Скорость воздуха, размер карбюратора и его характеристики

Если объем цилиндра равен 250 см3, это означает, что во время впуска через карбюратор должно пройти (теоретически) 250 см3 воздуха, причем это количество воздуха должно поступить за 180° поворота коленчатого вала. Если мы знаем макси­мальную частоту вращения двигателя (на­пример. 12000 об/мин. или 200 об/с), то каждый оборот коленчатого вала проис­ходит за 1/200 секунды, а половина оборота (180 градусов) происходит за 1 /400 или за 0.0025 секунды.

При этом расход воздуха будет равен 250/ 0.0025 или 100000 см3/c. Этот расход представляет собой усредненное значение (при впуске скорость воздуха сначала равна нулю, затем возрастает до максимума, а затем вновь уменьшается), однако получен­ные результаты позволяют судить о про­цессах, происходящих в двигателе. Для того чтобы определить скорость воздуха в карбюраторе, необходимо знать расход воздуха и площадь поперечного сечения кар­бюратора. Обычно, для больших двигателей используются карбюраторы с диаметром диффузора 38 мм, поэтому площадь по­перечного сечения равна:

PI*(38*38)/4 =1134.11 мм2 или 11.34см2

Представим себе столб воздуха, имеющий площадь, равную поперечному сечению диффузора, а высоту такую, что его объем составляет 100000 см3. Высота этого столба будет равна 100000/11.34 -8818.3 см. или 88.183 м, а средняя скорость воздуха при 12000 об/мин со­ставит 88.2 м/с (или 318 км/ч). В соответствии с уравнением Бернулли (см. главу 3) и учитывая, что плотность воздуха равна 1.225 кг/м3, а поток воздуха не сжат, получим падение давления 4.76 кПа в районе распылителя топлива. Проделав те же вычис­ления при частоте вращения двигателя, равной 3000 об/мин (если считать эту скорость минимальной), получим, что ско­рость воздуха равна 22.05 м/с, а падение давления равно 0.298 кПа. Эти значения представляют собой усред­ненные скорость и давление воздуха в кар­бюраторе.

Падение давления относительно невелико, особенно при малой частоте вращения коленчатого вала и при полном открытии дроссельной заслонки. Если учесть. что плотность топлива равна 0.7 г/см3, то высота столба топлива составит 43.2 мм при том разрежении, которое создается на скорости двигателя 3000 об/мин. Если расстояние между уровнем топлива в поплавковой камере и соплом распылителя не превысит этот размер, то карбюратор будет работоспособен. Как показывают эти рассуждения, для каждого карбюратора необходимо знать диапазон рабочего давления, а также расход воздуха через него. Объем моторного отсека, отводимый для карбюратора, должен быть таким, чтобы карбюратор смог обес­печить необходимый диапазон давления и расхода воздуха в зависимости от мощности проектируемого двигателя. Пределом для карбюратора частично яв­ляется возможность двигателя разогнать воздух до необходимой скорости за таков короткое время, а частично - способностью карбюратора пропустить необходимое ко­личество воздуха, обеспечив ему равномер­ное течение.

При достижении скоростью воз­духа критической точки, воздушный поток разрывается, и в нем возникают завихрения. При этом возрастания расхода воздуха с ростом частоты вращения двигателя не происходит и мощность двигателя падает. При увеличении рабочего объема цилиндра. необходимо устанавливать карбюратор большего диаметра, однако, в таком карбю­раторе скорость воздуха при малых оборотах двигателя будет слишком низкой (а разре­жение в диффузоре будет недостаточным). Размеры карбюратора накладывают ограничения на максимальный и минимальный расход воздуха. Максимальный расход воз­духа ограничен пропускной способностью карбюратора и мощностью двигателя. Ми­нимальный расход воздуха ограничивается возможностью подсасывания топлива при малой скорости воздуха. Допустим, что проектируемый двигатель имеет лик момента и пик мощности в диа­пазоне частот вращения коленчатого вала от 8000 до 10000 об/мин. Если обороты двигателя превышают эти значения, проис­ходит падение расходе воздуха, поэтому при 12000 об/мин в двигатель объемом 250 см3 попадет воздуха меньше, чем 250 см3.

Для простоты допустим, что коэффициент наполнения двигателя равен 100%, тогда, при максимальном крутящем моменте, коэффициент наполнения составит около 105%, причем это значение будет умень­шаться по обе стороны от максимума кру­тящего момента до 90% и даже ниже. Кривая крутящего момента совпадает с кривой расхода воздуха лучше, чем кривая мощности двигателя, поскольку крутящий момент зависит от объема воздуха, посту­пившего в двигатель, и от способности двига­теля сжечь весь воздух и извлечь из него тепло. Снижение расхода воздуха, состав рабочей смеси или неполное сгорание смеси видны не кривой крутящего момента в виде впадин. Отличие кривой крутящего момента от кривой мощности заключается в том. что крутящий момент представляет собой характеристику расхода воздуха и сгорания на один цикл, а мощность пред­ставляет собой эту характеристику за единицу времени. Иными словами, крутящий момент может быть меньше при 9000 об/ мин, чем при 8000 об/мин, в то время, как мощность при дополнительной 1000 об/ мин может возрасти. Мощность начнет уменьшаться, когда крутящий момент начнет падать быстрее, чем прибавляться частота вращения коленчатого вала.

Отрывок из книги "Топливные системы мотоциклов"