какая горючая смесь называется нормальной
Что же такое ТВС (топливно воздушная смесь) и какой она должна быть
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.
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.
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.
бедная — воздуха > 14,7
богатая — воздуха 
Лекция 4
Тема лекции
Система питания бензинового двигателя
План лекции
4.1 Назначение системы питания карбюраторного двигателя. Общее устройство и работа системы питания.
4.2 Определение понятий «горючая смесь», «рабочая смесь», «состав горючей смеси», «коэффициент избытка воздуха».
4.3 Режимы работы двигателя и составы горючей смеси на этих режимах.
4.4 Системы впрыска бензина. Их преимущества по сравнению с карбюраторными системами питания.
4.5 Общее устройство и работа систем распределенного впрыска топлива.
Содержание лекции
4.1 Назначение системы питания карбюраторного двигателя. Общее устройство и работа системы питания
Система питания карбюраторного двигателя предназначена для приготовления в определенной пропорции из топлива и воздуха горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода из них отработавших газов.
В систему питания двигателя автомобиля входят топливный бак, топливопроводы от бака к фильтру-отстойнику и к топливному насосу, карбюратор, воздушный фильтр, приемные трубы, глушитель, выпускная труба глушителя. В систему питания входят также фильтр тонкой очистки топлива, установленный между топливным насосом и карбюратором, впускной трубопровод, на котором укреплен карбюратор, и выпускной трубопровод.
Во время работы двигателя топливо из бака после предварительной очистки в фильтре-отстойнике насосом подается к карбюратору. При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение, передающееся в карбюратор и в установленный на нем воздушный фильтр. Очищенный воздух проходит в смесительную камеру, где из жиклеров подается топливо. Испаряющееся топливо перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Из карбюратора по впускному трубопроводу горючая смесь поступает в цилиндры двигателя. Газы, образовавшиеся после быстрого сгорания рабочей смеси в цилиндре, расширяются, давят на поршень, и он опускается вниз, совершая рабочий ход. После рабочего хода отработавшие газы через открытый выпускной клапан вытесняются поршнем в выпускной трубопровод. Затем они поступают в приемные трубы глушителя, выпускную трубу и в атмосферу. Топливо наливают в бак через горловину, закрываемую крышкой. Количество топлива, находящегося в баке, контролируют при помощи датчика и указателя уровня топлива. Принципиальная схема системы питания карбюраторного двигателя показана на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Принципиальная схема системы питания карбюраторного автомобильного двигателя
1 – воздухоочиститель; 2 – глушитель шума впуска; 3 – карбюратор; 4 – впускной трубопровод;
5 – фильтр тонкой очистки топлива; 6 – топливный насос; 7 – топливопровод;
8 – топливный фильтр отстойник; 9 – топливный бак; 10 – глушитель шума выпуска
4.2 Определение понятий «горючая смесь», «рабочая смесь», «состав горючей смеси», «коэффициент избытка воздуха»
Смесь топлива с воздухом называется горючей смесью. Горючая смесь, попадая в цилиндр, смешивается с остаточными газами, которые не были удалены при такте выпуска. Образовавшаяся смесь называется рабочей.
Если в сгорании 1 кг бензина действительно участвует 15 кг воздуха, т. е. столько, сколько теоретически необходимо, то α = 15/15 = 1, и такую смесь называют нормальной. Горючую смесь, для которой α 1 называют бедной, так как в ней содержится воздуха больше теоретически необходимого количества.
4.3 Режимы работы двигателя и составы горючей смеси на этих режимах
Основными режимами при работе автомобильного двигателя являются пуск двигателя, холостой ход и малые нагрузки, средние нагрузки, полные нагрузки, резкие переходы с малых нагрузок на большие. При пуске двигателя необходима очень богатая смесь (α = 0,2…0,6), так как частота вращения коленчатою вала мала, топливо плохо испаряется, а часть его конденсируется на холодных стенках цилиндра.
Работа двигателя в режимах холостого хода и малой нагрузке возможна при α = 0,7…0,8. Горючая смесь, поступающая в цилиндры двигателя, загрязняется остаточными газами, поэтому обогащение смеси улучшает ее воспламеняемость и способствует устойчивой работе двигателя.
Автомобильный двигатель большую часть времени работает при режиме средних нагрузок, т.е. с не полностью открытой дроссельной заслонкой. Для этого режима необходима обедненная смесь с коэффициентом избытка воздуха α = 1,05…1,15 (экономическая смесь), обеспечивающая экономичную работу двигателя.
4.4 Системы впрыска бензина. Их преимущества по сравнению с карбюраторными системами питания
Первые системы впрыска были механическими, а не электронными, и некоторые из них (например, высокоэффективная система BOSCH) были чрезвычайно остроумными и хорошо работали. Впервые же система механического впрыска топлива была разработана компанией Daimler Benz, а первый серийный автомобиль с впрыском бензина был выпущен еще в 1954 г. Основными преимуществами системы впрыска по сравнению с карбюраторными системами являются следующие:
— отсутствие дополнительного сопротивления потоку воздуха на впуске, имеющему место в карбюраторе, что обеспечивает повышение наполнения цилиндров и литровой мощности двигателя;
— более точное распределение топлива по отдельным цилиндрам;
— значительно более высокая степень оптимизации состава горючей смеси на всех режимах работы двигателя с учетом его состояния, что приводит к улучшению топливной экономичности и снижению токсичности отработавших газов.
Хотя в конце концов оказалось, что лучше для этой цели использовать электронику, которая дает возможность сделать систему компактнее, надежнее и более адаптируемой к требованиям различных двигателей. Некоторые из первых систем электронного впрыска представляли собой карбюратор, из которого удаляли все «пассивные» топливные системы и устанавливали одну или две форсунки. Такие системы получили название «центральный (одноточечный) впрыск».
В настоящее время наибольшее распространение получили системы распределенного (многоточечного) электронного впрыска. На изучении этих систем питания необходимо остановиться более подробно.
4.5 Общее устройство и работа систем распределенного впрыска топлива
В системе центрального впрыска подача смеси и ее распределение по цилиндрам осуществляются внутри впускного коллектора.
Горючая смесь в карбюраторном двигателе
Для работы карбюраторного двигателя в его цилиндры подается смесь паров и мельчайших капелек жидкого горючего с воздухом, называемая горючей смесью.
В качестве горючего для карбюраторных двигателей применяется бензин, легко испаряющаяся и хорошо воспламеняющаяся жидкость.
Чтобы горючая смесь быстро и полностью сгорала, она должна быть определенного состава и однородной: бензин и воздух должны находиться в определенном соотношении и быть хорошо перемешаны.
Для полного сгорания 1 кг бензина необходимо приблизительно 15 кг воздуха. Смесь с таким содержанием бензина и воздуха называется нормальной смесью.
Обедненной называется смесь, в которой избыток воздуха составляет не более 10%. В такой смеси на каждую часть бензина приходится 15—16,5 части воздуха, т. е. 1 : 15— 1 : 16,5.
В бедной смеси избыток воздуха составляет более 10%.
В такой смеси на каждую часть бензина приходится более 16,5 части воздуха.
Обогащенной называется смесь, содержащая недостаточное количество воздуха — меньше, чем нормальная смесь. В такой смеси на каждую часть бензина приходится 15—12 частей воздуха, т. е. 1:15 — 1 : 12.
Богатая смесь — это такая горючая смесь, в которой каждую часть бензина приходится менее 12 частей воздуха.
Состав горючей смеси оказывает большое влияние на мощность и экономичность двигателя.
Наибольшую мощность двигатель развивает на обогащенной смеси, обладающей наибольшей скоростью сгорания.
Наилучшая экономичность двигателя получается при работе на обедненной смеси, так как в этом случае происходит наиболее полное сгорание горючего.
Работа на богатой смеси сопровождается увеличенным расходом горючего и снижением мощности.
Работа на бедной смеси сопровождается заметным падением мощности и ухудшением экономичности двигателя, что объясняется медленным сгоранием горючего и связанными с этим потерями тепла через стенки цилиндров.
Таким образом, работа двигателя на богатой или бедной горючей смеси не желательна, так как при этом мощность двигателя снижается, а расход горючего увеличивается.
Бедная или богатая смесь бензина и воздуха
Бедная или богатая смесь бензина и воздуха
В данной статье расскажем, что такое бедная или богатая смесь бензина и воздуха. Какие пропорции оптимальны для работы двигателя.
Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.
Уменьшим поступление воздуха до 12,5-13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%.
Бедная или богатая смесь
Зависимость основных характеристик двигателя от состава топливно-воздушной смеси
Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 16 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют экономичной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с «мощностной». Смесь такого состава называют обедненной. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается 11-12 кг воздуха, смесь называют богатой. Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться.
Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать», переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.
На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или, хуже, переобогащенная смесь — это избыток бензина или недостаток воздуха.
Устройство системы питания автомобиля
Горючая смесь
Горючая смесь, поступающая в цилиндры, приготовляется в смесительной камере карбюратора и представляет собой смесь паров мелко распыленного бензина и воздуха. Процесс смесеобразования продолжается во впускном трубопроводе и цилиндрах двигателя, где горючая смесь, смешиваясь с остатками отработавших газов, образует рабочую смесь.
Для приготовления горючей смеси используют тщательно очищенные от механических примесей топливо и воздух. Горючая смесь должна сгорать полностью в тысячи доли секунды. Для правильного сгорания топлива камеры сгорания цилиндров имеют различные формы, от чего зависит распределение горючей смеси.
Состав горючей смеси
Состав горючей смеси характеризуется определенным соотношением топлива и воздуха (по массе). Для полного сгорания I кг бензина теоретически необходимо 14,9 кг воздуха. Практически, количество воздуха, в зависимости от режима работы двигателя, может быть больше или меньше теоретического. Поэтому состав горючей смеси принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха (а), который представляет собой отношение действительного количества воздуха участвующего в процессе сгорания бензина, к стехиометрическому, т. е. к количеству воздуха, которое теоретически необходимо для сгорания топлива массой 1 кг и состава С + Н + О = 1. Количество воздуха и топлива в горючей смеси регулируется с помощью специального кислородного датчика Лямбда. Датчик Лямбда устанавливается в выхлопной системе.
Если в сгорании 1 кг бензина участвует 14,9 кг воздуха, то такая смесь называется нормальной. Коэффициент избытка воздуха определяет количество горючей смеси следующим образом:
• богатая смесь — а от 0,5 до 0,8 (значительный недостаток воздуха, смесь сгорает не полностью);
• обогащенная смесь — а от 0,85 до 0,95 (незначительный недостаток воздуха). Скорость сгорания смеси возрастает, двигатель развивает наибольшую мощность, но при несколько повышенном расходе топлива вследствие недостаточно полного его сгорания;
• бедная смесь — а от 1,1 до 1,2 (значительный избыток воздуха, смесь горит медленно). Большая часть теплоты поглощается стенками цилиндров, что вызывает перегрев двигателя и неустойчивую его работу. Мощность двигателя падает, возрастает расход топлива;
• обедненная смесь — а от 1,05 до 1,07 (незначительный избыток воздуха). Мощность двигателя несколько снижается, экономичность заметно повышается, так как происходит наиболее полное сгорание топлива.