От бензобака до выхлопной трубы

Бензин хорошо сгорит и превратится в CO₂ и H₂O только при наличии достаточного количества кислорода. Для полного сгорания 1 кг бензина при нормальном атмосферном давлении 101,3 кПа и температуре 20°С нужно 14,5... 14,9 кг воздуха - в зависимости от состава бензина. Горючую смесь с таким составом называют нормальной или говорят, что коэффициент избытка воздуха в ней α=1. Причем

где M - действительная масса воздуха в смеси;

M_в - действительная масса топлива в смеси;

M_от от - теоретически необходимая масса воздуха для сжигания 1 кг топлива.

Однако для того чтобы бензин в нормальной смеси полностью сгорел, его пары должны быть равномерно перемешаны с воздухом. На самом же деле на коротком отрезке пути от карбюратора до цилиндров такая равномерность не достигается, и поэтому для полного сгорания нужно, чтобы в смеси был избыток воздуха - 16...17 кг на 1 кг бензина или α=1,05...1,15. Такую горючую смесь называют обедненной. При работе на ней обеспечивается наибольшая экономичность и наименьшее загрязнение окружающей среды.

Но если продолжать процесс обеднения смеси, горение станет вялым и будет продолжаться в течение всего рабочего хода поршня и даже до момента открытия впускного клапана. При этом будет происходить "чихание" в карбюраторе - первый признак бедной смеси. Раз бедная смесь продолжает гореть в то время когда поршень уже внизу, выделившееся тепло не производит полезной работы, а повышает температуру отработавших газов. В результате экономичность снижается, а выпускные клапаны могут прогореть.

При работе на бедной смеси (α=1,20... 1,45) удельный расход топлива¹ увеличивается на 8...12%, а двигатель перегревается.

¹ (Удельный расход топлива выражается отношением количества израсходованного двигателем топлива к полезной работе за то же самое время, г/кВт·ч (г/кДж))

Когда количество воздуха в смеси повышается до 20...22 кг на 1 кг бензина (α=1,35...1,5), горение прекращается и двигатель останавливается.

Но раз удельный расход топлива минимален при обедненной смеси, то может быть и работать всегда на ней? Оказывается, нет. Все-таки горит она вяловато! Самое интенсивное горение имеет место при обогащенной смеси (α=0,7...0,85), и именно при работе на ней двигатель развивает максимальную мощность. Готовить такую смесь помогает система экономайзера при нажатии до отказа педали управления дроссельными заслонками. Но бензин при этом, естественно, сгорает неполностью и, мало того, что его удельный расход повышается на 12...15%, еще происходит и интенсивное загрязнение окружающей среды. Значит, чем больше резвость, тем больше аппетит!

Дальнейшее повышение содержания бензина в топливной смеси - это совсем плохо. При работе двигателя на богатой смеси (α=0,6...0,8) мощность уменьшается на четверть, а расход бензина увеличивается на треть. Богатая смесь плохо воспламеняется, несгоревшая смесь выбрасывается в глушитель, где ее может поджечь выхлоп из другого цилиндра. В этом случае раздается "выстрел", из выхлопной трубы вылетает черный дым, и еще хорошо, если глушитель после этого останется цел!

Такова самая общая картина сгорания бензина. Но она в решающей степени зависит от многих факторов: температуры воздуха и двигателя, степени открытия дроссельных заслонок, опережения зажигания и др.

...Этой весной, слегка морозным мартовским утром, я пришел на стоянку, открыл капот своей новой машины и с огорчением констатировал, что уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке чуть понизился. С мыслью о том, что в ближайший выходной нужно заняться поисками течи в системе охлаждения, сел за руль и поехал на работу. Проехал километра три, и вдруг на крутом повороте в багажнике что-то глухо бухнуло (как оказалось - упала канистра с маслом). Не останавливая двигатель, выхожу из машины и... холодею: из выхлопной трубы капает вода! Не отдельными редкими каплями, а капля за каплей - кап, кап... Неужто через прокладку головки блока антифриз попадает в цилиндры? Начинаю думать, как это может быть, и прихожу к выводу, что мне радоваться нужно, а не огорчаться! Действительно, если нарушается герметичность стыка между головкой блока и блоком цилиндров, в первую очередь во время рабочего хода под действием высокого давления газы будут попадать из камеры сгорания в систему охлаждения, и из соединительной трубки в расширительный бачок пойдут пузыри. Я же открыл пробку радиатора и увидел чистый, как слеза, антифриз. Охлаждающая жидкость может попадать в цилиндр только при ходе всасывания, когда давление в цилиндре меньше, чем в системе охлаждения. Но раз при гораздо большем перепаде давлений в систему охлаждения ничего не попадает, то крайне маловероятно и обратное проникновение жидкости: не стоит же в месте течи что-то вроде обратного клапана!

А вода, как сказал школьник, продукт сгорания бензина, и если она конденсируется в глушителе, то это свидетельствует о хорошей настройке карбюратора и регулировке системы зажигания. Ведь если горючая смесь была бы бедной или момент зажигания поздним, из цилиндров вылетали бы слишком горячие отработавшие газы, которые не успевали бы сконденсироваться в глушителе.

Вода из выхлопной трубы недостаточно прогретого двигателя в прохладную погоду (ниже +5°С) - признак хорошего состояния двигателя. А место течи антифриза я, разумеется, потом нашел.