Сумішоутворення в карбюраторі є складним процесом. Для формування правильних уявлень про процес сумішоутворення необхідно послідовно розглянути явища руху повітряного потоку, закінчення, розпилювання і випаровування палива, а також принципи приготування необхідного складу горючої суміші.
Рух повітряного потоку через карбюратор.
При русі через карбюратор швидкість і тиск повітряного потоку змінюються.
Кількість повітря, що проходить через карбюратор і надходить у двигун, визначається робочим об'ємом циліндрів двигуна, швидкістю обертання колінчастого вала і ступенем відкриття дросельної заслінки.
Годинна витрата повітря (м 3), що надходить у двигун:
,
де D - діаметр циліндра двигуна, м;
S - хід поршня, м;
# 961; віз - щільність повітря при температурі і тиску навколишнього середовища, кг / м 3;
# 951; v - коефіцієнт наповнення двигуна;
n - число оборотів колінчастого валу, c;
i - число циліндрів двигуна, що обслуговуються даним карбюратором;
# 964; - тактность двигуна.
Годинна витрата повітря, що проходить через дифузор карбюратора і далі надходить у двигун:
,
де # 969; віз - швидкість руху повітря в дифузорі, м / с;
Fдіф - площа поперечного перерізу горловини дифузора, м 2.
Швидкість повітря, що протікає через горловину дифузора, може бути визначена наступним рівнянням в припущенні, що повітря являє собою нестисливої рідина:
,
де # 951; диф - коефіцієнт швидкості повітря в дифузорі;
P0 - Pдіф - розрідження в дифузорі, рівне різниці тисків навколишнього середовища і в дифузорі.
Повітря проходить через дифузор карбюратора з порівняно великими швидкостями, тому тиск в ньому помітно знижується. Найменший тиск або найбільше розрідження в горловині дифузора карбюратора спостерігається при максимальних швидкостях і витратах повітря. Звідси випливає, що розрідження в дифузорі має зростати в міру збільшення відкриття дроселя і числа обертів вала двигуна.
Площа горловини дифузора підбирають так, щоб:
1) на малих числах оборотів і неповних відкриттях дросельної заслінки швидкості повітря були не нижче 40-50 м / с, щоб уникнути недостатнього розпилювання палива і пов'язаного з ним збільшення витрати палива;
2) на великих числах оборотів і при повному відкритті дросельної заслінки швидкість повітря не перевищувала приблизно 120 м / с, так як при великих швидкостях помітно знизиться вагове наповнення, а отже, і потужність двигуна.
Обидва ці вимоги повністю поєднати не можна, а тому зазвичай підбирають площа горловини дифузора так, щоб розрідження в ній на великих числах оборотів не перевищували 9.81 кПа.
На холостому ходу двигуна і малих обертах вала в двигун надходить мінімальна кількість горючої суміші. При цьому розрідження в дифузорі майже відсутня, а розрідження за дросельною заслінкою досягає максимальних значень, чисельно рівних 49.05 кПа.
Рівняння годинної витрати при підстановці рівняння швидкості повітря набуде вигляду:
.
Воно справедливо для нестискуваних рідин, але розрідження в дифузорі карбюраторів дуже рідко перевищують 9.81 кПа, тому цим рівнянням можна користуватися при розрахунку карбюраторів, так як помилка при його використанні не перевищить 1-2%.
Витікання палива з розпилювача.
Різниця тисків у камері поплавця і у розпилювача змушує паливо перетікати по системі каналів через жиклер в розпилювач, а з нього в дифузор карбюратора, де швидко рухається повітря.
Розрідження у розпилювача, за даними дослідів, на 20-25% менше розрідження біля стінки дифузора. Відповідно до цього швидкість протікання палива через жиклер визначають рівнянням:
,
де # 951; жікле - коефіцієнт швидкості, що враховує тертя в паливних каналах і жиклері, а також місцеві опору при переході від одного перерізу до другого;
# 961; палив - щільність палива при температурі і тиску навколишнього середовища, кг / м 3.
У більшості випадків основним опором є жиклер, а опору в паливних каналах в порівнянні з ним невеликі, тому з достатньою точністю коефіцієнт швидкості може враховувати тільки опору самого жиклера.
Швидкість протікання палива через жиклер залежить від режиму роботи двигуна і змінюється в межах від 0 до 5 м / с.
Для переходу від швидкості випливає палива до вартового вагового витраті необхідно врахувати площа жиклера Fжікл:
.
Розпилення та його випари.
Струмінь палива, що випливає з жиклера карбюратора, розпорошується на дрібні краплі внаслідок тертя, що виникає між струменем і потоком повітря, що рухається з великою швидкістю. Тонкість розпилювання палива оцінюється середнім діаметром крапель.
Середній діаметр крапель розпилюється палива тим менше, чим більше швидкість потоку повітря і чим менше поверхневий натяг палива (рис. 5.5).
Мал. 5.5. Залежність розміру крапель від швидкості повітря
Умови для випаровування палива в карбюраторі несприятливі. Час, відведений на випаровування, вимірюється лише сотими частками секунди; температура, при якій відбувається випаровування, порівняно невелика. При температурі 30 ° С і порівняно високу швидкість повітря повного випаровування палива не досягається.
Не випарувався, паливо у вигляді крапель несеться повітряним потоком, а так як температура впускного колектора порівняно невисока, паливо конденсується і осідає на внутрішніх стінках колектора, утворюючи рідку плівку. Скупчення плівки погіршує розподіл пальної суміші по циліндрах двигуна. Частина випарувався палива несеться в циліндри, що погіршує згоряння суміші. Частина палива проникає в картер і розріджує масло. Тому в карбюраторних двигунах для поліпшення випаровуваності палива, зменшення нерівномірності розподілу суміші по циліндрах, запобігання конденсації і зниження плівкоутворення застосовується підігрів впускного колектора відпрацьованими газами.
5.1.3. Вплив складу горючої суміші на роботу двигуна
Склад горючої суміші, що оцінюється коефіцієнтом надлишку повітря # 945 ;. дуже впливає на потужність і економічність двигуна.
При повністю відкритому дроселі максимальна потужність двигуна досягається при коефіцієнті надлишку повітря # 945; = 0.8-0.9, а мінімальний витрата палива (найбільша економічність) при коефіцієнті # 945; = 1.05-1.15.
Але в міру прикриття дроселя (зміна навантаження) змінюється і склад горючої суміші, відповідний максимальної потужності і найбільшої економічності. На рис. 5.6 показано зв'язок між потужністю і економічністю двигуна і складом горючої суміші при різних положеннях дросельної заслінки. Криві а й а 'характеризують зміну потужності і економічності при повністю відкритому дроселі, криві б і б' і в і в '- при прикритих положеннях дроселя. Кожна з кривих відповідає постійному числу оборотів і навантаження двигуна.
Мал. 5.6. Зміна потужності і економічності двигуна
Криві показують, що при зменшенні навантаження в міру прикриття дросельної заслінки значення максимальної потужності і мінімальної витрати палива зміщуються вліво, коефіцієнт надлишку повітря знижується, суміш збагачується. Це пояснюється тим, що дросселирование двигуна знижує швидкість повітряного потоку в карбюраторі. При цьому погіршення якості розпилювання палива і процесу згоряння суміші призводить до необхідності збагачення суміші. Виділивши на кривих точки, відповідні максимальній потужності і мінімальним питомим видатках палива, і з'єднавши ці точки пунктиром, отримаємо криві А і Б. Крива А характеризує зміну коефіцієнта надлишку повітря в залежності від навантаження при максимальній потужності. Крива Б характеризує зміну коефіцієнта надлишку повітря в залежності від навантаження при найбільшої економічності.
Криві показують, що при часткових навантаженнях (прикрита дросельна заслінка) максимальна потужність, що розвивається двигуном, досягається на збагачених сумішах, при коефіцієнті надлишку повітря від 0.9 до 0.6, а найбільша економічність досягається при # 945; = 0.9-1.15.
5.1.4. Характеристика бажаного карбюратора
Для карбюраторних двигунів при різному навантаженні (різні положення дроселя) встановлено зв'язок між потужністю і економічністю двигуна і коефіцієнтом надлишку повітря (рис. 5.6).
Якщо графік, зображений на рис. 5.6, повернути на 90 ° проти годинникової стрілки і залишити на ньому тільки криві А і Б, то на новому графіку (рис. 5.7) крива А буде показувати, як повинен змінюватися склад горючої суміші в залежності від зміни навантаження двигуна при реалізації максимальної потужності, а крива Б - як повинен змінюватися склад горючої суміші в залежності від зміни навантаження двигуна при максимальній економічності.
Основні вимоги, яким повинен відповідати карбюратор при роботі з різними навантаженнями і постійним числом оборотів, наступні:
- На холостому ходу і малих навантаженнях двигуна дросель прикритий. Швидкість повітряного потоку незначна. Температурний режим двигуна знижений. Умови для розпилювання і випаровування палива несприятливі. Для стійкої та безперебійної роботи двигуна карбюратор повинен готувати збагачену суміш (# 945; = 0.7-0.8).
- При збільшенні навантаження дросель поступово відкривається. Швидкість повітряного потоку зростає. Температурний режим двигуна підвищується. Умови для розпилювання і випаровування палива поліпшуються. Для економічної роботи карбюратор повинен готувати горючу суміш, поступово збіднюється в міру відкриття дроселя. Коефіцієнт надлишку повітря повинен при цьому збільшуватися до # 945; = 1.05-1.15. Автомобільний карбюраторний двигун переважна час працює на режимах неповних навантажень. Тому приготування економічною горючої суміші є необхідним для зниження витрати палива.
- При повністю відкритому дроселі для забезпечення максимальної потужності двигуна карбюратор повинен готувати збагачену суміш. Коефіцієнт надлишку повітря повинен при цьому знижуватися до? = 0.8-0.9.
На рис. 5.7 крива В відповідає перерахованим вимогам і є характеристикою бажаного карбюратора при роботі двигуна на різних навантаженнях.
Мал. 5.7. Характеристика бажаного карбюратора
Перераховані вимоги до карбюратора не вичерпують всіх умов, необхідних для роботи двигуна на різних експлуатаційних режимах. Розглянемо ці додаткові умови:
- При пуску двигуна дросель практично закритий. Швидкість повітря незначна. Температурний режим двигуна знижений. Умови сумішоутворення несприятливі. Карбюратор повинен готувати збагачену суміш, яка характеризується коефіцієнтом # 945; = 0.5-0.6.
- У разі різкої зміни навантаження внаслідок більшої інерції палива його витрата зростає повільніше, ніж витрата повітря. Це викликає тимчасове збіднення суміші, перебої в роботі двигуна і ускладнює процес розгону машини. Для того щоб різке відкриття дроселя не супроводжувалося зубожінням суміші, карбюратор повинен мати здатність швидко збагачувати суміш до такого складу, при якому можна досягти нормальне наростання обертів.