Смесеобразование в бензиновых двигателях

Под смесеобразованием в двигателях с искровым зажиганием подразумевают комплекс взаимосвязанных процессов, сопровождающих дозирование топлива и воздуха, распыливание и испарение топлива и перемешивание его с воздухом. Качественное смесеобразование является необходимым условием получения высоких мощностных, экономических и экологических показателей двигателя.

Протекание процессов смесеобразования в значительной степени зависит от физико-химических свойств топлива и способа его подачи. В двигателях с внешним смесеобразованием процесс смесеобразования начинается в карбюраторе (форсунке, смесителе), продолжается во впускном коллекторе и заканчивается в цилиндре.

После выхода струи топлива из распылителя карбюратора или форсунки начинается распад струи под воздействием сил аэродинамического сопротивления (вследствие разности скоростей движения воздуха и топлива). Мелкость и однородность распыливания зависят от скорости воздуха в диффузоре, вязкости и поверхностного натяжения топлива. При пуске карбюраторного двигателя при его относительно низкой температуре распыливания топлива практически нет, и в цилиндры поступает до 90 и более процентов топлива в жидком состоянии. Вследствие этого для обеспечения надежного пуска необходимо существенно увеличивать цикловую подачу топлива (доводить α до значений ≈ 0,1-0,2). При испарении топлива протекает процесс его фракционирования. В первую очередь испаряются легкие фракции, а более тяжелые попадают в цилиндр в жидкой фазе. В результате неравномерного распределения жидкой фазы в цилиндрах может оказаться не только смесь с разным соотношением топливо – воздух, но и топливо различного фракционного состава. Следовательно, и октановые числа топлива, находящегося в разных цилиндрах, будут неодинаковыми.

Качество смесеобразования улучшается с ростом частоты вращения n. Особенно заметно негативное влияние пленки на показатели работы двигателя на переходных режимах.

Неравномерность состава смеси в двигателях с распределенным впрыскиванием определяется, главным образом, идентичностью работы форсунок. Степень неравномерности состава смеси составляет ±1,5 % при работе по внешней скоростной характеристике и ±4 % на холостом ходу с минимальной частотой вращения nх.х.min.

При впрыскивании топлива непосредственно в цилиндр возможны два способа смесеобразования:

− с получением гомогенной смеси;

− с расслоением заряда.

Реализация последнего способа смесеобразования сопряжена с немалыми трудностями.

Смесеобразование в дизельных двигателях

Время, отводимое на процесс смесеобразования в дизелях, очень мало. Да и топливо, поступающее в нагретый сжатый воздух, воспламеняется не сразу. Между началом его подачи и моментном воспламенения проходит некоторый промежуток времени, называемый периодом задержки воспламенения. В течение этого периода топливо перемешивается с воздухом, испаряется и нагревается до самовоспламенения. Период задержки воспламенения зависит от сорта топлива, его физических свойств и от конструктивных особенностей двигателя. Чем значительнее период задержки воспламенения, тем больше количество топлива накапливается в камере сгорания. После воспламенения оно быстро сгорает, что приводит к резкому увеличению давления газов на поршневую группу. Двигатель работает жестко, его стуками, а его детали подвергаются интенсивному изнашиванию. Мелкое распушивание топлива в завихренный воздух приводит к уменьшению периода задержки воспламенения. С увеличением частоты вращения коленчатого вала повышаются давление и температура в конце, что уменьшает период задержки воспламенения топлива. Следовательно, для быстроходных дизелей необходимо использовать топливо с повышенным метановым числом, так как такое топливо скорее воспламеняется и быстрее сгорает. Особенностью системы питания дизеля является раздельная подача воздуха и топлива в цилиндры. Смесеобразование в дизелях происходит непосредственно в камере сгорания. В сжатый горячий воздух впрыскивается определенная порция топлива. Задача смесеобразовательного процесса заключается в том, чтобы мелко распылить и хорошо перемешать определенную дозу топлива с воздухом. Смесеобразование происходит почти одновременно с процессом сгорания. Если в цилиндр подавать на одну часть топлива теоретически необходимое количество воздуха, достаточное для полного сгорания топлива, то двигатель будет работать с дымлением. Объясняется это тем, что равномерно распределить мелкие частицы топлива в воздухе по всей камере сгорания дизеля очень трудно. Чтобы топливо полностью сгорело, воздуха приходится подавать в цилиндры значительно больше, чем теоретически необходимо. Однако увеличение коэффициента избытка воздуха ухудшает экономические показатели дизеля. Лучше, если сгорание топлива происходит при меньшем значении коэффициента избытка воздуха, так как в этом случае полнее будет использована теплота сгоревшего топлива.

Система питания дизельного двигателя. Общие сведения

При работе дизельного двигателя в его цилиндры всасывается наружный воздух, который сжимается до высокого давления. При этом температура воздуха в результате адиабатического нагрева поднимается до уровня 700-900˚С, превышающего точку воспламенения дизельного топлива. Топливо впрыскивается в цилиндр с некоторым опережением и воспламеняется. Таким образом, необходимость в использовании свечей зажигания отпадает.

Как и на бензиновых моделях система питания состоит из двух трактов: подачи топлива и подачи воздуха; управление функционированием системы осуществляет специальный электронный модуль (ECM). Более подробно принцип функционирования системы управления дизельным двигателем/снижения токсичности отработавших газов изложен в Разделе Система самодиагностики дизельных моделей .