Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Рабочий процесс элементарного карбюратора

Основой любого карбюратора является простейший элементарный карбюратор. Для того чтобы приблизить его характеристику к идеальной, применяют различные системы компенсации, а также вспомогательные устройства. Поэтому изучение рабочего процесса современного карбюратора целесообразно начинать с рассмотрения рабочего процесса элементарного карбюратора.

На рис. 148 показана схема элементарного (одножиклерного) карбюратора. Воздух через воздушный фильтр 1, минуя воздушную заслонку 2, поступает в диффузор 9, который имеет форму насадки Вентури. В поплавковой камере 4 поддерживается постоянный уровень бензина, незначительно меняющийся в реальных условиях в зависимости от режима работы. Топливо проходит через жиклер 5 (калиброванное отверстие) под действием перепада давлений между поплавковой камерой карбюратора и диффузором. Оно вытекает через распылитель 6 в зону, где скорость воздушного потока и разрежение близки к максимальным. Из смесительной камеры 8 смесь воздуха и распыленного топлива по впускному трубопроводу 7 направляется в цилиндры двигателя.

Течение воздуха по впускному тракту. Воздух из атмосферы проходит через воздухоочиститель, где задерживаются взвешенные в воздухе частицы пыли, и поступает в воздушный патрубок карбюратора, в котором расположена воздушная заслонка 2 с автоматическим клапаном. Воздушный патрубок при работе двигателя, за исключением режимов пуска (когда воздушная заслонка прикрыта), не оказывает значительного сопротивления потоку воздуха, так как сечение патрубка достаточно велико.

Из воздушного патрубка воздух направляется в диффузор, где скорость его значительно возрастает, а давление снижается. Для уменьшения потерь при течении воздуха применяют диффузор с углами на входе 30° и на выходе 7° и с плавным переходом профиля. В практике профиль диффузоров, особенно для карбюраторов с одним диффузором, отличается от оптимального вследствие необходимости уменьшения высоты карбюратора. При отступлении от наивыгоднейшего соотношения размеров диффузора струя движущегося потока сжимается, что, в свою очередь, приводит к смещению зоны наибольших разрежений по ходу движения воздуха. Движение воздушного потока в диффузоре карбюратора в широком диапазоне режимов имеет турбулентный характер. Турбулентное движение воздуха с интенсивными завихрениями необходимо для лучшего дробления топлива, вытекающего из распылителя со значительной скоростью.

остается постоянным и выражается формулой

(229)

Давление в различных сечениях карбюратора меняется незначительно. Наибольшее разрежение в диффузоре не превышает 20 КПа. При таком разрежении воздух с достаточной степенью точности можно рассматривать как несжимаемую жидкость, плотность которой при движении по впускному каналу остается неизменной. При сделанном допущении

т. е. скорость потока обратно пропорциональна квадрату диаметра соответствующего сечения.

Согласно закону сохранения энергии

потери энергии на рассматриваемом участке течения воздуха.

Для двух рассматриваемых сечений с учетом сделанного допущения о несжимаемости движущегося воздуха:

Тогда

(230)

разность между давлениями на входе и в рассматриваемом минимальном сечении диффузора

Из уравнения (230) видно, что разрежение в любом сечении карбюратора или впускного тракта определяется двумя составляющими:

Разрежение при движении воздуха по впускному тракту не остается постоянным. На участках, где сечения суживаются или имеются ярко выраженные местные сопротивления (воздушная заслонка, диффузор, дроссельная заслонка, впускной клапан), разрежение возрастает сравнительно резко.

разрежение за дроссельной заслонкой). Наименьшее сечение диффузора выбирают из расчета получения необходимой достаточно высокой скорости потока воздуха, при которой достигается интенсивное распыливание н более полное испарение топлива.

Или где фж коэффициент скорости в рассматриваемом сечении, учитывающий уменьшение скорости вследствие гидравлического сопротивления впускного тракта.

На рис. 150, а показаны эпюры скоростей движения воздуха wR в поперечном сечении диффузора карбюратора, а также характер течения воздуха и сжатия струи после выхода из узкого сечения диффузора (рис. 150, б). Минимальное сечение потока в результате

сжатия струи при переходе из узкой части диффузора в расширяющуюся несколько меньше минимального сечения диффузора. Влияние сжатия струи оценивается отношением наименьшей площади сечения потока /п к минимальной площади сечения диффузора /я, называемым коэффициентом сжатия струи ас = /п//д! обычно ас ~ - 0,97 - 0,98.

Произведение коэффициента скорости Ос и коэффициента сжатия струи фд называют коэффициентом расхода дд.

Если известны минимальная площадь проходного сечения диффузора /д (в м2), скорость движения воздуха в этом сечении wR (в м/с) и коэффициент расхода рд, то по уравнению (229) можно определить количество воздуха (в кг/с), протекающего по впускному тракту:

После подстановки значения wR из уравнения (231) получим

(232)

остается практически постоянным (рис. 150, в).

Уменьшение коэффициента расхода в области малых разрежении (ниже 2 кПа) вызывается тем, что при низкой скорости движения воздуха рабочее сечение канала как бы несколько сокращается из-за увеличения толщины пограничного слоя воздуха, образующегося на стенке. При разрежениях выше 15 кПа коэффициент сжатия струи уменьшается вследствие несоответствия форм диффузора и воздушной струи, что связано с образованием вихрей у стенок. При наивыгоднейшей форме диффузора отрыва потока от стенок не наблюдается. При угле входа воздуха, большем 30°, создаются значительные завихрения. В случае малого угла входа воздуха необходимо увеличивать длину диффузора.

понижается из-за возрастания гидравлических сопротивлений. Для увеличения этого отношения применяют

ложет быть увеличено до 2,52,6. При применении нескольких диффузоров можно, не увеличивая общей высоты карбюратора, снизить его гидравлическое сопротивление при необходимой скорости воздушного потока.

Суммарный коэффициент расхода многодиффузорного карбюратора несколько ниже, чем однодиффузорного. Поэтому суммарное проходное сечение диффузоров во многодиффузорных карбюраторах больше проходного сечения однодиффузорных. В результате этого несколько понижается скорость потока воздуха, но расширяется диапазон изменения разрежений, в котором коэффициент не меняется. На рис. 151 показана эпюра разрежений в двухдиффузорном карбюраторе.

I) в процессе эксплуатации влияет технология изготовления диффузора и его материал. При длительной работе карбюратора необходимо периодически проверять состояние и размеры диффузора.

Скорость воздуха в диффузоре карбюратора изменяется в широких пределах, достигая при больших частотах вращения вала и нагрузках и, следовательно, при высоких скоростях потока 200 м/с. Отметим, что при любой скорости воздушного потока, проходящего через диффузор, характер течения является турбулентным.

Истечение топлива. На рис. 152 показана схема движения топлива из поплавковой камеры карбюратора 4 через жиклер 5, каналы, распылитель 6 и диффузор. Уровень топлива в поплавковой

[.

Для двух сечений карбюратора (сечения 00 и ЖЖ) при допущении, что скорость в сечении 00 равна нулю и отсутствует сопротивление,

давление в сечении жиклера, Па.

Из уравнения (233) теоретическая скорость истечения топлива из жиклера:

(234)

условна.

условная высота столба бензина, соответствующая перепаду давлений, необходимому для преодоления сил поверхностного натяжения при вытекании бензина из устья распылителя).

Воздух

Тогда из уравнения (234) получим

в м/с.

Действительная скорость истечения без учета сжатия струи

коэффициент скорости, учитывающий потери при истечении топлива.

С учетом сжатия струи ас количество топлива, вытекающего из жиклера (в кг/с),

(235)

( зависит от конструкции жиклера, а также от перепада давлений, обусловливающего истечение топлива. Он резко меняется с изменением отношения длины жиклера I к диаметру d в пределах 52.

коэффициент р,ж уменьшается и на его величину сильно влияет форма кромки, характер фаски, галтели и качество обработки калиброванной части жиклера.

(рис. 153). В этом случае технологические

отклонения основных размеров жиклера практически не влияют на этот коэффициент.

коэффициент непрерывно возрастает, стабилизируясь лить в области значительных разрежений в диффузоре.

Совместное истечение топлива и воздуха. По подсчитанным значениям GB и GT из уравнений (232) п (235) можно определить коэффициент избытка воздуха:

или

получим

получим

(236)

меняется коэффициент избытка воздуха а, в результате чего с повышением нагрузки двигателя в простейшем карбюраторе происходит обогащение смеси интенсивное при малых и средних нагрузках и незначительное при больших. Такое же влияние оказывает и изменение скоростного режима двигателя.

в зависимости от разрежения

смесь обогащается менее интенсивно и при больших нагрузках состав смеси стабилизируется.

Характеристика элементарного карбюратора не соответствует требованиям двигателя, так как с увеличением нагрузки смесь обогащается, особенно на малых и средних нагрузках, в то время как она должна обедняться. Если элементарный карбюратор отрегулировать на необходимый состав смеси при работе двигателя на больших нагрузках, то при переходе к малым нагрузкам смесь будет так сильно обедняться, что окажется за пределом воспламеняемости и сгорание топливовоздушной смеси не произойдет. Если элементарный карбюратор отрегулировать так, чтобы на малых нагрузках он подавал смесь необходимого состава, то при переходе к большим нагрузкам смесь будет переобогащаться и также будет находиться за пределом воспламеняемости.

Элементарный карбюратор при разгоне автомобиля не обеспечивает обогащения смеси, которое необходимо в связи с изменением характера процесса смесеобразования.

На рис. 156 приведены характеристики идеального и элементарного карбюраторов. Их протекание различно. Чтобы изменить характеристику элементарного карбюратора и приблизить ее к идеальной, требуется применить:

1) систему холостого хода, обогащающую смесь на малых нагрузках и холостом ходу;

2) главную дозирующую систему;

3) систему компенсации, корректирующую подачу топлива главной дозирующей системой;

4) систему обогащения смеси при переходе к максимальным нагрузкам (экономайзер);

5) дополнительные устройства, обеспечивающие надежный пуск двигателя и хорошую приемистость, а также снижение токсичности отработавших газов.

Реклама