Распределение смеси в карбюраторном двигателе - Андреев В.И., Волин С.Н, Горячий Я.В., Черняк Б.Я.

Автор: Андреев В.И. Волин С.Н Горячий Я.В. Черняк Б.Я.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения двигатели
Год: 1966
Похожие
Локомотивные двигатели внутреннего сгорания
Автомобильные двигатели
Необычные двигатели
Мотовелосипедные двигатели
Текст
                    S'XcQtX
fiCUiX CD
АНДРЕЕВ,
ВОЛИН,
ГОРЯЧИЙ,
ЧЕРНЯК
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
СМЕСИ
в карбюраторном
.. двигателе
'* v .
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Москве 1966
УДК 621. 434-614
В книге проанализированы основные причины
поступления в отдельные цилиндры карбюраторного
двигателя смеси с различным количественным со-
отношением топлива и воздуха и с различным
качеством топлива, входящего в смесь; дан обзор
методов определения качества смеси, поступающей
в цилиндр.
В книге используются результаты совместных
исследований, проведенных отделом главного кон-
структора МЗМА и проблемной лабораторией
транспортных двигателей МАДИ. Исследования
проводились на реальном четырехцилиндровом
двигателе.
Книга рассчитана на инженерно-технических
работников, связанных с проектированием, иссле-
дованием и доводкой карбюраторных двигателей-
83005:
Рецензент панд. техн, наук И. В. МАРКОВА
3-18-3
140-66
ХАРЬКОВСКАЯ ТИПООФСЕТНАЯ ФАБРИКА
ВВЕДЕНИЕ
В отдельные цилиндры карбюраторного двигателя
может поступать горючая смесь различного качества,
причем под качеством горючей смеси понимается коли-
чественное соотношение топлива и воздуха в смеси и ка-
чество топлива (фракционный состав и концентрация в
нем присадок). Такое различие качества горючей смеси
как по коэффициенту избытка воздуха, так и по качеству
топлива, входящего в смесь, принято называть неравно-
мерностью распределения смеси по цилиндрам двига-
теля.
В современных двигателях неравномерность рас-
пределения смеси по цилиндрам может быть большой.
Так, иногда коэффициент избытка воздуха в смеси, по-
ступающей в отдельные цилиндры, отличается от сред-
него по двигателю на :t20%, а концентрация антидето-
натора тетраэтилсвинца (ТЭС) в топливе, поступающем
в цилиндры, может в 1,5 раза или более отличаться от
концентрации ТЭС в исходном топливе. Неравномер-
ность распределения смеси по цилиндрам существенно
влияет на работу двигателя, вызывая уменьшение мощ-
ности и ухудшение топливной экономичности, повышение
требований двигателя к октановому числу топлива, со-
кращение срока службы деталей в отдельных цилиндрах
(прогар поршней и клапанов, выход из строя свечей за-
жигания, износ стенок цилиндра и т. д.), ухудшение
устойчивости работы двигателя на холостом ходу и при
малых нагрузках. Кроме того, неравномерность распре-
деления смеси уменьшает реальную эффективность ис-
пользования присадок, вводимых в топливо для улучше-
ния процесса сгорания.
Различают два вида неравномерности распределения
горючей смеси по цилиндрам — количественную и каче-
ственную.
з
Количественная неравномерность распределения сме-
си характеризует различие по цилиндрам соотношения
топлива с воздухом и определяется по величинам коэф-
фициента избытка воздуха в отдельных цилиндрах дви-
гателя.
Качественная неравномерность распределения смеси
характеризует различие качества топлива, поступающе-
го в отдельные цилиндры, и определяется по содержа-
нию отдельных фракций или присадок в топливе, вхо-
дящем в смесь, которая поступает в отдельные цилинд-
ры двигателя.
Рассматривая вопрос распределения смеси по ци-
линдрам, обычно используют понятия характер и степень
нер а впомерности.
Под характером количественной неравномерности
распределения смеси по цилиндрам понимают законо-
мерность изменения величины коэффициента избытка
воздуха по цилиндрам данного двигателя. Точно так же
под характером качественной неравномерности распре-
деления смеси понимают закономерность изменения по
цилиндрам двигателя концентраций отдельных топлив-
ных фракций или присадок.
Степень неравномерности распределения смеси пока-
зывает величину отклонения коэффициента избытка
воздуха, или концентраций отдельных топливных фрак-
ций и присадок в топливе по цилиндрам, от коэффици-
ента избытка воздуха, общего по двигателю, или кон-
центрации отдельных топливных фракций и присадок
в топливе, поступающем в карбюратор.
Для удобства сопоставления результатов, получен-
ных в различных условиях и на разных двигателях, сте-
пень неравномерности выражают обычно в процентах!
в,	100%; %	100%,
где D — степень количественной неравномерности рас-
пределения смеси;
I — порядковый номер цилиндра;
ач — коэффициент избытка воздуха в цилиндре;
«э»— общий по двигателю коэффициент избытка
воздуха;
б — степень качественной неравномерности распре-
деления смеси;
Сц—концентрация топливной фракции или присад-
ки в топливе, поступившем в цилиндр;
Сде — концентрация данной топливной фракции или
присадки в топливе, поступающем в карбю-
ратор.
Для определения качества распределения смеси по
цилиндрам часто пользуются понятиями средняя и мак-
симальная степень неравномерности.
Средняя степень неравномерности
где п— число цилиндров двигателя.
Максимальная степень неравномерности
max | -f- ] max 11
~| 4-Бцтвх| “Ь |—
где +Д(Шах и —Дчтах — наибольшие положительная и
отрицательная величины сте-
пени количественной нерав-
номерности для отдельных
цилиндров;
4-6Чтах и —бчтах—наибольшие положительная и
отрицательная величины сте-
пени качественной неравно-
мерности для отдельных ци-
линдров.
Проблема качественной неравномерности распреде-
ления смеси включает в себя два вопроса — распределе-
ние топливных фракций и распределение топливных при-
садок. Поэтому часто общее определение «качественная
неравномерность распределения смеси» детализируется
и используются понятия: неравномерность распределе-
ния по цилиндрам топливных фракций, неравномерность
распределения по цилиндрам присадки (антидетонатора,
выносителя и т. д.), характер и степень неравномерно-
сти распределения топливных фракций, характер и сте-
пень неравномерности распределения топливной при-
садки.
5
В настоящей книге, в целях некоторого сокращения
и упрощения изложения материала, термин «неравно-
мерность распределения смеси» часто используется для
определения количественной неравномерности. Это до-
пускается лишь в тех случаях, когда вид неравномер-
ности однозначно определяется описываемыми явления-
ми и принятое упрощение не может привести к двоякому
толкованию излагаемого материала ’.
Большое влияние, которое оказывает неравномер-
ность распределения смеси по цилиндрам на работу
двигателя, заставляет при создании новых и совершен-
ствовании существующих двигателей уделять этому во-
просу значительное внимание.
Конструктивные меры для обеспечения идентичности
качества смеси по цилиндрам должны предусматривать-
ся уже при проектировании впускных систем. Оконча-
тельно выбирать геометрические формы и размеры от-
дельных элементов впускного тракта и их деталей сле-
дует на основании экспериментальной проверки и произ-
водственной доводки конструкции применительно к ус-
ловиям каждого данного двигателя.
1 Принятая в настоящей книге терминология использовалась
в ряде ранее опубликованных зарубежных и отечественных работ,
посвященных этой проблеме. Однако, как показало проведенное
в Московском автомобильно-дорожном институте обсуждение вопро-
сов, связанных с распределением смеси, эта терминология, по-види-
мому. не является наилучшей. Так, например, количественная нерав-
номерность распределения смеси может быть названа неравномер-
ностью по составу смеси или по коэффициенту избытка воздуха,
а качественная — неравномерностью по составу топлива
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ
НЕРАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ ДВИГАТЕЛЯ
Процесс образования горючей смеси в карбюраторном
двигателе, начинаясь в карбюраторе, полностью закан-
чивается в цилиндре. Скорость воздушного потока
в диффузоре карбюратора примерно в 20—30 раз
превышает скорость топливной струи. Поэтому при вы-
ходе струи в воздушный поток топливо распиливается
на отдельные капли, которые подхватываются воздуш-
ным потоком и начинают интенсивно испаряться.
Постепенно скорость капель увеличивается до значений,
близких к скорости паро-воздушного потока горючей
смеси; процесс их испарения, , несмотря на высокую
турбулентность потока горючей смеси вб впускном
тракте, замедляется и даже в зоне впускных клапанов
значительная часть топлива находится в виде не-
испаренных капель [11, 12]. Естественно, что некото-
рая часть капель попадает и непосредственно в цилиндры
двигателя
В результате многочисленных визуальных наблюде-
ний и фоторегистраций процесса образования горючей
смеси в карбюраторном двигателе установлено, что часть
капель при выходе из диффузора карбюратора оседает
на стенках впускного тракта и образует пленку жидкого
топлива. Паро-воздушный поток увлекает эту пленку,
которая перемещается по стенкам- впускного тракта в на-
правлении общего потока горючей смеси со значительно
меньшей скоростью, чем скорость паро-воздушного по-
тока. Даже при полированных стенках тракта скорость
перемещения пленки жидкого топлива в 50—€0 раз
меньше скорости паро воздушной смеси [3]. При этом,
охватывая всю поверхность впускного тракта, пленка
7
жидкого топлива в большинстве случаев имеет различ-
ную толщину в отдельных точках одного и того же се-
чения тракта [11, 15].
Наличие жидкой фазы топлива в смеси само по себе
исключает возможность равномерного распределения
топлива по поперечному сечению потока смеси, так кик
пленка жидкого топлива резко обогащает пристеночный
слой, а наличие неиспаренных капель и постоянное их
испарение приводят к . образованию относительно обо-
гащенных и обедненных топливом зон в паро-воздушпой
смеси.
В некоторых случаях пленка жидкого топлива может
распределяться по поверхности тракта равномерно, об-
разуя слой топлива одинаковой толщины во всех точках
профиля поперечного сечения канала. Неиспаренные
капли, вероятно, также могут быть равномерно распре-
делены в хороню перемешанной паро-воздушной смеси.
Такое распределение топлива по сечению потока горю-
чей смеси условно назовем равномерным.
Необходимо иметь в виду, что. не только качество го-
рючей смеси, поступающей в цилиндры, но и наполнение
отдельных цилиндров двигателя может быть различным
Последнее являет.ся-следствием неодинакового сопротив-
ления отдельных ветвей впускного и выпускного трак-
тов и гидродинамических явлений, происходящих в си-
стеме газообмена. Неодинаковое наполнение цилиндров
влияет па величину максимальной мощности двшателя,
а при определенных условиях может влиять и на степень
неравномерности распределения горючей смеси по ци-
линдрам.
Если предположить, что впускной тракт двигателя
равномерно распределяет жидкую фазу топлива по ци-
линдрам, а в результате неодинакового наполнения от-
дельные цилиндры получают разное количество паро-
воздушной смеси, то качество рабочей смеси в цилинд-
рах будет различным. Но при этом очевидно, что макси-
мальная степень неравномерности распределения смеси
будет в том случае, если паровая фаза топлива в смеси
вообще отсутствует, причем величина максимальной сте-
пени неравномерности не может превышать относитель-
ной неравномерности наполнения цилиндров. В то же
время специальные исследования [5, 12] показывают, что
в современных двигателях относительная неравпомер-
8
ность наполнения отдельных цилиндров не превышает
±2%. Если еще учесть, что степень неравномерности рас-
пределения смеси может быть во много раз больше этой
величины, то не вызывает сомнения тот факт, что влия-
нием различия в наполнении на качество смеси по ци-
линдрам можно пренебречь.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ,
ПИТАЮЩИМСЯ ИЗ ОДНОЙ ОБЩЕЙ ВЕТВИ ВПУСКНОГО
ТРАКТА
Вследствие цикличности поступления горючей смеси
в цилиндры двигателя перемещение потока горючей сме-
си но впускному тракту носит пульсирующий характер.
Визуальные наблюдения и фоторегистрации явлений,
происходящих во впускном тракте нормально работаю-
щего карбюраторного двигателя, проведенные рядом ис-
следователей, а также анализ этих явлений с учетом су-
ществования жидкой фазы топлива в горючей смеси по-
зволяют в настоящее время достаточно четко представить
себе возможность влияния их на распределение горючей
смеси по цилиндрам [11, 12],
Рассмотрим явления, происходящие в отдельном па-
трубке впускного тракта, по которому горючая смесь по-
ступает к одному из цилиндров двигателя.
Во время процесса впуска горючая смесь перемеща-
ется в направлении цилиндра, причем скорость потока
смеси постоянно меняется в зависимости от разряжения
в цилиндре и площади проходных сечений в зоне впуск-
ного клапана. Закрытие клапана прекращает доступ
смеси в цилиндр. Но поток смеси обладает определенной
инерцией, в результате чего смесь продолжает посту-
пать в данный патрубок впускного тракта. Это вызывает
некоторое повышение давления в патрубке и тем самым
создает благоприятные условия для конденсации паров
топлива. Образующийся при этом туман частично осе-
дает на поверхностях впускного тракта и наружных по-
верхностях впускного клапана. Под действием тепла, пе-
редаваемого от этих поверхностей, часть конденсата
вновь переходит в парообразное состояние.
Жидкая фаза топлива, находящаяся во впускном
тракте, обладает большей инерционностью, чем паро-
воздушная смесь. Поэтому при торможении потока, вы-
V.	&
званном закрытием впускного клапана, она продолжает
-свое движение по направлению к цилиндру. Эго вызы-
вает не только общее обогащение смеси в данном пат-
рубке впускного тракта, но и перераспределение топлива
по длине потока — часть смеси, расположенная непо-
средственно в зоне впускного клапана, оказывается наи-
более обогащенной топливом. При этом необходимо
иметь в виду, что, поступая в хорошо прогреваемую зону
впускного клапана, жидкая фаза топлива начинает ин-
тенсивно испаряться.
В первый момент после открытия впускного клапана
в цилиндр будет поступать в основном богатая топливом
паро-воздушная смесь, расположенная в зоне впускного
«лапана. Вместе с паро-воздушной смесью в цилиндр
попадает и жидкая фаза топлива, скопившаяся в этой
зоне. Поэтому в самом начале процесса впуска в ци-
линдр будет поступать очень богатая смесь. Затем смесь,
поступающая в цилиндр, должна несколько обедняться,
так как после обогащенной смеси, расположенной в зоне
впускного клапана, в цилиндр начнет поступать паро-
воздушная смесь, находящаяся в более отдаленных от
-клапана участках впускного тракта. И только после пре-
одоления инерции жидкой фазы топлива состав смеси
более или менее стабилизируется.
Изменение в процессе впуска соотношения топлива и
воздуха в горючей смеси, поступающей в цилиндр, веро-
ятно, может вызывать неравномерное распределение
смеси по объему цилиндра, т. е. образование в цилиндре
зоп с различным составом смеси, со всеми вытекающими
-отсюда последствиями. Однако эти вопросы образования
горючей смеси в карбюраторном двигателе не изучены
и выходят за пределы рассматриваемой проблемы.
Описанные явления могут оказывать существен-
ное влияние на распределение горючей смеси по ци-
линдрам. В первую очередь это относится к случаю
питания двух или более цилиндров из одной общей
ветви1 впускного тракта или полости, которой закан-
чивается ветвь.
Схема впускного тракта четырехцилиндрового двига-
теля «Боргвзрд» показана на рис. 1. К каждым двум ци-
1 Под ветвью впускного тракта подразумевается участок впуск-
ного трубопровода, начинающийся от первого за карбюратором места
разделения потока и питающий несколько цилиндров.
ао
Рис. 1. Конструктивная схема впускного тракта двигателя
«Боргвард»:
Л — зови разделения впускного тракта на отдельные ветви; Р—
разделительная плоскость зоне рааделевия; 1—4 — цилиндры двига-
линдрам (к первому и второму, третьему и четвертому)
юрючая смесь подводится по одной ветви, которая за-
канчивается общей для обоих цилиндров полостью.
Последовательность всасывания горючей смеси из
каждой общей полости определяется порядком работы
цилиндров двигателя. При порядке работы цилиндров
1—3—4—2 Из полости первого и второго цилиндров
после паузы, вызванной процессами впуска в третьем
и четвертом цилиндрах, всасывание в первую очередь
начинается во втором цилиндре. В первом цилиндре
процесс всасывания начинается непосредственно вслед
за вторым.
После закрытия впускного клапана первого цилинд-
ра происходит обогащение смеси в полости питания пер-
Рис. 2. Распределение го-
рючей смеси по цилиндрам
двигателя «Боргвард» (п=
= 3000 об/мин', дроссель-
ная заслонка открыта пол-
ностью):
О— порядок рабо*и цилинд-
ров I—3—4—2; >; — поря-
док работы цилиндров 1—2—
4-а fiij
вого и второго цилиндров.
Естественно, что второй ци-
линдр, в котором всасыва-
ние происходит сразу после
паузы, получает эту обога-
щенную смесь и разгоняет
поток перед началом процес-
са всасывания в первом ци-
линдре. Поэтому первый ци-
линдр будет иметь некото-
рые преимущества с точки
зрения наполнения, но при
этом он получает смесь бо-
лее бедную, чем второй
(рис. 2)1.
Аналогичные условия для
поступления смеси в от-
дельные цилиндры существуют и во второй полости впу-
скного тракта, из которой питаются третий*и четвертый
цилиндры. И здесь третий цилиндр, в котором всасыва-
ние происходит сразу после паузы, получает более бо-
гатую топливом смесь, чем четвертый.
1 При графическом изображении неравномерности распределения
смеси по цилиндрам на каком-либо конкретном режиме работы дви-
гателя точки, соответствующие значениям коэффициентов избыт-
ка воздуха, концентраций топливных 'фракций и присадок, а
также-степени количественной и качественной неравномерности рас-
пределения смеси для отдельных цилиндров, условно соединяются
прямыми линиями для более наглядного выявления характера неравно-
мерности.
12
Изменение порядка работы цилиндров с 1—3—4—2
ла 1__2—4—3 меняет последовательность процессов
ьпускй смеси в цилиндрах, питающихся из одной общей
полости, на обратную.
Из полости питания первого и второго цилиндров
сразу после паузы всасывание начинается уже в первом
цилиндре, а из полости третьего и четвертого — в четвер-
том. Поэтому изменение порядка работы цилиндров дви-
гателя влечет за собой и изменение характера неравно-
мерности распределения горючей смеси по цилиндрам.
Рис. 3 Изменение коэффициента избытка воздуха в пробах
горючей смеси, отобранных в общей полости циляцдров 3
и 4 впускного тракта двигателя «Боргвард», по углу пово-
рота коленчатого вала <р (порядок работы цилиндров 1—2—
4—3, п = 1000 об/мин', дроссельная заслонка открыта на
45°); Bt—— фазы впуска горючей смеси в соответствую-
щие цилиндры [12]
На рис. 3 представлены экспериментальные данные,
иллюстрирующие описанные выше явления, происходя-
щие во впускном тракте вследствие цикличности поступ-
ления горючей смеси в цилиндры, и возможность влия-
ния этих явлений на распределение горючей смеси по ци-
линдрам. По этим данным можно только приближенно
13
1
судить о действительном составе горючей смеси, посту-
пающей в цилиндры двигателя, поскольку использо-
вавшийся в данных экспериментах стробоскопический
клапан обеспечивал отбор лишь паро-воздушной смеси
с некоторым, довольно неопределенным количеством
неиспаренных капелек, а пленка жидкого топлива не учи-
тывалась совершенно.
Как видно из рис. 3, за время паузы, наступающей
после закрытия клапана третьего цилиндра, происходит
постепенное обогащение смеси, и к моменту начала про-
цесса впуска в четвертом цилиндре коэффициент избыт-
ка воздуха падает до 0,63. По мере всасывания смеси в
четвертом цилиндре коэффициент избытка воздуха по-
степенно увеличивается, достигая максимального значе-
ния (1,48) к моменту закрытия впускного клапана этого
цилиндра. Процесс впуска горючей смеси в третьем ци-
линдре начинается несколько раньше момента закрытия
впускного клапана четвертого цилиндра (на величину
перекрытия фаз). К этому времени коэффициент избыт-
ка воздуха достигает значения 1,2. Вторая стадия про-
цесса впуска в третьем цилиндре (примерно с 660° пкв
и до закрытия впускного клапана этого цилиндра) про-
исходит в условиях постепенного обогащения смеси в
общей полости впускного тракта, и к концу впуска коэф-
фициент избытка воздуха вновь падает до а — 1,2. Обо-
гащение смеси в этой стадии, по всей вероятности, сви-
детельствует о том, что инерция жидкой фазы топлива
в смеси к этому времени преодолена и топливо начинает
в достаточном количестве поступать в общую полость.
Кроме того, на этой стадии начинается закрытие впуск-
ного клапана третьего цилиндра, происходит постепен-
ное торможение общего потока смеси и развитие'явле-
ний, связанных с этим торможением.
Образование неравномерности распределения смеси
по цилиндрам, питающимся из одной общей ветви, и
влияние на характер неравномерности порядка работы
цилиндров двигателя разобрано на примере двигателя,
имеющего своеобразную схему впускного тракта. Ис-
пользуемые в большинстве современных двигателей схе-
мы впускных трактов отличаются от представленной на
рис. 1 отсутствием общей для нескольких цилиндров по-
лости. Горючая смесь к впускным клапанам подводится
по отдельным патрубкам, начинающимся на некотором
14
расстоянии от клапанов. Зависимость характера нерав-
номерности распределения горючей смеси по цилиндрам,
питающимся из одной общей ветви, от порядка работы
цилиндров двигателя при этом сохраняется. Однако яв-
ления, происходящие во впускном тракте вследствие
цикличности поступления горючей смеси щцилиндры,
усложняются, а степень влияния этих явлении на распре-
деление смеси оказывается зависящей от относительной
длины подводящих патрубков.
На рис. 4, а даны схема впускного тракта и распре-
деление смеси по цилиндрам двигателя ГАЗ-21, имею-
щего порядок работы цилиндров 1—2—4—3 После за-
крытия впускного клапана второго цилиндра обогаще-
ние рабочей смеси в результате инерционности жидкой
Рис. 4. Распределение горючей смеси в четырехцилиндро-
вых двигателях (п = 2000 об]мин', дроссельная заслонка
открыта полностью):
а—двигатель ГАЗ-21, порядок работы цилиндров 1—2—4—3; б—
двигатель «Санбим-Рэпир», порядок работыцилийдров 1—3—4—2
фазы топлива будет происходить в основном лишь в под-
водящем патрубке этого цилиндра и в общей части пе-
редней ветви впускного тракта. За время всасывания в
цилиндрах, питающихся из задней ветви (третий и чет-
вертый цилиндры), жидкая фаза, попавшая в подводя-
щий патрубок второго цилиндра, успевает пройти в зону
15
ею впускного клапана. Поэтому в процессе всасывания
в первом цилиндре эта фаза уЖе не может полностью
попасть в этот цилиндр, а попадает во второй цилиндр.
В результате этого происходит некоторая компенсация,
благодаря чему в первый цилиндр поступает смесь менее
богатая,- а во второй цилиндр — менее бедная, чем это
могло бы быть в случае питания цилиндров из общей
полости.
Аналогичная картина происходит и в задней ветви
впускного тракта, из которой питаются третий и четвер-
тый цилиндры.
На рис. 4, б изображены схема впускного тракта и
распределение смеси в цилиндрах двигателя автомобиля
«Сапбим-Рэпир». Этот двигатель имеет порядок работы
цилиндров 1—3—4—2. Его впускной тракт отличается
от тракта двигателя ГАЗ-21 значительно большей отно-
сительной длиной подводящих патрубков и меньшим
размером общей для обоих цилиндров части каждой вет-
ви. Очевидно, что большая длина подводящих пат-
______________________ рубков обеспечивает и боль-
Рис. 5. Распределение горючей
смеси в шестицилиндровом
двигателе (л = 1000 о5[мин‘,
дроссельная заслонка открыта
полностью) [10J
ший компенсационный эф-
фект, а малый размер общей
части ветви резко снижает
влияние состава смеси, на-
ходящейся в этой части, на
состав смеси, поступающей
в цилиндры, питающиеся из
одной обшей ветви. Вероят-
но поэтому и оказывается,
что состав смеси в цилинд-
рах двигателя «Санбим-Рэ-
пир»,. питающихся из одной
общей встви^ практически
одинаков.
Влияние явлений, проис-
ходящих во впускном тракте
вследствие цикличности по-
ступления смеси в отдельные
цилиндры, на распределение смеси рассмотрено на при-
мере рядных четырехцилиндровых двигателей. Практика
показывает, что эти явления действенны и в двигателях
с иным расположением и с большим количеством цилин-
дров, питающихся от одного карбюратора. При дальней-
<6
шем рассмотрении причин образования неравномерности
распределения смеси мы еще не раз будем возвращаться
к этому механизму. Здесь же ограничимся лишь анали-
зом результатов исследований Донауэ и Кента [10], про-
веденных на шестицилиндровом рядном двигателе. Как
видно из схемы впускного тракта данного двигателя,
изображенной на рис. 5, крайние цилиндры (первый и
второй, пятый и шестой) питаются из соответствующих
общих полостей. При принятом порядке работы цилинд-
ров J—5—3—6—2—4 в первую очередь после более про-
должительной паузы начинается всасывание: из передней
полости во втором цилиндре, а из задней в пятом. По-
этому во второй цилиндр поступает смесь более богатая,
чем в первый, а в пятый — более богатая, чем в
шестой.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕСИ
ПО ОТДЕЛЬНЫМ ВЕТВЯМ И ПАТРУБКАМ
ВПУСКНОГО ТРАКТА
Явления, происходящие во впускном тракте карбю-
раторного двигателя вследствие цикличности поступле-
ния горючей смеси в отдельные цилиндра, достаточно
убедительно объясняют причину неравномерного распре-
деления смеси по цилиндрам двигателя, питающимся из-
одной общей ветви. Однако эти явления не объясняют
всего многообразия характеров неравномерности рас-
пределения смеси, встречающихся в практике. Напри-
- мер, при более тщательном анализе данных, приведен-
ных на рис. 2, оказывается, что при любом порядке рабо-
ты цилиндров двигателя горючая смесь, поступающая
в полость третьего и четвертого цилиндров, несколько
богаче смеси, поступающей в полость первого и второго
цилиндров. На это указывает тот факт, что средний
коэффициент избытка воздуха для третьего и четвертого
цилиндров оказывается меньше, чем для первого и вто-
рого. Другими словами, в данном случае, кроме нерав-
номерного распределения смеси по цилиндрам, питаю-
щимся из одной общей ветви, наблюдается-неравномер-
ное распределение смеси по отдельным ветвям впускно-
го тракта, причем степень неравномерности совершенно
не зависит от порядка
2 Б-2142	У
ъьцилиндров. Еще большая
83005 "
степень неравномерности распределения горючей смеси
по отдельным ветвям впускного тракта и более сложный
характер этой неравномерности выявляются при анали-
зе данных рис. 5.
Даже эти единичные примеры показывают, что кроме
явлений, происходящих вследствие цикличности поступ-
ления горючей смеси в цилиндры, во впускном .тракте
карбюраторного двигателя могут существовать опре-
деленные причины, вызывающие неравномерное распре-
деление смеси по отдельным ветвям и патрубкам впуск-
ного тракта. Последнее, безусловно, оказывает влияние
на степень неравномерности распределения смеси по ци-
линдрам относительно общего по двигателю состава сме-
си. В этом отношении очень показателен пример двига-
теля «Санбим-Рэпир», у которого при практически оди-
наковых составах смеси в цилиндрах, питающихся из
одной общей ветви, максимальная степень неравно-
мерности распределения смеси по цилиндрам дости-
гает 16%.
Для упрощения описания явлений, вызывающих не-
равномерное распределение смеси по отдельным ветвям
и патрубкам, введем понятия:
зона разделения впускного тракта — участок впуск-
ного тракта," где происходит непосредственное деле-
ние потока горючей смеси на отдельные ветви или па-
трубки;
разделительная плоскость зоны разделения впускно-
го тракта — плоскость, относительно которой происходит
деление потока смеси' по отдельным ветвям или пат-
рубкам впускного тракта, берущим начало в данной зо-
нё разделения.
Если предположить, что условия поступления смеси
в обе ветви впускного тракта двигателя «Боргвард» аб-
солютно одинаковы (а анализ рис. I позволяет сделать
такое предположение), то неравномерное распределение
смеси по ветвям (см. рис. 2) может быть объяснено
только тем, что часть потока справа от разделительной
плоскости Р—Р, где берет свое начало ветвь задних ци-
линдров (третьего и четвертого), обогащена топливом по
сравнению с левой частью потока. Следовательно, одной
из возможных причин образования неравномерности
распределения смеси по отдельным ветвям и патрубкам
впускного тракта может явиться несимметричное отно-
18
сительно разделительной плоскости распределение топ-
лива по сечению потока горючей смеси, поступающей
в зону разделения.
Другой причиной неравномерного распределения сме-
си по ветвям и патрубкам впускного тракта может быть
различие условий входа смеси в отдельные ветви и пат-
рубки в одной общей зоне разделения. Это зависит от
общих условий деления потока и определяется конструк-
цией зоны разделения
Влияние некоторых конструктивных параметров зоны
разделения впускного тракта на распределение смеси
будет показано ниже на примере опытного двигате-
ля МЗМА.
Рассмотрим некоторые факторы, определяющие ха-
рактер распределения топлива по сечению потока сме-
си, поступающей в зоны разделения впускного тракта, и
влияние их на распределение смеси по отдельным вет-
вям и патрубкам. Основными из этих факторов явля-
ются:
а)	характер воздушного потока, поступающего в зону
диффузоров карбюратора;
б)	направление истечения топлива в карбюра-
торе;
в)	условия прохождения смесью зоны диффузоров
карбюратора;
г)	условия прохождения смесью зоны смесительной
камеры карбюратора;
д)	условия входа смеси во впускную трубу;
е)	явления, происходящие при изменении направле-
ния потока горючей смеси во впускном тракте;
>к) качество перемешивания топлива с воздухом.
Влияние характера воздушного потока,
поступающего в зону диффузоров карбюратора
Характер воздушного потока, поступающего в зону
диффузоров, определяется конструкцией воздушного
фильтра Карбюратора, направлением входа воздуха в
карбюратор и условиями прохождения потоком воздуха
воздушной камеры карбюратора. Все эти факторы могут
оказывать определенное влияние на распределение го-
рючей смеси по цилиндрам.
2’	Ш
От конструкции воздушного фильтра зависят усло-
вия формирования воздушного потока на входе во впуск-
ной тракт. Влияние этих условий на распределение го-
рючей смеси по цилиндрам было обнаружено при испы-
тании двигателя МЗМА-407 (рис. 6). Горючая смесь в
этом двигателе распределяется дбстаточно равномерно,
Рис. 6 Распределение го-
рючей смеси в двигателе
МЗМЛ-407 (п =
= 2000 об!мин‘, дроссель-
ная заслонка открыта пол-
ностью):
□ — при установке воздуш-
ного фильтра с масля ной ван-
ной; X — при установке воз-
душного фильтра без ыасля-
ной ванны
картину распределения
причем на данном режиме
работы средний коэффи-
циент избытка воздуха для
первого и второго цилиндров,
питающихся из передней
ветви впускного тракта, ра-
вен среднему коэффициенту
избытка воздуха для треть-
его и четвертого цилиндров,
питающихся из задней вет-
ви, что говорит о равномер-
ном распределении смеси по
отдельным ветвям впускного
тракта. Отсоединение масля-
ной ванны воздушного филь-
тра изменило условия фор-
мирования потока воздуха,
а вместе с этим и общую
смеси. Как видно, в этом
случае одновременно с заметным улучшением рас-
пределения горючей смеси по цилиндрам,1 питающим-
ся из одной общей ветви, ухудшилось распределение
смеси между передней и задней ветвями впускного
тракта.
Условия прохождения потоком воздуха воздушной
камеры карбюратора определяются конструкцией воз-
душной камеры и положением воздушной заслонки,
обычно устанавливаемой в этой камере. Нарушение сим-
метрии воздушного потока на этом участке впускного
тракта, будь то в результате асимметрии воздушной ка-
меры или вследствие даже незначительного прикрытия
воздушной заслонки, может вызывать изменение харак-
тера и степени неравномерности распределения смеси
(рис. 7).
Влияние на распределение горючей смеси по цилинд-
рам направления входа воздуха в карбюратор можно
проиллюстрировать экспериментальными данными Ма-
20
калея, полученными на шестицилиндронрм двигателе'
(рис. 8). При работе двигателя без воздушного фильтра,
т. е. при свободном входе воздуха в карбюратор, рас-
пределение смеси по цилиндрам происходит достаточно
равномерно. Подсоединение воздушного фильтра, нор-
мальное положение которого таково, что воздух от него
к карбюратору подводится со стороны передних цилинд-
ров, вызвало резкое ухудшение распределения смеси
Рис. 7. Распределение горю-
чей смеси в шестицилиидро-
вом двигателе (п =
— 1000 об/мин; дроссельная
заслонка открыта полностью):
о —воздушная заслонка полно-
стью открыта; х — воздушная
заслонка частично прикрыта (до
положения, не оказывающего
влияния на наполнение двига-
теля) [10]
Рис. 8. Влияние направле-
ния входа воздуха в карбю-
ратор на распределение сме-
си по цилиндрам (п~
— 1000 об/мин; дроссельная
заслонка открыта полностью):
о —свободный вход воздуха в
карбюратор; х — вход воздуха
со стороны передних цилиадров;
А — вход воздуха со стороны
задних цилиндров; О — вход
воздуха со стороны передних ци-
линдров, но карбюратор повер-
нут иа 45‘ в горизонтальной
плоскости (опыты Макался)
(воздушный фильтр на двигателе располагался отдель-
но от карбюратора и соединялся с ним специальным
патрубком). Характерно, что именно передние (первый,
второй и третий) цилиндры стали получать смесь значи-
тельно более богатую, чем задние (четвертый, пятый и
шестой) цилиндры. Так как все прочие условия при под-
соединении воздушного фильтра были сохранены, такое
резкое ухудшение' распределения смеси, вероятно, яв-
ляется следствием возникновения направленных асим-
метричных струй в воздушном потоке, поступающем в
вону диффузора карбюратора. Это подтверждается и до-
полнительным экспериментом, при котором изменение
21
направления входа воздуха в карбюратор на обратное,
т. е. расположение воздушного фильтра со стороны зад-
них цилиндров, вызвало почти зеркальное изменение
характера неравномерности распределения смеси по ци-
линдрам.
Однако не всегда нарушение симметрии воздушного
потока, поступающего в зону диффузоров карбюратора,
приводит к неравномерному распределению смесн по
цилиндрам. Это зависит не только от степени искажения
воздушного потока, но и от других факторов, опреде-
ляющих условия образования горючей смеси в карбюра-
торном двигателе. Поэтому Макалею и удалось практи-
чески полностью устранить влияние асимметрии входа
воздуха в карбюратор при расположении воздушного
фильтра со стороны передних цилиндров, повернув кар-
бюратор на 45° в горизонтальной плоскости, т, е. изме-
нением только относительного расположения отдельных
элементов впускного тракта: впускной трубы, карбюра-
тора и его воздушного фильтра (рис. 8).
Влияние направления истечения топлива
в карбюраторе
Направление истечения топлива в карбюраторе
вследствие инерционности топливной струи может ока-
заться одним из решающих факторов, которые опреде-
ляют распределение топлива по сечению потока смеси,
поступающей в зоны разделения впускного тракта на от-
дельные ветви и патрубки, и распределение горючей сме-
си по ветвям и патрубкам [7, 15].
При использовании обычных трубчатых распылите-
лей с направлением истечения топлива, отличающимся
от направления потока воздуха, струя топлива попадает
в часть воздушного потока, .проходящую непосредствен-
но перед распылителем. Естественно, что эта часть пото-
ка .обогащается топливом, и смесь, выходящая из зоны
диффузора, имеет большую неравномерность распреде-
ления топлива по сечению потока. При некоторых усло-
виях^ неравномерность распределения топлива по сече-
нию потока сохраняется вплоть до попадания потока
смеси в зоны разделения впускного тракта на отдельные
ветви и патрубки.
22
В зависимости от направления истечения топлива по
отношению к разделительным плоскостям зон разделе-
ния, неравномерность распределения топлива по сече-
нию потока смеси может быть симметричной и несиммет-
ричной относительно
этих плоскостей. В по-
следнем случае соз-
даются условия для
неравномерного рас-
пределения смеси по
отдельным ветвям и
патрубкам впускного
тракта.
Впускная труба дви-
гателя ГАЗ-51 имеет
три зоны разделения
(рис. 9). В зоне А про-
исходит * разделение
входного патрубка тру-
бы на переднюю и
заднюю ветви, а в зо-
нах Б и В каждая из
этих ветвей делится на
патрубки: для двух
крайних цилиндров и
для одного среднего
цилиндра. При этом
разделение впускного
тракта в зонах БиВ
происходит в одной
плоскости Н — Н, кото-
рая перпендикулярна
разделительной плос-'
кости Р— Р зоны раз-
деления А
При расположении
Рис. 9. Распределение горючей смеси
в двигателе ГАЗ-Б1 (п = 1500 об/мин-,
дроссельная заслонка открыта полно-
стью):
Л — зона разделения впускного тракта на
переднюю и заднюю ветви; Б зона разде-
ления передней ветви на патрубки; Ва-
зона разделения задней ветви на патрубки
Р—Р Ц Н—Н — разделительные плоскости;
о — распределение смеси при рясположенйн
распылителя в плоскости Н—2У и истечении
топлива со стороны передних цилиндров;
X — распределение смеси при расположении
распылителя н плоскости Р—Рн истечении
топлива от блока; л — распределение-смеди
при расположен 1<й распылителя в плоско-
сти Р—Р и истечении топлива ня блок [7 J
трубчатого распылите-
ля карбюратора К-49, который используется на двига-
теле ГАЗ-51, параллельно оси коленчатого вала двигате-
ля, т. е. в разделительной плоскости Н—Н, и истечении
топлива со стороны передних цилиндров распределение
топлива по поперечному сечению потока горючей смеси,
поступающей в зоны разделения впускного тракта, ока-
23
зывается симметричным относительно разделительной
плоскости Н—Я и асимметричным относительно разде-
лительной плоскости Р—Р. При этом ассимметрия заклю-
чается в том, что часть потока смеси, поступающая к на-
чалу задней ветви впускного тракта, из которой питаются
четвертый, пятый и шестой цилиндры, оказывается бо-
лее богатой, чем часть потока, поступающая к началу
передней ветви, питающей первый, второй и третий ци-
линдры.
В соответствии с этим происходит и распределение
смеси по отдельным ветвям и патрубкам впускного трак-
та: в четвертый, пятый и шестой цилиндры поступает
смесь значительно более богатая, чем в первый, второй
и третий; распределение горючей смеси между двумя
задними цилиндрами (пятым и шестым) и четвертым
средним цилиндром, которые питаются из отдельных
патрубков задней ветви впускного тракта, происходит
практически равномерно, а степень неравномерности рас-
пределения смеси между двумя передними цилиндра-
ми (первым и вторым) и средним третьим цилиндром,
которые питаются из отдельных патрубков передней вет-
ви, не превышает 5%.
Поворот распылителя на 90°, т. е. расположение его
перпендикулярно оси коленчатого вала в разделительной
плоскости Р—Р, изменяет характер распределения топ-
лива по поперечному сечению потока горючей смеси
в зонах разделения. В этом случае распределение топлива
оказывается симметричным относительно разделитель-
ной плоскости Р—Р и асимметричным относительно раз-
делительной плоскости Н—Н. В зависимости от направ-
ления истечения топлива меняется характер асимметрии:
при истечении топлива в направлении от блока цилинд-
ров обогащенная часть потока горючей смеси поступает
к пачалу патрубков двух крайних цилиндров в каждой
ветви впускного тракта, а при истечении в направлении
к блоку Цилиндров обогащенная часть потока горючей
смеси поступает к началу патрубков средних цилиндров.
Поэтому при расположении распылителя в плоскости
Р~Р распределение горючей смеси между передней
и задней ветвями впускного тракта оказывается практи-
чески равномерным, а вся неравномерность распределе-
ния горючей смеси по цилиндрам двигателя определяется
неравномерным распределением смеси по отдельным па-
24
трубкам в каждой ветви, причем характер неравномерно-
сти находится в прямой зависимости от направления ис-
течения топлива.
Влияние направления истечения топлива на распреде-
ление горючей смеси рассмотрено на примере главной
дозирующей системы. Как известно, одна эта система не
может обеспечить правильного дозирования топлива на
всех режимах работы двигателя. В реальных карбюрато-
рах, наряду с главной дозирующей системой применяют-
ся дополнительные системы (холостого хода, насоса ус-
корителя и экономайзера). Поэтому истечение топлива
в карбюраторе, как правило, не ограничивается распы-
лителем главной дозирующей системы, и на распределе-
ние топлива по сечению потока горючей смеси определен-
ное влияние может оказывать и направление истечения
топлива из выходных каналов дополнительных систем.
При этом очевидно, что и для дополнительных систем
рассмотренная выше связь характера распределения топ-
лива в потоке горючей смеси с направлением истечения
топлива полностью сохраняется.
Влияние условий прохождения смесью
зоны диффузоров карбюратора
Для устранения влияния направления истечения топ-
лива на распределение горючей смеси можно использо-
вать симметричные распылители.’ Такие распылители
выполняются с многострунным истечением топлива (рас-
пылители почти всех карбюраторов Солеке, карбюрато-
ра К-31), с истечением-из кольцевого канала (распыли-
тели карбюраторов К-84, Зенит 28АУ-11) или с истече-
нием в направлении воздушного потока (распылители
карбюраторов К-21, К-75, Форд-6). Однако направление
истечения топлива — не единственный фактор, действую-
щий в зоне диффузоров и влияющий на распределение
топлива по сечению потока горючей смеси, выходящей
из карбюратора.
Качество распиливания топлива и перемешивания его
с воздухом в карбюраторе при прочих равных условиях
зависит от разности скоростей потока воздуха и топлив-
ной струи. Для увеличения скорости потока воздуха
в карбюраторе применяются диффузоры, а для лучшего
использования скорости воздушного потока распылитель
25
стремятся расположить по возможности ближе к оси
диффузора, т. е. в зоне максимальных скоростей воздуш-
ного потока. Последнее вызывает необходимость разме-
щения в потоке воздуха топливных каналов, которые
вследствие создаваемого ими местного сопротивления
в той или иной мере искажают поток. Естественно, что это
создает условия для неравномерного распределения топ-
лива по поперечному сечению потока горючей смеси, вы-
ходящей из карбюратора. Если при этом нарушается
симметрия распределения топлива по сечению потока от-
носительно разделительной плоскости, то одновременно
создаются условия и для неравномерного распределения
смеси по отдельным ветвям и патрубкам впускного
тракта.
Например, в карбюраторе Солеке BVF-323 (рис. 10, а),
устанавливавшемся на двигателе EMW-340, используется
симметричный многострунный распылитель. Прилив, где
размещен канал, подводящий топливо к распылителю,
расположен в диффузоре со стороны передних (первого,
второго и третьего) цилиндров и имеет размеры, соизме-
римые с диаметром диффузора. С противоположной
стороны распылитель фиксируется штифтом, диаметр ко-
торого намного меньше диаметра прилива топливного ка-
нала. Создавая повышенное сопротивление в одной части
диффузора, прилив топливного канала способствует от-
клонению топлива. Вследствие этого топливо по сечению
потока распределяется неравномерно, причем неравно-
мерность оказывается асимметричной относительно раз-
делительной плоскости зоны разделения впускного трак-
та на переднюю и заднюю ветви — более богатая топли-
вом смесь поступает к началу задней ветви, из. которой
питаются четвертый, пятый и шестой цилиндры. В соот-
ветствии с таким характером’ неравномерности дзаспреде-
ления топлива по сечению потока происходит и распреде-
ление смеси по цилиндрам двигателя (кривая f на
рис. 10, ^г).
Выравнивание сопротивлений обеих частей зоны диф-
фузора, что осуществлялось путем размещения на штиф-
те специальной вставки, диаметр которой равен диаметру
прилива топливного канала (рис. 10, б), устраняет причи-
ну, вызывающую отклонение топлива в сторону задних
цилиндров. В этом случае распределение топлива по се-
чению потока смеси становится более симметричным ог-
26
• «
л
а)
Цилиндры
«)
Рис. 10. Влияние условий в воне диф-
фузора карбюратора на распределение
смеси в двигателе EMW-340 (п —
= 3000 об/мин-, дроссельная заслонка
открыта полностью):
о — карбюратор BVF-323 в исходном со-
стоянии; б — карбюратор BVF-323 со спе-
циальной вставкбй на штифте; е— карбюра-
тор PBJ-32; П—И — разделительная плос-
кость £14]
косительно разделительной плоскости зоны разделения,
а степень неравномерности распределения смеси по ци-
линдрам не превышает 2,5% (кривая II на рис.'10, г).
Практически идеальное распределение смеси по цилинд-
рам двигателя (кривая III на рис. 10, г) было достигну-
то устранением асимметрии воздушной камеры карбюра-
тора, как это показано 1.	_	_
Карбюратор Солеке
PBJ-32 выполнен по
аналогичной с карбю-
ратором BVF-323 схе-
ме. Единственное прин-
ципиальное отличие
заключается в том, что
топливный канал кар-
бюратора PBJ-32 при
установке этого карбю-
ратора на двигателе
EMW-340 располагает-
ся в разделительной
плоскости зоны разде:
ления впускного тракта
на переднюю и заднюю
ветви (рис. 10, в). Вслед-
ствие этого при исполь- to*—
зовании карбюратора ,_______
PBJ-32 топливо по по-
перечному сечению по-ДО
тока смеси должно рас-
пределяться хотя и не*
равномерно, но сим-
метрично относительно
разделительной плос-
кости.
Поэтому состав сме-
си, поступающей в пе-
реднюю ветвь впускно-
го тракта, полностью
соответствует составу
смеси, поступающей в его заднюю ветвь, хотя в
третий и четвертый цилиндры и поступает смесь более
бедная, чем во все другие цилиндры (кривая IV на
рис. 10, г).
пунктиром на схеме рис, 10, б.

27
Влияние условий прохождения смесью зоны
смесительной камеры карбюратора.
Распределение смеси при дросселировании
Окончательное формирование потока смеси, выходя-
щего из карбюратора, с точки зрения распределения топ-
лива по его поперечному сечению, происходит в смеси-
тельной камере карбюратора. Размещенные в этой зоне
устройства для регулирования нагрузки карбюраторного
двигателя в той или иной мере нарушают симметрию по-
тока горючей смеси и влияют на характер распределе-
ния топлива по сечению потока.
Наиболее простым и самым распространенным регу-
лирующим устройством является дроссельная заслонка.
Условия, при которых горючая смесь проходит зону
смесительной камеры карбюратора, определяются в ос-
новном конструкцией дроссельной заслонки, способом
крепления ее на осн и конструкцией самой оси, а также
положением заслонки, которое зависит от нагрузочного
режима работы двигателя.
При полном открытий дроссельной заслонки, вслед-
ствие ее небольшой толщины и симметричного располо-
жения в смесительной камере, поток горючей смеси са-_
мой заслонкой искажается незначительно. Решающее зна-
чение в этом случае имеет способ креплений дроссельной
заслонки на оси.
Дроссельная заслонка карбюратора Солеке [15] укреп-
лена на лыске оси, как показано на рис. 11- (такой способ
крепления типичен для отечественных карбюраторов)..
При этом условия прохождения смеси по обе стороны за-
слонки, даже когда она полностью открыта, различны,
что вызывает перераспределение топлива по поперечному
сечению потока горючей смеси. Поскольку перераспреде-
ление топлива может происходить только в направлении,
перпендикулярном к оси. дроссельной заслонки, влияние
такого перераспределения на распределение смеси пол-
ностью зависит от расположения оси относительно раз-
делительной плоскости зоны разделения впускного трак-
та на отдельные ветви и патрубки. При расположении
оси заслонки перпендикулярно разделительной плоскости
(схема а) перераспределение топлива по сечению потока
горючей смеси происходит в направлении разделитель-
ной плоскости. Поэтому распределение смеси по ветвям
впускного тракта происходит вполне удовлетворительно,
28
а небольшая неравномерность объясняется асимметрией
зоны диффузоров карбюратора [15]. Поворот смеситель-
ной камеры карбюратора на 90° в ту или иную сторону
вызывает принципиальные изменения характера перерас-
пределения топлива по сечению потока — распределение
топлива становится асимметричным относительно разде-
лительной плоскости зоны разделения. Поэтому при рас-
а)	б)	9)
Рис. 11. Влияние оси дроссельной заслонки
на распределение смеей по ветвям. впускного
тракта двигателя «Опель-2,5л» (п — 1600 об/мин;
дроссельная заслонка открыта полностью):
в — ось дроссельной заслонки перпендикулярна раз-
делительной плоскости; б—ось дроссельной заслонки
в разделительной плоскости, тело оси со стороны пе-
редней ветвя тракта; в — ось дроссельной заслонки в
разделительной плоскости, тело оси со стороны задней
ветви тракта; Н—Н — разделительная плоскость зовы
разделения впускного тракта [15]
Эскизы	Состав горючей смеси в турбопроводе» ведущем к цилиндрам	
	первому, второму и третьему	четвертому, пятому и шестому
а	0.89	0,84
б	0,86	0,73
в	0.73	0.95
положении тела оси дроссельной заслонки со стороны
передней ветви впускного тракта (рис. 11, б) эта ветвь
получает смесь более бедную, чем задняя. И, наоборот,
при расположении тела оси со стороны задней ветви
(рис. 11, в) более бедная смесь поступает в заднюю ветвь
впускного тракта.
У большинства современных зарубежных карбюра-’
торов дроссельная заслонка укрепляется в пазу оси. Это
«обеспечивает одинаковые условия прохождения горючей
«меси по обе стороны дроссельной заслонки, когда она
29
полностью открыта, и устраняет влияние оси заслонки
на распределение смеси.
При прикрытой дроссельной заслонке условия про-
хождения смесью зоны смесительной камеры изменяются.
С одной стороны, дроссельная заслонка отбрасывает не-
испарившиеся капли топлива к одной из стенок смеси-
тельной камеры. С другой стороны, под дроссельной
заслонкой создается зона повышенного разряжения, ко-
торая оказывает определенное воздействие на перерас-
пределение жидкой фазы топлива в горючей смеси. В за-
висимости от конкретных условий, то или иное действие
оказывается преобладающим и определяет характер рас-
пределения топлива по поперечному сечению потока
смеси, выходящей из карбюратора. Следует подчеркнуть,
что при этом перераспределение топлива по сечению
потока смеси, как и в случае искажения потока осью
дроссельной заслонки, происходит в направлении, пер-
пендикулярном к оси заслонки. Следовательно, влияние
положения дроссельной заслонки на распределение сме-
си также находится в прямой зависимости от распо-
ложения ее оси относительно разделительной плоско-
сти зоны разделения впускного тракта на отдельные
ветви.
Одновременно с перераспределением топлива по сече-
нию потока смеси процесс дросселирования вызывает
существенные изменения общих условий образования
горючей смеси. Прежде всего при прикрытой дроссельной
заслонке уменьшается скорость потока в диффузоре кар-
бюратора и тем самым ухудшается качество распылива-
ния топлива в момент истечения его из распылителя.
Однако наряду с этим возрастает скорость потока горю-
чей смеси в кольцевом зазоре, образующемся между
прикрытой дроссельной заслонкой и стенкой смеситель-
ной камеры. Жидкое топливо, находящееся в смеси, попа-
дает в этот зазор и вторично распыли вается. Вслед-
ствие интенсивной турбулизации потока в кольцевом
зазоре распыленное топливо хорошо перемешивается
с паро-воздушной частью смеси, а в результате падения
давления за дроссельной заслонкой при дросселирований
испарение топлива происходит в более благоприятных
условиях.
Таким образом, общие условия образования горючей
смеси при дросселировании улучшаются; уменьшается со-
зо •
держание жидкой фазы топлива в смеси, лучше переме*
шивается топливо с воздухом. Это способствует более
равномерному распределению топлива по сечению потока
смеси и, следовательно, более равномерному распреде-
лению горючей смеси по цилиндрам двигателя. Поэтому
при анализе распределения смеси при дросселировании
необходимо учитывать не только факторы, способствую-
щие неравномерному распределению топлива по сечению
потока смеси, но и факторы, улучшающие общие условия
образования горючей смеси.
Рассмотрим некоторые наиболее типичные случаи из-
менения характера и степени неравномерности распреде-
ления смеси при дросселировании.
Ось дроссельной заслонки карбюратора К-59 распо-
ложена перпендикулярно разделительной плоскости зоны
разделения впускного тракта двигателя МЗМА-407 на
переднюю и заднюю ветви и любое перераспределение
топлива по сечению потока смеси с прикрытием заслонки
не может нарушить симметрии распределения топлива
относительно этой плоскости (рис. 12, -о). Поэтому, по
мере уменьшения нагрузки, изменение неравномерности
распределения смеси по цилиндрам двигателя МЗМА-407
определяется лишь факторами, которые улучшают ка-
чество образования горючей смеси, и степень неравно-
мерности распределения смеси с прикрытием дроссель-
ной заслонки резко падает.
Прямо противоположная картина изменения степени
неравномерности распределения смеси при дросселиро-
вании наблюдается в опытном образце двигателя автомо-
биля «Запорожец» (рис. 12, б). В этом двигателе с умень-
шением нагрузки распределение смеси по цилиндрам,
питающимся из одной общей ветви (первый и третий,
второй и четвертый), также улучшается. Однако общая
степень неравномерности постепенно увеличивается. Это
объясняется тем, что ось дроссельной заслонки в данном
случае расположена в разделительной плоскости зоны
разделения впускного тракта на отдельные ветви и по
мере прикрытия заслонки все большая и большая часть
жидкой фазы топлива отбрасывается к началу ветви, из
которой питаются первый и третий цилиндры.
Влияние двух противоположно действующих факто-
ров, возникающих при дросселировании, можно просле-
дить на рис. 12, в, где показаны результаты испытаний
V-образного восьмицилиндрового двигателя. В этом дви-
31
гателе общая ось двух дроссельных заслонок также рас-
положена в разделительной плоскости. Поэтому при
прикрытии заслонок, вызывающем отклонение потока
Угол закрытии дроссельной,
заслонки.
в)
Рис 12. Распределение смеси при дросселировании;
с—’Двигатель МЗМД-407, п — 1400 об/мин'. б — двигатель автомобк-
ля «Запорожец»» п = 2500 сб/мин [5J, в*— V-образныО еосьмяцилиег-
Дровый двигатель. п= 2400 об/яин (91. О—О — положение оси дрос-
сельвой заслонки
топлива, смесь в цилиндрах 1, 2, 3 и 4 обогащается,
а в цилиндрах 5, 6, 7 и 8 — обедняется. Наибольшая
степень неравномерности распределения горючей смеси
наблюдается при повороте дроссельных заслонок на 40°
32
от положения, соответствующего полному открытию.
Дальнейшее прикрытие заслонок улучшает расйределе-
ние горючей смеси.
Для объяснения такого характера изменения нерав-
номерности распределения смеси достаточно проследить
за изменением разряжения за дроссельной заслонкой при
дросселировании: при работе двигателя с полной на-
грузкой разряжение составляло 36 мм рт. ст. и при по-
вороте заслонок на 40° увеличилось всего лишь до
76 мм рт. ст., в то время как дальнейшее прикрытие за-
слонок до 65° увеличивает, разряжение до 405 мм рт, ст.
В некоторых карбюраторах, предназначенных для
двигателей грузовых автомобилей, дроссельные заслонки
одновременно с прямым назначением (регулирование на-
грузки двигателя) выполняют функции ограничителя
максимального числа, оборотов двигателя. Для этого
дроссельной заслонке придается такая форма, чтобы при
полном ее открытии в потоке смеси оказалась плоскость,
наклоненная к направлению потока н смещенная от оси
заслонки. При такой форме дроссельной заслонки пере-
распределение топлива по поперечному сечению потока
смеси и влияние дроссельной заслонки на распределение
смеси возможны не только в процессе дросселирования,
но и при работе двигателя с полной нагрузкой. Иногда,
например в двигателях с карбюраторами К-82 и К-84,
аналогичные по принципу действия ограничители выпол-
няются отдельным от дроссельной заслонки узлом и ус-
танавливаются между карбюратором ц впускной трубой.
Влияние условий входа смеси во впускную трубу
Входной патрубок впускной трубы, по которому смесь
из карбюратора поступает в первую зону разделения
впускного тракта на отдельные ветви и патрубки, обычно
выполняется очень коротким. Поэтому заданный карбю-
ратором характер распределения топлива по поперечно-
му сечению потока смеси, как правило, сохраняется до
первой зены разделения и при одинаковых условиях вхо-
да смеси в ветви и патрубки, берущие начало в этой зоне,
определяет характер распределения смеси по ветвям и
патрубкам. Разобранные выше примеры полностью под-
тверждают это положение.
Необходимо, однако, иметь в виду, что это справедли-
во только в случае свободного входа смеси во входной
3 5-2142	33
патрубок к при отсутствии в нем каких бы то ни было
местных сопротивлений, асимметричных относительно
направления потока смеси.
Практика показывает, что такие незначительные фак-
торы, как смещение в поток края уплотнительной про-
кладки, устанавливаемой в плоскости разъема карбюра-
тора и впускной трубы, асимметрия технологической фас-
ки, обычно выполняемой в верхней части входного пат-
рубка, образующиеся при литье наплывы металла на
стенках патрубка и т. д., могут существенно изменять
распределение смеси из-за нарушения симметрии пото-
ка во входном патрубке впускной трубы.
Влияние изменения направления потока смеси
во впускном тракте
Впускные тракты многоцилиндровых карбюраторных
двигателей, как правило, имеют довольно сложные схе-
мы, и при перемещении от карбюратора до цилиндров
поток горючей смеси неоднократно, изменяет свое на-
правление. Так как во впускном тракте часть топлива
 постоянно находится в виде жидкости, всякое изменение
направления потока смеси влечет за собой перераспре-
деление топлива по поперечному сечению потока.
Рассмотрим перемещение горючей смеси по простей-
шему изгибу тракта, т. е. по изгибу, ось которого лежит
в одной плоскости (рис. 13). Вследствие гидродинамиче-
ских явлений, происходящих при изменении направле-
ния потока, давление в отдельных точках одного и того
же поперечного сечения впускного тракта, расположен-
ного на изгибе, оказывается различным: на внутренних
' по отношению к центру изгиба поверхностях давление
меньше, чем на внешних. Образующаяся в результате
разности давлений сила стремится «выдавить» основную
массу пленки жидкого топлива с внешних поверхностей
на внутренние. Эта 'Сила «выдавливания» из-за относи-
тельно низких скоростей перемещения пленки преодоле-
вает силу инерции, которая стремится отбросить пленку
к внешней поверхности. Поэтому основная масса пленки
жидкого топлива скапливается на внутренней поверхно-
сти изгиба и под действием сил трения с паро-воздушной
смесью перемещается в направлении общего потока горю-
чей смеси именно по поверхностям, характеризующимся
минимальными давлениями.
34
Таким образом, распределение пленки жидкого то-
плива по поверхности впускного тракта в каждом данном
его сечении зависит от распределения давлений по участ-
кам этого сечения, а траектория перемещения основной
массы пленки по впускному тракту—от характера рас-
пределения давлений в соседних сечениях. Кроме того,
учитывая, что пленка жидкого топлива перемещается под
действием сил трения с паро-воздушной смесью, на тра-
Рис. 13. Распределение давлений и пленки жидкого топли-
ва по сечениям простейшего изгиба впускного тракта:
I— V — плоскости сечения патрубка, в которых определялись впюря
давлений [15}
екторию основной массы пленки определенное влияние
должна оказывать и скорость потока смеси во впускном
тракте.
В некоторых случаях характер распределения давле-
ний по поверхности впускного тракта может меняться от
сечения к сечению и зависеть не только от конструкции
впускного тракта, но и от режима работы двигателя. По-
этому характер распределения пленки жидкого топлив^
по сечениям впускного тракта и траектория перемещения
3е	35
основной массы пленки, в зависимости от конкретных ус-
ловий, могут быть самыми разнообразными и меняться
при изменении режима работы двигателя. Например, ес-
ли предположить, что каналы впускного тракта двига-
теля «Боргвард» лежат в одной плоскости» как показано
па верхней проекции рис. 1, то в соответствии с описан-
ным выше характером распределения давлений по по-
верхностям впускного тракта при простейшем его изгибе
(рис. 13) основная масса пленки должна была бы пере-
мещаться по внутренним поверхностям каждой ветви
точно в плоскости чертежа. Однако, как видно из рис. 1,
каналы впускного тракта этого двигателя не лежат в од-
ной плоскости. Кроме того, в результате смещения оси
диффузора карбюратора от геометрического центра зоны
разделения на величину е поток смеси входит в каждую
ветвь тангенциально. Все это приводит к нарушению по-
казанного на рис. 13 характера распределения давлений,
в результате чего основная масса пленки жидкого топли-
ва в каждой ветви собирается в узкий «ручей», а ее тра-
ектория принимает спиралеобразный характер.
11а рис. 14 показано расположение основного потока
топливной пленки в этом двигателе в месте разъема впуск-
ной трубы и головки блока цилиндров. Количество плен-
ки дано в процентах от общего количества топлива, кото-
рое должно было бы пройти через данный сектор сече-
ния при равномерном распределении топлива по сечению
потока смеси. Как видно, при работе двигателя с при-
крытой на 45° дроссельной заслонкой и с числом оборо-
тов 1000 в минуту шаг спирали достаточно большой и по-
ток основной массы пленки к моменту попадания его
в плоскость разъема впускной трубы и головки блока,
где осуществлялся отбор пленки, отклоняется всего
лишь на 60° (рис. 14, а). Увеличение числа-оборотов дви-
гателя до 3000 в минуту и открытие дроссельной заслон-
ки до положения,, соответствующего полной нагрузке,
кроме уменьшения общего количества пленки, изменяет
траекторию ее основной массы — шаг спирали становится
меньше и поток основной массы пленки к моменту отбо-
ра отклоняется уже на 150° (рис. 14, б).
В перераспределении топлива по поперечному сечению
потока смеси при изменении направления потока опре-
деленную роль играют и капли жидкого топлива, переме-
щающиеся вместе с паро-воздушной смесью. Обладая
36
большей по сравнению с паро-воздушной смесью инер-
цией, капли меняют свое направление с некоторым за-
паздыванием, что вызывает обогащение части потока,
Рис. 14. Распределение пленйи жидкого топлива по поверхности
впускного тракта двигателя еБоргварда (см. рис. 1) в плоскости
разъема впускной трубы с головкой блока цилиндров при выклю-
ченном подогреве смеси:
а — дроссельная заслонка открыта на 4Б«; JOOO об/мин; б—дроссель-
ная заслонка открыта полностью, п = 3000 об/мин (обозначение секторов
сечения в градусах деио в соответствии с рис. 1) [II]
перемещающейся вблизи внешней поверхности изгиба
впускного тракта, а часть капель вообще не успевает
полностью изменить свое направление и, попадая на стен-
ку впускного тракта, увеличивает общее количество
пленки жидкого топлива.
37
Таким образом, перераспределение отдельных частей
жидкой фазы топлива по сечению потока смеси, при
перемещении его по простейшему изгибу впускного
тракта, происходит в прямо противоположных направле-
ниях: пленка жидкого топлива «выдавливается» на внут-
ренние поверхности изгиба, а капли отбрасываются
к-внешней поверхности. Поэтому степень общего перерас-
пределения топлива зависит от конкретных условий,
существующих в зоне изгиба и определяемых кривизной
изгиба, скоростью потока смеси, соотношением фаз топ-
лива и отдельных частей жидкой фазы, качеством пред-
варительного распыливания топлива и т. д. Следует осо-
бо подчеркнуть-тот факт, что любое перераспределение
топлива при простейшем изгибе впускного тракта проис-
ходит в плоскости изгиба.
На примере двигателя «Боргвард» отмечены причины,
вызывающие влияние режима работы двигателя на рас-
пределение давлений по поверхностям впускного тракта
и траекторию перемещения основной массы пленки жид-
кого топлива. Возможно, что эти причины влияют на
характер перераспределения по сечению потока и капель
жидкого топлива. В подобных случаях общее направле-
ние перераспределения топлива по сечению потока смеси
может быть самым разнообразным и меняться от сечения
к сечению.
Чтобы представить себе возможность влияния описан-
ных явлепий, происходящих при изменении направления
потока, на распределение смеси, достаточно предполо-
жить, что любое из показанных на рис. 13 сечений или
плоскость разъема впускной трубы с головкой блока ци-
линдров (см. рис. I) является началом зоны разделения
впускного тракта на отдельные ветви или патрубки. Для
примера еще раз вернемся к данным, приведенным на
рис. 2, полагая, что каждую общую для двух цилиндров
полость впускного тракта двигателя «Боргвард» в дан-
ном случае можно рассматривать как зону разделения
(см. рис. 1).
Как уже отмечалось, при изменении порядка работы
цилиндров двигателя характер неравномерности распре-
деления горючей смеси по цилиндрам, питающимся из
одной общей полости, меняется на обратный. Но при
этом не остается постоянной и степень неравномерности.
Характерно, что степень неравномерности несколько
38
больше при порядке работы 1—2—4—3, т. е. в том слу-
чае, когда явления, вызываемые цикличностью поступле-
ния смеси в цилиндры, приводят к обогащению смеси
в крайних (первом и четвертом) цилиндрах. Это дает
основание предполагать, что во впускном тракте двига-
теля «Боргвард» существует причина, вызывающая до-
полнительное обогащение смеси в крайних цилиндрах
двигателя. При порядке работы 1—2—4—3 по этой при-
чине увеличивается, а при порядке работы 1—3—4—2
уменьшается влияние цикличности поступления смеси
в цилиндры. Весьма вероятно, что этой причиной как раз
и является неравномерное распределение пленки жид-
кого топлива по поверхности впускного тракта, так как
на данном режиме работы двигателя характер распреде-
ления пленки по поверхности тракта в сечениях, непосред-
ственно примыкающих к общим полостям, таков, что
основная масса ее оказывается расположенной со сто-
роны крайних цилиндров (рис. 14).
Влияние качества перемешивания топлива
с воздухом
Во всех рассмотренных выше случаях неравномерное
распределение смеси в той или иной мере связано с на-
личием во впускном тракте жидкой фазы топлива. Однако
в определенных условиях неравномерное распределение
смеси возможно и при отсутствии жидкой фазы. Напри-
мер, опытами Донауэ и Кента [10] было показано, что
при введении газообразного топлива в смесительную ка-
меру карбюратора по направлению потока воздуха рас-
пределение смеси по цилиндрам двигателя было далеко
не равномерным (рис. 15). Только при введении газа
перед воздушной заслонкой и против направления потока
воздуха все цилиндры двигателя получили смесь практи-
чески одинакового состава. Эти эксперименты не только
показывают возможность неравномерного распределения
паровой фазы топлива, но и наглядно иллюстрируют
влияние качества перемешивания топлива с воздухом на
распределение смеси. Последнее подтверждается и ре-
зультатами экспериментов, когда влияние на распреде-
ление смеси факторов,.вызывающих неравномерное рас-
пределение топлива по сечению потока смеси, оказыва-
лось зависящим от длины участка впускного тракта
39
между зоной действия данного фактора и зоной разде-
ления впускного тракта на отдельные ветви и патрубки.
Например, у исследованного Купером, Кортни и Хол-
лом V-образного восьмицилиндрового двигателя впуск-
ной тракт состоит из двух секций, каждая из которых
питается от отдельной камеры карбюратора (рис. 12, в)
[9]. Вся разница между секциями заключается только
Рис. 15. Распределение смеси при
использовании газообразного топлива
(п ~ 1000 об/мин, дроссельная заслон-
ка открыта полностью):
О — согласно схеме / газ подведен по на-
праБ-чениго потока воздуха; X —- согласно
схеме // газ подведен против направления
потока воедуха [10]
в том, что входной патрубок у нижней секции, питающей
первый, четвертый, шестой и седьмой цилиндры, длин-
нее, чем у верхней, питающей цилиндры второй, третий,
пятый и восьмой. Тем самым в нижней секции, вследствие
большего удаления зоны разделения от зоны дейст-
вия фактора, вызывающего неравномерное распределение
топлива по сечению потока смеси (зона дроссельной за-
слонки), созданы более благоприятные условия для пере-
мешивания топлива с воздухом. Поэтому распределение
смеси по цилиндрам, питающимся из нижней секции, про-
исходит намного равномернее, чем по цилиндрам, пита-
ющимся из верхней секции,
40
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПАРОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗАМИ
ТОПЛИВА В СМЕСИ, И ИХ ВЛИЯНИЕ
НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕСИ
Из анализа причин неравномерного распределения
смеси по отдельным ветвям и патрубкам впускного трак-
та и условий распределения смеси по цилиндрам, питаю-
щимся из одной общей ветви, видно, что в подавляющем
большинстве случаев неравномерное распределение смеси
по цилиндрам двигателя связано с находящейся во впуск-
ном тракте жидкой фазой топлива. Следовательно, на
степень неравномерности распределения смеси могут
влиять все те факторы, от которых зависит соотношение
паровой и жидкой фаз топлива в смеси.
Соотношение между фазами топлива в смеси, так же
как и между отдельными частями жидкой фазы (пленка
жидкого топлива и капли), постоянно меняется в процес-
се перемещения потока смеси по впускному тракту и за-
висит от:
а)	давления во впускном тракте;
б)	скорости потока горючей смеси;
в)	температурь! горючей смеси;
г)	испаряемости топлива.
Соотношение фаз топлива в горючей смеси зависит
и от коэффициента избытка воздуха. Однако, как пока-
зали специальные опыты [3], [4], при использовании обыч-
ных торговых бензинов и в реальных пределах изменения
состава смеси это влияние очень незначительно.
Давление во впускном тракте определяется в основ-
ном нагрузочным режимом работы двигателя, влияние
которого на распределение смеси было уже рассмотрено.
Влияние скорости потока горючей смеси
При увеличении скорости потока смеси улучшаются
условия смесеобразования (повышается степень турбу-
лизации потока смеси, улучшается качество распилива-
ния топлива и т. д_). Поэтому при увеличении скорости
потока горючей смеси уменьшается количество жидкой
фазы топлива в смеси. Однако уменьшение количества
жидкой фазы топлива происходит за счет уменьшения
количества только той части, которая находится в виде
пленки. Количество же жидкой фазы, находящейся в виде
41
капель, с увеличением скорости потока лаже несколько
возрастает. Это объясняется тем, что, во-первых, с увели-
чением скорости потока смеси условия для образования
пленки становятся менее благоприятными. Во-вторых,
при скорости потока 20 м/сек на поверхности пленки
начинают образовываться поперечные волны, амплитуда
которых увеличивается по мере возрастания скорости
потока, в результате чего начинается вторичное обра-
зование капель из-за разбрызгивания топлива с гребней
этих волн [3].
Скорость потока смеси во впускном тракте опреде-
ляется площадью поперечного сечения его каналов и ре-
жимом работы двигателя. Поэтому уменьшение сечения
каналов тракта или увеличение оборотов двигателя, как
правило, приводит к улучшению распределения смеси.
Наряду с этим встречаются случаи, когда наибольшие
значения степени неравномерности распределения смеси
наблюдаются при каких-то средних значениях скорости
потока. Это объясняется тем, что при различной скорости
потока смеси оказывается неодинаковым и влияние от-
дельных факторов, определяющих распределение топлива
по сечению потока, на распределение смеси по цилинд-
рам. Например, положение дроссельных заслонок в кар-
бюраторе V-образного восьмицилиндрового двигателя [9]
оказывает наибольшее влияние на распределение смеси
по цилиндрам при 1200 об!мин Поэтому и наибольшее
значение средней степени неравномерности распределе-
ния смеси в этом двигателе, при изменении его скорост-
ного режима, наблюдается не при минимальном числе
оборотов, а при тех же 1200 об/мин (рис. 16).
Изменение скорости потока иногда влечет за собой
изменение не только степени, но и характера неравномер-
ности распределения смеси по цилиндрам. НаГрис.' 17
представлены данные по распределению смеси в двига-
теле МЗМА-407 при работе его по внешней характеристи-
ке. Как видно, при малых числах оборотов смесь распре-
деляется неравномерно как по цилиндрам, питающимся
из одной общей ветви, так и по отдельным ветвям впуск-
ного тракта, причем в заднюю ветвь поступает смесь
более богатая, чем в переднюю. При увеличении числа
оборотов двигателя до 2000 в минуту смесь по отдельным
ветвям впускного тракта начинает распределятся равно-
мерно, При дальнейшем увеличении числа оборотов до
42
3000 в минуту неравномерность распределения смеси по
ветвям возникает вновь, но уже с обратным характером:
смесь, поступающая в заднюю ветвь, оказывается не-
Рис. 16. Влияние скоростного режима работы
двигателя V-8 при прикрытой дроссельной за-
слонке на 40° на распределение смеси по ци-
циндрам [9]
сколько беднее смеси, поступающей в переднюю ветвь
впускного тракта. При больших числах оборотов (выше
3200 в минуту) характер неравномерности распределения
Рис. 17. Распределение горючей смеси по
цилиндрам двигателя МЗМА-407 при работе
его по внешней характеристике
смеси по ветвям вновь становится аналогичным характе-
ру неравномерности при малых числах оборотов, при-
чем различие в составах смеси, поступающей в отдельные
ветви, становится все более и более заметным по мере
увеличения числа оборотов.
43
Если проследить за изменением степени неравномер-
ности распределения смеси по цилиндрам двигателя
МЗМА-407, питающимся из одной общей ветви, то оказы-
вается, что при увеличении числа оборотов двигателя
происходит постоянное и вполне закономерное улучшение
распределения смеси как между передними (первым
и вторым), так и между задними (третьим и четвертым)
цилиндрами.
Влияние температуры горючей смеси
При повышении температуры горючей смеси умень-
шается содержание жидкой фазы топлива в смеси, и по-
этому смесь должна более равномерно распределяться
по цилиндрам. Наряду с этим повышение температуры
смеси уменьшает плотность заряда свежей смеси, посту-
пающей в цилиндры двигателя, уменьшая тем самым
наполнение, а следовательно, и мощностные показатели
двигателя.
Таким образом, использование подогрева смеси для
уменьшения степени неравномерности распределения ее
по цилиндрам на режимах полной нагрузки двигателя
ограничено.
Исследования Мрамора показывают, что при равной
конечной температуре смеси соотношение фаз топлива,
в свою очередь, зависит от способа подведения тепла
к смеси. Как видно из рис. 18, меньшее количество жид-
кой фазы наблюдается при температуре смеси 10° С
в случае местного подогрева впускной трубы, при 20° С
в случае общего подогрева трубы и при 30° С в случае
подвода тепла путем подогрева воздуха, входящего в кар-
бюратор. Эти данные не могут служить основой для
выбора того или иного способа подогрева, поскольку они
получены в условиях специальной установки для иссле-
дования испаряемости топлив. Однако они наглядно
показывают целесообразность доводки системы впуска
карбюраторного двигателя в отношении осуществления
подогрева смеси.
Влияние степени подогрева смеси на распределение
ее по цилиндрам исследовалось неоднократно. Многие
исследователи отмечали, что изменение степени подогре-
ва ведет к существенному изменению степени неравно-
мерности распределения смеси [5, 14, 15]. В го же время
44
известны случаи, когда даже большое увеличение тем-
пературы смеси лишь незначительно улучшало распреде-
ление ее по цилиндрам [10],
Это объясняется тем, что кроме степени подогрева
смеси и способа подвода к ней тепла, влияние подогрева
смеси на ее распределение по цилиндрам зависит еще и от
расположения зон подо-
грева по длине впускного
тракта. Разберем это при
помощи схемы впускного
тракта четырехцилиндро-
вого двигателя (рис. 19).
Воздух
Тошиба
Рис. 18. Зависимость соотвоше- I
ния фаз топлива в смеси от
температуры смеси при разных
способах подвода тепла:
7 —подогрев воздухе, входящего в
карбюратор; 2 — общий подогрев
впускной трубы; Я — местный подо-
грев впускной трубы (в зоне разде-
ления под карбюратором); /( — коли-
чество жидкой фазы, топлива в про-
центах от общего количества топли-
ва в' смеси [I5J
цилиндров (зона /). В этом
да тепла после последней
’ис. 19, Схема расположения зон
подогрева смеси:
7—< — цилиндры; I— V — воны подо-
грева
Предположим, что теп-
ло подводится через стен-
ки патрубков, по которым
смесь поступает к впуск-
ным клапанам отдельных
случае, т. е, в случае подво-
зоны разделения впускного
тракта, некоторое влияние подогрева смеси на ее рас-
пределение возможно лишь постольку, поскольку дей-
ственность явлений, происходящих во впускном тракте
вследствие цикличного поступления смеси в цилиндры,
по всей вероятности, зависит от соотношения фаз топлива
в смеси, поступающей непосредственно к впускным
клапанам.
45
Если подогревать смесь в зоне //, т. е. подвод тепла
осуществлять до зоны разделения каждой ветви на от-
дельные патрубки, то, безусловно, можно ожидать уже
более заметного влияния подогрева смеси на распределе-
ние ее по цилиндрам, питающимся из одной общей ветви.
В то же время изменение степени подогрева смеси в этик
зонах не должно. оказывать влияния на распределение
смеси по отдельным ветвям впускного тракта.
При совмещении зоны подогрева смеси с зоной раз-
деления впускного тракта на отдельные ветви (зона III)
изменение степени подогрева смеси должно оказывать
влияние не только на распределение смеси по цилиндрам,
питающимся из одной общей ветви, но и на распределе-
ние смеси по отдельным ветвям. Еще большее влияние
степени подогрева смеси на распределение ее по ветвям
впускного тракта следует ожидать при подогреве смеси
в зоне IV, так как при этом увеличение подогрева смеси
может не только улучшить условия разделения потока
смеси в результате поступления в зону разделения смеси
с пониженным содержанием жидкой фазы топлива, но
и уменьшить неравномерность распределения топлива по
поперечному сечению потока смеси, вызванную условия-
ми образования горючей смеси в карбюраторе.
Подогрев воздуха, входящего в карбюратор (зона V),
вызывает принципиальное изменение самого характера
воздействия подогрева смеси на соотношение фаз топлива
в смеси. Если при подводе тепла к смеси, нагревая по-
верхность впускного тракта, приходится испарять уже
образовавшуюся пленку жидкого топлива, то при пред-
варительном подогреве воздуха уменьшается сама воз-
можность образования пленки в результате значитель-
ного улучшения условий образования горючей смеси
в карбюраторе. При этом температура смеси влияет на
соотношение фаз топлива уже на выходе из диффузора
карбюратора и вполне естественно, что влияние подогре-
ва смеси на ее распределение по цилиндрам в этом случае
наиболее вероятно.
Влияние испаряемости топлива
Основными свойствами карбюраторного топлива, ко-
торые определяют его испаряемость, являются скрытая
теплота парообразования и давление насыщенных паров.
46
На испарение топлива во впускном тракте расходу-
ется определенное количество тепла, которое опреде-
ляется величиной скрытой теплоты парообразования топ-
лива. Чем выше величина скрытой теплоты парообразо-
вания, тем большее количество тепла требуется для
испарения одного и того же количества топлива и при
прочих равных условиях тем большее падение темпера-
туры смеси будет наблюдаться в процессе смесеобразо-
вания (табл.1).
Таблица 1
Падение температуры горючей смеси Д/ при полном испарении топлив
с различной величиной скрытой теплоты парообразования I |3[
Топливо	1 в ккал/кг	Д t в I.Q	'С при «= 0.6
Бензины прямой гонки	 Крекинг-бензины		 Моторный бензол .	.... Этиловый спирт (ректификат) . . .	75 70 92 220	18 17 25 95	28 24.5 38 135
В зависимости от изменения температуры смеси при
испарении топлив с разной величиной скрытой теплоты
парообразования будет меняться соотношение паровой и
жидкой фаз топлива в смеси, что, в свою очередь, может
вызывать соответствующие изменения степени неравно-
мерности распределения смеси. Этим, вероятно, и объяс-
няется наблюдавшееся некоторыми исследователями рез-
кое ухудшение распределения смеси при использовании
в качестве топлива спиртов, обладающих по сравнению
с бензинами примерно в 3 раза большей величиной скры-
той теплоты парообразования.
Величина давления насыщенных паров бензина тесно
связана с его фракционным составом, который принято
определять по кривой фракционной разгонки. Изменение
фракционного состава бензина влечет за собой соответ-
ствующее изменение соотношения фаз топлива в смеси
(табл. 2), и следовательно, может сказываться и на рас-
пределении смеси по цилиндрам.
Практика показывает, что улучшение распределения
смеси вследствие повышения испаряемости бензина более
47
Таблица 2
Влияние фракционного состава бензина на соотношение
паровой и жидкой фаз топлива в смеси |3J
Параметры	Образцы	бензина
	Xi 1	№ 2
Характерные точки кривой фракционной разгонки в °C: р. • • • f10%	•	.... *50%	-		 • • • . /	.	.	а 'I		 лк. р Соотношение фаз при скорости смеси 30 м/сек в %: паровая 	 .	. • жидкая ...	.	...	52 93,5 145 197 222 48 52	48 82,5 125 173 194 65 35
реально при изменении верхнего участка кривой фракци-
онной разгонки. Например, на рис. 20 представлены
данные по распределению горючей смеси в двигателе
МЗМА-407 при использовании бензина Б-70 и бензина
Л-72 двух различных партий, имеющих различные кривые
фракционной разгонки. Как видно, начальные фракции
у одного из бензинов А-72 (кривая II), легче, чем у друго-
го (кривая III).
Тем не менее распределение смеси при работе дви-
гателя на любом из этих бензинов оказывается практи-
чески одинаковым.
В то же время при работе двигателя на бензине Б-70,
отличающемся от бензинов А-72 более легкими концевы-
ми фракциями, распределение смеси становится несколь-
ко лучше.	-
Некоторые исследователи отмечали вполне определен-
ную зависимость средней степени неравномерности рас-
пределения смеси по цилиндрам от характерных точек
кривой фракционной разгонки. Так, например, Блэквуд,
Кэсс и Люис показали, что степень неравномерности рас-
пределения смеси практически прямо пропорциональна
значению температуры выкипания 90% бензина: Конеч-
но, учитывая многообразие описанных выше факторов,
определяющих распределение смеси по цилиндрам, труд-
но представить себе существование каких-либо опреде-
48
ленных зависимостей, справедливых для карбюраторного
двигателя вообще. Общим является лишь сам факт улуч-
шения распределения смеси с повышением испаряемости
топлива. Степень же улучшения и зависимость ее от
Рис. 20. Влияние испаряемости бензина на распре-
деление смеси по цилиндрам двигателя МЗМА-407;
п - - 1400 об/мин-, дроссельная заслонка открыта
полностью:
о — кривые фракцкоплой разгонки топлива; б — распреде-
ление горючей смеси по цилиндрам; / — бензин В-70; II
и 111 — бензины А-72
характерных точек кривой фракционной разгонки топли-
ва следует считать справедливыми лишь для какого-то
конкретного двигателя и принятых условий экспери-
мента.
ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ТОПЛИВА ВО ВПУСКНОМ ТРАКТЕ
И КАЧЕСТВЕННАЯ НЕРАВНОМЕРНОСТЬ
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕСИ
Бензин — основное топливо для карбюраторных дви-
гателей. Он является многокомпонентной смесью углево-
дородов, испаряемость которых в значительной степени
различна. Естественно, что в процессе образования горю-
чей смеси во впускном тракте карбюраторного двигателя
переход отдельных фракций бензина в парообразное со-
стояние происходит в определенной последовательности,
4 5-2142	49
которая в первую очередь определяется упругостью па-
ров углеводородов, входящих в эти фракции. Это, конеч-
но, не означает, что происходит последовательное выде-
ление индивидуальных углеводородов в чистом виде, так
как при испарении легкокипящих компонентов всегда
испаряется и некоторая часть менее летучих составляю-
Рис. 21. Кривые фракционной разгонки пленки
жидкого топлива. Числа у кривых означают
количества пленки во впускном тракте fi про-
центах от общего количества топлива в смеси:
/ — исходный бензин (А-98)
щих. В специальных исследованиях, например в работах
проф. А. С. Ирисова, это явление называется фракцио-
нированием топлива. Результатом фракционирования
является постепенное «утяжеление» жидкой фазы топли-
ва по мере уменьшения ее количества (рис. 2t и табл. 3).
Таблица 3
Плотность нелспарившихся остатков автомобильного бензина
с начальной плотностью 0,749 |3]
Ненспарившиеся остатки	Скорость потока суесз в м/сек.			
	10	20	30	40
- Пленка .........	0,763	0,764	0,766	0,771
Капли .........	0,770	0,772	0.773	
50

В случае использования топлив с присадками испаре-
ние каждой присадки происходит одновременно с теми
фракциями топлива, испаряемость которых соответствует
испаряемости данной присадки (под присадкой в данном
случае подразумевается индивидуальное вещество, а не
композиция отдельных веществ).
Поэтому одновременно с фракционированием топли-
ва в процессе смесеобразования наблюдается и перерас-
пределение присадок между паровой и жидкой фазами
топлива: в паровой фазе оказываются повышенные кон-
центрации присадок, имеющих низкую по отношению
к пределам выкипания топлива температуру кипения,
и пониженные концентрации присадок с относительно вы-
сокой температурой кипения; в жидкой фазе, наоборот, —
повышенные концентрации кипящих при высоких темпе-
ратурах и пониженные концентрации кипящих при низких
температурах присадок.
Например, антидетонатор ТЭС, наиболее распростра-
ненная топливная присадка, имеет температуру кипения,
соответствующую температуре выкипания самых тяже-
лых фракций современных бензинов (около 200°С). По-
этому концентрация ТЭС в пленке жидкого топлива про-
грессивно возрастает по мере уменьшения ее количества
(рис. 22).
Таким образом, паровая и жидкая фазы топлива,
а также части топлива, испаряющиеся в разное время,
имеют разный фракционный состав и могут иметь неоди-
наковые концентрации топливных присадок. Если по ка-
ким-то причинам в отдельные цилиндры двигателя по-
ступает смесь с неодинаковым соотношением паровой и
жидкой фаз топлива или частей топлива, испаряющихся
в разное время, это приводит к качественной неравно-
мерности распределения смеси.
Например, в исследованиях Даунза [13] использовал-
ся четырехцилиндровый двигатель, впускной тракт кото-
рого изображещна рис. 23 (впускной тракт этого двига-
теля аналогичен тракту двигателя «Боргвард»). Двига-
тель имеет порядок работы цилиндров I—3—4—2. В со-
ответствии с этим, в результате описанных выше явлений,
происходящих во впускном тракте вследствие циклично-
сти поступления горючей смеси в отдельные цилиндры,
средние цилиндры двигателя, которые первыми после
паузы всасывают смесь из общей полости, получают
4*	.	51
смесь более богатую’, чем крайние. Но, как было пока-
зано ранее, поступление в средние цилиндры более бо-
гатой смеси — следствие обогащения смеси в общих
полостях впускного тракта за счет перераспределения
жидкой фазы топлива. Следовательно, средние цилиндры,
в которых всасывание происходит сразу после паузы,
получают не только большее
лом, но и большее относи-
тельное количество жидкой
фазы топлива или частей
топлива, испаряющихся в
последнюю очередь. Так как
количество топлива в не-
Рис. 23. Распределение сме-
си и ТЭС по цилиндрам че-
тырехциливдрового двигате-
ля; гс = 2200 об/мин-, дрос-
сельная заслонка открыта
полностью ПЗ]
Рцс. 22. Изменение концен-
трации ТЭС (Стэс) в пленке
жидкого топлива в зависимо-
сти от количества пленки
(концентрация ТЭС в исход-
ном'бензине — 1 г/кг):
К — количество пленки жидкого
топлива в процентах от общего
количества топливе в смеси
ряется вместе с последними порциями бензина и при
наличии жидкой фазы остается в ней (см. рис. 22), повы-
шенные концентрации ТЭС наблюдаются в средних ци-
линдрах двигателя, получающих более богатую смесь
(см. кривую С на рис. 23)
Для объяснения основных закономерностей распреде-
ления по цилиндрам отдельных фракций бензина и топ-
ливных присадок, а также зависимости характера их рас- .
пределения от характера количественной неравномерно-
*_3десь и в дальнейшем под цилиндрами с более богатой (более
бедной) смесью понимаются цилиндры, получающие смесь более бо-
гатую (более бедную), чем смесь, приготовляемая карбюратором.
52
сти распределения смеси и свойств отдельных топлив-
ных фракций и присадок, воспользуемся представленной
на рис. 24 схемой.
Для упрощения анализа все топливо условно будем
рассматривать состоящим из трех равных фракций: лег-
кая — полностью испаряющая-
ся, тяжелая — целиком остаю-
щаяся в жидкой фазе и сред-
няя, половина которой испа-
ряется вместе с легкой, а вто-
рая половина остается в жид-
кой фазе вместе с тяжелой
фракцией.
Предположим, что количе-
ственная неравномерность рас-
пределения смеси между двумя
цилиндрами обусловлена по-
паданием в .них различного
количества только жидкой фа-
зы топлива, а паровая фаза
распределяется равномерно.
Тогда количество легкой фрак-
ции, целиком находящейся в
паровой фазе, в обоих цилинд-
рах будет одинаковым, а коли-
чество тяжелой фракции, цели-
ком остающейся в жидкой
фазе, — неодинаковым. Коли-
чество средней фракции в ци-
линдрах, находящейся частич-
Рис. 24. Схема _ образо-
вания качественной нера-
вномерности распределе-
ния смеси;
Q — количество отдельных
фракций топлива в пнлип-
драх; С — концентрация от-
дельных фракций в топливе
по цилиндрам; I — цилиндр,
получающий более богатую
смесь; 3 — цилиндр, получаю-
щий более бедную смесь; S —
концентрация фракций в ис-
ходном топливе
но в паровой, а частично
в жидкой фазах топлива, будет промежуточным между
количествами легкой и тяжелой фракций. Очевидно, что
при принятых условиях общее количество топлива в каж-
дом цилиндре будет пропорционально количеству сред-
ней фракции, поступившему в данный цилиндр.
Если теперь перейти к концентрациям отдельных
фракций в топливе по цилиндрам, т. е. рассматривать
количество каждой фракции по отношению к общему
количеству топлива в цилиндрах, то в цилиндре с более
богатой смесью концентрация тяжелой фракции должна
быть больше, а концентрация.легкой фракции — меньше,
чем в исходном топливе. В цилиндре с более бедной
53
смесью, наоборот, концентрация тяжелой фракции долж-
на быть меньше, а концентрация легкой фракции — боль-
ше, чем в исходном топливе. Концентрации средних фрак-
ций в обоих цилиндрах должны быть одинаковыми
и равными концентрации их в исходном топливе.
- Различные топливные присадки, с точки зрения рас-
пределения их по цилиндрам, можно рассматривать как
отдельные компоненты соответствующих им по испаряе-
мости топливных фракций [9]. Поэтому характер и сте-
пень неравномерности распределения присадок по ци-
линдрам при принятых условиях целиком определяются
распределением соответствующих отдельных фракций
топлива. В цилиндрах с более богатой смесью должны
быть повышенные концентрации присадок, .испаряющих-
ся вместе с тяжелыми фракциями топлива, и понижен-
ные концентрации легкокипящнх присадок. В цилиндрах
с более бедной смесью должна наблюдаться противо-
положная картина.
Чем ближе присадка по испаряемости к средней фрак-
ции топлива, тем равномернее будет концентрация этой
присадки в топливе по цилиндрам. Очевидно, что те
присадки, испаряемость которых лежит выше или ниже
пределов испаряемости топлива, с-точки зрения распре-
деления их по цилиндрам следует относить соответствен-
но к самой тяжелой или самой легкой фракции топлива.
Зависимости характера и степени качественной не-
равномерности распределения смеси от характера коли-
чественной неравномерности и свойств отдельных топлив-
ных фракций и присадок рассмотрены для случая, когда
количественная неравномерность распределения смеси
образуется за счет неравномерного распределения только
жидкой фазы топлива, содержащей лишь, тяжелые
и часть средних фракций топлива. При этом предпола-
галось, что паровая фаза, состоящая только из легких
и части средних фракций топлива, распределяется рав-
номерно.
В реальных условиях впускного тракта, во-первых,
неравномерно может распределяться и паровая фаза
топлива и, во-вторых, паровая фаза будет всегда содер-
жать какую-то часть тяжелых, а жидкая фаза — легких
фракций топлива. Другими словами, в реальных усло-
виях количество даже самых легких фракций топлива по
цилиндрам может быть в той или иной мере различным.
&4
Путем соответствующего анализа можно показать,
^то рассмотренные зависимости оказываются справедли-
выми и для реальных условий, если учесть, что, как пра-
вило, степень неравномерности распределения жидкой
фазы больше степени неравномерности распределения
паровой фазы топлива. Также можно показать, что если,
несмотря на малую вероятность, степень неравномер-
ности-распределения паровой фазы все же будет превы-
шать степень неравномерности распределения жидкой
фазы топлива, то зависимость характера качествен-
ной неравномерности распределения смеси от характера
количественной неравномерности должна быть обратной.
В этом случае в цилиндрах двигателя с более богатой
смесью будут наблюдаться повышенные концентрации
легких фракций и пониженные концентрации тяжелых
фракций топлива, а в цилиндрах с более бедной
смесью — -повышенные концентрации тяжелых и пони-
женные концентрации легких фракций топлива. Распре-
деление средних фракций топлива и в этом случае долж-
но быть равномерным.
Кроме того, предполагалось, что количество топлива,
находящегося в паровой-фазе, равно количеству топлива,
находящегося в жидкой фазе, так как распределение
средних фракций между фазами топлива было принято
равномерным. В реальных условиях соотношение фаз
топлива в смеси, находящейся во впускном тракте, по-
стоянно меняется и может быть самым разнообразным.
Характер неравномерности распределения по цилинд-
рам самых тяжелых и самых легких топливных фракций
и соответствующих им присадок, а также присадок, испа-
ряемость которых лежит за пределами испаряемости топ-
лива, в общем случае никак не может зависеть от соотно-
шения фаз топлива в смеси.
Если учесть, что в реальных условиях впускного трак-
та практически всегда существуют и паровая и жидкая
фазы топлива, изменение соотношения фаз не должно
существенно влиять и на степень неравномерности распре-
деления этих топливных фракций и присадок. Это объяс-
няется тем, что основная масса самых легких фракций
и соответствующих им присадок будет находиться в паро-
вой фазе топлива даже при очень малых ее количествах,
а основная масса самых тяжелых фракций и соответству-
ющих им присадок, наоборот, будет оставаться в жидкой
55
фазе до тех пор, пока вообще существует эта фаза. Поэто-(
му, несмотря на то, что соотношение фаз топлива в смеси'
может существенно влиять на степень количественной не-
равномерности распределения смеси, относительные ко-
личества самых тяжелых и самых легких топливных
фракций и соответствующих им присадок в- топливе по
цилиндрам будут меняться при этом незначительно. Этим,
вероятно, объясняется показанное Купером, Кортни и
Холлом [9] небольшое влияние испаряемости базового
топлива на степень неравномерности распределения ТЭС
(рис. 25). Как видно из рис. 25, существенное изменение
испаряемости базового топлива, характеризуемой темпе-
ратурой выкипания 90% топлива по кривой фракционной
разгонки, незначительно изменяет концентрацию ТЭС
в топливе по цилиндрам.
Иначе обстоит дело с зависимостью от соотношения
фаз топлива в смеси характера и степени неравномер-
ности распределения по цилиндрам средних фракций
топлива и соответствующих им присадок.
Необходимо отметить большую условность понятия
«средние фракции топлива и соответствующие им при-
садки»; так как верхний и нижний пределы испаряемости
топлива отличаются между собой довольно сильно, и все
фракции и присадки, испаряемость которых находится
в этих пределах, можно в какой-то мере считать средни-
ми. Такая необходимость объясняется тем, что характер
и степень неравномерности распределения отдельных топ-
ливных фракций и присадок по цилиндрам определяются
в первую очередь распределением их между паровой
и жидкой фазами топлива. Последнее, в свою очередь,
зависит не только от соотношения фаз топлива в смеси,
но и от относительной ибпаряемости каждой «средней»
фракции или присадки. Поэтому чем больше-топливная
фракция или присадка приближается по испаряемости
к верхнему или нижнему пределуиспаряемости топлива,
тем больше характер и степень неравномерности ее рас-
пределения приближаются к характеру и степени нерав-
номерности распределения соответственно самой тяже-
лой или самой легкой фракции топлива и соответствую-
щих им присадок. Однако, и это следует особо подчерк-
нуть, независимо от соотношения фаз топлива в смеси
любая «средняя» топливная фракция или присадка долж-
на распределяться более равномерно, чем самая тяжелая
Б6
й самая легкая фракции топлива. Как показывает прак-
тика исследований, при использовании торговых бензи-
нов нормальной испаряемости наилучшим распределе-
нием характеризуются топливные фракции и присадки»
температура кипения кото-
рых соответствует примерно
температуре выкипания 50%
топлива по кривой фракци-
онной разгонки [9, 10].
Разобранные зависимо-
сти качественной неравно-
мерности распределения
смеси (рис. 24) позволяют
полностью объяснить имею-
щиеся в литературе экспери-
ментальные данные по каче-
ству топлива в смеси по ци-
линдрам.	t
Для примера рассмотрим’
данные, полученные Купе-
ром, Кортни и Холлом. Ис-
пользование радиоактивных
изотопов дало возможность
этим исследователям опре-
делить распределение по ци-
линдрам V-образного’ вось-
ми цилиндрового двигателя
всевозможных компонентов
топлива, начиная с отдель-
ных фракций обычных тор-
говых бензинов и кончая
разнообразными топливны-
ми присадками, в качестве
которых использовались и
индивидуальные углеводоро-
ды. На рис. 26 представлены
Рис. 25. Влияние испаряемо-
сти базового топлива на рас-
пределение ТЭС по цилинд-
рам V-образного восьмици-
ландрсвого двигателя (за
100% принята концентрация
ТЭС в топливе, поступающем'
в карбюратор; «=800 об[мин\
дроссельная заслонка при-
крыта на 10’);
I — смесь эталонного иэооктава.
с нормальным гептаном, tKun =
= 1 СО- С; 2 — бензин ^30%
= 142-С; Л —бензин. *до%=-
= J66-C; 4 — бензин =
=»IS3-С {5]	’
некоторые результаты иссле-
дования, показывающие на одном из режимов работы
двигателя количественную неравномерность распределе-
ния смеси (рис. 26, а) и качественную неравномерность
как с точки зрения фракционного состава топлива, по-
ступающего в отдельные цилиндры (рис. 26,6), так и
с точки зрения наиболее характерных топливных приса-
57Г
t’HC. 2f>. 'Йеравномеридсть
распределения смеси по
цилиндрам V-ofiразного
док (рис. 26, в, г, д). Концентрация присадок в топливе по
цилиндрам дана в процентах. За 100% принята концен-
трация присадок в топливе, поступающем в карбюратор.
Из графика на рис. 26, б видно, что если количество
отдельных фракций бензина в каждом цилиндре рассмат-
ривать'относительно общего количества бензина, посту-
пающего в данный цилиндр, то в цилиндрах с более
богатой смесью наблюдается большее количество тяже-
лых фракций и меныпее количество легких фракций, а в
цилиндрах с более бедной смесью, наоборот, большее
количество легких и меньшее — тяжелых фракций бен-
зина. Относительное количество средних фракций как
в цилиндрах с более богатой, так и в цилиндрах с более
бедной смесью примерно пропорционально общему коли-
честву бензина, поступающему в каждый цилиндр.
В соответствии с относительными количествами от-
дельных фракций бензина в цилиндрах двигателя оказы-
вается и изменение концентраций присадок в топливе по
цилиндрам в зависимости от температуры кипения при-
садок (рис. 26, в — д): по мере повышения температуры
кипения присадок концентрация их в топливе, поступаю-
щем в обогащенные цилиндры, увеличивается, а в обед-
ненные уменьшается. Поэтому в цилиндрах с более
богатой смесью наблюдаются повышенные концентрации
присадок, температура кипения которых соответствует
пределам выкипания тяжелых фракций бензина, и пони-
женные концентрации присадок с температурой кипения,
соответствующей пределам выкипания легких фракций
бензина. В цилиндрах с более бедной смесью наблю-
дается обратная картина. Концентрации же присадок,
имеющих температуру кипения, соответствующую преде-
лам выкипания средних фракций бензина, например то-
луола, кипящего при 111° С (рис. 26, д), оказываются
примерно одинаковыми во всех цилиндрах двигателя.
На рпс. 27 показана средняя по всем восьми цилинд-
рам степень неравномерности распределения топливных
компонентов в зависимости от их температуры кипения.
Эти данные очень наглядно иллюстрируют высказанное
выше положение о том, что степень неравномерности рас-
пределения прйсадок, температура кипения которых ле-
жит выше верхнего предела выкипания бензина (в дан-
ном случае использовался бензин с температурой конца
фракционной разгонки 205° С), очень мало зависит от
59
абсолютного значения температуры кипения присадки.
Из рис. 27 видно также, что по мере приближения темпе-
ратуры кипения присадки к температуре выкипания сред-
них фракций бензина средняя степень неравномерности
распределения ее по цилиндрам уменьшается, образуя
минимум при температуре НО—115° С.
Анализ причин образования качественной неравно-
мерности распределения смеси и
особенностей распре-
деления отдельных
топливных фракций
и присадок по цилин-
драм двигателя по-
казывает, что между
количественной и ка-
чественной неравно-
мерностью распре-
деления смеси суще-
ствует определенная
и вполне закономер-
ная связь. Эта связь,
с одной
позволяет
вестных
образования количе-
ственной неравно-
мерности распреде-
ления смеси и харак-
тере этой неравно-
мерности с достаточ-
наиболее вероятный
Рис. 27. Средняя степень неравномер-
ности распределения топливных ком-
понентов по цилиндрам V-образного
восьмициливдрового двигателя в зави-
симости от температуры их кипения:
1 — циклопентан: 2 — толуол: 3 — ксилол;
4 — л-цимол: 5 — тетралин; £ — н. октаде-
нам; 7 — тетраэтилсвинец; S — зтнлтримея
чълсвннец; $—АКЗЗХ; /С—эти лея хло-
ристый; // — этилен бромистый; 12— дн-
ёроытолуол; 13 фосфор 14 — фосфор
«G>; /5 — фосфор <У» £9J
стороны,
при из-
причинах
нои точностью предположить и
характер качественной неравномерности распределения
смеси. С другой стороны, по «характеру количественной
и качественной неравномерности распределения смеси
эта связь дает возможность представить себе характер
явлений, происходящих во впускном тракте двигателя,
что особенно важно для выявления конкретных причин
образования неравномерности распределения смеси
и определения способов устранения этих причин.
Существование этой связи не означает неизбежности
качественной неравномерности распределения смеси при
наличии количественной неравномерности. Точно так же
нельзя говорить о том, что отсутствие в каком-то кон-
кретном случае количественной неравномерности распре-
60
деления смеси само по себе исключает возможность
существования при этом качественной неравномерности.
Во всем этом легко убедиться, если предположить, что при
различном общем количестве топлива в смеси, посту-
пающей в отдельные ветви и патрубки впускного тракта,
соотношения паровой и жидкой фаз топлива в разных
ветвях и патрубках будут примерно одинаковы или, на-
оборот, примерно равные количества топлива в отдель-
ных ветвях и патрубках впускного тракта будут наблю-
даться при различных соотношениях паровой и жидкой
фаз топлива. Основанием для таких предположений яв-
ляется тот факт, что иногда паровая фаза топлива может
быть неравномерно распределена в потоке горючей
смеси.
* * *
При рассмотрении причин неравномерного распреде-
ления смеси использовались экспериментальные данные,
полученные на конкретных двигателях. В подавляющем
большинстве случаев характер и степень неравномер-
ности обусловливались одновременным действием целого
рида отдельных факторов, между которыми существуют
весьма сложные связи. Из всех причин, действующих
в каждом двигателе, искусственно выделялась но воз-
можности лишь одна, которая свойственна не только
данному конкретному двигателю, но типична и для карбю-
раторных двигателей вообще. Таким путем были после-
довательно рассмотрены основные возможные причины
образования неравномерного распределения смеси по
цилиндрам карбюраторного двигателя, которые могут
действовать в различных сочетаниях в зависимости от
конструктивной схемы впускного тракта.
Анализ причин показал, что поступление в отдельные
цилиндры двигателя горючей смеси различного качества
есть следствие или неравномерного распределения топ-
лива по длине и поперечному сечению потока смеси, по-
ступающей в зоны разделения впускного тракта на
отдельные ветви и патрубки, или явлений, дроисходящих
непосредственно в зонах разделения. Таким образом,
для равномерного распределения смеси по цилиндрам
конструкция впускной системы должна отвечать следую-
щим общим требованиям:
а)	паровая и жидкая фазы топлива в потоке смеси,
поступающей в каждую, зону разделения, должны быть
61
распределены равномерно или, по крайней мере, симмет-
рично относительно плоскости деления потока горючей
смеси в этой зоне;
б)	условия входа горючей смеси в отдельные ветви
и патрубки, берущие начало в каждой данной зоне раз-
деления впускного тракта, должны быть одинаковы.
Опыт показывает, что в большинстве случаев изме-
йением конструкции элементов впускного тракта можно
практически устранить действие каждой отдельной при-
чины неравномерного распределения смеси. Это дает
основание считать, что неравномерное распределение
смеси по цилиндрам не является обязательным свойст-
вом карбюраторного двигателя и что при соответствую-
щем конструктивном выполнении впускной системы мож-
но обеспечить поступление во все цилиндры двигателя
достаточно близкой по своим качествам смеси.
При конструировании впускных систем следует доби-
ваться не только равномерного распределения смеси по
цилиндрам, но и выполнять другие не менее важные
условия (обеспечить мощностные и .экономические удель-
ные показатели, компактность и технологичность конст-
рукции, удобство обслуживания и т. п.). Поэтому при
проектировании трудно, а часто и невозможно предусмот-
реть во всех элементах впускного тракта исключение
условий для неравномерного распределения смеси по ци-
линдрам, что вызывает необходимость в последующей
экспериментальной доводке впускной системы. Следует
иметь в виду, что сложная взаимосвязь явлений, вызы-
вающих неравномерное распределение смеси, затрудняет
исследования моделей впускных трактов в этом направ-
лении на безмоторных стендах. Поэтому окончательную
экспериментальную доводку впускного тракта необходи-
мо проводить применительно к условиям реального дви-
гателя.
Иногда при доводке полное устранение причин нерав-
номерного распределения смеси сопряжено с большими
техническими трудностями. В этих случаях может ока-
заться полезным использование так называемого компен-
сационного метода улучшения распределения смеси.
Сущность метода заключается в том, что действие одного
явления, вызывающего определенное перераспределение
топлива по сечению потока смеси, компенсируется другим
явлением, вызывающим перераспределение топлива в об-
62
ратном направлении (см. ниже, опыты, проведенные
на двигателе МЗМА с карбюратором, повернутым на
180° в горизонтальной плоскости). Но этот метод трудно
осуществить в условиях широкого диапазона изменения
режимов работы двигателя, а кроме того, этому методу
свойственны и другие недостатки:
I) если взаимно компенсирующие явления происходят
в различных элементах системы впуска, то замена любого
из этих элементов (например, карбюратора) вызывает
ухудшение распределения смеси по цилиндрам;
2) в случае, когда взаимно компенсирующие явления
происходят в различных участках тракта (пусть даже
в пределах одного и того же элемента системы впуска),.
создаются условия для образования качественной нерав-
номерности распределения смеси по цилиндрам.
Последнее объясняется тем, что перераспределению
в потоке смеси в большей степени подвержена жидкая
фаза топлива. Поскольку в процессе перемещения смеси
по тракту постоянно происходит фракционирование топ-
лива, постольку при расположении взаимно компенси-
рующих явлений на различных участках тракта выравни-
вание распределения общей массы топлива в потоке
смеси влечет за собой образование различия качества
топлива по потоку, а следовательно, и возможность каче-
ственной неравномерности распределения смеси по
цилиндрам.
Проявление указанных недостатков компенсационного
способа зависит от того, как расположены во впускном
тракте взаимно компенсирующие явления. Первый недо-
статок может быть исключен, если оба явления будут
происходить в одном элементе системы впуска (или толь-
ко в карбюраторе, или только во впускной трубе). Влия-
ние второго недостатка может быть снижено путем сбли-
жения по длине потока взаимно компенсирующих явлений.
Для того чтобы правильно выбрать способ устранения-
неравномерного распределения смеси в конкретном дви-
гателе и наметать необходимые конструктивные меро-
приятия, следует прежде всего выявить основные причи-
ны, вызывающие неравномерное распределение Ьмеси по
цилиндрам. Ниже на примере доводки опытного двига-
теля МЗМА будут рассмотрены последовательность и ме-
тодика приемов исследования причин образования не-
идентичности качества смеси по цилиндрам.
Л1ЕТ0ДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА
СМЕСИ. ПОСТУПАЮЩЕЙ В ОТДЕЛЬНЫЕ
ЦИЛИНДРЫ
Совершенствование распределения смеси в двигате-
лях, как правило, проводится на основании эксперимен-
тальных исследований. Для решения этой задачи прежде
всего необходимо располагать методами определения
коэффициента избытка воздуха в отдельных цилиндрах,
и также методами оценки качества топлива, получаемого
цилиндрами.
К экспериментальным методам исследования нерав-
номерности распределения смеси предъявляются высо-
кие требования. Эти методы должны предусматривать,
чтобы изменения, вносимые в конструкцию двигателя,
особенно такие, которые могут нарушить условия обра-
зования горючей смеси, были минимальными. Методы
должны обеспечивать получение не только качественной
картины, ио и достаточно точной количественной оценки
неравномерности раэпределения смеси по цилиндрам и,
-наконец, при этом они не должны быть чрезмерно трудо-
емкими. Удовлетворить одновременно всем этим требова-
ниям трудно, поэтому до настоящего времени нет единого
общепринятого метода исследования.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА
ВОЗДУХА В ОТДЕЛЬНЫХ ЦИЛИНДРАХ
При исследовании распределения смеси применялись
самые разнообразные способы определения коэффициен-
та избытка воздуха в отдельных цилиндрах и степени
количественной неравномерности распределения смеси по
-цилиндрам. Все они могут быть условно разделены на
три основные группы.
£4
К первой группе относятся способы, основанные на
получении проб несгоревшей смеси из впускных патруб-
ков или из цилиндров с последующим разделением и из-'
мерением топлива и воздуха в отобранной пробе. Эти
способы не нашли распространения, так как оказались
сложными и в то же время не давали необходимой точ-
ности.
Наибольшее распространение получили способы вто-
рой группы, основанные на зависимости химического
состава продуктов сгорания от состава горючей смеси.
На этом принципе разработаны способы определения
состава смеси в цилиндре как по результатам анализа
продуктов сгорания на все основные компоненты, так и по
результатам частичного газового анализа.
К третьей группе относятся способы, при которых
используют связь между коэффициентом избытка возду-
ха в смеси и параметрами рабочего процесса в цилиндре.
В качестве таких параметров предлагались: максималь-
ное или среднее давление цикла; скорость нарастания
давления при сгорании; время сгорания; температура га-
зов в цилиндре или на выпуске; цвет пламени 8 цилинд-
рах или выпускных патрубках и т. д. Из всех этих спосо-
бов нашел распространение лишь метод, предложенный
Рабецанрм и Калмаром, с использованием связи между
составом смеси и температурой сгорания.
Определение коэффициента избытка воздуха в цилиндре
по данным анализа продуктов сгорания
Для определения неидентичности состава смеси в ци-
линдрах двигателя производятся отбор и анализ проб
продуктов сгорания из всех цилиндров. Большинство ис-
следователей производили отбор проб из выпускных
патрубков через специальные трубки [7, 13, 14]. Газоот-
борные трубки размещались непосредственно после вы-
пускных клапанов, причем их приемные отверстия
находились в таком положении, чтобы можно было
использовать скоростной напор газов, вытекающих из
цилиндра.
Иногда газоотборные трубки выполнялись с водяным
охлаждением.
При недостаточной длине патрубков, отводящих газы
5	KS
от отдельных цилиндров в общий коллектор, возможно
^изменение состава пробы в результате попадания продук-
тов сгорания из соседних цилиндров. Для исключения
такой ошибки может применяться отбор продуктов сго-
рания из цилиндров или выпускных патрубков С ПОМОЩЬЮ
стробоскопических клапанов. С этой целью используются
стробоскопические клапаны с гидравлическим, электро-
магнитным или механическим управлением [10, 12]. При
отборе проб из цилиндров, для того чтобы не делать
дополнительных отверстий в головке блока, отборочные
клапаны часто совмещают со свечой зажигания [9].
Была также предпринята попытка осуществить не-
прерывный отбор смеси из цилиндра через калиброванное
отверстие [16]. В этом случае в пробу попадают не только
продукты сгорания, но и свежая смесь. Поэтому перед
анализом необходимо производить дожигание свежей
смеси и продуктов неполного сгорания в присутствии
добавочного окислителя.
До настоящего времени этот способ не получил рас-
пространения.
Составление баланса вещества до и после сгорания
позволяет при известном элементарном составе топлива,
по данным химического анализа продуктов сгорания
однозначно определить коэффициент избытка воздуха
в горючей смеси. Для случая полного сгорания топлива,
а также неполного сгорания с недогораннем в виде СО,
Н2 и СЕЦ коэффициент избытка воздуха в горючей сме-
си может быть определен по формуле проф. Е. К. Ма-
зивга:
0,21Ne
° - (0,79 + ?) (СО2 + СО + СН4) ’
где N2, СО2, СО и СН} — объемные доли соответствую-
щих компонентов в сухих про-
дуктах сгорания;
Р — характеристика топлива.
Характеристика топлива определяется по формуле
где Н, О и С — весовые доли водорода, кислорода и угле-
рода в топливе.
6fi
Если в продуктах неполного сгорания может нахо-
диться также сажа, следует использовать формулу
С. Е. Лебедева:
0,21 (1 — у) NB
“ “(0,794- Р) (СОг 4- СО + CHJ ’
где <р — доля углерода, выделившегося в виде сажи.
Величина <р определяется не непосредственным ана-
лизом. а по балансу вещества:
_ 1 я	СО^4-СО4-СНа
V ~ 1 ~~ Р Na — 0,79 4- 0,395 (СО 4- ЗН3 4 4€Н4)'
Если в продукты сгорания попадает значительное ко-
личество несгоревших углеводородов, то перед химиче-
ским анализом необходимо производить дожигание про-
бы в присутствии дополнительного окислителя, например
кислорода. В этом случае соотношение топлива и воз-
духа в горючей смеси может быть определено по соот-
ношению абсолютных количеств углерода и азота в пробе
продуктов сгорания с учетом относительного содержания
углерода в исходном топливе и азота в воздухе 116].
Определение коэффициента избытка воздуха по дан-
ным полного химического анализа продуктов сгорания
является достаточно трудоемким процессом. Средняя по-
грешность этого метода лежит в пределах 3%. Основ-
ные ошибки при определении коэффициента избытка
воздуха могут возникать в связи с несоответствием про-
бы среднему составу продуктов сгорания в цилиндре,
недостаточной точностью определения элементарного
состава топлива и погрешностями химического анализа
продуктов сгорания. Определенная ошибка может быть
также связана с попаданием в отдельные цилиндры топ-
лива с различным элементарным составом. Однако, как
показали опыты, эта ошибка невелика [9].
Особое внимание должно быть уделено точности
определения компонентов продуктов сгорания. На рис. 28
показана предельная относительная ошибка в определе-
нии коэффициента избытка воздуха по составу продук-
тов сгорания при использовании формул Е. К- Мазинга
и С. Е. Лебедева для случая, когда элементарный состав
топлива известен точно, а химический анализ определяет
компоненты продуктов сгорания с абсолютной погреш-
ностью не выше ±0,1% (8). Даже такая относительно
5й	67
*6aV.
~6a7.
б
-2
-4
Рис. 28 Предельная относитель-
ная ошибка 8а в определении
состава горючей смеси по ана-
лизу продуктов сгорания:
1 — при использовании зависимости
С. Е Лебедева; ' 2 — при ис-
пользовании зависимости проф-
Е. К. Мвавнга
высокая точность анализа дает существенную ошибку
в определении а. Этот пример подтверждает, что при
малой вероятности появления сажи в продуктах сгора-
ния для определения а следует пользоваться формулой
Е. К. Мазинга, дающей меньшую ошибку.
Опыты, которые провели Д’Аллева и Ловелл на не-
скольких двигателях и при разных режимах работы, по-
казали, что состав продуктов сгорания непосредственно
определяется соотношением топлива и воздуха в горю-
чей смеси. Поэтому коэффи-
циент избытка воздуха в све-
жей смеси можно опреде-
лить по содержанию в про-
дуктах сгорания какого-либо
одного или нескольких ком-
понентов, например, СОг и
О2 и т. д. Это позволяет ши-
роко применить при исследо-
вании распределения смеси
автоматические газоанали-
заторы [1]. На этом же прин-
ципе построена и работа раз-
личных альфаметров. Одна-
ко теоретически определить
состав продуктов сгорания
по составу свежей смеси,
особенно при а < 1, не пред-
ставляется возможным, так
как неизвестна доля углеро-
да, окислившегося до окиси
углерода, и доля водорода, вступившего в реакцию с кис-
лородом, а также неизвестно и количество углеводородов
(например, метана), содержащихся в продуктах сгора-
ния. Соотношение между СОг, Н2, СО и НгО в~продуктах
пеполного сгорания определяется константой равновесия
реакции водяного газа:
к СО - нго
А ~ С02 - Н2 
Величина константы равновесия К при работе дви-
гателя на топливе, содержащем 84,9% С и 15,1% Н (по
весу), по данным Д’Аллева и Ловелла составляет 3,8.
Эти же опыты показали, что в продуктах сгорания
£8
содержится около 0,3% СН4. На рис. 29 сопоставлены
пезлльтаты расчетов состава продуктов сгорания, выпол-
ненных в предположении, что К = 3,8, с данными экспе-
Рмс. 29. Содержание СО£, СО, Н2, О£ и СНа в сухих
продуктах сгорания в зависимости от коэффициента
избытка воздуха в горючей смеси (опыты Д’Аллева.
Ловелла):
ТОЧКИ__данные эксперимента; сплошные ливни—расчетные
ч.	вависимости при К = 3.8.
Результаты опытов и расчетов при богатых и бедных
смесях Совпадают хорошо. Однако в диапазоне от в =
= 0,9 до а — 1,1 отклонение состава продуктов сгорания
69
от расчетного существенно. Последнее является следст-
вием неполного сгорания из-за недостаточной гомоген-
ности заряда в цилиндре. Следовательно, величина этого
расхождения непосредственно зависит от качества обра-
зования горючей смеси, и для точного определения со-
става свежей смеси по содержанию отдельных компо-
нентов в продуктах сгорания необходимо проведение
специальных тарировок в каждом конкретном случае.
Это требование усугубляется также тем, что величина
константы равновесия К зависит от элементарного со-
става топлива и от условий сгорания (т. е. от конструк-
ции двигателя и от режима работы). Опыты показали,
что при проведении предварительных тарировок и ис-
пользовании достаточно совершенных газоанализаторов
этим методом можно обеспечить определение состава
свежей смеси с погрешностью, не превышающей 3% [9].
При доводке впускных систем двигателей иногда до-
статочно знать не абсолютное значение коэффициента
избытка воздуха в цилиндре, а лишь относительную не-
равномерность распределения смеси по цилиндрам.
В этом случае автоматические газоанализаторы и альфа-
метры могут сделать эксперимент менее трудоемким.
Определение коэффициента избытка воздуха
по изменению температуры газов в цилиндре
Способ основан на известной закономерности изме-
нения средней температуры газов в цилиндре в зависи-
мости от состава смеси: при значении а, близком к 0,9,
кривая имеет ярко выраженный максимум. При этом
предполагается, что во всех цилиндрах одного двигателя
наибольшая средняя температура газов достигается при
одинаковом составе рабочей смеси и что при изменении
состава бмеси, подаваемой карбюратором, '’степень не-
равномерности распределения смеси не изменяется. При
использовании однокамерных карбюраторов второе усло-
вие, как правило, хорошо удовлетворяется. При работе
с многокамерными карбюраторами выполнение этого
условия в большой степени зависит от метода регулиро-
вания количества подаваемого топлива.
Способ заключается в следующем. Во всех цилинд-
рах двигателя, работающего при постоянном положении
дроссельной заслонки, постоянном числе оборотов и не-
изменном угле опережения зажигания, измеряется сред-
70
няя температура газов на каждой точке характеристики
по составу смеси. Если распределение смеси по цилинд-
рам происходит неравномерно, то наибольшее значение
температуры газов в отдельных цилиндрах будет дости-
гаться при различных общих для двигателя составах
смеси. При снятии характеристики (от богатых смесей
до бедных), максимум на кривой изменения температуры
Рис. 30. График для определения количе-
ственной неравномерности распределения
cjJecw по цилиндрам:
Л 8* 4 — изменение средней температуры газов
В соответствующих цилиндрах
в зависимости от состава смеси, подаваемой* карбюра-
тором, прежде всего будет наблюдаться в цилиндре, по-
лучающем наиболее бедную смесь. Характеристику сни-
мают до тех пор, пока в цилиндре с наиболее богатой
смесью температура газов не достигнет максимального
значения. По результатам испытаний строится график,
схема, которого показана на рис. 30. По степени расхож-
дения коэффициента избытка воздуха в смеси, подавае-
мой карбюратором в те моменты, когда в отдельных
цилиндрах наблюдается максимальная температура га-
зов, можно определить степень неравномерности распре-
деления смеси для любого из цилиндров:
1V 100%,
\“е«- I
где «т — действительный состав смеси в цилиндре дви-
гателя, при котором средняя температура га-
зов достигает максимума;
71
as. — состав смеси, подаваемой карбюратором в дви-
гатель в то время, когда в i-м цилиндре тем-
пература газов достигает наибольшего зна-
чения.
Если предположить, что воздух по цилиндрам рас-
пределяется равномерно, то величина о-т может быть
определена по выражению
a.?	------
п
где п — число цилиндров.
При существующей неравномерности наполнения
цилиндров погрешность определения ат по указанной
формуле не превышает 0,5%.
По величине степени неравномерности распределения
смеси при произвольно заданном значении общего по
двигателю состава смеси (аа>) можно определить коэф-
фициент избытка воздуха в любом из цилиндров:
к/ = «з. []qq 4- 1) •
При определении неравномерности распределения
смеси этим способом интерес представляет не абсолют-
ное значение средней Температуры газов, а лишь момент,
когда она достигает наибольшего значения. Поэтому
вместо определения средней температуры газов можно
измерять температуру деталей камеры сгорания. При
этом следует выбирать детали, температура которых из-
меняется пропорционально средней температуре газов
и которые наиболее чувствительны к ее изменению (элек-
троды свечи зажигания, малоохлаждаемые участки стен-
ки камеры). Вместо измерения температуры газов в ка-
мере можно измерять также температуру газов в вы-
пускных патрубках, однако в этом случае снижается
точность и затрудняется проведение опытов при испыта-
ниях двигателя на малых нагрузках.
Проверка показала, что описанный способ не усту-
пает по точности способу определения состава смеси по
данным полного анализа продуктов сгорания. При этом
он менее трудоемок и не требует сложного специального
оборудования [8].
72
Эксперименты и расчеты могут быть упрощены, если*
принять, что количество воздуха, проходящего через дви-
гатель, при снятии регулировочной характеристики по со-
ставу смеси остается постоянным, чтс для двигателей
с жидкостным охлаждением весьма близко к действи-
тельности.
Если учесть, что при постоянном расходе воздуха <
величина а обратно пропорциональна величине расхода
топлива, то можно заменить первичные графики Ц —
= f(ade) на графики t{ = f (т), где t — время, за которое
двигатель расходует заданную дозу топлива (рис. 30).
Общий порядок работ остается прежним. По первичным
графикам tt построенным по результатам регули-
ровочных характеристик по расходу топлива, определяют
значения т/, соответствующие максимумам показания
термопар в отдельных цилиндрах. Степень неравномер-
ности смеси в цилиндрах подсчитывают по выражению
=	Ю0%,
I	I
причем
где тг—время, за которое двигатель расходовал бы ту
же заданную дозу топлива в случае равномер-
ного распределения смеси по цилиндрам и ра-
венсТва коэффициента избытка воздуха смеси
в цилиндрах величине ат.
Это упрощение позволяет не только сократить дли-
тельность эксперимента и упростить оборудование (так
как отпадает необходимость в измерении расхода возду-
ха и сокращаются расчетные операции), но и увеличи-
вает точность опытов, исключая погрешности, связанные
с измерением расхода воздуха и влиянием оборудования
для этих'измерений на образование горючей смеси в дви-
гателе.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА
В СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ
Различие качества топлива, поступающего в цилинд-
ры двигателя, является результатом неодинакового по-
падания в цилиндры отдельных фракций топлива и топ-
73
дивных присадок. Поэтому при оценке качественной не-
равномерности смеси возникают две основные задачи:
определить концентрацию отдельных фракций в топ-
ливе, попадающем в различные цилиндры, и определить
концентрацию присадок в этом топливе. Число экспери-
ментальных методов в связи с большой сложностью
определения качественной неравномерности смеси по
цилиндрам ограничено. Для полного решения задачи ис-
пользовались лишь два способа: отбор и анализ свежей
смеси, поступающей в цилиндры, и метод меченых ато-
мов или трассирующих присадок. Для решения более
узкой задачи оценки распределения по цилиндрам при-
садок могут быть применены и некоторые другие приемы.
Определение качества топлива в смеси по цилиндрам
путем анализа проб свежей смеси
Отбор и аналцз проб смеси, поступающей в отдель-
ные цилиндры, является одним из наиболее известных
способов -оценки качественной неравномерности смеси.
При применении этого способа возникают трудности,
в первую очередь связанные с получением проб смеси,
соответствующих среднему качеству смеси в цилиндре,
и с возможно более полным выделением топлива из про-
бы при анализе.
Поэтому попытки анализировать качество смеси по
пробам, отобранным из впускных патрубков двигателя,
где неоднородность смеси очень велика, следует считать
неудачными.
Более целесообразно брать пробы смеси непосредст-
венно из цилиндра при такте сжатия с помощью стробо-
скопических клапанов. Количество рабочей смеси, отби-
раемой за цикл, не должно превышать 10% от заряда
цилиндра, с тем чтобы пе вносить заметных изменений
в работу двигателя. Характерным примером использова-
ния этого метода является работа Донауэ и Кента [10].
В качестве топлива они использовали специальные сме-
си, составленные из индивидуальных углеводородов, силь-
но отличающихся по своей испаряемости. Кривые испа-
ряемости этих топливных смесей подбирались в соответ-
ствии с кривыми испаряемости американских торговых
бензинов. Пробы рабочей смеси отбирались из цилинд-
74
ров работающего двигателя. Топливо из проб конден-
сировалось и вновь разделялось на индивидуальные
углеводороды, количество которых измерялось. Таким
образом удалось проследить распределение по цилинд-
рам отдельных фракций топлива и антидетонатора ТЭС,
который добавлялся к исходным топливным смесям
и анализировался в пробах химическим способом.
Для того чтобы из отобранных проб смеси полностью
выделить жидкую фазу, пришлось создать специальную
многоступенчатую коиденсационно-адсорбционную уста-
новку, схема которой показана на рис. 31.
Проба рабочей смеси, отобранная из цилиндра, про-
пускалась через первую секцию охладителя /, где ее
температура снижалась примерно до 21° С. В следующей
секции 2 использовались Конденсатор и сепаратор со
стеклянными шариками, охлаждаемые льдом с солью.
Это позволяло отделить воду, сконденсировать углево-
дороды, ТЭС и гидрообразования из СО и СО2. Газ,
выходящий из сепаратора, пропускался через адсорбци-
онную колонку 3 с силикагелем. В этой колонке отделя-
лась большая часть остающейся воды и некоторые
более легкие углеводороды. Осушенные пары далее на-
правлялись во второй конденсатор 4, охлаждаемый су-
хим льдом со спиртом, где температура газов понижа-
лась до —57° С. Тем не менее и в этих газах все еще
содержалось некоторое количество легких углеводородов,
которые поглощались активированным углем в адсор-
бере 5. Жидкость из конденсаторов отводилась в общие
для каждого цилиндра ловушки 6, охлаждаемые водой
со льдом. После опыта углеводороды, адсорбированные
на угле и силикагеле, выделялись и прибавлялись к жид-
кому конденсату. Такая установка позволяла выделить
примерно 90% всего топлива, отобранного с пробой.
Чтобы собрать необходимую для анализа пробу кон-
денсата объемом 800—1000 см3, на каждом режиме дви-
гатель должен был работать 6—8 ч. При необходимости
эта установка могла быть использована и для определе-
ния коэффициента избытка воздуха в цилиндре. В этом
случае необходимо лишь дополнительно измерить коли-
чество воздуха, выходящего из адсорбера 5. Однако бо-
лее надежным Донауэ и Кент считали определение коэф-
фициента избытка’воздуха поданным полного компонент-
ного анализа продуктов сгорания из каждого цилиндра.
75
Описанный способ определения качества топлива
в отдельных цилиндрах достаточно сложен. Длитель-
ность и трудоемкость этого способа могут быть несколь-
ко снижены, если применить современные методы- анали-
за (хроматография, масс-спектрометрия и т. д.), для
которых нужны отбираемые пробы меньшей величины.
Рис. 31. Схема установки для выделения топлива
из проб горючей смеси [10]
В некоторых случаях оценку качественной неравно-
мерности распределения смеси проводят при безмотор-
ных испытаниях двигателя. При этом используют либо
двигатель, прокручиваемый от постороннего источника,
либо макет двигателя без поршневой группы и коленча-
того вала, устанавливаемый на специальный стенд.
В последнем случае впускные клапаны двигателя при-
водятся в действие от распределительного вала, вращае-
мого электродвигателем. Выпускные клапаны постоянно
закрыты. Воздух просасывается через двигатель с- по-
мощью вакуумного насоса. Расход воздуха регулируется
дроссельными заслонками. В установке должен быть
предусмотрен регулируемый подогрев впускной трубы
и головки блока цилиндров, В патрубках, по которым
76
воздух отсасывается из отдельных цилиндров, устанав-
ливаются центробежные уловители жидкой фазы топли-
ва. Собираемое в уловителях топливо отводится в мер-
ные ловушки.
В ловушках такой установки скапливаются лишь наи-
более тяжелые фракции топлива. Испарившиеся более
легкие фракции топлива, распределение которых по ци-
линдрам также может происходить неравномерно, уно-
сятся вместе с воздухом. Для их улавливания прихо-
дится вводить сложные конденсационно-адсорбционные
устройства. Из-за большого расхода смеси через уста-
новку эти устройства получаются громоздкими. Поэтому
подобные установки применимы главным образом при
изучении распределения наиболее тяжелых фракций топ-
лива. Безмоторные испытания в отличие от моторных
позволяют анализировать не отдельные пробы смеси,
отобранные из цилиндра, а всю смесь целиком. Поэто-
му исключаются погрешности, связанные с несоответст-
вием состава пробы среднему составу смеси в цилиндре.
Вместе с этим условия образования горючей смеси
в установках, подобных описанной, как по температур-
ным режимам, так и по пульсационным явлениям суще-
ственно отличаются от условий образования горючей сме-
си в нормально работающем двигателе. Несколько более
близкие к действительности результаты могут быть по-
лучены, если использовать полностью комплектный дви-
гатель, приводимый в движение от постороннего источ-
ника. В этом случае отпадает также необходимость в спе-
циальном вакуум-насосе для просасывания воздуха че-
рез двигатель. Однако в такой установке отделение топ-
лива приходится проводить после прохода смеси через
выпускной клапан, когда топливо уже достаточно полно
испарено. Последнее вызывает необходимость в еще бо-
лее сложной разделительной аппаратуре.
Определение качественной неравномерности состава
смеси с помощью меченых атомов и трассирующих
присадок
Меченые атрмы открывают большие возможности для
исследования качественной неравномерности распределе-
ния смеси по цилиндрам. Одни из компонентов топлива
«метится» таким образом, чтобы при его сгорании обра-
77
J
зовался продукт, отличный от других продуктов сгорания
и концентрация которого могла быть измерена. В качест-
ве меченых атомов использовались изотопы водорода
(дейтерий и тритий) и изотоп углерода Си [9]. Купер,
Кортни и Холл рекомендуют использовать тритий, так
как он позволяет более точно определить содержание ме-
ченых продуктов в отобранных пробах. При этом ими
была применена следующая методика.
Пробы продуктов сгорания брались из цилиндров
в конце рабочего хода через стробоскопические клапаны.
Вода из отобранных проб конденсировалась в трехвит-
ковых спиральных трубках из нержавеющей стали, ох-
лаждаемых сухим' льдом. Сцинтилляционные счетчики
определяли концентрацию трития в собранной воде. При
работе с радиоактивными изотопами, например, таки-
ми, как тритий, требуются специальные меры защиты.
В этом отношении выгоднее было бы использовать вме-
сто трития стабильный нерадиоактивный изотоп водоро-
да — дейтерий. Однако при этом резко усложняется ме-
тодика проведения эксперимента и увеличивается его
трудоемкость.
Учитывая трудности, встречающиеся при работе с ра-
диоактивными веществами, следует считать перспектив-
ным использование нерадиоактивных трассирующих при-
садок. В этом случае в топливо должно вводиться хими-
ческое соединение, сходное по своей .испаряемости с опре-
деленной фракцией топлива или присадкой, а затем опре-
деляться концентрация продуктов сгорания этого соеди-
нения в общих продуктах сгорания. До настоящего
времени, однако, не удалось подобрать таких соединений,
которые нс нарушали бы работу двигателя и продукты
сгорания которых полностью выносились из цилиндров
и легко определялись в выпускных газах двигателя [9].
Определение концентрации присадок в топливе
по цилиндрам
Помимо указанных выше общих методов оценки каче-
ственной неравномерности горючей смеси широко при-
меняется метод определения концентрации присадок
в топливе путем анализа проб продуктов сгорания, взя-
тых из цилиндров [10, 13, 16]. Наиболее полно раз’рабо-
78
таны способы определения распределения по цилиндрам
антидетонаторов. Методика оценки распределения таких
присадок, как выносители антидетонаторов и фосфорные
добавки против калильного зажигания, разработана зна-
чительно слабее. Практически распределение двух по-
следних присадок изучалось только с помощью меченых
атомов.
Особая трудность при определении распределения
присадок по цилиндрам связана с тем, что концентрация,
присадок в исходном топливе очень мала (как правило*
не более 0,1—0,2%). В связи с этим точность получаемых
результатов обычно бывает невысокой.
Так например, Донауэ и Кент при исследовании рас-
пределения ТЭС по цилиндрам отбирали и анализирова-
ли несгоревшую смесь, используя описанную выше кон-
денсационную установку. При этом они обнаружили
лишь 72% антидетонатора от всего количества антидето-
натора, введенного в топливо.
Даунз исследовал распределение ТЭС по цилиндрам
с помощью химического анализа продуктов сгорания,
взятых из выпускных патрубков отдельных цилиндров
[13]. Свинец, обнаруженный в продуктах сгорания, сум-
мировался со свинцом, собранным вместе с отложениями
с поверхностей камер сгорания. При этом удавалось
определить не более 70 % ТЭС от всего введенного в дви-
гатель количества.
Учет свинца, откладывающегося на поверхностях
впускного тракта и наружных поверхностях клапанов,
а также ТЭС, растворенного в масле, позволил повысить-
количество определяемого ТЭС всего лишь до 81 % от
введенного.
Методика, примененная Даунзом, оказалась очень
трудоемкой. За 18 месяцев исследований Даунзу удалось
получить общую картину распределения ТЭС по цилинд-
рам всего на семи режимах работы двигателя.
Точность определения присадок в пробах, очевидно,
может быть повышена в результате применения совре-
менных методов анализа, таких как нейтронно-актива-
ционный анализ, масс-спектрометрия и т. д.
При определении неравномерности распределения
антидетонатора по цилиндрам может быть применен ме-
тод, в основу которого положено определение эффекта
от применения антидетонатора для каждого из цилинд-
79>
ров двигателя [2]. Склонность каждого цилиндра к дето-
нации, при прочих равных условиях, определяется окта-
новым числом попадающего в него топлива,.а октановое
число топлива зависит от концентрации в нём антидето-
натора. В реальных условиях склонность двигателя или
•отдельных его цилиндров к детонации оценивается вели-
чиной угла опережения зажигания 0«.а, соответствующего
началу детонации. Следовательно, по величине измене-
ния угла опережения зажигания Л6«,а. соответствующего
началу детонации в каждом отдельно взятом цилиндре
.при переводе питания двигателя с топлива без антиде-
тонатора На то же топливо, но с добавкой антидетонато-
ра, можно определить количество антидетонатора в топ-
ливе, попадающем в данный цилиндр. При этом предпо-
лагается:
а)	одинаковое изменение концентрации антидетона-
тора в топливе, попадающем в цилиндры, во всех ци-
линдрах двигателя будет вызывать одинаковое измене-
ние угла опережения зажигания, соответствующего на-
чалу детонации;
б)	при изменении концентрации антидетонатора в ис-
ходном топливе степень неравномерности распределения
антидетонатора по цилиндрам не изменяется.
Рассмотрим порядок проведения оценки распределе-
ния антидетонатора по цилиндрам этим способом.
Двигатель оборудуется двойной системой зажигания,
позволяющей изменять угол опережения зажигания в лю-
бом из цилиндров в то время, как в остальных цилиндрах
опережение зажигания остается постоянным. Примерная
схема такой системы зажигания показана на рис.. 32.
Для того чтобы исключить ошибки, связанные с раз-
личной приемистостью отдельных фракций топлива
к антидетонатору, в качестве базового топлива следует
использовать специальные смеси, соответствующие по ис-
паряемости стандартному бензину, но с одинаковой при-
емистостью всех фракций к антидетонатору. Однако со-
здание таких смесей представляет определенные трудно-
сти. Поэтому практически в качестве базового топлива
использует смесь нормального гептана и эталонного изо-
октана, которая не фракционируется во впускном тракте.
При этом, конечно, приходится принимать допущение,
что изменение испаряемости базового топлива не влияет
«а степень неравномерности распределения антидетона-
80
I
Ксвечан
в S-2142
81
тора. Как показали опыты, такое допущение достаточно
справедливо для антидетонаторов с высокой температу-
рой кипения [9]. Двигатель при работе на исходном топ-
ливе без антидетонатора выводится на заданный режим
(положение дроссельной заслонки и число оборотов дви-
гателя постоянны) и карбюратор регулируется на пере-
обогащенный состав смеси. При этом расходе топлива
последовательно определяются величины 6Я_<? для каждо-
го цилиндра. Путем постепенного обеднения смеси, по-
см, См,. Сщ
Рис. 33. График для опре-
деления концентрации
антидетонатора в топливе
по цилиндрам:
Inf — изменение угла опе-
режения зажигания, соот-
ветствующего цвчалу детона-
ции в 1 и £-м цилиндрах
даваемой карбюратором, и на-
хождения величин для всех ци-
линдров при каждой регулировке
определяются минимальные вели-
чины бн.сгв каждом цилиндре, что
соответствует определению 0„ а при
одинаковых значениях а во всех
цилиндрах. Такой порядок экспе-
римента позволяет исключить
влияние различия коэффициента
избытка воздуха по цилиндрам.
Затем двигатель переводится на
питание тем же топливом, но с оп-
ределенной добавкой антидетона-
тора, и повторяется описанный
цикл измерений. Аналогичные ис-
пытания повторяются при нескольких концентрациях ан-
тидетонатора. По результатам опытов строится график
(рис. 33), у которого по оси абсцисс откладывается зна-
чение концентрации антидетонатора в исходном топливе
(С^в), а по оси ординат — изменение минимального угла
опережения зажигания, соответствующего началу дето-
нации в каждом цилиндре при переводе двигателя с пита-
ния чистым топливом на топливо с данной концентрацией
антидетонатора (Д0л.а). Опыт показывает, что обычно
имеется определенный диапазон изменения концентрации
антидетонатора в исходном топливе, в котором сохра-
няется линейная зависимость между Д6н 5, и СЙ9. Если
предположить равенство наполнения отдельных цилинд-
ров, то это позволяет использовать простые зависимости
для определения неравномерности концентрации антиде-
тонатора в топливе, поступающем в цилиндры двигателя.
При определении степени неравномерности распределе-
ния антидетонатора практически поступают следующим
82
образом. На первичном графике проводится горизонталь-
ная линия, соответствующая такому значению Д6«.а.о-
при котором для всех цилиндров еще сохраняется линей-
ная зависимость = f(Cde). Точки пересечения гори-
зонтали с кривыми Д6«д.( =f{C6e) для каждого цилин-
дра дают на оси абсцисс соответствующие значения С&и-
Б то же время, согласно первому допущению, эти точки
пересечения будут соответствовать бдинаковой концент-
рации антидетонатора в топливе по цилиндрам. Поэтому
степень неравномерности распределения антидетонатора
по цилиндрам может быть определена по выражению.
где п — число цилиндров.
По величинам степени неравномерности легко опре-
делить концентрацию антидетонатора в топливе по ци-
линдрам при любом принятом значении концентрации
антидетонатора в исходном топливе Сисх-
С{ = (тй + 0 Смх ♦
или
Если на кривой Л0,,е = f(Cdj) отсутствует участок
с линейной зависимостью, для определения степени не-
равномерности распределения антидетонатора необходи-
мо предварительно экспериментально получить тариро-
вочную зависимость А6«.д/= f (С,) на одном из цилинд-
ров двигателя.
Преимуществами описанного метода являются про-
стота необходимого оборудования и малая трудоемкость
опытов. При этом, как показывает практика, методика
обеспечивает получение данных, необходимых при совер-
шенствовании распределения антидетонатора по цилинд-
рам двигателя,
6*	аз
В некоторых случаях при исследовании причин нерав-
номерного распределения смеси по цилиндрам можно ог-
раничиться получением лишь общей картины движения
Рис. 34. Фоторегистрация и графическая интерпретация движения
смеси во впускной трубе, выполненной из прозрачного материала
(опыты Кларка)
жидкой фазы топлива, находящейся во впускной трубе,
не стремясь к точной оценке количества топлива, попа-
дающего в отдельные цилиндры. Большую помощь при
S4
этом могут оказать такие способы, как наблюдение яв-
лений, происходящих во впускных трубах, выполненных
из прозрачных материалов [4, 11, 15], и улавливание жид-
кой пленки, текущей по стенкам трубопровода. Наблю-
дение процессов в трубопроводах с прозрачными стен-
ками при стробоскопическом освещении позволяет
представить характер и направление движения потока
жидкой фазы топлива. Для большей наглядности топли-
во подкрашивают, а также производят фотографирова-
ние или скоростное кинематографирование движения по-
тока смеси. На рис. 34 показаны фотография, выполнен-
ная при исследовании Кларком движения смеси в про-
зрачной впускной трубе, и графическая интерпретация
явлений, происходящих во впускном тракте.
Рис. 35. Ловушки для сбора пленки жидкого топлива со стенок
впускной трубы:
/ — патрубок впускной трубы; S — кольцо пленкосббрника; 3 — козырек
улавливающий пленку; <— трубка, отводящая пленку в мерный сосуд; Б —
уплотняющие прокладки; 6 — трубки водявого охлаждения; 7— ваглушки;
В— трубка, балансирующая давление в мерном сосуде и впускной трубе [в, 11]
При необходимости определения количества пленки,
текущей по стенкам впускной трубы, ее улавливают спе-
циальными кольцами-вставками. Конструкции пленко-
уловителей могут быть различными [3, 6, 11, 15]. На
85
рис. 35 изображены две конструкции колец для улавли-
вания пленки.	/
Уловитель, изображенный на рис. 35, а, состоит из ох-
лаждаемого водой кольца со специальным карманом
с козырьком, направленным против потока смеси. Кар-
ман занимает только часть окружности. Последовательно
поворачивая кольцо уловителя на определенный угол,
можно не только определить общее количество жидкой
пленки на стенках трубы, но и уточнять направление
движения основного потока пленки топлива. Уловители
такого типа требуют значительного перепада давлений
между трубой и мерной ловушкой.
В уловителе, показанном на рис. 35,6, жидкая часть
топлива оседает на стенках канавки благодаря местному
расширению канала и снижению скорости потока в зоне
кольца уловителя. Топливо стекает по кольцу в нижнюю
часть, из которой по трубке самотеком попадает в мер-
ную ловушку. Ловушка с помощью второй трубки связы-
вается с верхней частью кольца или зоной трубопровода,
где давление несколько ниже, чем в кольце.
I ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕСИ
ПО ЦИЛИНДРАМ ОПЫТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
МЗМА ДЛЯ ДОВОДКИ КОНСТРУКЦИИ
ВПУСКНОГО ТРАКТА
На базе деталей двигателя МЗМА-407 был собран
опытный двигатель с экспериментальным впускным трак-
том, включающим в себя новую впускную трубу, двух-
камерный карбюратор с параллельным открытием дрос-
сельных заслонок и воздушный фильтр с развитыми про-
ходными сечениями.
Экспериментальная впускная труба разделялась на
две независимые секции, подключённые к отдельным
камерам карбюратора и питающие попарно первый и чет-
вертый, второй и третий цилиндры.
На рис, 36 представлена конструктивная схема впуск-
ного тракта опытного двигателя, а на рис. 37 — специ-
ально изготовленная для удобства исследования разбор-
ная впускная труба.
Изменение геометрических форм отдельных участков
трубы путем нанесения слоя эпоксидной смолы с необ-
ходимой последующей обработкой проводилось главным
образом на разборной трубе.
Степень количественной неравномерности распределе-
ния смеси определяли методом, основанным на зависимо-
сти температуры газов в цилиндрах от состава поступаю-
щей в них смеси. Для этого хромель-алюмелевые термо-
пары устанавливались непосредственно в камерах сгора-
ния.
Особенность конструкции впускного тракта (две изо-
лированные друг от друга секции) опытного двигателя
МЗМА вызвала необходимость различать при анализе
экспериментальных данных по количественному распре-
делению смеси:
а)	степень неравномерности распределения смеси по
87
цилиндрам относительно общего по двигателю состава
смеси.
Di = а«1 °Se. 100%,
adt
где i — порядковый номер цилиндра;
—коэффициент избытка воздуха смеси в цилиндре;
“Эв—общий по двигателю коэффициент избытка воз-
духа;
Рис. 36. Конструктивная схема впускного тракта опытного двига-
теля ЙЗМА:
1—входвой патрубок впуокной труби, питающий 2-й в 3-й цилиндры;
S — смесительная камера карбюратора, питающая 2-й в 3-й цилвцдры;
3 — смесительная камера карбюратора, питающая 1-Я н 4-й цилиндры; «—
входной патрубок впускной труби. питающий 1-S и 4-Й цилиндры; 5 — рас-
пылитель; 6.7 — секция впускной трубы; в, 9, Ия 12 — подводящие патрубки
лусквой трубя! 10 — вона разделения входного патрубка на подводящие пая-
рубки; 13 — водяная рубашка впускной трубы; ft — плоскость равъема с го-
ловкой блоке цилиндров; N — И — разделительная плоскость воны разделения
88
б)	степень неравномерности приготовления смеси ка-
мерами карбюратора относительно общего по двигателю
состава смеси
DKj = ^5C^.10°o/o,
где j — порядковый номер камеры карбюратора;
— коэффициент избытка воздуха смеси, приготов-
> ляемой соответствующей камерой карбюратора;
Рис. 37. Разборная конструкция впускной трубы опытного
двигателя МЗМА
— а,
в)	степень неравномерности распределения смеси по
цилиндрам относительно состава смеси, приготовляемой
соответствующей камерой карбюратора:
£У=“лС^.100о/0.
Коэффициент избытка воздуха смеси, приготовленной
одной камерой карбюратора, определялся по выражению
т
— ~т ’
у-
^ац(
l=*t
где tn— 2 — число цилиндров, питающихся от одной?
камеры карбюратора.
При анализе причин неравномерного распределения
смеси по цилиндрам было показано, что качественная не-
равномерность распределения смеси проявляется прежде
всего в неравномерном распределении по цилиндрам тя-
89
экелых фракций топлива и присадок, кипящих при высо-
ких температурах. Поэтому качественная неравномер-
ность распределения смеси по цилиндрам оценивалась
по распределению наиболее распространенной топливной
присадки — антидетонатора ТЭС, кипящего при темпе-
ратуре около 200° С.
Степень неравномерности распределения ТЭС по ци-
линдрам опытного двигателя определялась методом, ос-
нованным на определении эффекта от применения анти-
детонатора отдельно для каждого из цилиндров двига-
теля.
ИСХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ
НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕСИ
Для получения исходной характеристики количест-
венной неравномерности распределения смеси по цилинд-
рам проводились испытания при различных скоростных
и нагрузочных режимах работы двигателя.
Как видно из рис. 38, а (сплошные линии), при рабо-
те двигателя с полной нагрузкой различие состава смеси
в цилиндрах относительно общего по двигателю состава
-смеси весьма высокое во всем диапазоне изменения чис-
ла оборотов. Максимальная степень неравномерности
наблюдается при 4200 об/мин и достигает 30%.
В диапазоне 1800—3400 об/мин обе камеры карбюра-
тора (штриховые линии) приготовляют смесь практически
одинакового состава. В зоне малых и больших чисел
оборотов равномерность приготовления смеси камерами
карбюратора нарушается. Как при малых, так и при
больших числах оборотов обедненную смесь приготовля-
ет камера карбюратора, снабжающая смесью первый и
четвертый цилиндры. Максимальная степень неравномер-
ности приготовления смеси камерами карбюратора до-
стигает 14% при 4200—4500 об/мин.
Из кривых неравномерности распределения смеси по
цилиндрам относительно состава смеси, приготовляемой
соответствующей камерой карбюратора (рис. 38,6), сле-
дует, что в обеих секциях впускного тракта характер не-
равномерности идентичен: в передних цилиндрах оказы-
вается более бедная смесь.
Сравнивая кривые рис. 38, а и б, видим, что при ма-
лых и больших числах оборотов степень неравномерно-
-S0
сти распределения смеси по цилиндрам относительно со-
става смеси, общего ио двигателю, определяется пример-
но в равной степени неравномерностью приготовления
смеси камерами карбюратора и неравномерностью рас-
Рис. 38. Исходная характеристика количественной неравно-
мерности распределения смеси по цилиндрам при работе дви-
гателя с полной нагрузкой:
а — относительно общего по двигателю состава снеси; б — относи-
тельно состава смеси, приготовляемой соответствующей камерой кар-
бюратора; 1—4 — цилиндры.
камеры; при средних числах оборотов определяется глав-
ным образом неравномерностью распределения смеси по
цилиндрам, питающимся от одной камеры карбюратора.
Результаты испытаний на частичных нагрузках пока-
зывают, что при всех числах оборотов характер распреде-
ления смеси по цилиндрам, питающимся от одной камеры
карбюратора (обеднение смеси в передних цилиндрах по
сравнению с задними), сохраняется, а степень неравно-
мерности распределения смеси по цилиндрам относительно
91
Рис. 39. Исходная характеристика количественной нерав-
номерности распределения смеси по цилиндрам при ра-
боте двигателя на частичных нагрузках:
а — относительно общего по двигателю «остаса смеси, О — отно-
сительно состава смеси, приготовляемой соответствующей каме-
рой карбюратора) /—цвлвддра.
92
общего по двигателю состава смеси остается значитель-
ной (рис. 39, а). Только на режиме п = 1400 об/мин при
нагрузке 50% от максимальной и ниже смесь распреде-
ляется практически равномерно. Сопоставление степени
неравномерности приготовления смеси камерами кар-
бюратора (рис. 39, а, штриховые линии) со степенью
неравномерности распределения смеси по цилиндрам,
питающимся от каждой камеры (рис. 39,6), показывает
что при частичных нагрузках на распределение смеси
большое влияние оказывает различие состава сйеси, при-
готовляемой камерами карбюратора.
ИСХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАЧЕСТВЕННОЙ
НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕСИ
Качественная неравномерность распределения смеси
по цилиндрам определялась по распределению антидето-
натора ГЭС
Для определения неравномерности распределения
антидетонатора были выбраны режимы работы двигате-
ля с полной нагруз-
кой при малых и
средних числах обо-
ротов (1400, 1800,
2200, 2600 об/мин).
На рис, 40 пред-
ставлены экспери-
ментальные данные
по относительной не-
равномерности рас-
пределения ТЭС пр
цилиндрам опытного
двигателя. Как вид-
но, в исследованном
диапазоне измене-
ния числа оборотов
Рис. 40, Исходная характеристика нерав-
номерности распределения антидетонато-
ра ТЭС по цилиндрам при полной
нагрузке:
I— 4 — цилиндры
повышенные концентрации ТЭС наблюдаются в третьем
и четвертом цилиндрах двигателя; при изменении числа
оборотов двигателя степень неравномерности распреде-
ления антидетонатора сохраняется примерно постоянной
в пределах 14—18%.
Сопоставляя характер неравномерности распределе-
93
ния ТЭС с характером количественной неравномерности
распределения смеси по цилиндрам, питающимся от од-
ной камеры карбюратора, можно заметить, что повышен-
ные концентрации ТЭС наблюдаются как раз в тех ци-
линдрах двигателя, в которые поступает более богатая
топливом смесь. Если теперь учесть, что основная масса
ТЭС в процессе смесеобразования остается в жидкой
фазе топлива, то это сопоставление дает основание утвер-
ждать, что в задние цилиндры опытного двигателя по-
ступает смесь не только с большим количеством топлива
вообще, но и с большим относительным содержанием
жидкой фазы топлива.
ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ДОВОДОЧНЫХ ИСПЫТАНИИ
Рассмотрение результатов испытаний, представленных
на рис. 38 и 39, позволяет установить, что характер
количественной неравномерности распределения смеси
по цилиндрам^ питающимся от одной камеры карбюра-
тора (обеднение смеси в передних цилиндрах по сравне-
нию со смесью в задних), остается неизменным для всех
режимов работы двигателя, на которых вообще наблю-
дается эта неравномерность. Логично предположить, что
неравномерное распределение смеси по цилиндрам, пи-
тающимся от одной общей камеры карбюратора, на всех
режимах обусловлено одними и теми же причинами. Это
послужило основанием для того, чтобы основной объем
последующих исследований проводился только на одном
наиболее характерном режиме.
Таким режимом исследования был принят режим
полной нагрузки при п = 2600 об/мин, так как он харак-
теризуется максимальной степенью неравномерности рас-
пределения смеси по цилиндрам, питающимся от одной
камеры карбюратора, и, следовательно, является наибо-
лее чувствительным ко всякого рода факторам, вызываю-
щим неравномерность. Кроме того, на этом режиме ус-
тойчивая работа двигателя сохраняется при значитель-
ном обеднении смеси, что облегчало проведение экспери-
мента.
При выборе топлива необходимо было определить
влияние испаряемости топлива на степень неравномер-
ности распределения смеси по цилиндрам опытного дви-
гателя. Для этого, при сохранении всех прочих условий,
94
было определено распределение смеси при использовании'
грех топлив различной испаряемости: бензин А-72, бен-
зин «экстра» и смесь эталонного изооктана с нормаль-
ным гептаном. Как видно (рис. 41), переход с бензина
А-72 на бензин «экстра» не вызвал практически никако-
го4 изменения степени неравномерности распределения*
Рис, 41. Кривые фракционной разгонки топлив и распре-
деления смеси по цилиндрам:
а — кривые фракционной разгонке топлива; б—распределение го-
рючей смеси по цилиндрам; / — смесь эталонного иаооктана с нор-
мальным гептаном; II — бензин «экстра»; III — бензин А-72
смеси, а при переходе на смесь эталонного изооктана:
с нормальным гептаном максимальная степень неравно-
мерности уменьшилась всего на 5%. Таким образом, эти
эксперименты позволили не предъявлять к использовав-
шемуся топливу особых требований в части стабильности
характеристик испаряемости. Таким топливом был вы-
бран бензин «экстра», ’удовлетворяющий требованиям
бездетонационной работы двигателя на всех режимах ис-
следования.
Опытный двигатель на стенде устанавливался гори-
зонтально. В то же время на автомобиле этот же двига-
тель устанавливается с наклоном в 5°30'_ Необходимо-
было выявить возможное влияние наклона двигателя
в продольной плоскости на распределение смеси. Для
S5-
этого двигатель последовательно устанавливался на стен-
де горизонтально и с наклоном в 5°307 и 11° и в каждом
положении определялось распределение смеси при рабо-
те двигателя на режимах полной нагрузки. Обследова-
лись два скоростных режима: режим минимально устой-
чивого числа оборотов двигателя (1400 в минуту), когда
наиболее вероятно наличие большого количества жидкой
•фазы топлива в смеси, и режим максимальной степени
неравномерности распределения смеси по цилиндрам, пи-
тающимся от одной камеры карбюратора (п =
=2600 об[мин). Как показали результаты экспериментов,
изменение положения двигателя в продольной плоскости
в указанных пределах практически не сказывается на
распределении смеси. Тем самым была подтверждена
возможность горизонтального расположения опытного
двигателя на стенде при исследовании распределения
•смеси по цилиндрам.
Как указывалось, конструкцию некоторых элементов
трубы изменяли с помощью эпоксидной смолы. Теплопро-
водность смолы отличается от теплопроводности основ-
ного металла впускной трубы, поэтому могли измениться
условия подогрева смеси во влускном тракте и, следова-
тельно, могла измениться и степень неравномерности.
В связи с этим до начала основных экспериментов необ-
ходимо было определить влияние подогрева смеси на сте-
пень неравномерности распределения ее по цилиндрам.:
При работе двигателя на режиме п = 2600 об!мин и при
•нагрузке, равной 100, 75, 50 и 25%, были последователь-
но сняты характеристики распределения смеси в услови-
ях нормального подогрева впускной трубы и при полно-
стью отключенном подогреве Как видно из полученных
результатов, влияние подогрева на распределение смеси
наблюдалось только при работе двигателя на частичных
нагрузках (рис. 42). Так, при нагрузке 25- 50% от мак-
симальной степень неравномерности распределения- сме-
си в случае выключенного подогрева достигала 18—22%’
против 3—4% в случае нормального подогрева впускной
трубы. Следовательно, определять влияние конструктив-
1 Выключение подогрева трубы осуществлялось путем установки
глухой прокладки в плоскости разъема впускной трубы с головкой
’блока цилиндров. Вода из головки блока цилиндров отводилась от-
дельным патрубком.
96
них изменений впускной трубы на распределение смеси
при включенном подогреве впускной трубы в данном Слу-
чае можно только при работе двигателя с полной нагруз-
кой. В случае необходимости подобной проверки при ра-
Рие. 42 Влияние подогрева впускной тру-
бы на распределение смеси по цилиндрам,
питающимся от одной камеры карбюратора:
п = 2’600 06JMUK----с подогревом:------без по-
догрева; I—4 — цилиндры
боте двигателя на частичных нагрузках сравнительные
испытания следует проводить с отключенным подогре-
вом впускной трубы (в дальнейшем специально оговари-
ваются лишь испытания, проведенные без подогрева
впускной трубы).
ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ВПУСКА
ЙА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕСИ
Для определения влияния воздушного фильтра кар-
бюратора на распределение смеси были проведены ис-
пытания с воздухоочистителем и без него. Как видно
из полученных данных, распределение смеси в обоих слу-
чаях оказалось практически одинаковым (рис. 43, кри-
вые I и //). Незначительное увеличение степени неравно-
мерности распределения смеси объясняется, вероятно,
некоторым ухудшением смесеобразования в результате
снижения разрежения в смесительных камерах карбюра-
тора со 138 до 120 мм вод. ст.
Для определения влияния на распределение смеси
карбюратора и впускной трубы использовался известный
7 5-2142	97
метод, заключающийся в сопоставлении характера и сте-
пени неравномерности при нормально установленном
карбюраторе и при карбюраторе, повернутом на 180°
в горизонтальной плоскости. Результаты опытов показы-
вают, что изменение положения карбюратора вызывает
резкое изменение степени неравномерности распределе-
ния смеси (рис. 43, кривые II и Ilf). Это позволяет утвер-
ждать, что неравномерное распределение смеси в данном
43. Влияние воздухоочисти-
и положения карбюратора на
питающимся от одной камеры, относительно состава смеси, приготовляемой
СООТВеТСТВуюЩёЙ КЯиАпПЙ: /_____ илпмяти-.та пл	-----------
духоочпетителеы, __	,------- ------------ О«олули-
очистителя; 111 — карбюратор поьеряут на 160* в горизонтальной плоскости»
Рис.
теля
распределение смеси по цилиндрам
(полная нагрузка, в — 2600
об!мин) :
а — неравномерность распределения сме-
си по цилиндрам относительно общего
по двигателю состава смеси; С_нерав-
номерное— приготовления смеси каме-
рами кар..оратора; в — неравномерность
распределения смеси по цилиндрам,
камерой: 7— нормальное положение карбюратора с'воь-
// — нормальное положение карбюратора бет воздухо-
воздухоочиститель отсутствует	’	*
двигателе обусловлено особенностями конструкции как
карбюратора, так и впускной трубы. Действительно,
если бы карбюратор сам по себе обеспечивал равномер-
ное, распределение смеси и вся существующая неравно-
мерность была бы следствием влияния только впускной
трубы, то изменение положения карбюратора не должно
было бы изменить ни характера, ни степени неравномер-
ности распределения смеси. С другой стороны, если бы
93
неравномерное распределение смеси по цилиндрам было
бы следствием особенности конструкции только карбюра-
тора, а впускная труба не оказывала бы никакого отри-
цательного влияния, то очевидно, что поворот карбюра-
тора на 180° в горизонтальной плоскости изменил бы
характер неравномерности распределения смеси на об-
ратный, но при этом степень неравномерности опять-таки
осталась бы неизменной.
При повороте карбюратора на 180° его камеры начи-
нают питать смесью другие цилиндры. Поэтому измене-
ние характера распределения смеси по камерам карбю-
ратора при повороте его на 180° указывает на то, что
причины различия составов смеси по камерам заложены
в самом карбюраторе (рис. 43, б). Это подтвердилось
и результатами проверки данного карбюратора на без-
моторной установке.
Таким образом, проведенные опыты показывают, что
неравномерное распределение смеси по цилиндрам, пи-
тающимся от одной камеры карбюратора, зависит от
конструкции карбюратора и впускной грубы. В связи
с различной работой камер карбюратора и в связи с тем,
что целью исследования было изучение явлений, проис-
ходящих во впускном тракте, в дальнейшем результаты
экспериментов выражаются только степенью неравномер-
ности распределения смеси по цилиндрам, питающийся
от одной камеры карбюратора, относительно состава сме-
си, приготовляемой соответствующей камерой.
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВПУСКНОЙ ТРУБЫ
НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ.
ПИТАЮЩИМСЯ ОТ ОДНОЙ КАМЕРЫ КАРБЮРАТОРА
Рассмотрев конструктивную схему впускной трубы
опытного двигателя (см. рис. 36), можно сделать следу-
ющие выводы.
В каждой секции впускной трубы зона разделения
входного патрубка на подводящие патрубки асимметрич-
на относительно разделительной плоскости NN, так как
ось входного патрубка расположена к общей оси под-
водящих патрубков под углом 84,5°.
Плоскость крепления карбюратора расположена пер-
пендикулярно оси входных патрубков и, следовательно,
не параллельна оси подводящих патрубков. Угол на-
7*	‘	9Э
\ ч ч ч чхх ч ч ч ч ч ч ч'ч ччуч ч-чтчхххг
чУЧ'ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЛЧЧЧТЧТЧ'чТУ
Рис. 44. Впускная труба для опреде-
ления влияния на распределение сме-
си ассиыметрии зон разделения
клопа плоскости к осям подводящих патрубков состав-
ляет 5,5°.
Можно предположить, что причинами неравномерного
распределения смеси являются асимметрия зоны разделе-
ния и непараллельность плоскости крепления карбюра-
тора осям подводящих патрубков.
Возможность же образования неравномерности рас-
пределения смеси вследствие цикличности поступления ее
в отдельные цилиндры исключается, так как при данной
схеме впускного тра-
кта и принятом по-
рядке работы цилин-
дров	(1—3—4—2)
промежутки времени
между тактами вса-
сывания в । цилинд-
рах, питающихся из
одной общей секции
впускной трубы, оди-
наковы.
Для проверки
влияния на распре-
деление смеси асим-
метрии зон разделе-
ния входных патруб-
ков впускной трубы
оси входных патруб-
ков одной из опыт-
ных труб последовав
тельно располагались по отношению к осям подвозящих
патрубков под углом 84,5°, 90°, 95,5° и ЮГ. При этом вза-
имная ориентация плоскости крепления карбюратора и
осей подводящих патрубков оставалась- неизменной Из-
менение положения осей входных патрубков осуществ-
лялось навесеиием на соответствующие поверхности
эпоксидной смолы с последующей обработкой (рис. 44).
Как видно из результатов испытаний, при изменении
угла между осями входных и подводящих патрубков
в пределах 84,5°—ЮГ степень неравномерности распре-
деления смеси оставалась практически постоянной
(рис. 45). Следовательно, в исследуемом двигателе вза-
имное расположение осей входных и подводящих патруб-
ков впускной трубы и связанная с этим асимметрия зо-
100
йы разделения не влияют на распределение смеси по ци-
линдрам.
Проверка влияния взаимного положения .плоскости
крепления карбюратора и осей подводящих патрубков
на распределение смеси осуществлялась при помощи
впускной трубы, у которой плоскость крепления карбю-
ратора располагалась параллельно осям подводящих
патрубков.
Рис. 45. Влияние асимметрии зон разде-
ления входных патрубков впускной тру-
бы на подводящие на распределение смеси
по цилиндрам, питающимся от одной ка-
меры карбюратора (п = 2600 об/мин,
полная нагрузка)
Для этого у первоначально спроектированной трубы
был срезан блок входных патрубков и плоскость среза
была профрезерована под соответствующим углом. Блок
входных патрубков соединялся с корпусом трубы винта-
ми (рис. 46). Для сохранения неизменной длины вход-
ных патрубков между блоком входных патрубков и кор-
пусом трубы была установлена выравнивающая проклад-
ка. Неровности на стыках устранялись с помощью эпок-
сидной смолы. Форма отдельных сечений входных пат-
рубков была восстановлена последующей обработкой.
Таким образом, одновременно с устранением непарал-
лельности плоскости крепления карбюратора осям под-
водящих патрубков была устранена и асимметрия зон
разделения входных патрубков.
101
Сопоставление результатов испытаний изготовленной
трубы с результатами, полученными с той же трубой, но
в исходно^ ее состоянии, показывает, что степень нерав-
номерности. распределения смеси по цилиндрам, питаю-
щимся от одной камеры карбюратора, уменьшилась
с 20—21 до 12—13% (рис. 46). Сопоставление же харак-
тера и степени неравномерности распределения смеси при
Рис. 46. Влияние взаимного положения пло-
скости крепления карбюратора и осей под-
водящих патрубков на распределение смеси
по цилиндрам, питающимся от одной камеры
карбюратора (п == 2600 об/мин полная на-
грузка):
0— карбюратор r вормальнои положении;
X — карбюратор повернут па 180*
нормальном положении карбюратора и карбюраторе, по-
вернутом на 180°, при. использовании измененной трубы
показывает, что в этом случае неравномерное распреде-
ление смеси обусловлено конструктивными особенностя-
ми карбюратора, так как при изменении положения кар-
бюратора характер неравномерности меняется на обрат-
ный при практически той же степени неравномерности.
Результаты этих опытов с учетом результатов, полу-
ченных при проверке влияния на распределение смеси
асимметрии зон разделения входных патрубков на подво-
дящие, дают основание сделать вывод, что единственной
конструктивной особенностью впускной трубы опытного
двигателя, с которой связана неравномерность распреде-
102
ления смеси по цилиндрам, питающимся от одной каме-
ры карбюратора, является непараллельное расположение
плоскости крепления карбюратора и осей подводящих
патрубков. Вследствие указанной непараллельности ниж-
няя поверхность зоны разделения каждой секции впуск-
ной трубы оказывается не перпендикулярной к направ-
лению потока смеси, заданному диффузорами карбюра
тора, а наклоненной в сторону заднего цилиндра. Оче-
видно, что при этом создаются благоприятные условия
для отбрасывания большей части жидкой фазы топлива,
находящейся в потоке смеси, в сторону задних цилинд-
ров, т. е. в сторону тех цилиндров, которые по исходной
характеристике оказались с более богатой смесью.
В то же время непараллельное расположение плоско-
сти крепления карбюратора и осей подводящих патруб-
ков означает, что условия входа смеси в передние и зад-
ние подводящие патрубки различны (при входе в перед-
ние патрубки смесь меняет направление на 95,5°, в то вре-
мя как при входе в задние патрубки изменение направ-
ления смеси происходит в пределах лишь 84,5°). Если
предположить, что на стенках входного патрубка образу-
ется повышенное количество пленки жидкого топлива, то
поступление в задние цилиндры более богатой смеси
опять-таки кажется естественным, так как в этих усло-
виях большее количество пленки будет поступать в зад-
ние подводящие патрубки.
Чтобы определить, что именно во впускной трубе
двигателя оказывает решающее влияние на распределе-
ние смеси, был поставлен следующий опыт. На нижних
поверхностях зон разделения разборной трубы при по-
мощи эпоксидной смолы были изготовлены разделитель-
ные гребни, вершины которых располагались строго
в плоскости осей диффузоров карбюратора. Естественно,
что эти гребни исключали возможность отбрасывания
жидкой фазы топлива в сторону задних подводящих па-
трубков, оставляя неодинаковыми условия входа сме-
си в передние и задние подводящие патрубки. Резуль-
таты испытаний разборной трубы до и после изготов-
ления гребней представлены на рис. 47. Как видно из
приведенных данных, разделительные гребни снижают
степень неравномерности распределения смеси по ци-
линдрам, питающимся от одной камеры карбюратора,
с 18—20 до 9—1’1%. Сопоставление характера и степени
103
неравномерности, получающейся в этом случае при нор-*
мальмом положении карбюратора и при карбюраторе,
повернутом на 180° в горизонтальной плоскости, показы-
вает, что вся неравномерность вызывается только особен-
ностями конструкции карбюратора.
Таким образом, проведенные опыты дают основания,
полагать, что причиной отрицательного влияния впуск-
ной трубы опытного двигателя на распределение смеси
по цилиндрам, питающимся от одной камеры карбюрато-
еазВсмиятруВа.
В цошюм axmowui
Рис, 47. Влияние- разделительного гребня га
нижней поверхности зоны разделения на рас-
пределение смеси по цилиндрам, питающимся
от одной камеры карбюратора
(п = 2600 об/лшн', полная нагрузка):
о — карбюратор н нормальном положении; к — кар-
бюратор повернут на 180“
ра, является неперпендикулярное расположение нижней
поверхности зоны разделения трубы к направлению по-
тока смеси, заданному диффузорами карбюратора.
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ КАРБЮРАТОРА
НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ,
ПИТАЮЩИМСЯ ИЗ ОДНОЙ СЕКЦИИ ВПУСКНОЙ ТРУБЫ
Рассматривая конструктивную схему исследуемого
опытного карбюратора с точки зрения возможного влия-
ния отдельных его элементов на распределение смеси по
104
цилиндрам, питающимся из одной общей секции впуск
ной трубы (рис. 48), можно отметить следующее.
Воздушная камера
карбюратора асимме-
трична относительно
разделительной плос-
кости зон разделения,
так как имеет односто-
роннее расположение
воздушной заслонки и
уступ в плоскости разъ-
ема’ крышки и корпуса
карбюратора.
Зона диффузоров
карбюратора практи-
чески симметрична от-
носительно разделите-
льной плоскости.
Направление истече-
ния топлива из трубча-
тых распылителей глав-
ной дозирующей систе-
мы существенно .отли-
чается от направления
главного воздушного
потока.
Направление исте-
чения топлива из рас-
пылителей вспомогате-
льных систем насоса-
ускорителя и холостого
хода (в использовав-
шемся карбюраторе
Рис. 48. Определение конструктивных
особенностей карбюратора, влияющих
на распределение смеси по цилинд-
рам, питающимся из одной секции
впускной трубы (rt = 2600 об/мин,
полная нагрузка):
а — карбюратор в исходном состоянии; 6 —
карбюратор без. воздушное иаслозки: в —
карбюратор с симметричными воздушными
камерами (без воздушной заслонки); е —
карбюратор с экспериментальными распыли-
гелями
специальная- система
экономайзера отсутст-
вовала) не анализиро-
валось. Это объясняет-
ся тем, что все иссле-
дование проводилось
на установившихся ре-
жимах работы двигате-
ля, т. е. в условиях без-
действия системы на-
105
соса-ускорителя. Кроме того, истечение топлива из рас-
пылителей насоса-ускорителя происходило в направлении
разделительной плоскости, поэтому влияние этой системы
на распределение смеси й при ее работе мало вероятно.
Вполне удовлетворительное распределение смеси по ци-
линдрам, питающимся от одной камеры карбюратора, на
режимах малых нагрузок двигателя, т. е. на режимах,
обеспечиваемых в основном системой холостого хода, да-
вало основание полагать, что искомая причина отрица-
тельного влияния карбюратора на распределение смеси
заложена не в этой системе.
Дроссельная заслонка каждой камеры карбюратора
расположена на отдельной оси. Оси, привод которых
сблокирован, параллельны между собой и перпендику-
лярны разделительной плоскости зон разделения вход-
ных патрубков впускной трубы на подводящие. Такое
расположение осей обеспечивало наиболее благоприят-
ные, с точки зрения распределения смеси, условия про-
хождения смесью зоны смесительной камеры.
Проведенный анализ позволяет предположить, что
отрицательное влияние использовавшегося карбюратора
на распределение смеси по цилиндрам, питающимся от
одной камеры карбюратора, могло быть обусловлено и
асимметрией воздушной камеры карбюратора и на-
правлением истечения топлива из распылителей главной
дозирующей системы. Поэтому эксперименты по опреде-
лению влияния конструктивных особенностей карбюра-
тора на распределение смеси проводились при последо-
вательном изменении в первую очередь этих факторов.
Б экспериментах использовалась описанная выше впуск-
ная труба с плоскостью крепления карбюратора, парал-
лельной осям подводящих патрубков, т. е. труба, которая
сама по себе обеспечивает равномерное распределение
смеси. Поэтому полученная при этих экспериментах сте-
пень неравномерности распределения смеси характери-
зует влияние только особенностей конструкции карбюра-
тора.
Для определения влияния на распределение смеси
воздушной заслонки карбюратора были проведены срав-
нительные испытания с воздушной заслонкой и без нее>
Как видно из результатов испытаний, отсутствие воздуш-
ной заслонкй не оказало никакого влияния на распреде-
ление смеси (рис. 48, а и б),
106
С помощью эпоксидной смолы была полностью устра-
нена асимметрия воздушной камеры карбюратора. Одна-
ко это не уменьшило степень неравномерности распреде-
ления смеси, а даже несколько увеличило ее (рис. 48, б
и в).
Проверить влияние на распределение смеси направле-
ния истечения топлива из распылителей главной дозиру-
ющей системы принципиально можно двумя способами.
Первый способ — изменение направления истечения топ-
лива из того же распылителя поворотом мостика, вклю-
чающего малый диффузор и распылитель, вокруг собст-
венной оси, второй — изменение условия истечения топ-
лива путем изменения конструкции распылителя.
Очевидно, что второй способ более целесообразен, так
как при этом появляется возможность не только прове-
рить влияние направления истечения топлива на распре-
деление смеси, но и создать конструкцию распылителя,
обеспечивающего равномерное распределение смеси
С этой целью в малые диффузоры карбюратора после
предварительного удаления выступающей части распы-
лителей вставлялись трубки 3X4 мм. Один конец каж-
дой трубки совмещался с топливными каналами, другой
оказывался закрытым противоположной стенкой диф-
фузора. На боковой поверхности трубок, обращенной
к дроссельной заслонке, просверливалось отверстие диа-
метром 2 мм.
Очевидно, что при такой конструкции распылителей
направление истечения топлива в карбюраторе совпадало
с направлением воздушного потока и при этом распреде-
ление смеси по цилиндрам, питающимся от одной сек-
ции спускной трубы, оказалось практически идеальным
(рис. 48, г).
Проведенные эксперименты показали, что отрицатель-
ное влияние опытного карбюратора на распределение
смеси по цилиндрам, питающимся из одной общей сек-
ции впускной трубы, является следствием конструктив-
ных особенностей распылителей главной дозирующей си-
стемы. Сущность отрицательного влияния, по-видимому,
заключалась в несовпадении направления истечения топ-
лива с направлением воздушного потока в карбюраторе,
в результате чего распределение топлива по сечению по-
тока citffecn, выходящей из карбюратора, оказывалось не-
равномерным.
107
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ, ПИТАЮЩИМСЯ
ОТ ОДНОЙ КАМЕРЫ КАРБЮРАТОРА
Проведенное исследование впускного тракта опытно-
го двигателя дало возможность определить элементы си-
стемы впуска, которые влияют на распределение смеси.
Характер явлений, происходящих во впускном тракте
двигателя, вызывающих количественную неравномер-
ность распределения смеси по цилиндрам, можно опи-
сать, если воспользоваться конструктивной схемой уча-
стка одной из секций впускного тракта, состоящего из
карбюратора, входного патрубка и зоны разделения
впускной трубы на подводящие патрубки (рис. 49,а).
Вследствие истечения топлива из распылителей глав-
ной дозирующей системы, асимметричного по отношению
к потоку воздуха, входящему в диффузор карбюратора,
распределение топлива по поперечному сечению потока
смеси оказывается неравномерным. Часть потока, пере-
мещающаяся вдоль задней стенки смесительной камеры
карбюратора (напротив распылителя), обогащена топ-
ливом по сравнению с частью потока, перемещающейся
адоль передней стенки.
При работе двигателя с полностью открытыми дрос-
сельными заслонками неравномерность распределения
топлива по сечению потока смеси сохраняется не только
непосредственно за карбюратором, но и к моменту по-
ступления смеси в зону разделения входного патрубка
впускной трубы на подводящие. Следовательно, по усло-
виям смесеобразования в карбюраторе к заднему подво-
дящему патрубку поступает смесь более богатая, чем
к переднему.
Капли распыленного, но не испарившегося топлива,
находящиеся в общем потоке смеси, по инерции достига-
ют нижней поверхности зоны разделения, которая накло-
нена в сторону заднего подводящего патрубка по отно-
шению к направлению движения потока, заданному диф-
фузорами карбюратора. Поэтому капли жидкого топли-
ва, попадая на нижнюю поверхность зоны разделения,
отклоняются в сторону заднего подводящего патрубка
^отклонению капель, вероятно, может рпособствовать и
динамика разделения паро-воздушной части смеси у на-
клонной стенки). Это вызывает дополнительное обога-
106
шение задней части потока смеси, попавшей в зону разде-
ления входных патрубков на подводящие.
С прикрытием дроссельной заслонки поток смеси от-
брасывается к стенке входного патрубка, что улучшает
Рис 49. Конструктивная схема участка секции .впуск-
ного тракта:
а — при норма льаой установке карбюратора: б — при карбю-
раторе, повернутом на ] 80®
условия подогрева смеси. В зазоре, образующемся между
стенкой смесительной камеры н прикрытой заслонкой,
начинается процесс вторичного распыливания и переме-
шивания топлива с воздухом, а за дроссельной заслон-
кой улучшаются условия испарения распыленного топли-
109
ва вследствие увеличения турбулентности потока смеси,
падения давления и повышения температуры смеси. Так
как ось дроссельной заслонки расположена перпендику-
лярно разделительной плоскости зоны разделения, пере-
распределение топлива при прикрытии заслонки проис-
ходит только в направлении разделительной плоскости
и поэтому не может ухудшить распределения топлива
между передней и задней частями потока горючей смеси,
выходящей из карбюратора и поступающей в зону раз-
деления. По мере прикрытия дроссельной заслонки,
вследствие уменьшения инерции общего потока смеси во
входном патрубке, отклонение капель жидкого топлива,
находящихся в потоке смеси, под действием нижней по-
верхности зоны разделения также уменьшается. Все это
в опытном двигателе приводило к улучшению распреде-
ления смеси по цилиндрам, питающимся от одной каме-
ры карбюратора при прикрытии дроссельной заслонки.
Проанализируем результаты основных эксперимен-
тов, проведенных на опытном двигателе.
1.	Выключение подогрева впускной трубы ухудшает
распределение смеси по цилиндрам, питающимся от од-
ной камеры карбюратора, при работе двигателя на ре-
жимах частичных нагрузок (см. рис. 42). Это происходит
от того, что прикрытая дроссельная заслонка отбрасы-
вает поток смеси к стенке впускного тракта. Так как
стенка в данном случае оказывается неподогреваемой,
температура ее понижается и создаются условия для об-
разования на стенке большого количества пленки жид-
кого топлива. При этом вследствие неравномерного рас-
пределения топлива по сечению потока смеси, поступаю-
щей к дроссельной заслонке, распределение пленки по
поверхности стенки будет также неравномерным — боль-
шее количество пленки будет образовываться на той
части стенки, которая примыкает к заднему подводя-
щему патрубку. Такая неравномерность распределения
плепки по поверхности стенки вызывает неравномерное
распределение смеси между передними и задними цилин-
драми.
2.	Поворот карбюратора на 180° в горизонтальной
плоскости обеспечивает поступление в отдельные цилинд-
ры, питающиеся из одной общей секции впускного трак-
та, смеси одинакового состава (см. рис. 43). Это объяс-
няется тем, что при повороте карбюратора на 180° зад-
U0
няя стенка смесительной камеры (напротив распылите-
ля) располагается над передней стенкой входного пат-
рубка впускной трубы (см. рис. 49, б). Поэтому при пере-
мещении общего потока смеси в зону разделения вход-
ного патрубка на подводящие обогащенная часть потока
попадает к подводящему патрубку переднего цилиндра.
Под действием наклонной нижней поверхности зоны раз-
деления большая часть капель жидкого топлива, находя-
щихся в потоке смеси, отбрасывается к подводящему пат-
рубку заднего цилиндра. Тем самым состав смеси в от-
дельных участках зоны разделения выравнивается, и
смесь по цилиндрам, питающимся от одной камеры кар-
бюратора, распределяется практически равномерно.
3.	Изменение взаимного положения осей входных
и подводящих патрубков впускной трубы не оказывает
практически никакого влияния на распределение смеси
по цилиндрам, питающимся от одной камеры карбюра-
тора (см. рис. 45). Здесь необходимо иметь в виду, что
во впускной трубе опытного двигателя'входные патруб-
ки довольно короткие, поэтому изменение взаимного рас-
положения осей входных и подводящих патрубков в ис-
следованных пределах не могло существенно изменить
характер распределения топлива по сечению потока сме-
си, поступающей в зону разделения. Поэтому, ввиду
того что факторы, определяющие распределение смеси
в опытном двигателе (асимметричное истечение топлива
в карбюраторе и непараллельное расположение плос-
кости крепления карбюратора и нижней поверхности зо-
ны разделения), сохранялись неизменными, степень не-
равномерности распределения смеси при изменении угла
между осями входных и подводящих патрубков от 84,5°
до 101° оставалась практически постоянной.
4.	Распределение смеси по цилиндрам, питающимся
из одной общей секции впускного тракта, зависит только
от конструктивных особенностей карбюратора как при
использовании впускной трубы с параллельным располо-
жением плоскости крепления карбюратора и осей под-
водящих патрубков (см. рис. 46), так и при использо-
вании впускной трубы с разделителями на нижней по-
верхности зоны разделения входного патрубка на подво-
дящие (см. рис. 47).
При использовании впускной трубы с параллельным
расположением плоскости крепления карбюратора и осей
Ml
подводящих патрубков нижняя поверхность зоны разде-
ления входного патрубка на подводящие оказывается
перпендикулярной направлению потока смеси, заданно-
му диффузорами карбюратора, что исключает перерас-
пределение жидкой фазы топлива в потоке горючей
смеси, поступившей в зону разделения, относительно раз-
делительной полости. Поэтому характер и степень нерав-
номерности распределения смеси по цилиндрам, питаю-
щимся от одной камеры карбюратора, целиком опреде-
ляются характером распределения топлива по сечению
потока смеси, поступающей в зону разделения, что,
в свою очередь, зависит от условий образования горю-
чей смеси в карбюраторе. При нормальном положении
опытного карбюратора в зону разделения поступает по-
ток смеси, часть которого, обращенная к заднему под-
водящему патрубку, обогащена топливом. Поэтому бо-
лее богатая смесь оказывается в задних цилиндрах. При
повороте карбюратора на 180° в горизонтальной плоско-
сти, когда обогащенная часть потока оказывается у нача-
ла переднего подводящего патрубка, более богатая смесь
поступает уже в передние цилиндры. При замене перво-
начально спроектированных распылителей опытного кар-
бюратора на распылители, обеспечивающие истечение
топлива в направлении потока воздуха, распределение
топлива по сечению потока смеси, входящей в зону раз-
деления входного патрубка на подводящие, оказывается
равномерным, а состав смеси, поступающей в передние
и задние цилиндры двигателя, одинаковым (см.
рис. 48, г).
Гребень на нижней поверхности впускной трубы меня-
ет условия разделения потока смеси по подводящим па-
трубкам. Часть жидкой фазы топлива, оказавшаяся по
одну сторону гребня, уже не может попасть -в противо-
положный патрубок впускной трубы. Поэтому и в этом
случае характер и степень неравномерности распределе-
ния смеси по цилиндрам, питающимся от одной камеры
карбюратора, зависят только от условий смесеобразова-
ния в карбюраторе.
5.	Повышенные концентрации ТЭС наблюдаются в
задних цилиндрах двигателя (см. рис. 40).
Для объяснения этих результатов еще раз подчерк-
нем, что поступление в задние цилиндры двигателя сме-
си, более богатой, чем в передние, обусловлено асиммет-
112
ричным истечением топлива из трубчатых распылителей
главной дозирующей системы карбюратора и воздейст-
вием наклонной к направлению потока смеси нижней
поверхности зоны разделения на распределение жидкой
фазы топлива по подводящим патрубкам. Асимметрия
истечения топлива в карбюраторе вызывает неравномер-
ное распределение по поперечному сечению потока смеси
топлива в целом. Поэтому часть потока смеси, поступаю-
щая к началу заднего подводящего патрубка, оказывает-
ся обогащенной жидкой и паровой фазами топлива. При
этом вследствие малой длины входных патрубков соот-
ношение отдельных фаз топлива в различных точках се-
чения потока смеси, поступающей в зону разделения,
вероятно, примерно одинаково.
Наклонная нижняя поверхность зоны разделения вы-
зовет отклонение в сторону заднего подводящего патруб-
ка прежде всего жидкой фазы топлива, потому что она
обладает большой инерционностью. В результате этого
происходит перераспределение жидкой фазы топлива
в потоке смеси, и в задний, подводящий патрубок посту-
пает смесь с большим не только абсолютным, но и отно-
сительным количеством жидкой фазы. Так как основная
масса антидетонатора ТЭС остается именно в жидкой
фазе топлива, то общая его концентрация в топливе, по-
ступающем в задние цилиндры, оказывается выше, чем
в топливе, поступающем в передние цилиндры двигателя.
СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
СМЕСИ ПО ЦИЛИНДРАМ ОПЫТНОГО ДВИГАТЕЛЯ,
ПИТАЮЩИМСЯ ОТ ОДНОЙ КАМЕРЫ КАРБЮРАТОРА
Причиной неравномерного распределения топлива
в потоке смеси являлось истечение топлива из распыли-
телей главной дозирующей системы, асимметричное на-
правлению воздушного потока в карбюраторе. Последнее
определялось конструкцией распылителей и способство-
вало образованию неравномерности распределения смеси
по цилиндрам, питающимся из одной общей секции
впускной трубы.
В ходе исследования были найдены, различные конст-
рукции распылителей, обеспечивающие равномерное рас-
пределение топлива по сечению потока смеси за карбю-
8 6-2142	цз
ратором и равномерное распределение смеси по цш!инд-
рам, питающимся из одной общей секции впускной тру-
бы соответствующей конструкции. Конструктивные схемы
по цилиндрам
некоторых из этих распылителей и результаты их испы-
таний представлены на рис, 50. При испытаниях исполь-
зовалась впускная труба с параллельным расположением
114
плоскости крепления карбюратора и осей подводящих
патрубков.
Единственной конструктивной особенностью впускной
трубы опытного двигателя, вызывавшей неравномерное
распределение смеси по цилиндрам, являлось непарал-
лельное расположение плоскости крепления карбюрато-
ра и осей подводящих патрубков. В процессе исследова-
ния были созданы некоторые конструкции впускных
труб, равномерно распределяющих смесь по цилиндрам
в каждой секции трубы.
Так, было показано, что в случае применения впуск-
ной трубы с параллельным расположением плоскости
крепления карбюратора и осей подводящих патрубков
(см. рис. 46) распределение смеси по цилиндрам зависит
только от карбюратора. В комплекте с карбюратором,
обеспечивающим равиомерное распределение топлива по
поперечному сечению выходящего из него потока смеси,
эта труба распределяет смесь по цилиндрам равномерно.
Однако использование такой трубы в условиях наклон-
ного расположения двигателя на автомобиле невозмож-
но, так как в этом случае карбюратор оказался бы на-<
клоненным назад на 5,5°.
Выше было показано, что и при использований впуск-
ной трубы с гребнями в зонах разделения (см. рис. 47)
распределение смеси по цилиндрам также зависит толь-
ко от карбюратора. Вполне вероятно, что в комплекте
с карбюратором, равномерно распределяющим топливо
по поперечному сечению выходящего из него потока
смеси, эта труба давала бы возможность получать
равномерное распределение смеси по цилиндрам. Однако
введение таких гребней на нижней поверхности зоны раз-
деления входного патрубка нежелательно. Гребни пре-
пятствуют перераспределению жидкой фазы топлива и,
следовательно, всякая асимметрия ее распределения по
сечению потока относительно разделительной плоскости
будет вызывать неравномерное распределение смеси по
цилиндрам. Кроме того, гребни повышают требования
к качеству изготовления впускной трубы, так как всякое
смещение разделительного гребня от разделительной
плоскости будет дополнительно создавать условия для
неравномерного распределения смеси.
Итак, рассмотренные конструкции впускных труб
имеют недостатки.
8|*	115
Первоначальный вариант впускной трубы вызывал
неравномерное распределение смеси только вследствие
того, что нижняя поверхность зоны разделения оказа-
лась наклонной к направлению потока смеси, входящего
в зону разделения. Нижнюю поверхность зоны разделе-
ния следовало бы расположить перпендикулярно осям
диффузоров карбюратора, определяющим направление
потока смеси. Тем самым причина, вызывающая пере-
распределение топлива в потоке смеси, была бы устра-
нена и были бы созданы условия для равномерного-рас-
пределения смеси по цилин-
драм.
Однако по компоновоч-
ным и производственным со-
ображениям взаимное рас-
положение плоскости крепле-
ния карбюратора и выход-
ных отверстий подводящих
патрубков во впускной трубе
должно было остаться неиз-'
менным. В связи с этим не1-
обходимо было, чтобы оси
подводящих патрубков были
Ряс. 51. Моделирование зоны параллельны плоскости
разделения на разборной трубе крепления карбюратора хо-
тя бы на участке зоны раз-
деления. Для экспериментальной проверки предлагаемого
способа в разборной трубе форма подводящих каналов
была изменена, как показано на рис. 51. При этом основ-
ное условие — перпендикулярность нижней поверхности
зоны разделения осям диффузоров карбюратора — было
строго соблюдено.
Результаты сравнительных испытаний разборной тру-
бы с измененными таким образом каналами и исходной
опытной впускной трубы, проведенных без подогрева
смеси, представлены на рис. 52 (при испытаниях исполь-
зовался карбюратор с первоначальным вариантом рас-
пылителей) . Как видно из рис. 52, о, во всем диапазоне
изменения нагрузки двигателя распределение смеси -при
разборной трубе (кривые II) значительно лучше, чем при
исходной трубе (кривые /). Особенно это заметно при
нагрузке 100% Ne, когда степень 'неравномерности со-
ставляет 20% при использовании исходной трубы и 8—9%
при использовании разборной трубы. Испытания с кар-
бюратором, повернутым на 180° в горизонтальной плос-
кости (рис. 52, б, кривые III) показали, что при исполь-
зовании разборной трубы неравномерное распределение
смеси по цилиндрам при полной и частичной нагрузках
связано только с особенностями конструкции карбю-
ратора.
Рис. Б2. Неравномерность распределения смеси по ци-
линдрам (л = 2600 об/мин):
/ — с впускной трубой в исходном состоянии; II— с разборной
впускной трубой и моделированной зоной разделения в соответ-
ствии с рис. 51; /Я —с разборной впускной трубой и моделиро-
ванной зоной разделения, с карбюратором, повернутым на 180°;
1—4 — цилиндры.
Проведенные эксперименты показали, что, изменяя
направление осей подводящих патрубков в зоне разде-
ления, отрицательное влияние впускной трубы опытного
двигателя на распределение смеси по цилиндрам можно
полностью устранить при сохранении неизменными внеш-
ней формы трубы, ее габаритов, способа крепления к го-
ловке блока и взаимного расположения плоскости креп-
ления карбюратора и выходных отверстий подводящих
П7
патрубков. При этом для сохранения неизменной площа-
ди поперечного сечения подводящих патрубков послед-
ние в зоне разделения и на некотором расстоянии от нее
могут быть выполнены прямоугольными. На рис. 53
представлен соответствующий вариант конструкции
впускной трубы.
Рис. 53 Измененная ппускная труба с прямоугольным сечением под-
водящих патрубков в зоне разделения
УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ОПЫТНОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Результаты проведенного исследования показали, что,
несколько изменив первоначально спроектированные для
опытного двигателя конструкции карбюратора и впуск-
ной трубы, можно добиться практически равномерного
распределения смеси по цилиндрам, питающимся от од-
ной камеры карбюратора, как по количественному соот-
ношению топлива и воздуха в смеси, так и по качеству
топлива, входящего в смесь.
Для определения максимально возможного увеличе-
ния мощности и улучшения топливной экономичности
опытного двигателя и целесообразности изменения кон-
струкции элементов системы впуска были проведены
116
сравнительные испытания. На основном режиме иссле-
дования при 2600 обIмин и полной нагрузке были сняты
две регулировочные характеристики двигателя по соста-
ву смеси с подбором оптимального угла опережения за-
жигания на каждой точке. Одна из характеристик сни-
малась при исходном состоянии системы впуска, когда
Рис. 54. Регулировочные характеристики по составу смеси
при количественной неравномерности распределения смеси
24 и 4% (п = 2600 об/мин, полная нагрузка):
с — распределение горючей смеси по цилиндрам; б — регулировоч-
ные характеристики: О— исходное состояние системы впуска, Рщах3
= 24%, а — система впуска с повернутым корбюратором на 180’.
С'гаех =
максимальная степень количественной неравномерности
распределения смеси достигала 24 %, другая — с теми же
карбюратором и впускной трубой, но карбюратор был
повернут на 180° в горизонтальной плоскости, когда в ре-
зультате взаимной компенсации явлений, вызывающих
неравномерность распределения смеси, максимальная
степень неравномерности не превышала 4% (рис. 54,с).
Снятие обеих характеристик с одними и теми же отдель-
ными элементами впускной системы (воздушный фильтр,
карбюратор и впускная труба) позволило устранить
возможность влияния на полученные результаты таких
119
факторов,, как качество распиливания топлива, условия
подогрева смеси и т. п. Если еще учесть, что для исклю-
чения влияния атмосферных условий на точность опытов
характеристики снимались в течение одного дня непо-
средственно одна за другой, то изменение показателей
работы двигателя, наблюдающееся при изменении поло-
жения карбюратора, может быть объяснено только раз-
личным распределением смеси по цилиндрам.
Как видно (рис. 54, б), уменьшение максимальной сте.-
пени количественной неравномерности распределения
смеси по цилиндрам с 24 до 4% на режиме полной на-
грузки при 2600 обилии увеличивает максимальную мощ-
ность опытного двигателя с 33 до 33,5 л. с., т. е. примерно
на 1,5%, и уменьшает минимальный эффективный удель-
ный расход топлива с 227 до 207 г/(л. с. ч.), т. е. на 9%.
Снижение удельного расхода топлива, сответствующего
максимальной мощности, происходит при -этом на- 7,5%
[с 256 до 237 г/(л. с. «.)]. Если вернуться к исходной ха-
рактеристике неравномерности распределения смеси по
цилиндрам опытного двигателя, то видно, что при работе
двигателя с полной нагрузкой максимальная степень
неравномерности распределения смеси относительно
общего по двигателю состава смеси составляет 15—30%
Дем. рис. 38, а). Следовательно, приведенный пример
показывает, что улучшение мощностных и экономических
показателей опытного двигателя при 2600 об!мин вслед-
ствие улучшения распределения смеси может быть
распространено на все скоростные режимы внешней ха-
рактеристики.
Как уже отмечалось ранее, одним из последствий ка-
чественной неравномерности распределения смеси по ни- f
линдрам двигателя является снижение реальной эффек- 4
тивности использования топливных присадок,-Действи-
тельно, как видно из общей картины неравномерности
распределения антидетонатора ТЭС по цилиндрам опыт-
ного двигателя в исходном состоянии, на тех режимах
его работы, при которых наиболее вероятно возникно-
вение детонации, в двух цилиндрах (первом и втором)
оказывается топливо, концентрация антидетонатора в ко-
тором на 7—9% ниже, чем в исходном топливе, посту-
пающем в карбюратор (см. рис. 40). Это означает, что
реальная эффективность использования антидетонатора
ТЭС в опытном двигателе с первоначально спроектиро-
120
ванной системой впуска оказывается сниженной на 7—
9%, так как при прочих равных условиях бездетона-
ционную работу двигателя в целом будут определять ци-
линдры, в которые поступает топливо с наименьшей кон-
центрацией антидетонатора. Изменяя конструкцию
впускного тракта, можно добиться равномерного распре-
деления антидетонатора 'по цилиндрам. Следовательно»
в этом случае требуемое для двигателя октановое число
топлива будет получено при уменьшенной на 7—9%
исходной концентрации антидетонатора.
В соответствии с проведенными исследованиями бы-
ла спроектирована и изготовлена измененная впускная
труба, в основу конструкции которой положена схема»
показанная на рис. 53.
Распределение смеси по цилиндрам опытного двига-
теля, питающимся от одной камеры карбюратора, при
использовании измененной впускной трубы представлено-
на рис. 55 а—д. Там же для сопоставления показано рас-
пределение смеси, полученное при исходном состоянии
опытного двигателя, т. е. при использовании первоначаль-
ного варианта опытной впускной трубы. Как видно из
приведенных на рис. 55 данных, практически на всех тех
исследованных режимах работы двигателя, на которых
вообще наблюдалось неравномерное распределение смеси,
степень неравномерности с измененной впускной трубой
примерно в 2 раза меньше, чем с опытной. Установлено,
что вся остающаяся при использовании измененной трубы
неравномерность вызывается конструктивными особенно-
стями первоначально спроектированного карбюратора,
который использовался при этих экспериментах.
Проверка распределения ТЭС по цилиндрам опытно-
го двигателя с измененной впускной трубой, проведен-
ная на режимах полной нагрузки при п = 1400, 1800»
2200 и 2600 об!мин, показала, что в этом случае, несмот-
ря на наличие некоторой количественной неравномер-
ности распределения смеси (рис. 55), во все цилиндры
двигателя поступает топливо с практически одинаковой
концентрацией антидетонатора. Учитывая, что основная
масса ТЭС в процессе смесеобразования остается и
жидкой фазе топлива, равномерное распределение ТЭС
по цилиндрам двигателя свидетельствует о том, что во-
все цилиндры поступает смесь с одинаковым соотноше-
нием паровой и жидкой фаз топлива. Другими словами»
121
равномерное распределение ТЭС свидетельствует о том,
что в опытном двигателе с измененной впускной трубой
•Рис. 55. Неравномерность распределения смеси по цилиндрам, пи-
тающимся от одной камеры карбюратора:
------опытная впускная труба в исходном состоянии; -иаменеикая впуск-
ная труба:	— цилиндры
качественная неравномерность распределения смеси во-
обще отсутствует.
Для определения улучшения мощностных и экономи-
122
ческих показателей двигателя при замене первоначаль-
ного варианта впускной трубы на измененную были про-
ведены сравнительные регулировочные испытания двига-
теля при последовательном использовании этих труб
в комплекте с одним и тем же образцом первоначально
спроектированного карбюратора. Испытания проводи-
лись при п — 1800, 2600, 3400 и 4200 об1мин на режимах
полной нагрузки, а при п — 2600 об[мин и на режимах
частичных нагрузок, соответствующих 75, 50 и 25% от
полной. В целях повышения надежности сопоставления
получаемых результатов каждые две сравниваемые
характеристики снимались в течение одного дня Все
характеристики были сняты с подбором оптимального
угла опережения зажигания на каждой точке характе-
ристики.
На рис. 56 представлены серии регулировочных ха-
рактеристик двигателя при работе его на режимах пол-
ной нагрузки. Как видно, наполнение двигателя с обеими
впускными трубами одинаковое.. В соответствии с этим
совпали и кривые коэффициента избытка воздуха. Из
сопоставления кривых мощности видно, что при всех чис-
лах оборотов и во всем диапазоне изменения регулировки
Таблица 4
Основные точки регулировочных характеристик
опытного двигателя (рис. 56)
Показателе	Впускная труба	Число оборотов двигателя в минуту			
		1800	| 2600	3400	4200
Максимальная мощность	Опытная	22.5	33,0	44,4	50/)
В л. с.	Измененная	22,8	33,4	44,8	50,3
Удельный расход топли-	Опытная	250	25?	258	269
па, соответствующий мак- симальной мощности, в	Измененная	239	243	244	260
г/(л. с. ч.) Минимальный удельный	Опытная			227	232	244
расход топлива в г/(л. с. ч.)	Измененная	м 	213	221	237
Коэффшшентизбытка воз-	Опытная	0,80	0,80	0,80	0,79
духа, соответствующий мак- симальной мощности	Измененная	0.84	0,83	0,83	0.82
Коэффициент избытка	Опытная	—	0,86	0,95	0,95
воздуха, соответствующий минимальному удельному расходу топлива	Измеленная		1.01	0.99	0.98
123
Ряс. 57. Регулировочные характеристики опытного двигателя по составу смеси на частичных
нагрузках (га = 2600 об/мин):
опытная впускная труба в исходной состоянии:	измененная впускная труба
карбюратора мощность двигателя с измененной впуск-
ной трубой несколько выше, чем при использовании
опытной впускной трубы. В соответствии с этим изменя-
ются и удельные расходы топлива.
В табл. 4 приведены значения основных точек регу-
лировочных характеристик опытного двигателя на пол-
ной нагрузке с опытной и измененной впускными труба-
ми. Как видно из таблицы, замена опытной впускной
трубы на измененную вызывает в среднем по всему
диапазону изменения числа оборотов двигателя, увели-
чение мощности на 1 % и улучшение топливной экономич-
ности примерно на 5%. Увеличение коэффициента из-
бытка воздуха, соответствующего мощностной и эконо-
мической регулировкам, составляет при этом 4—5%.
Представленные на рис. 57 результаты сравнитель-
ных испытаний Ьпытного двигателя на нагрузочных ре-
жимах его работы при п = 2600 об!мин показывают, что
расширение пределов эффективного обеднения смеси
и улучшение топливной экономичности двигателя при
переходе с опытной впускной трубы на измененную
происходит в- диапазоне изменения нагрузки от 100%
до примерно 50% от максимальной, т. е. как раз в том
диапазоне, где наблюдается и заметное улучшение рас-
пределения смеси. Минимальное значение эффективного
удельного расхода топлива с измененной впускной тру-
бой составляет 210 а/(л. с. ч.) против 224 г/(л. с. ч.), по-
лученных с исходным вариантом впускной трубы.
В заключение необходимо подчеркнуть, что показан-
ное на рис. 56 и 57 увеличение мощности и улучшение
топливной экономичности опытного двигателя было до-
стигнуто только в результате изменений конструкции
впускной трубы. Дополнительный эффект от устранения
неравномерности распределения смеси может быть по-
лучен после изменения конструкции распылителей глав-
ной дозирующей системы карбюратора.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Автоматические газоанализаторы. Сборник статей. Под. ред.
В. А. Павленко. М., 1961. (ЦИНТИАМ).
2.	Андреев В. И. Определение концентрации антидетона-
торов в топливе, поступающем в цилиндры многоцилиндрового кар-
бюраторного двигателя. — «Автомобильная промышленность»,
1964, № 7
3.	Ирисов А. С. Испаряемость топлив для поршневых дви-
гателей и методы ее исследования. М., Гвстоптехиздат, 1955.
4	Ленив И. М., Малашкйн О. М. и Самоль Г. И.
Системы топливоподачи автомобильных и тракторных двигателей-
М., Машгиз, 1963.
5.	Маркова И. В. и Полухин Е. С. Отдельные резуль-
таты экспериментальных работ по двигателю для автомобиля «Запо-
рожец». — «Автомобильная промышленность».,’ 1961, Ne 9.
6.	Райков И. Я- и Ершов В., В. К вопросам плевио-
образования в карбюраторных двигателях. — «Автомобильная про-
мышленность», 1964, № 11.
7.	- Чачхиани И. К. К вопросу о неравномерности
распределения смеси по цилиндрам автомобильных двигателей. 1954
(Труды Горьковского политехнического института. Т. 9. Вып. 2).
8.	Черняк Б. Я. и Карельский В. И. О методике
определения неравномерности составов смеси в различных цилиндрах
карбюраторного двигателя. В сб. «Теория, конструкция, расчет и-
испытание двигателей внутреннего сгорания». М., Изд-во АН СССР,
1962 (Труды института двигателей. Вып. 6).
9.	Cooper D. Е-, Courtney R L, Hall C. A. Radio-
active tracers Cast new Light on Fuel distribution. —«SAE», prep-
rints, 1959, N 6T.
10.	Donahue R W., Kent R. H. A Study of Mixture
Distribution. — «SAE», 1950 V 4, oct.
11.	Dorges E. A. Gemischverteilung an einem Vierzylinder-'
Vergasermotor. «ATZ», 1957, N 7.
12.	Dorges E. A. Gemischverieilung an Mehrzylinder — Ver-
gasermotoren.—«ATZ», 1959, N 6.
13	Downs D. Lead Distribution an investigation on a Typical
Road Vehicle Engine.—«Automobile Engineer», 1949, VIII.
14.	Freeh e F. Gemischverieilung am EMW 340 mit Quetsch-
kopf. — «Kraftfahrzeng — technik», 1960, N 2.
15.	Mr a mor F. Gemischbildung in Mehrzylinder—Ottomotoren
mlt Vergaserbetrleb.— Denische Kraftfahrtforschungs, 1944, H—82.
16.	Wachal A. Mixture Sampling Development ©I a Method
for Fuel and T. E. L. Distribution Study — «Automobile Engineer»,
1954. 44, march.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.................................................. 3
Основные причины неравномерного распределения смеси по
цилиндрам двигателя..................................... ?
Методы определения качества смеси, поступающей в отдель-
ные цилиндры........................................... 64
Исследование распределения смеси по цилиндрам опытного
двигателя МЗМА для доводки конструкции впускного
тракта....	.......... ... 87
Литература............................ ...	• 127
Виктор Иванович Андреев, Сергей Николаевич Волин,
Яков Владимирович Горячий. Борис Яковлевич Черняк
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕСИ В КАРБЮРАТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ
Редактор издательства В\ В. Глебова-Аеияова
•Технический редактор В. П. Смирнова	Корректор И И Шарунина
Обложка художника Л. С. Вендргт
Сдано в. производство 13/VIII 1S65 г. Подписано к печати 19/11 1966 г. Т-00956,
Тираж 6500 экз. Печ. л. 6,72. Бум. л. 2.0. Уч.-язд. л- 7.0. Теыплан 1966 г.
№ 140. Формат 84Х108*/а1. Цена 42 к. Зак. 5-214271
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ». Москва, Б-66, 1-Й Басманный пер., 3.
Тмпоофсетная фабрика Комитета по печати при Совете Министров
Украинской ССР. Харьков, ул, Энгельса, 11.