МНОГОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. ПРОБЛЕМЫ КАРБЮРАЦИИ
Огромное число двигателей с искровым зажиганием является многоцилиндровыми и питается смесью либо от одного карбюратора на все цилиндры, либо от одного карбюратора или одной независимо действующей половины карбюратора на группу цилиндров. Это простое конструктивное решение является причиной многих недостатков, в первую очередь вредно отражающихся на таких показателях двигателя, как среднее эффективное давление, максимальная мощность и расход топлива. Даже если карбюратор, имеющий правильную характеристику, сконструирован удачно (см. абзац 186), все же
будет происходить отделение более или менее грубо распыленного топлива от остальной его части. Это происходит вследствие осаждения топлива на находящихся поблизости дроссельной заслонке и стенках впускного канала и отклонения потока топлива (в виде капель и пара) от течения воздуха. Для максимальной компактности требуется, чтобы в многоцилиндровом двигателе впускная труба разветвлялась сразу же за карбюратором
в патрубки, ведущие к отдельным цилиндрам или группам цилиндров.
Отделение топлива ведет к количественно неравномерному его распределению, в результате которого одни цилиндры получают более богатую смесь, чем другие. Возможно также, что имеет место качественно неравномерное распределение топлива в том смысле, что цилиндры не получают топлива одинакового состава - из-за неполного селективного его испарения, за которым следует отделение пара от жидкости. Вследствие резкого ухудшения качества горения при обеднении смеси любой недостаток в подаче топлива к отдельным цилиндрам должен всегда компенсироваться общим обогащением смеси. Учитывая, что даже при хорошем распределении смеси двигатель может работать при коэффициенте КС, лишь немного меньшем единицы, в двигателе с плохим распределением смеси оказывается необходимым обогащать смесь до КС > 1 во всем диапазоне рабочих режимов.
Вследствие этого он будет не экономичным. Различие в качестве топлива, поступающего в отдельные цилиндры, чрезвычайно важно вследствие того, что обычно применяемым антидетонатором является ТЭС, который значительно менее летуч, чем авиационный бензин, и даже в случае значительно менее легко испаряемого автомобильного бензина ТЭС обнаруживается только в концевой фракции 1. Этилен-дибромид— вещество, которое должно препятствовать отложению свинца, напротив, более летуч. Нарушение качественного распределения топлива поэтому вызовет не только разницу в детонационной стойкости, но также увеличенную тенденцию к образованию свинцовых отложений в отдельных цилиндрах.
Решением этих проблем, хотя и не свободным от недостатков, является применение индивидуального карбюратора для каждого цилиндра, как это делается на гоночных и спортивных автомобилях, или использование индивидуального впрыска либо непосредственнов каждый из цилиндров, либо в его патрубок. Впрыск бензина в цилиндры широко используется в авиационных двигателях, но применительно к автомобильным двигателям он чрезмерно дорог. В качестве паллиатива в автомобильных двигателях прибегают к предварительному нагреву смеси или стенок впускного канала, на которых происходит осаждение топлива. Это связано, конечно, с потерей в наполнении, особенно в случае бедных смесей (рис. 71), так как богатая смесь отнимает больше тепла от более горячего воздуха. Еще одно неблагоприятное влияние на наполнение вызывается использованием в карбюраторе диффузора, обеспечивающего относительно большое разрежение для улучшения точности дозирования и качества распыла, что приводит к потере среднего давления и максимально достижимой мощности. Предварительный подогрев смеси повышает склонность ее к детонации, что должно быть скомпенсировано применением более низкой степени сжатия (а значит, имеет место дополнительная потеря среднего давления, мощности и экономичности). Вторичным результатом является увеличение температуры отработавших газов и выпускных клапанов при подогреве смеси.
Цель предварительного подогрева смеси, а именно получение гомогенной смеси, более или менее достигается при сочетании подогрева с тщательно, на основе опыта, сконструированными впускными трубопроводами, но предварительный подогрев сам по себе увеличивает возможность самовоспламенения бедной смеси.
Если бы только был возможен быстрый переход с частичной нагрузки на полную без задержки на установление нового равновесного состояния, связанной с тепловой инерцией горячих деталей, то переменный предварительный подогрев мог бы очень способствовать выполнению предъявляемых требований. На практике преследуется достижение этой цели, но, естественно, достигается она только приблизительно. При использовании топлива с одинаковым октановым числом по изложенным выше причинам
Рис. 71. Влияние температуры
воздуха на впуске на температуру смеси при различном
составе смеси:
1— обедненная; 2 — бедная; 3 — богатая; 4 — обогащенная
Рис. 72. Распределение топлива в смеси
в зависимости от положения дроссель-
ной заслонки:
А— богатая смесь; Б — бедная смесь: 1, 2, 3, 4 — номера цилиндров
показатели наиболее совершенных многоцилиндровых карбюраторных двигателей на 10—20% ниже, чем одноцилиндровых двигателей или двигателей с впрыском топлива.
Рис. 73. Впускные каналы: а — неудачная конструкция; б — улучшенная конструкция
Проблема карбюрации и конструирования трубопроводов здесь не рассматривается; будут изложены лишь несколько примеров. Положение дроссельной заслонки может вызвать неправильное распределение смеси, как это проиллюстрировано на рис. 72. Объединенный впускной канал, предназначенный для подачи смеси в два соседних цилиндра и часто применявшийся в ранних конструкциях, ведет к плохому распределению и к различию в наполнении, особенно в четырехцилиндровом двигателе, в котором процессы впуска двух смежных цилиндров несколько перекрываются (см. рис. 73, а).
В настоящее время ответвления впускных трубопроводов к отдельным цилиндрам делаются обычно одинаковой длины (рис. 73, б).
