Рис. 1. Зависимость эффективной мощности двигателя и эффективного удельного расхода топлива от коэффициента избытка воздуха.

На рис. 1 показана зависимость эффективной мощности двигателя и эффективного удельного расхода топлива ge от коэффициента избытка воздуха а.

Горючая смесь при чрезмерном обеднении или переобогащении не воспламеняется от электрической искры. Нижний предел воспламеняемости Переобедценных горючих смесей соответствует коэффициенту избытка воздуха а = = 1,4—1,6, а высший предел воспламеняемости у переобогащенных смесей — а = 0,4—0,6. Как видно- из рис. 1 на стехиометрической смеси (а = 1) двигатель работает Устойчиво, развивает мощность, близкую к расчетной, но имеет пониженную экономичность. Наибольшая эка номичность при полной нагрузке двигателя наблюдается при работе на бедной смеси, когда а,„ « 1,1, т. е. расход воздуха больше теоретически необходимого. Это объясняется наличием в цилиндрах остаточных газов и неоднородностью горючей смеси, которые отрицательно влияют на, процесс сгорания. При дальнейшем переобеднении горючей смеси мощность двигателя и экономичность его работы резко снижаются. Максимальную мощность двигатель развивает, работая на богатой смеси (ам = 0,8—0,9), однако экономичность работы его при этом снижена.

Испаряемость топлива оценивается фракционным составом, который является условным показателем. От фракционного состава бензина зависит пуск двигателя, время его прогрева и приемистость, износ двигателя, расход топлива и масла, токсичность отработавших газов и другие характеристики.

Бензины являются сложной смесью различных углеводородов, выкипающих в широком интервале температур. Нефтезаводы выпускают бензины разного химического состава. Испаряемость бензина оценивается по температуре выкипания его отдельных частей — фракций. Определение фракционного состава проводят согласно ГОСТ 2177— 82. При этом отмечают температуры начала кипения бензина, перегонки 10%, 50%, 90% бензина, конца кипения (максимальную температуру перегонки), определяют остаток после перегонки бензина и потери.

Температура перегонки 10% бензина характеризует пусковые свойства топлива. Если в бензине недостаточное количество низкокипящих фракций, то при пуске холодного двигателя часть бензина не успевает испариться и попадает в цилиндры в жидком состоянии. Горючая смесь, поступающая в цилиндры, оказывается переобедненной, не воспламеняется от электрической искры и пуск двигателя иногда становится вообще невозможен. Неиспарившийся бензин, оставаясь в капельно-жидком состоянии, попадает в цилиндры двигателя и смывает с их поверхности масло, а попадая в картер, разжижает масло. Поэтому в моменг пуска и некоторое время при последующем прогреве происходит полусухое трение деталей цилиыдропоршневой группы, смазочного масла оказывается слишком мало на поверхности деталей для обеспечения достаточно прочной масляной пленки. В этом случае наблюдаются большие-износы трущихся деталей двигателя, так называемые пусковые износы. Имеются сведения, что при благоприятных условиях нормальные износы двигателя за один холодный пуск эквивалентны износам при пробеге автомобиля 1—3 км. При неблагоприятных условиях в зимний период за один холодный пуск двигателя пусковые износы могут достигать значительной величины и быть равноценными износам при 150—180 и более километрах пробега автомобиля, Следовательно, для обеспечения легкого пуска двигателя пусковая фракция бензина должна иметь достаточное количество низкокипящих углеводородов, которые создают смесь, способную воспламениться от электрической искры.

Рис. 2. Влияние температуры выкипания 10% бензина, температуры окружающего воздуха на пуск двигателя.

Между температурой выкипания 10% бензина и температурой окружающего воздуха, при которой возможен пуск двигателя, существует прямолинейная зависимость. Это не значит, что на бензине, 10% которого выкипает при более высокой температуре, чем определенная на данном графике, невозможен пуск двигателя. В таком, случае пуск будет затрудненным и потребуется значительное обогащение смеси бензином, большая часть которого

не испарится, что приведет к перерасходу топлива, повышенным износам цилиндропоршневой группы, разжижению масла несгоревшим топливом и т. п. Зная температуру выкипания 10% бензина, можно приблизительно определить температуру воздуха, выше которой возможен пуск двигателя на данном топливе, по формуле

Пусковые свойства бензинов улучшаются по мере облегчения пусковой фракции. Зимние бензины дают возможность запустить холодный двигатель при температу воздуха —26…—28 °C. Для облегчения пуска двигателе применяются пусковые подогреватели, с помощью которых подогревают двигатель перед началом работы, а также используются пусковые жидкости, например, жидкое- «Арктика». Пусковая жидкость вводится во впускной тру бопровод специальным приспособлением. Благодаря этому становится возможным пуск холодного двигателя пр; температуре воздуха —35…—40 °C.

Наличие большого количества легких фракций в бензине при использовании его в летний период вызывает другие затруднения — возможность образования паровых пробок. В системе питания двигателя низкокипящая- часть бензина переходит в газообразное состояние. Чем больше легкокипящих фракций и выше температура окружающей воздуха, тем больше образуется паровой фазы и, соответственно, уменьшается количество жидкой фазы и увеличивается размер паровых пузырьков. Горючая смесь обедняется, коэффициент наполнения цилиндров двигателя снижается, ухудшается также равномерность наполнения цилиндров, наблюдаются перебои в работе двигателя и может даже произойти его остановка.

Образование паровых пробок зависит от ряда факторов главными из которых являются испаряемость бензина и температура окружающего воздуха. Кроме того, надо учитывать, что в подкапотном пространстве температура) на 40—50 °C выше температуры окружающего воздуха, что способствует образованию паровых пробок. При эксплуатации автомобилей в горах, в условиях бездорожья, при малых скоростях движения и т. п. возможность образования) паровых пробок возрастает. Склонность бензина к образованию паровых пробок зависит от температуры выкипания 10% бензина.

Температура воздуха должна быть ниже значения, полученного в правой части уравнения.

Наличие большого количества легких фракций в бензине может явиться причиной возникновения трудностей при повторном, горячем пуске двигателя и работе его на холостом ходу.

Температура перегонки 50% бензина характеризует скорость прогрева и приемистость двигателя. Прогрев двигателя длится от момента пуска двигателя до достижения бесперебойной, устойчивой работы. В конце прогрева на режиме холостого хода достигается почти полное испарение бензина во впускном трубопроводе. Чем легче фракционный состав и ниже температура перегонки 50% бензина, тем быстрее прогревается двигатель. Бензин с низкой температурой перегонки 50% быстрее испаряется во впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью улучшается, мощность двигателя увеличивается. При низких температурах окружающего воздуха необходимо при менять бензины с низкой температурой перегонки 50%. Например, прогрев холодного двигателя зимой до рабочего состояния (температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения 80 °C) на бензине с температурой выкипания 50%, равной 100 °C, длится 9—10 мин, а на бензине с температурой выкипания 50%, равной 130 °C, — 15—17 мин.

Приемистостью двигателя называется его способность в прогретом состоянии под нагрузкой быстро переходить с малой частоты вращения коленчатого вала на большую при резком открытии дроссельной заслонки и т. п. Автомобиль, имеющий хорошую приемистость двигателя, способен быстро набирать скорость. Приемистость двигателя зависит главным образом от температуры перегонки 50% бензина. Для хорошей приемистости двигателя необходимо, чтобы в цилиндры в момент дросселирования поступала богатая смесь. При резком открытии дроссельной заслонки во впускной трубопровод поступает большая порция холодного воздуха и жидкого бензина, условия парообразования резко ухудшаются.

Обледенение карбюратора происходит при эксплуатации, автомобилей в холодную сырую погоду, при температурах, окружающего воздуха от —2 °C до 4-11 °C и относительной влажности воздуха более 70%. Наибольшее количество перебоев в работе двигателя наблюдается из-за обледенения карбюратора при относительной влажности воздуха 100% и температуре 4—5 °C. Чаще всего условия для обледенения карбюратора создаются в районах с морским, влажным климатом в весенний и осенний периоды, при эксплуатации автомобилей на зимних легкоиспаряющихся, бензинах с низкой температурой перегонки 50% бензина.

Основными мерами борьбы с обледенением карбюратора являются подогрев горючей смеси или воздуха во впускном’ трубопроводе двигателя и применение антиобледенительных присадок к бензинам.

При использовании бензинов с высокой температурой перегонки 90% и конца кипения увеличиваются износ двигателя, расход топлива, нагарообразование на деталях двигателя, повышается токсичность отработавших газов. Температура перегонки 90% летнего бензина должна быть не выше 180 °C, а зимнего — не выше 160 °C. Температура конца кипения летнего бензина должна быть невыше 195 °C, а зимнего — не выше 185 °C, кроме бензина АИ-93 с государственным Знаком качества. Для этого-бензина указанные температуры на 10 °C выше и соответственно должны быть не выше 205 °C и 195 “С. Бензин АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга, у которого вследствие увеличения содержания ароматических углеводородов возрастает температура кипения. Высококипящие фракции бензинов риформинга обладают высокой детонационной стойкостью, поэтому их оставляют в товарном бензине.

Рис. 3. Зависимость времени разгона автомобиля от температуры выкипания 50% бензина:
1 — 97 °C; 2 — 121 °C; 3 — 142 °С

Рис. 4. Зависимость износа двигателя (1) и расхода топлива (2) от температуры конца кипения бензина.

Таблица 8.
Состав отработавших газов в зависимости от режим, работы двигателя

В автомобилях имеются три основных источника загрязнения атмосферы: отработавшие газы (система выпуска двигателя), система смазки и вентиляции картера, си стема питания топливом. В выбросах бензиновых двигателей отработавшие газы составляют 90%, картерные выбросы — 6, топливные испарения — 4%, Наиболее токсичными являются картерные выбросы, содержащие в своем составе углеводороды.