Ухудшение процессов газообмена, смесеобразования и сгорания, снижение коэффициента наполнения, а также детонационное явление приводят к дополнительным потерям топлива. Совершенство рабочего процесса двигателя отражается на составе его ОГ. Исследование состава ОГ позволяет количественно оценить недостатки процессов газообмена, смесеобразования и сгорания. Состав топливовоздушной смеси также важен при оценке конструкции двигателя. С помощью современных методов анализа газов можно определять действительный (полученный по анализу газов, а не по расходу топлива и воздуха) состав топливовоздушных смесей в широком диапазоне коэффициента избытка воздуха (а = 0,7... 1,7 при отношении расходов воздуха и топлива соответственно Gb/Gx = = 10...25).

Состав топливовоздушной смеси может быть определен из анализа ОГ с помощью уравнения полного сгорания углеводорода состава С„Нт. При богатой смеси и полном сгорании углеводородов

СНа + 1,25 Оа = 0,5 СО + 0,5 СО + НО, а при бедных смесях

СНа + 1,25 Оа = СОа + НО.

Зависимости между составами ОГ и топливовоздушной смеси получены по результатам исследований на одноцилиндровой установке в широком диапазоне режимов и расчетным путем.

Исследования показали, что по результатам анализа ОГ состав топливовоздушной смеси определяется вполне точно при нормальном процессе горения и при его нарушениях. На точность определения не влияют противодавление на выпуске, опережение зажигания, скоростной режим, нагрузка и регулировка карбюратора. Некоторые трудности возникают при кратковременном пропуске зажигания и на режимах снижения частоты вращения. В этом случае состав смеси можно оценить по суммарному содержанию углерода в ОГ.

Для быстрого определения состава смеси по составу ОГ разработаны вспомогательные таблицы, устанавливающие зависимость между действительным составом топливовоздушной смеси и общим содержанием кислорода, двуокиси углерода и углерода в OF.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛНОТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

Как было показано выше, в карбюраторных двигателях количество теплоты, уносимой с ОГ в результате неполноты сгорания и потерь топлива при продувке цилиндра топливовоздушной смесью, может достигать 45 % общего количества, что объясняется применением богатых смесей с а < 1 и несовершенством системы газообмена. /

4.3. Значения величин И и COj, д,, для различных топлив

Поэтому для исследователей представляет несомненный интерес определение доли н.о яесгоревшего топлива с целью изыскания путей ее дальнейшего уменьшения.

Для двигателей с внешним смесеобразованием, работающих на жидком топливе, при коэффициенте избытка воздуха а < 1

Q„. с = 22,40хтоЯ;, где Gt -- часовой расход топлива, кг/ч; - масса (объем) сухих продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг топлива; Ни -- низшая теплота сгорания 1 м ОГ при температуре О °С и давлении 0,1013 МПа; определяется по содержанию горючих компонентов в ОГ (продуктов неполного сгорания СО и СН).

Потерями количества теплоты, не выделившейся при неполном сгорании топлива, являются: 1) потери qi от химического недожога, представляющие собой долю теплоты, которая осталась химически связанной в ОГ (главным образом СО, Н и СН); 2) потери q от физического (механического) недожога, представляющие собой долю теплоты топлива, потерянной вследствие уноса из цилиндра двигателя части топлива в виде сажи, кокса, паров или даже несго-ревших частиц.

Основное значение для двухтактных ДВС имеют потери теплоты от химического недожога, т. е. вызванные содержанием в ОГ горючих газообразных составляющих СО, На, СН4. Тогда коэффициент полноты сгорания топлива

При расчете коэффициента Tjn. о доля количества теплоты, теряемой в результате химического недожога топлива,

Qi = mcQr. кЮО/Я; « Qr. кА/Ни, где Qr. к - теплота сгорания горючих компонентов, содержащихся в 1 м сухих продуктов сгорания, кДж/м*; Qr. к = 30,2 СО + + 25,8 Hg 4- 85,5 СН4; А - отношение действительного объема ОГ к теоретическому (при а = 1):

А = СОа шах/(С02 + СО + СЩ).

Значения величин Ни и СОгшаж зависят от вида топлива (табл. 4.3).

4.3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ

И РЕГУЛИРОВОК КАРБЮРАТОРА НА МОЩНОСТНЫЕ,

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ТОКСИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Все показатели двигателей изменяются в широких пределах в зависимости от действия различных факторов. К многочисленным факторам относятся конструктивные особенности двигателей, регу-

лировки карбюратора, совершенство газодинамических процессов двигателя и процесса горения, определяемых также конструкцией двигателя и смежных систем.

К конструктивным факторам, которые необходимо учитывать при выборе рациональных путей улучшения показателей двигателя, относятся: тип карбюратора и его регулировки; конструкция воздухоочистителя и впускного патрубка; конструкция кривошипной камеры; конструкция системы продувки; конструкция и объем цилиндра; конструкция камеры сгорания; конструкция системы выпуска.

КАРБЮРАТОР

Тип карбюратора оказывает существенное влияние на показатели двухтактных ДВС. На двухтактных карбюраторных двигателях мотоциклов, выпущенных в нашей стране, установлены в основном карбюраторы типа К-28, К-36, К-62.

Параметры некоторых карбюраторов, применяемых в двухтактных двигателях мотоциклов, представлены в табл. 4.4.

Заводские и эксплуатационные регулировки карбюраторов, как правило, направлены на обеспечение максимальной мощности или экономичности двигателя. Эти требования могут реализоваться в широких, но не оптимальных по токсичности диапазонах коэффициента а избытка воздуха.

Например, с изменением настройки карбюратора с режима максимальной мощности до предела эффективного обеднения массовая концентрация СО в ОГ уменьшается почти в 100 раз, а мощность снижается лишь на 10%. Влияние регулировок карбюратора на показатели двигателя рассмотрим на примере двухтактного ДВС мотоцикла «Восход-250». Внешняя скоростная характеристика и токсические характеристики двигателя (мощность Л = 12,25 кВт при n = 5500 мин"; опережение зажигания 2,8...3 мм до ВМТ степень сжатия в = 9,5) при серийной регулировке карбюратора К-62И показаны на рис. 4.6.

4.4. Параметры отечественных карбюраторов

со,/,

7 S S « 3 2 1

2S00 3000 ЗПО /tOOO /fSOO SOOO П, мин-

Рис. 4.6. Внешняя скоростная характеристика двигателя мотоцикла «Вос-код-250»

2000 2S00 3000 3S00 п,мин-1

Рис. 4.7. Изменение коэффициента а избытка воздуха и массовой доли СО в ОГ двигателя «Восход-250» при серийной регулировке карбюратора (индексы «в», «с» и «н» соответствуют верхнему, среднему и нижнему положению иглы)

В процессе исследования изменялись следующие параметры и регулировки карбюратора: диаметр распылителя (2,71; 2,67; 2,65; серийный 2,62 мм); конус иглы распылителя, диаметр конца иглы (1,8; серийный и 1,7 мм); диаметр диффузора (32; серийный;. 30 мм); высота подъема дросселя (50 и 100%); регулировка качества смеси положением иглы главной топливодозирующей системы (верхнее, среднее и нижнее). Регулировка системы холостого хода заключалась в изменении подачи жиклера холостого хода (50, серийный, 40 и 32 см/мин).

При частичном и полном открытии дроссельной заслонки с увеличением частоты вращения концентрация СО в выпускных газах вначале возрастает, а затем снижается (рис. 4.7). При этом концентрация СН вначале уменьшается, затем увеличивается.

Высокие концентрации СО и СН в ОГ обусловлены значительным обогащением топливовоздушной смеси, приготовляемой карбюратором К-62И (а = 0,47...0,65), особенно при минимальных частотах вращения п и неполном открытии дроссельной заслонки. Коэффициент а избытка воздуха определялся по отношению расходов воздуха и топлива на входе двигателя. О существенном обогащении смеси свидетельствует и температура Гог газов, понижающаяся до 800 К при низких частотах п (см. рис. 4.6).

Удельный эффективный расход ge топлива изменялся от 800 до 460 г/(кВт.ч), достигая минимальных значений при высоких частотах п и нижнем положении иглы распылителя. Минимальные массовые доли СО и СН в ОГ также соответствуют установке иглы распылителя в нижнее положение.

Рис. 4.8. Измененне характеристик двигателя «Восход-250» в зависимости от подачи жиклера холостого хода (игла распылителя в верхнем положении, диаметр конуса иглы 1,61 мм):

- подача равна нулю;

СН,млн-1 9000

2000 2500 3000 3500 п,мин-

подача 60 см/мин

Влияние профиля дозирующей иглы, при открытии дроссельной заслонки менее чем на 3/4 хода главный топливный жиклер не оказывает влияния на состав смеси, приготовляемой карбюратором. Размеры дозирующей иглы влияют на состав смеси в широком диапазоне работы карбюратора (1/4...3/4 хода дроссельной заслонки). При изменении диаметра конца иглы распылителя от 1,61 до 1,82 мм, а длины конуса иглы от 27 до 30 мм для различных положений дроссельной заслонки (50 и 100%) и нижнего положения дозирующей иглы получены экономические и токсические характеристики двигателя. Конус иглы должен как можно меньше влиять на состав смеси, приготовляемой карбюратором, т. е. должен выходить из распылителя при возможно больших открытиях дроссельной заслонки. Минимальные удельный расход топлива и токсичность ОГ обеспечиваются при нижнем положении иглы распылителя. При открытии дроссельной заслонки на 50 % и уменьшении диаметра иглы распылителя от 1,82 до 1,61 мм удельный расход топлива практически не изменился, массовая доля СО в ОГ снизилась почти в 8 раз, а СН - до 25 %.

Влияние регулировки системы холостого хода. Обычно доводку карбюратора начинают с регулировки системы холостого хода. При работе двигателя «Восход-250» (рис. 4.8) по внешней скоростной характеристике при уменьшении расхода топлива через жиклер холостого хода от 50 сммин и до О удельный расход топлива снижается в среднем на 7,8 %, концентрация СО в ОГ - на 19,5 %, концентрация СН - на 8,3 %.

Очевидно, что с целью улучшения показателей двигателя топливный жиклер хоюстого хода целесообразно заглушить или уменьпшть его диаметр (по сравнению с серийным жиклером).

Влияние регулировки главной дозирующей системы. Регулировка главной дозирующей системы у карбюратора с диффузором постоянного сечения определяется в основном параметрами топливного и воздушного жиклеров. При изменении размеров топливного жиклера начальная кривая расходов топлива смещается почти параллельно. Увеличение или уменьшение размеров топлив-118

ного жиклера вызывает равномерное обогащение или обеднение смеси на всех режимах работы двигателя.

Из экономических и токсических характеристик двигателя, полученных при изменении диаметра распылителя, диаметра и положения иглы распылителя при полном и частичном открытии дроссельной заслонки следует, что минимальный удельный расход gg топлива при наименьшей токсичности ОГ обеспечивается при распылителе диаметром 2,65 мм и конусе иглы диаметром 1,61 мм в среднем ее положении.

Влияние диаметра диффузии. Площадь проходного сечения (диаметр) диффузора карбюратора в сочетании с различньши положениями дроссельной заслонки является основным параметром, влияющим на работу дозирующих систем и их взаимодействие. Кроме того, диаметр диффузора оказывает существенное влияние на показатели работы двигателя по внешней скоростной характеристике. Поэтому при регулировке карбюратора на минимальную экономичность и токсичность ОГ необходимо определить оптимальные размеры диффузора.

Размеры диффузора устанавливают с учетом условий наилучшего наполнения цилиндра двигателя, тогда площадь сечения диффузора следует увеличивать, и обеспечения надежного смесеобразования, тогда площадь сечения следует уменьшать, так как это позволяет повысить степень вакуума в дозирующих системах карбюраторов. Применение карбюраторов с увеличенными площадями проходных сечений диффузоров приводит к ухудшению смесеобразования на всех режимах работы, кроме режима максимальной мощности. Поэтому при таких диффузорах часто происходит «вялый» разгон двигателя.

Сравнение показателей двигателя «Восход-250» проводили для двух диффузоров диаметром 32 (серийный) и 30 мм при распылителе диаметром 2,65 мм, подаче жиклера холостого хода 40 см/мин, игле распылителя диаметром 1,61 мм при среднем ее положении и различных положениях дроссельной заслонки (50 и 100%). Анализ влияния диаметра диффузора на экономические и токсические характеристики показал, что наименьший удельный расход топлива при минимальной токсичности ОГ достигается при диффузоре карбюратора К-62И диаметром 32 мм.

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ и ВПУСКНОЙ ПАТРУБОК

На мотоциклах ПО «ИЖМАШ» применяют инерционно-масляные воздухоочистители, а на мотоциклах «Восход», «Ява», 43 и других - фильтры с бумал<ным фильтрующим элементом, которые в настоящее время получили наибольшее распространение, благодаря высокой фильтрующей способности. Использование воздухоочистителя вместе с глушителем шума привело к значительному снижению размеров последнего. На современных гоночных мотоциклах, работающих при очень высоких частотах вращения, уста-