Для работы двигателю с искровым зажиганием (SI) требуется топливовоздушная смесь с определенным соотношением количества воздуха и топлива (отношение воздух/топливо). Идеальное, теоретически полное сгорание топлива имеет место при отношении масс 14,7:1 (стехиометрическое отношение), т.е. для сгорания 1 кг топлива требуется 14,7 кг воздуха. Или: топливо объемом 1 л полностью сгорает в присутствии 9500 л воздуха.
Топливовоздушная смесь
Удельный расход топлива в значительной степени зависит от соотношения воздух/топливо (см. рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на удельный расход топлива и неравномерную работу двигателя при постоянной эффективной мощности» ). Для обеспечения действительно полного сгорания топлива требуется избыточное количество воздуха и, следовательно, как можно более низкий расход топлива. 
Однако здесь имеют место ограничения, зависящие от воспламеняемости и доступного времени сгорания смеси.
Также состав смеси влияет на эффективность снижения выбросов токсичных веществ с отработавшими газами. В настоящее время с этой целью используется трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который действует с максимальной производительностью при стехиометрическом соотношении воздух/топливо. Это может значительно снизить вероятность повреждения компонентов системы очистки отработавших газов. Поэтому современные двигатели, когда это позволяют условия работы, работают при стехиометрическом составе смеси.
Для определенных условий работы двигателя требуется адаптация состава смеси. Так, изменение состава смеси требуется при пуске холодного двигателя. Отсюда следует, что системы смесеобразования должны обеспечивать работу двигателя в различных режимах.
Коэффициент избытка воздуха λ
В качестве показателя отличия фактического состава смеси от теоретически необходимого массового отношения (14,7:1) был выбран коэффициент избытка воздуха λ (лямбда). Коэффициент λ равен отношения массы подаваемого в двигатель воздуха к массе воздуха, необходимой для обеспечения стехиометрического состава смеси.
λ = 1: масса подаваемого в двигатель воздуха равна теоретически необходимой массе.
λ < 1: недостаток воздуха и, следовательно, богатая топливно-воздушная смесь. Максимальная выходная мощность двигателя имеет место при λ = 0,85 — 0,95.
λ > 1: имеет место избыток воздуха, т.е. смесь становится обедненной. При работе на бедной смеси эффективная мощность двигателя падает, при этом обеспечивается снижение расхода топлива. Максимально допустимое значение λ — «предел возникновения пропусков зажигания при обеднении смеси» в значительной степени зависит от конструкции двигателя и используемой системы смесеобразования. При использовании такой смеси она долго не воспламеняется, а процесс сгорания происходит с нарушениями, сопровождаемыми неравномерной работой двигателя.
На двигателях с искровым зажиганием (SI) и впрыском топлива во впускной трубопровод, при постоянной выходной мощности двигателя, минимальный расход топлива достигается в зависимости от двигателя при избытке воздуха 20 — 50 % (λ = 1,2 -1,5).
На рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на содержание токсичных веществ в отработанных газах» показаны зависимости удельного расхода топлива, а также содержания различных токсичных веществ в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха (при постоянной выходной мощности двигателя). Из этих графиков видно, что нельзя выбрать идеальное значение коэффициента λ, при котором все рассматриваемые показатели были бы в максимальной степени приемлемы. Для двигателей с впрыском топлива во впускной трубопровод для обеспечения «оптимального» расхода топлива при «оптимальной» эффективной мощности приемлемым является значение λ в диапазоне 0,9-1,1.
В двигателях с прямым впрыском топлива и послойным распределением заряда смеси имеют место иные условия сгорания топлива, поэтому предел обеднения смеси наступает при значительно более высоких значениях λ. В диапазоне частичных нагрузок эти двигатели могут работать при значительно более высоком коэффициенте избытка воздуха (до λ = 4).
Для нормальной работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора необходимо точное соблюдение λ = 1 при нормальной рабочей температуре двигателя. Выполнение этого условия возможно при обеспечении точной дозировки массы поступающего воздуха, включая и возможные добавки.
Для получения оптимального процесса сгорания в двигателях с системой впрыска топлива во впускной трубопровод необходимо обеспечивать не только впрыск точного количества топлива, но и однородность топливовоздушной смеси, что достигается эффективным распылением топлива. Если эти условия не соблюдаются, во впускном трубопроводе или на стенках камеры сгорания образуются большие капли топлива, которые полностью не сгорают, что приводит к повышенным выбросам несгоревших углеводородов.
Системы смесеобразования
Системы впрыска топлива или карбюраторы служат для приготовления топливовоздушной смеси, наилучшим образом обеспечивающей эффективную работу двигателя в заданном режиме. Системы впрыска топлива, особенно их электронные версии, лучше приспособлены для получения оптимальных режимов. Они позволяют снизить расход топлива и повысить эффективную мощность двигателя. Все более строгие требования в отношении снижения токсичности отработавших газов заставили производителей автомобилей практически полностью отказаться от карбюраторных топливных систем и перейти на электронные системы впрыска топлива.
До начала этого столетия в автомобильной промышленности практически исключительно использовались системы, в которых смесеобразование происходит вне камеры сгорания (система с впрыском топлива во впускной трубопровод, см. рис. «Схематическое изображение системы впрыска топлива» , а). В настоящее время все шире применяются системы с внутренним смесеобразованием, т.е. с прямым впрыском топлива в камеру сгорания (система прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей, см. рис. «Схематическое изображение системы впрыска топлива» , Ь), позволяющие еще больше снизить расход топлива и повысить выходную мощность двигателя.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
