Бензин і необхідний для його згоряння повітря надходять в циліндри ДВС у вигляді паливо-повітряної суміші. Паливноповітряна суміш - це суміш найдрібніших частинок бензину з атмосферним повітрям, яку отримують ретельним перемішуванням цих двох компонентів. Ясно, що до перемішування бензин повинен бути розпорошено, а потім і випарується ще до моменту займання.
Розрізняють три способи сумішоутворення для поршневих двигунів: внутрішній спосіб, коли процес перемішування відбувається безпосередньо в обсязі циліндра; зовнішній спосіб - коли суміш отримують поза об'ємом циліндра, наприклад у впускному колекторі; і змішаний, або комбінований спосіб сумішоутворення, при якому перший етап перемішування протікає поза циліндра, а другий - всередині циліндра.
Для бензинових ДВС найпоширенішим є спосіб зовнішнього сумішоутворення. Бензин перед змішуванням з повітрям розпорошується або пульверизацією, або уприскуванням під тиском. Процес пульверизації реалізується в карбюраторах, а процес упорскування за допомогою спеціальних пристроїв уприскування, які називаються форсунками.
Для зовнішнього сумішоутворення потрібно легко випаровується паливо, до якого відносяться зріджені горючі гази і бензин. Бензин - це продукт перегонки нафти. Складається бензин на 85% з вуглецю і на 15% з водню і відноситься до легких вуглеводневих палив. У суміші з повітрям пари бензину утворюють не тільки горючі, але і вибухові суміші, що в основному визначається ваговим співвідношенням бензину і повітря, а також їх парціальним тиском і температурою в суміші.
Співвідношення 1 / 14,7 для бензину і повітря є стехиометрическим, так як воно відповідає законам суворого колічестаенного співвідношення мас речовин, що беруть участь в хімічній реакції горіння.
Слід мати на увазі, що топливовоздушная суміш, приготована зовнішнім способом сумішоутворення, ще не є паливо-повітряної зарядом для поршневого двигуна. Від мнксерной зони (місця утворення суміші) і до камери згоряння в циліндрі топливовоздушная суміш багаторазово змінює свій агрегатний стан під дією чергуються змін тиску і температури.
Як наслідок, частина парів бензину переходить назад в рідкий стан охолоджуючись або знову утворюється пар при зіткненні бензинових плівок з гарячими стінками впускної системи і циліндра. В результаті в камеру згоряння надходить не стехіометрична суміш, навіть якщо вона ідеально приготовлена в міксерної зоні, а суміш, що відрізняється від оптимального складу в бік зменшення або в бік збільшення кількості бензину.
Зі сказаного ясно, що за ваговим складу паливо-повітряна суміш, приготована поза циліндра, може помітно відрізнятися від суміші, стиснутої до моменту займання в камері згоряння. Ця обставина є головним недоліком способу зовнішнього сумішоутворення, який призводить до додаткових втрат бензину, до втрати стійкості роботи двигуна при зміні його режимів, а також до додаткових конструктивних складнощів системи приготування і впуску паливо-повітряної суміші.
Корисне Як перевірити двигун автомобіля
Для того щоб підтримувати склад паливо-повітряної заряду близьким до стехіометричної, процесом приготування паливоповітряної суміші доводиться постійно керувати шляхом збільшення або зменшення кількості подаваного в систему сумішоутворення бензину. Найбільш якісно це реалізується в сучасних системах уприскування бензину з електронним керуванням електромагнітними форсунками.
Горючу суміш І Відпрацьовані гази
У реальних автомобільних двигунах стехиометрическое співвідношення в горючій суміші «бензин-повітря» часто порушується. Це залежить від реальних режимів і умов роботи ДВС. Якщо бензину в горючої суміші стає більше, то кажуть, що суміш збагачена, або багата. Якщо менше - то суміш збіднена, чи бідна. Однак в теорію двигуна введений не коефіцієнт надлишку або нестачі бензину, а коефіцієнт надлишку повітря а (альфа).
Коефіцієнт а визначається як відношення дійсно вигорілого кількості повітря МдкМ0 - теоретично необхідного при повному згорянні даної порції бензину, тобто а = Мд / М0. При стехиометрическом співвідношенні, коли бензин і повітря знаходяться в суміші в пропорції приблизно один до п'ятнадцяти, коефіцієнт надлишку повітря а (альфа) приймають рівним одиниці, і суміш вважають нормальною (МД = М0). Збагачення або збіднення горючої суміші для бензинових двигунів допустимо лише в певних межах. Якщо склад горючої суміші за коефіцієнтом а виходить за діапазон 0,7 <а <1,35, то рабочая смесь в классическом ДВС вообще не воспламеняется. Таким образом, указанный диапазон изменения а является граничным рабочим интервалом для обогащения или обеднения горючей смеси.
У зазначеному інтервалі для а згорання робочої горючої суміші відбувається по-різному. Від згоряння бідної суміші (а> 1) може призвести до нестійкості процесу згоряння (особливо при а> 1,25). А це в свою чергу призводить до перебоїв в роботі ДВС за рахунок пропусків запалення на перехідних режимах. Найбільшою швидкості згоряння робочої суміші відповідає а = 0,8-0,9.
Але коли випалюється надто велика частка олі суміш (а <0,8), появляется вероятность неполного сгорания бензина. Несгоревший бензин частично выбрасывается с отработавшими газами в атмосферу, а частично (в виде тонких пленок) сползает по стенкам цилиндров в масляный картер, что приводит к ускоренному износу деталей двигателя. Кроме того при недостатке кислорода интенсивно образуется угарный газ СО.
Однак при незначному збагаченні або збіднінні горючої суміші мають місце позитивні ефекти.
Так, збіднена суміш на середніх і помірно збільшених навантаженнях дає помітну економію палива. Збагачення суміші на високих оборотах форсує двигун, і він починає віддавати максимальну потужність.
Корисне Як користуватися Круїз Контролем
При розгляді роботи поршневого ДВС було зазначено, що після згоряння паливоповітряної заряду в камері згоряння в циліндрі утворюється робоче тіло в вигляді сильно розігрітих відпрацьованих газів, які є продуктами хімічної реакції горіння.
Вихідними компонентами реакції горіння є: кисень 02, азот N2, різноманітні інертні домішки Р "і водяна пара Н20 (все це складові компоненти навколишньої атмосфери), а також вуглець С і водень Н, два останніх компонента - складові частини бензину.
В результаті згоряння вихідних компонентів утворюються такі відхідні продукти хімічної реакції горіння: окис вуглецю С02, оксиди азоту N0X, газоподібні інертні домішки Рх, частково незгорілий бензин у вигляді радикала вуглеводневих сполук СН, який не набув реакцію горіння молекулярний кисень 02 і не повністю окислений вуглець в вигляді чадного газу СО, а також водяна пара Н20 і хімічно пасивний атмосферне азот N2.
Відхідні продукти реакції горіння і є відпрацьовані вихлопні гази бензинового поршневого двигуна.
Слід також зазначити, що до складу відпрацьованих газів можуть входити свинцеві сполуки, так як вони іноді додаються в бензин з метою підвищення його антидетонаційних властивостей.
Концентрація чадного газу в вихлопних газах сучасних бензинових ДВС може досягати 6-8% за обсягом. Концентрацію СМ і NO "частіше висловлюють в мільйонних частках (ч / млн) в обсязі вихлопних газів.
Головним пристроєм на двигуні, який відповідальний за процентний склад токсичних речовин у відпрацьованих газах, є система приготування і каналізації робочої горючої суміші - система паливного харчування. Саме під впливом цієї системи в паливо-повітряної заряді може змінюватися коефіцієнт надлишку повітря а (альфа), а від неконтрольованого зміни цього коефіцієнта в значній мірі змінюється концентрація шкідливих речовин у відпрацьованих газах.