Система питания

Используемое топливо

Топливом для двигателей с искровым зажиганием обычно служит бензин. Одной из наиболее важных характеристик бензина является октановое число, которое указывает на способность топлива сопротивляться детонации — сгоранию с очень высокой скоростью, приводящей к резкому повышению температуры и давления, что может привести к разрушению деталей двигателя. Октановым числом называется процентное содержание изооктана в его смеси с нормальным гептаном, когда эта смесь имеет ту же детонационную стойкость, что и данное топливо. Октановое число может различаться в зависимости от того, какой метод использовался для его измерения. Существует два метода: исследовательский и моторный. Октановое число, полученное исследовательским методом, обычно характеризует способность топлива сопротивляться детонации при разгоне, а моторным методом – сопротивление детонации при постоянной высокой скорости и нагрузках. Независимо от того, каким способом определено октановое число, оно может быть увеличено применением различных добавок к топливу. В течение многих лет с этой целью использовались добавки, содержащие свинец. Сейчас они запрещены, не только из-за того, что свинец отравляет атмосферу, но и в связи с тем, что наличие свинца в топливе выводит из строя каталитические нейтрализаторы (устройства для снижения вредных компонентов в отработавших газах). Этилированный бензин (с добавками свинца) сейчас запрещен к применению в большинстве стран. Соответствующее октановое число вплоть до 98 (по исследовательскому методу) обеспечивается применением специальных топливных присадок. Октановое число автомобиля также можно повысит с помощью дополнительных присадок.
Бензин не единственное топливо, которое может использоваться в двигателях с искровым зажиганием. Существует много альтернативных видов топлива, различные спирты (этанол и метанол), водород, углеводородные газы, такие как сжиженный нефтяной газ, смесь пропана и бутана и природный газ(метан). Ни один из этих видов топлива не может быть использован непосредственно, и любой из бензиновых двигателей требует модификации для их использования.

Сгорание топлива

При работе двигателя с разной нагрузкой изменяется количество подаваемого в камеры сгорания воздуха (или горючей смеси), тем не менее, соотношение между количеством топлива и воздуха не должно выходить заданные рамки.
Для полного сгорания одной весовой части бензина требуется 14,7–15,0 весовых частей воздуха (на самом деле, в процессе сгорания участвует кислород, содержащийся в воздухе). Состав горючей смеси принято оценивать с помощью коэффициента избытка воздуха — α (в зарубежной практике — λ).

α = (Действительное количество поступившего воздуха) / (Теоретически необходимое для полного сгорания)

Смесь с коэффициентом избытка воздуха, равным единице, называется стехиометрической, т. е. нормальной. Если α>1, то есть воздуха в смеси больше, чем необходимо для полного сгорания топлива, смесь называют бедной. Если α<1 — смесь богатая. Чрезмерное переобеднение или переобогащение смеси приводит к плохому ее воспламенению от искры. На различных режимах работы двигателя требуется различный состав горючей смеси. На режимах средних нагрузок для снижения расхода топлива (на которых большую часть времени работает автомобильный двигатель) желательно обеспечить работу на обедненных смесях (на 1 весовую часть бензина приходится 15,0–16,5 частей воздуха). При пуске холодного двигателя необходимо обогащать смесь, поскольку конденсация топлива на холодных поверхностях камеры сгорания ухудшает пусковые свойства двигателя. Некоторое обогащение горючей смеси требуется при работе на холостом ходу, при необходимости получения максимальной мощности, резких ускорениях автомобиля.

Токсичность отработавших газов

Теоретически, при сгорании углеводородного топлива выделяется конечный продукт в виде воды (из водорода) и двуокиси углерода (из углерода) и азота. В них нет ничего особенно вредного, хотя сейчас многие исследователи обеспокоены проблемой «теплового эффекта», обусловленной увеличением двуокиси углерода (СО₂) в атмосфере, который оказывает влияние на изменение климата в мире. На самом деле, ДВС выделяют следующие компоненты, которые загрязняют окружающую среду. Особо вредными загрязнителями для бензиновых двигателей признаны:
— окись углерода (СО);
— пары бензина и несгоревшие углеводороды (НС);
— оксиды азота (NО_x).
Окись углерода вызывает головную боль, нарушение зрения, слабость, а в больших концентрациях удушье, которое может привести к смерти. Углеводороды могут привести к серьезным воспалениям слизистых оболочек глаз, горла и носа. Оксиды азота вызывают воспаление легких и являются канцерогенами. Кроме того, оксиды азота соединяются в атмосфере с парами воды и образуют кислотные дожди. Выброс этих загрязнителей увеличивается вследствие неполного сгорания топлива. Выброс оксидов азота (NО_x) увеличивается при высокой температуре сгорания. Увеличение количества углеводородов (НС) происходит также за счет испарения топлива из бака и из-за конденсации бензина на стенках впускного коллектора.
Впервые в конце 60-х гг. были установлены нормы токсичности выбросов автомобилей: сначала в штате Калифорния, а затем и в других штатах. За США последовали Япония, Европа и другие страны. Сейчас практически все развитые страны имеют национальные стандарты, устанавливающие нормы токсичности выбросов автомобилей, и эти нормы постоянно пересматриваются с целью их ужесточения.
Дальнейшее ужесточение требований к содержанию вредных веществ в отработавших газах автомобильных двигателей привело к тому, что практически во всех странах карбюраторы уступили место системам впрыска.

Состав отработавших газов

Состав токсичных веществ