Карбюраторный автомобиль

   «Карбюраторный автомобиль».
                Оглавление.
1. Предисловие.
2. Расходы на эксплуатацию автомобиля.
3. Распределение тепловой энергии в бензиновом двигателе внутреннего сгорания.      
4. Энергетическая диаграмма равномерного движения автомобиля.
5. Мощность двигателя.               
6. Влияние прямой передачи, объёма и степени сжатия двигателя, на расход топлива при равномерном движении автомобиля.
7. Приготовление, поджег и горение топливной смеси.
8. Качество топлива и топливной смеси.
9. Детонация.
10. Расход топлива автомобилем.
11. Впрыск топлива.
12. Карбюраторная система питания.
13. Секреты топливной смеси.
14. Заключение.
   
1. Предисловие.
В настоящее время электронная техника позволяет решать все новые и новые технические задачи. Применение вычислительной техники в автомобилестроении, привело к нежелательным изменениям технологии процесса смесеобразования и горения топливной смеси в двигателе, и к последующей борьбе с этими недостатками.
Нельзя сказать, что карбюратор, это прошлое автомобилестроения. Поскольку требования у каждого пользователя свои, разговор пойдёт о свойствах бензинового двигателя.

2. Расходы на эксплуатацию автомобиля.
Расходы на эксплуатацию автомобиля, зависят от технических характеристик автомобиля. Величины механического сопротивления движению автомобиля, объёма и степени сжатия двигателя, процесса смесеобраования и времени горения бензо воздушной смеси.
Время горения топливной смеси зависит от качества работы системы питания, свойств топлива, и в меньшей степени от мощности искры воспламенения.
Конструктивные особенности шины определяют сопротивление началу движения. Динамические потери в шинах разделяются на две составляющие. Потери, связанные с передачей усилия двигателя, линейно зависящие от  момента двигателя. И  динамические потери, связанные с изменением формы шины при движении, пропорциональные квадрату скорости движения автомобиля.
Аэродинамическое сопротивление движению автомобиля имеет динамическую и статическую составляющие. Динамическая составляющая пропорциональна квадрату скорости автомобиля, связана с перемещением массы воздуха. Статическая составляющая пропорциональна разности давления передней и задней поверхности кузова автомобиля.
Общие затраты механической энергии на равномерное движение автомобиля складываются из суммы затрат на преодоление сопротивления воздуха и механическому движению автомобиля, статических и динамических потерь в шинах. Которые могут быть определены, как сумма постоянных и переменных частей.
Постоянная величина равна статическому сопротивлению шин движению, величина переменной части определяется пропорционально квадрату скорости движения автомобиля.
Статическая нагрузка на двигатель для ВАЗ 21063 составляет 20,6 и 86,3 н*м. При скорости автомобиля на четвертой передаче от 40 до 140 км/ч. на прямой передаче.
Статическая нагрузка на двигатель ВАЗ 21093 - 39 и 110 н*м. При скорости автомобиля на пятой передаче от 70 до 170 км/ч.
Динамическая нагрузка пропорциональна квадрату скорости автомобиля.
Не смотря на столь вольный подход к определению, нагрузка на двигатель при равномерном движении автомобиля. Нагрузочная характеристика двигателя обладает достаточной точностью.

3. Распределение тепловой энергии в бензиновом двигателе внутреннего сгорания.      
Энергия, полученная путём сгорания топливной смеси разделяется на две основные части. Механическая работа и тепловая энергия.
Механическая работа делится на работу движения автомобиля и механические потери в двигателе.
В состав механических потерь двигателя входят:      
1. Работа впуска рабочей смеси.
2. Работа выпуска отработанных газов.
3. Работа привода клапанов, масляного насоса, насоса охлаждения, генератора.
Тепловые потери двигателя состоят из тепловой энергии нагретых отработанных газов и тепловой энергии переданной охлаждающей жидкости.
Отработанные газы совершают работу, расширяясь в атмосферу, при открытии выпускного клапана. И уносят остаточное тепло.
Тепловая энергия, переданная охлаждающей жидкости. Результат теплообмена, между рабочими газами и цилиндром двигателя.

4. Энергетическая диаграмма равномерного движения автомобиля.               
Механическая работа, тепловая энергия нагретых отработанных газов и тепловая энергия переданная охлаждающей жидкости, находятся в зависимости от времени горения топливной смеси.
На рисунке представлена энергетическая диаграммы двигателя ВАЗ-21093 объемом 1500 см3. Степень сжатия 8,5, при равномерном движении автомобиля. Которая показывает результат использования доработанного штатного карбюратора ВАЗ-2108 «Feniks».
Наименование линий графика.
1. Расход топлива *10 Л/100 км.
2. Разряжение в коллекторе.
3. Разряжение в цилиндре.
4. Наполнение цилиндра.
5. Механический коэффициент двигателя.
6. Механическая работа.
7. Механическая работа на валу двигателя.
8. Работа впуска.
9. Работа выпуска.

5. Мощность двигателя.
Мощность двигателя далеко не последний потребительский фактор. Запас мощности двигателя, это спокойствие и уверенность водителя при маневрах, и важный фактор активной безопасности.
Поскольку мощность, объём, вес и линейные размеры двигателя связаны между собой. Мощность, приходящаяся на единицу рабочего объёма двигателя, является универсальной характеристикой двигателя.
Максимальная мощность двигателя зависит от рабочего объёма, степени сжатия двигателя, времени горения смеси, и максимально допустимого (и при этом эффективного) наполнения двигателя. Всем известно явление потери нарастания тяги двигателя, при чеорезмарном наполнении цилиндров топливной смесью. Для избежания этого явления и была придумана электронная педаль газа.
Степень сжатия топливной смеси и наполнение цилиндра смесью, определяют начальное давление при воспламенении и горении топливной смеси. Начальное давление воспламенения, время горения смеси и скорость вращения двигателя -  определяют рабочее давление горения топливной смеси, и механическую работу двигателя. Увеличение детонационной стойкости смеси, позволяет увеличить наполнение цилиндров топливной смесью и вращающий момент двигателя. Чем выше наполнение цилиндра двигателя, тем выше начальное давление в цилиндре, тем быстрее разгорается очаг горения смеси, тем быстрее сгорает топливная смесь, тем меньше время горения смеси и тем выше механическая отдача двигателя. Уменьшение времени горения топливной смеси увеличивает механический КПД двигателя и перемещает максимальный вращающий момент на его валу, в область более высоких оборотов двигателя. Одновременно уменьшает тепловые потери в двигателе и увеличивает максимальную мощность двигателя.

6. Влияние прямой передачи, объёма и степени сжатия двигателя, на расход топлива при равномерном движении автомобиля.
Прямая передача автомобиля рассчитана таким образом, чтобы максимально возможная скорость автомобиля была достигнута при максимально допустимой паспортной  мощности двигателя. Если увеличить прямую передачу, либо уменьшить размер шин, произойдет уменьшение максимальной скорости автомобиля. Двигатель окажется мало нагруженным. Аналогичный результат будет получен, если увеличить рабочий объем двигателя. Объём камеры сгорания и самого двигателя увеличивается, что приведёт к увеличению работы впуска, и снижению начального давления рабочих газов. Уменьшение начального давления рабочих газов произойдёт при уменьшении степени сжатия двигателя. Расход топлива автомобилем при этом увеличится. Обратные действия приведут к уменьшению расхода топлива автомобилем. Динамика автомобиля и его максимальная скорость при этом уменьшатся. Большое значение имеет способность топлива к испарению. Чем лучше испаряется топливо, тем больше наполнении цилиндра и большая детонационная стойкость топливной смеси.
Не стоит забывать, что топливо никогда полностью не испаряется, а сама бензо водушная смесь состоит из мелкодисперсной взвеси капель топлива и паров бензина,  необходимых для поджига смеси.

7. Приготовление, поджег и горение топливной смеси.
Приготовление, поджег и горение топливной смеси, зависит от многих факторов. Единрого мнения в этом вопросе быть не может, поскольку мы никогда абсолютно достоверно знать не можем, о природе происходящих процессов.
Приготовление топливной смеси происходит в движущемся потоке воздуха, с последующим распылением до парообразного и капельного состояния.
С парами топлива все понятно, это газообразное состояние топлива. Паров топлива должно быть достаточно для искрового поджега смеси. А вот с капкельным состоянием топлива не все так просто. Во первых всегда присутствует фракционность размеров капель. Она же определяет и испарение топлива с поверхности капнель, и последующе "догорание" капель в процессе горения топливной смеси.
Начнем с испарения топлива с поверхности карпель.
Теорий перехода жидкости в газообразное состояние на рубеже жидкость газ множество. Все они имеют основания быть, и все имекют исключительно косвенные доказательства. Учебники утверждают, что выход молекулы жидкости из объема жидкости в газовую среду, происходит за счет повышенной энергии полученной от других молдекул. Но есть предположение, что поверхностный слой жидкости подвергается насыщению молекулами газа, что приводит к ослаблению связи между молекулами жидкости. В то же время разряжение в цилиндре тоже увеличивает выход молекул топлива в газообразное состояние, равно как и температура самого топлива.
И так, первый вывод. Чем меньше размер капель топлива и больше их количество, тем больше поверхность испарения. Все эти явления могут иметь место быть.
И второй, не менее важный вывод. Чем меньше капля топлива, тем быстрее она сгорит. А это значит, что нарастание давления в цилиндре двигателя, будет выше, при уменьшении размеров капель топлива.
Из этих двух заключений можно сделать вывод, что главным элементом двигателя является системеа питания и ее свойства, по мимо свойств самого топлива.

8. Качество топлива и тппливной смеси.
Про качество топлива всем известно. Ходила машина нормально, а тут заправился и ее словно кто за хвост держит. А почему "держит"? Просто увеличилось время горпения топливной смеси, и уменьшилось эфективное наполнение цилиндров двигателя. В следствии большей вязкости, вновь залитого топлива.
Отсюда возникает вопрос, может ли систнема питания "исправить" погрешности топлива? И ответ на этот вопрос, уже известно где искать.
Если система питания способна обеспечить распыление более вязкого топлива до необходимых размеров капель. То можно получить А-93 из А-76.
А можно ли получить от двигателя большую мощность чем паспортная?
Можно, если ситстема питания способна обеспечить должноне смесеобразование, при меньших - температуре и разряжении в цилиндре двигателя. То есть при большем его наполнении топливной смесью.
Штатная мощность современных 1,5 Л. двигателей обеспечена при наполнеении цилиндров двигателя 0,77. Примерно составляет 80 Л.С. (ВАЗ 2106) при 5600 об/мин.
Максимально возможное наполнение цилиндров двигателя составляет  и 0,86 (9,9) и 0,865 (8,5).
При наполнении 0,78. получаем 82,1 Л.С. и максимальной момент 123 Н.
Мощность двигателя, это всего лиш, предельная скорость автомобиля.
Динамику автомобиля обеспечивает крутящий момент, а он напрмую зависит от времени горения топливной смеси, а та, от системы питания автомобиля и качества топлива.
И еще один сложный для понимания вопрос.
Если объем камеры сгорания увеличить на 20%, то крутящий момент двигателя вырастет на 18,5%, а расход топлива увеличится на 10%. Корень квадратный от величины увеличения камеры сгорания.
В приведенном примере, уменьшение времени горения топливной смеси перекрывает увеличение объема камеры сгорания.
 
9. Детонация.
При детонации, воспламенение смеси носит взрывной характер. Причина детонации, это бедная смесь по всему объему и прежде всего по поверхности камеры сгорания и поршня. Фронт пламени проходит по всему объёму смеси с высокой скоростью. Форма и температура стенок камеры сгорания, расположение свечи зажигания играют в этом процессе не последнюю роль. Несгоревшее при этом топливо в капельной форме, медленно догорает. Более высокая скорость горения смеси, рядом с поверхностью камеры сгорания, приводит к охвату несгоревшей части смеси пламенем, с чрезмерным нарастанием давления. Температура стенок цилиндра и их чистота, форма камеры сгорания и расположение свечи зажигания, определяют детонационную стойкость двигателя. Перегретый двигатель проявляет большую склонность к детонации.
 
10. Расход топлива автомобилем.
Расход топлива автомобилем, при равномерном движении, зависит от объёма и механического коэффициента двигателя, передаточного числа коробки передач и главной передачи, времени горения смеси, угла опережения зажигания. И в малой степени от мощности искры воспламенения.
Увеличение детонационной стойкости топливной смеси, позволяет увеличить наполнение цилиндра двигателя. Необходимый объём двигателя уменьшается. Более загруженный двигатель расходует меньше топлива.
Механический коэффициент двигателя зависит от реального расширения рабочих газов в процессе их горения. Определяющим является объем окончания горения топливной смеси. Нет необходимости  увеличивать степени сжатия выше 9,0. При дальнейшем увеличении степени сжатия снижается мощность двигателя на единицу объема, при незначительном уменьшении расхода топлива автомобилем. Увеличивается работа впуска смеси. Но, зачем это делается?
Дело в том, что по сути, крутящий момент двигателя напрямую зависит от объема камеры сгорания. Чем больше камера сгорания, тем больше смеси единовременно произведет работу. А увеличение объема двигателя при одном и том же размере камеры сгорания, увеличивает разряжение в цилиндре двигателя, и тем самым улучшает состояние топливной смеси.

11. Впрыск топлива.
Компьютерное управление работой бензинового двигателя позволяет контролировать и управлять процессами смешивания и горения топливной смеси:
1. Расчет подачи топлива в двигатель.
2. Расчет угла зажигания и его корректировка.
3. Контроль концентрации кислорода в составе отработанных газов.
4. Измерение расхода воздуха.
5. Измерение угловой скорости двигателя.
6. Запуск и прогрев холодного двигателя.
Названные процессы обладают высокой точностью регулирования.
Исполнительная часть, впрыска топлива в двигатель, имеет существенные недостатки:
1. Неравномерное распределение топлива по объёму воздуха.
2. Время на испарение топлива уменьшается в два раза, по сравнению с карбюраторным двигателем.
3. Необходимость обеспечения заданной температуры катализатора, и его наличие в системе выпуска отработанных газов.
4. Наличие катализатора нейтрализует только 90% окислов азота, и по факту не уменьшает выброс вредных газов в атмосферу, по сравнению с карбюраторным двигателем.
5. В режиме максимальной нагрузки двигателя, горение топлива очень похоже на горение топлива в дизельном двигателе.
6. Баланская смесь не самая энергетически выгодная смесь.
7. При горении смеси образуются ядовитые вещества, которые необходимо преобразовать в безвредные химические соединения.
   В числе вредных продуктов горения окислы азота и углерода. Окислы углерода и свободный углерод появляются при недостатке кислорода. Окислы азота образуются при недостатке кислорода, и при более высокой температуры горения смеси.
Неравномерное распределение топлива по объёму воздуха, одна из причин одновременного наличия свободного кислорода в одном объёме смеси, и его недостатка в другом.
  Указанные недостатки  усложняют конструкцию автомобиля и не позволяют получить максимально возможную полезную и экономичную работу двигателя, при горении топливной смеси. Ограничивают максимальный механический момент и мощность двигателя. А самое главное увеличивают ЦЕНУ двигателя и автомобиля в целом.

12. Карбюраторная система питания.
Карбюратор представляет собой прибор, обеспечивающий автоматическое дозирование топлива, его испарение и смешивание с воздухом, а также регулирование количества смеси подаваемой в цилиндры двигателя. Экономичное массовое соотношения воздуха и бензина - 1часть топлива на 16,5 частей воздуха. Коэффициент избытка воздуха B=1,1.
Благодаря простоте и надежности в эксплуатации, многие автолюбители остаются верными карбюраторному автомобилю. Издания по автомобильной тематике содержат теоретические знания по вопросам карбюраторного смесеобразования, воспламенения и горения смеси. Но есть вопросы, которые мало освещаются. И каждый автолюбитель отвечает на них самостоятельно.
Никому не придет в голову оспаривать утверждение: «Мощная искра - мощный двигатель». Система зажигания ВАЗ 2106 является достаточно  мощной, характерная особенность зажигания ВАЗ 2108 -  высокая стабильность искры. Дальнейшее развитие - плазменное зажигание гораздо более мощное, способное воспламенять бедные смеси. Но есть и другая сторона, сама топливная смесь.
Мощность искры воспламенения должна быть достаточной для холодного пуска двигателя. Время горения смеси мало зависит от источника воспламенения. Температура и массовое соотношение смеси, наполнение цилиндра, форма и размеры камеры сгорания, расположение свечи зажигания, скорость вращения двигателя и момент зажигания, и само качество смеси (доля - паров, капель и их размеры) - определяют время горения смеси.
Первоначальный  угол опережения зажигания определён режимом холостого хода. Как правило, составляет 5-7 градусов (ВАЗ 2101), либо 0 градусов (ВАЗ 2108). Дополнительный угол зажигания определяется центробежным регулятором пропорционально вращению двигателя, и вакуумным регулятором соответственно давлению в коллекторе впуска, от 0,9кг/см2 до 0,8кг/см2, соответственно от 0 до 7-10 градусов. Задача - воспламенить смесь так чтобы нарастание давления при горении не вызвало детонацию (не слишком рано), и не было бы слишком малым (не слишком поздно). Ранее зажигание вызывает детонацию. Позднее зажигание приводит к вялому горению топливной смеси, с малым рабочим давлением горения. Причиной более длительного горения топливной смеси является увеличение объема рабочей смеси при ее горении. Момент зажигания определяет как крутящий момент и мощность двигателя, так и экономичность автомобиля.
Максимальное давление, при горении топливной смеси, без проявления детонации, определяет минимально допустимые размеры камеры сгорания, для данного объема двигателя. Размеры и форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания, скорость вращения двигателя и угол опережения зажигания, максимально допустимое наполнение цилиндра топливной смесью - определяют степень сжатия двигателя для топливной смеси, пригатовленой конкретной топливной сисемой.
Очевидно, что максимальное давление в цилиндре может быть создано лишь при его достаточном наполнении. Реальное наполнение двигателя топливной смесью не превышает. Падение механического момента двигателя при высоких оборотах двигателя вызвано тем, что время на горение уменьшается, и горение смеси происходит в большем объёме, не смотря на более активный "розжиг" топливной смеси. При максимальной нагрузке, карбюратор поставляет более обогащенную смесь, что способствует уменьшению времени горения смеси.
Чрезмерное наполнение цилиндра на низких оборотах двигателя, приводит к увеличению времени горения смеси. Происходит уменьшение температуры р, образованной карбюратором и остатком отработанных газов в камере сгорания. А так же низкое перемешивание смеси и падкение разряжения в цилиндре двигателя. Что приводит к увеличению времени горения смеси, и появляется склонность к детонации, в следствии обеднения смеси. Топливо плохо испаряется и плохо распыляется.
За наполнение двигателя принимается, объем вновь приготовленной карбюратором смеси, на два полных оборота двигателя, приведённый к нормальным условиям, отнесённый к рабочему объему двигателя.
Время горения смеси зависит от наполнения цилиндра, и совместно с ним определяет механический момент, в зависимости от скорости вращения двигателя и угла опережения зажигания. Детонационная стойкость топливной смеси определяет энергетическую отдачу топлива и двигателя в целом.
 
13. Секреты топливной смеси.
Карбюраторная система питания «Feniks» обеспечивает мягкую работу двигателя при низких оборотах двигателя. Не требует применение дорогостоящих катализаторов в системе выпуска и компьютерной системы управления двигателем. Надёжна и проста в эксплуатации. Карбюратор «Feniks», готовит смесь высокой детонационной стойкости, используя стандартное топливо А-76.
Но, в настоящее время, в связи с тем, что практически все топливо имеет синтетическое происхождение, и малым временем эксплуатации автомобиля. Карбюратор «Feniks» не проходит испытания. И подтвердить его эффективность при использовании А-92, в настоящее время невозможно.
Поэтому приведу только в прошлом полученные результаты.
Двигатель ВАЗ-21011. Степень сжатия двигателя 8,5 объём 1300 см3. Первоначальное опережение зажигания 0 градусов. Вакуумный регулятор опережения зажигания подключен к впускному коллектору с помощью дроссельного устройства. Для обеспечения угла опережения, для работы двигателя в режиме  холостого хода.
Мощность - 85 л.с. наполнение 0,77 и 5600 оборотов в минуту. Максимальный механический момент 130 н*м (4700 в минуту). Паспортная мощность 69 л.с. достигнута при наполнении двигателя 0,63. Расход топлива при равномерном движении 60-140 км/час снижен на 10 % при скорости движения 90 км/час.
Увеличение мощности в 1,23. Выделения углерода резко уменьшились.
Моторное масло, по итогу эксплуатации 10 тысячь километров, приобретает коричневый цвет.
Уменьшение времени горения смеси позволило увеличить механическую работу в 1,21 раз. Мягкость и мощность бензинового двигателя, объединились с экономичностью дизеля.
   Возможности карбюратора «Feniks».
Двигатель ВАЗ-21093. Степень сжатия 9,9 (8,5). Рабочий объём 1500 см3.
Мощность двигателя при скорости автомобиля 180 км/час. Составляет 82,9 при наполнении 0,758 (82,9 при наполнении 0,772)Л.С. при 5600об/мин.
Максимальная мощность двигателя оставляет 90,93 при наполнении 0,838 (90,93 при наполнении 0,803)Л.С. при 5600об/мин.
Максимальный крутящий момент двигателя 124 (150) н*м. при 3750 об/мин.   
Расход топлива при скорости 60 км/час составляет 5,36 (5,73) Л/100км.
Расход топлива при скорости 100 км/час составляет 6,93 (7,27) Л/100км.
Расход топлива при скорости 120 км/час составляет 7,85 (8,15) Л/100км.
Мощность на единицу объёма двигателя 44 кВт/1000см3. 60 ЛС/1000 СМ3. Топливо стандартное А-92.
Не забываем, что 08 двигатель имеет 8 клапанов, что ограничивает мощность.
Коэффициент использования воздуха у инжектора больше на 1,1.
Экономичность инжекторного двигателя, в следствии увеличения использования воздуха, на 1,1 хуже.
Многие пользователи, пересев на инжекторный автомобиль, ожидали экономию топлива. А потом грешили на динамику автомобиля, которая провоцирует воителя на более интенсивный стиль вождения. Но перейдя на более плавную динамику, так и не получили экономию топлива. Перерасход в 10% никуда не спрячешь.
Подводя итоги, что можно сказать?
Динамку автомобилю дает крутящий момент двигателя.
Инжекторный двигатель имеет 2,5% плюсом, но в то же время имеет на 4,8% больше расход топлива, в той же геометрии двигателя.
Что бы избавится от перерасхода топлива, увеличили объем двигателя с 1,5 на 1,6 Л. Но даже в этом случае, согласно тепловому расчету, перерасход остается в 1,75%. Тогда пошли на уменьшение камеры сгорания с 42,13 на 40.0 см3. и получили экономию топлива в 3,0 %. В ущерб уменьшения максимального момента двигателя.
Карбюраторный двигатель может выдать 100 Н. на один литр рабочего объема двигателя. Инжекторный двигатель выдает только 96,66 Н. на один рабочий объема двигателя, а большего объема двигатели и того меньше, при уменьшении максимального числа оборотов двигателя и соответственно уменьшения его мощности.
Кто-то мне скажет, что более новое оборудование, не может быть хуже в эксплуатации и полезности. А я в ответ скажу следующее. Это просто бизнес, и ничего личного. Экономичность инжектора вовсе не заслуга системы питания, а заслуга топлива и металла.
Так что хваленая ЭКОНОМИЧНОСТЬ инжектора, отнюдь не его ЗАСЛУГА, а скорее НАОБОРОТ. Конструкторы из кожи вон лезут, что бы ПОБЕДИТЬ недостатки этой системы питания двигателя.

Основные характеристики ВАЗ 21124.
Двигатель - 1,6 Л. 16 клапанов. 91 Л.С. при 5600 об/мин.
Крутящий момент, Н*м / оборотов в мин. - 130/3700.
Расход топлива при скорости 100 км/ час. 7,4-7,6 Л./100 км.
Максимальная скорость - 185 км/ч.
Рекомендуемое топливо - АИ-95.

14.  Заключение.
Что бы ни выбрал потребитель, он всегда прав. Покупатель выберет - удобный, недорогой, мощный, экономичный, надёжный и неприхотливый автомобиль. Или какой он ЗАХОЧЕТ выбрать.
Новый карбюратор «Feniks-08» вернёт себе утраченные позиции в массовом производстве. 
Желаю успеха отечественным производителям и автору разработки.
«ЛИХАЧЁВ» 21 Августа 2005г.