Наша промышленность до сих пор продолжает выпускать карбюраторы с регулировкой, подобранной для умеренного климата средней полосы Советского Союза.
Рассмотрим работу карбюратора при различных температурах воздуха и топлива.
Как известно, состав горючей смеси характеризует коэффициент избытка воздуха
где Gв — расход воздуха;
Gт — расход топлива;
Lo — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.
Расход воздуха через карбюратор выражается уравнением
где μв — коэффициент расхода воздуха;
Fд — сечение диффузора;
g — ускорение земного притяжения;
ΔР — разрежение в диффузоре;
γв — удельный вес воздуха.
При изменении температуры воздуха в этой формуле будет изменяться коэффициент расхода воздуха μв и удельный вес воздуха γв. Изменение μв при изменении температуры очень незначительно, и обычно в расчетах его считают величиной постоянной.
Изменение удельного веса воздуха при изменении его температуры довольно значительно:
где Р — барометрическое давление;
R — газовая постоянная воздуха;
Т — абсолютная температура воздуха.
Расход топлива через карбюратор выражается формулой
где μт — коэффициент расхода топлива;
Fж — сечение жиклера;
γт — удельный вес топлива.
При изменении температуры топлива будут изменяться коэффициент расхода топлива μт и удельный вес топлива γт.
Увеличение расхода топлива через жиклер и коэффициента расхода являются следствием изменения его вязкости при различных температурах.
Таким образом, при повышении температуры расход воздуха через карбюратор уменьшается, а расход топлива увеличивается:
Из формулы видно, что увеличение μт и уменьшение γв приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха, т. е. к обогащению горючей смеси; уменьшение удельного веса топлива γт увеличивает α, т. е. обедняет горючую смесь.
Однако уменьшение удельного веса топлива при повышении его температуры незначительно по сравнению с величинами μт и γв, вследствие чего горючая смесь все же обогащается.
Рассчитаем значение коэффициента избытка воздуха для различных температур воздуха и топлива. За 100% принимаем коэффициент избытка воздуха а при температуре воздуха и топлива 20°С. Тогда γв, μт и γт соответствуют температуре t=20°, а α', γ'в, μ'т, γ'т — температуре t=t'.
В этом случае уравнение примет следующий вид:
Разделив два последних уравнения почленно, получим
Изменение состава смеси при постоянной температуре топлива 20°С и различной температуре воздуха показано на прямой 3 (рис. 11). В этом случае расчет производился по формуле
Из графика следует, что изменение температуры воздуха и топлива на 10° изменяет коэффициент избытка воздуха на 3%.
Рис. 11. Изменение коэффициента избытка воздуха: 1 - одновременное изменение температуры воздуха и топлива на одну и ту-же величину; 2 - при различных температурах топлива и температуре воздуха +20°С; 3 - при постоянной температуре топлива +20°С и различной температуре воздуха
На рис. 12 представлены расчетные значения коэффициента избытка воздуха а для различных температур воздуха и топлива. Уменьшение температур воздуха и топлива обедняет горючую смесь, а увеличение температуры обогащает. С точки зрения оптимального состава смеси для, нормальной работы двигателя при различных температурах необходимо обратное, т. е. при холодном двигателе требуется обогащенная горючая смесь, а при горячем двигателе — обедненная.
Рис. 12. Значение коэффициента избытка воздуха в процентах для различных температур воздуха и топлива: 1 — 0°С; 2 — 20°С; 3 — 40°С; 4 — 64°С; 5 — 80°С
Температура воздуха под капотом и температура бензина в поплавковой камере карбюратора — величины переменные и зависят не только от температуры окружающего воздуха, но и от конструкции и назначения автомобиля, от конструкции и состояния радиатора, от направления ветра, от состояния ходовой части, от режима движения (скорость движения, сопротивления качению, состояние ходовой части, передача, частота остановок). В районах с жарким .климатом температура воздуха под капотом доходит до 95°С, а температура бензина в поплавковой камере — до 80—85°С.
На температуру воздуха под капотом прежде всего влияет объем подкапотной полости, качество ее вентиляции и площади капота. В последнем случае имеется в виду передача тепла из-под капота в атмосферу через плоскости капота.
Так, температура воздуха под капотом на автомобиле ГАЗ-21 «Волга», измеренная в районе г. Ашхабада при температуре воздуха 41°С, составляет 65—70°С, а на автомобиле УАЗ-451 с аналогичным двигателем ГАЗ-21А температура воздуха доходит до 95°С. Более низкая температура воздуха под капотом у автомобиля ГАЗ-21 «Волга» объясняется лучшей вентиляцией и охлаждением плоскости капота. На автомобиле УАЗ-451 плоскость капота закрыта теплым чехлом и тепло из-под капота практически не отводится.
Однако один и тот же автомобиль, эксплуатируемый при одинаковой температуре окружающего воздуха, но в различных условиях, имеет также различные температуры подкапотного воздуха. Если автомобиль эксплуатируется на загородной дороге, то температура воздуха под капотом будет несколько ниже, чем на этом же автомобиле в городских условия^ с интенсивным движением и частыми остановками.
Это объясняется тем, что при остановке автомобиля резко ухудшается вентиляция подкапотного пространства, кроме того, излучается тепло от двигателя и выпускного трубопровода (особенно при выключении двигателя).
Таким образом, система питания одного и того же автомобиля, но используемого по различному назначению, работает в совершенно различных условиях.
Существенное влияние на температуру воздуха под капотом оказывает направление ветра. При попутном ветре температура воздуха под капотом резко повышается. Температура топлива в поплавковой камере несколько ниже, чем температура подкапотного воздуха (на 5—10°C), и зависит от длины топливопровода и его расположения под капотом.
В табл. 13 приведены результаты измерений температуры воздуха под капотом на автомобилях ГАЗ-69 с двигателем М-21 А и автобуса ПАЗ-651.
Таблица 13. Температура воздуха под капотом и бензина в поплавковой камере карбюратора
Температуру измеряли при различных скоростях движения, различных температурах воздуха и в различных районах Советского Союза посредством полупроводниковых приборов-термисторов с указательными стрелочными приборами, имеющими шкалу с ценой деления 1°.
Из табл. 13 видно, что температура воздуха в условиях жаркого климата под капотом колеблется в пределах от 70 до 80°С, а бензина в поплавковой камере карбюратора от 70 до 75°С.
Такое повышение температуры воздуха под капотохМ и бензина в поплавковой камере карбюратора вызывает обогащение горючей смеси до 15—19% (по расчетным данным).
С целью выбора оптимальных регулировок карбюраторов были проведены испытания их в условиях сухого жаркого климата.
Испытания проводились на автобусе ПАЗ-651 с карбюратором К-22Г и на автомобиле ГАЗ-69 с двигателем ГАЗ-21А и карбюратором К-22И.
Перед началом испытаний оба карбюратора были тщательно проверены на соответствие требованиям технических условий и чертежу. В результате стендовых и дорожных испытаний было установлено, что оптимальное положение (поворот) регулировочной иглы главного жиклера для, обоих карбюраторов составляет для стенда два оборота, а для дороги 15/6 оборота.
Дорожные испытания автомобилей в условиях жаркого климата проводились в районе г. Ашхабада при температуре окружающего воздуха 41—44°С, барометрическом давлении 735—740 мм рт. ст. и относительной влажности воздуха 13—15%.
Испытания заключались в снятии регулировочных характеристик по положению регулировочной иглы главного жиклера при различных скоростях движения и экономических характеристиках.
В результате регулировочных испытаний установлено (рис. 13), что на обоих автомобилях оптимальное положение (поворот) регулировочной иглы главного жиклера составляет 11/6—1²/6 оборота (В=731 мм рт. ст., tв=41°С).
Рис. 13. Регулировочные характеристики автобуса ПАЗ-651 с карбюратором К-22Г: 1—v=30 км/ч; 2—v=45 км/ч; 3—v=60 км/ч.
При снятии регулировочных характеристик температура воздуха под капотом была 82—88°С, а температура бензина в поплавковой камере карбюратора — 72—76°С.
Экономические характеристики автомобилей приведены на рис. 14. Характеристики снимались при положении (повороте) регулировочной иглы 15/6 оборота (кривые 1 и 2), являющегося оптимальным по дорожным испытаниям, проведенным в Москве, и при 11/6 оборота (кривые 3 и 4), являющегося оптимальным для жаркого климата, согласно регулировочным испытаниям.
Рис. 14. Экономические характеристики: а - автобуса ПАЗ-651; б - автомобиля ГАЗ-69
Из характеристик видно, что прикрытие (поворот) регулировочной иглы главного жиклера до 11/6 оборота снижает расход топлива на 14—22%.
Динамические качества автомобиля при этом не ухудшаются.
Смотрите оригинал на указанном сайте: AutoInstruction
Таким образом, дорожными испытаниями установлено, что высокие температуры воздуха под капотом и топлива в поплавковой камере карбюратора приводят к значительному обогащению горючей смеси. При этом полученное повышение расхода топлива близко к расчетному.
На основании этих данных можно сделать вывод, что регулировки карбюраторов, подобранные для умеренного климата, оказываются неприемлемыми для жаркого тропического климата.
Стендовые испытания карбюраторов при различных температурах воздуха подтвердили результаты дорожных испытаний и теоретических подсчетов.
Изменение мощностных параметров двигателя при изменении температуры воздуха, поступающего в двигатель, изучено и может быть подсчитано по формуле, рекомендованной ГОСТом. На рис. 15 приведены скоростные характеристики двигателя ГАЗ-21А, снятые при температурах воздуха 20°С (кривая 1), 40°С (кривая 2), 60°С (кривая 3) и 86°С (кривая 4).
Рис. 15. Скоростные характеристики двигателя ГАЗ-21А при различных температурах
Температура топлива при испытаниях поддерживалась 25—30°С. Из графика видно, что при повышении температуры воздуха от 20 до 80°С уменьшается коэффициент избытка воздуха а от 9 до 11%. Удельные расходы топлива при этом повышаются также на 9—11%. Падение мощности двигателя и обогащение горючей смеси являются следствием уменьшения весового расхода воздуха.
Часовые расходы топлива при всех температурах остаются неизменными.
Величина обогащения горючей смеси, полученная при стендовых испытаниях, соответствует расчетным данным (прямая 2 на рис. 11). Таким образом, теоретическими подсчетами и результатами испытаний установлено, что при изменении температуры воздуха, поступающего в двигатель, и топлива в поплавковой камере карбюратора состав горючей смеси будет изменяться.
Температура воздуха под капотом и топлива в поплавковой камере карбюратора — величины переменные и, помимо температуры окружающего воздуха, зависят от многих факторов.
Следовательно, состав горючей смеси, подаваемой карбюратором, будет также переменным.
Для получения оптимального состава горючей смеси для различных температур необходимо ввести в карбюратор систему автоматического температурного регулирования,.
Опыт показал, что регулировки карбюраторов, подобранные для двигателей, эксплуатируемых в средней полосе Советского Союза с умеренным климатом, неприемлемы для двигателей, эксплуатируемых в условиях жаркого климата вследствие изменения плотности воздуха и вязкости топлива.
Теоретическими расчетами и испытаниями установлено, что изменение температуры воздуха и топлива на 10° изменяет состав горючей смеси примерно на 3%.
Для облегчения работы системы питания целесообразно на все автомобильные карбюраторы наряду с другими дозирующими системами ввести систему температурного регулирования состава горючей смеси с автоматическим приводом.