровняются.

Кроме разницы скоростей при резком открывании дроссельной заслонки ухудшаются условия испарения топлива. В этом случае за дроссельной заслонкой разрежение уменьшается, топливо не успевает испаряться, и его наиболее крупные капельки начинают оседать на стенках впускного трубопровода, образуя пленку большой толщины. В результате смесь обедняется. Обеднение смеси будет происходить до тех пор, пока пленка не достигнет толщины, соответствующей установившемуся режиму.

Влияние резкого открытия дроссельной заслонки простейшего карбюратора может характеризоваться такими признаками: появляются перебои в работе двигателя, хлопки в карбюраторе и даже возможна остановка двигателя.

Таким образом, для улучшения приемистости двигателя, а также для устранения всех нарушений, которыми сопровождается работа двигателя при резком открытии дроссельной заслонки карбюратора, необходимо кратковременное обогащение горючей смеси.

В заключение можно сказать, что для каждого характерного режима работы двигателя необходимы строго соответствующие ему горючие смеси:

при пуске холодного двигателя смесь должна быть очень богатой (α =0,5—0,4);

на холостом ходу—значительно обогащенной (α =0,65—0,75);

на средних нагрузках при открытии дроссельной заслонки до 80% ее хода -обедненной (α =1,1—1,15);

на полной мощности,при полном открытии дроссельной заслонки, -обогащенной (α = 0,8— 0,9);

при резком открытии дроссельной заслонки смесь должна получать кратковременное обогащение (α =0,8—0,9).

Карбюраторы Автомобильные — Солекс, Озон.
Пособие по ремонту и обслуживанию автомобильных карбюраторов марки — Озон и Солекс. В каждом руководстве изложены принципы работы основных систем карбюратора, описана конструкция карбюраторов семейства «Солекс» и «Озон». Подробно рассмотрены возможные неисправности, их причины и способы устранения. Процессы регулировки, ремонта и доработки карбюраторов проиллюстрированы и снабжены подробными комментариями.
Инструкции по ремонту карбюраторов предназначены для водителей, желающих самостоятельно обслуживать и ремонтировать автомобили с двигателями, оборудованными карбюраторы марки «Солекс» и «Озон».