Kiekvienas vidaus degimo variklis efektyviai veikti gali tik esant tinkamam kuro ir oro mišiniui. Šis santykis yra esminis degimo proceso parametras, lemiantis variklio našumą, degalų sąnaudas ir išmetamųjų dujų sudėtį.
Oro ir kuro santykis varikliuose: teorija ir praktika
Benininiam varikliui teorinis oro-benzino santykis yra 14.7 : 1. Tai reiškia, kad norint sudeginti 1 kg benzino, turi būti patiekta 14.7 kg oro. Šis santykis dažnai vadinamas stechiometriniu santykiu ir yra laikomas idealiu visiškam kuro sudegimui. Svarbu atskirti orą ir deguonį, nes tai skirtingi dalykai - ore deguonies yra tik apie 21%.
Dažnai kyla klausimas, kokiu tūrio santykiu maišomas benzinas su oru. Praktikoje yra minimi įvairūs santykiai. Pavyzdžiui, teigiama, kad santykis benzo ir oro yra 1/47. Taip pat nurodoma, kad 36,9 litrai oro reikalingi norint sudeginti vieną litrą benzino.
Oro suvartojimo skaičiavimai motociklų varikliuose
Imant pavyzdį su motociklu, kuris sunaudoja 10 litrų degalų šimtui kilometrų, važiuojant 150 km/h greičiu su 1000 cm³ varikliu: jei santykis benzo ir oro yra 1/47 (tūrio), tuomet per 0,66 valandos jis sunaudoja 10 litrų * 47 = 470 litrų oro. Per minutę gauname 470 / 40 = 11,75 litrų oro, o per sekundę - apie 196 ml.
Jei skaičiavimus pakoreguotume pagal kitą santykį, kad 36,9 litrai oro sudegina vieną litrą benzino, tuomet 10 litrų * 36,9 = 369 litrai oro per minutę, o tai sudaro 369 / 40 = 9,22 litrus oro per minutę. Šis skaičius rodo, kiek oro reikia įsiurbiant.
Kitas pavyzdys rodo, kad variklis, dirbantis 4000 apsukų per minutę, suvalgo 1 kg kuro ir apie 50 kg oro. Tai iliustruoja didelį oro poreikį variklio efektyviam veikimui.
Variklio veikimo ypatumai ir oro įsiurbimas
Keturtakčio variklio ciklas apima įsiurbimą, suspaudimą, degimą ir išmetimą. Kiekvienam motomanui reikia žinoti, kad 4 taktai atliekami per 4x180 laipsnių veleno pasisukimus. Įsiurbimas vyksta kas ketvirtą veleno apsisukimą, o tai reiškia, kad oro per keturis apsisukimus paduodama 1 litras, arba 1000 cm³, arba 0,775 kg.
Keturcilindriuose varikliuose vienu metu juda du stūmokliai viena kryptimi. Nors 4 stūmokliai juda po du, jie atlieka skirtingus taktus: jei vienas kyla aukštyn vykdydamas "išmetimą", kitas atlieka "suspaudimą". Nuo to, kaip fazės sudėliotos, tūris nebepriklauso. Tačiau, kai 4 cilindrai įkvepia paeiliui, paskutinis įkvėptų po +3/4 ciklo arba 3 apsisukimais vėliau, o tai reikštų, kad pirmasis jau būtų apėjęs 4 + 3 kartus nuo starto.
Kaip veikia automobilio variklis? / Keturtaktis vidaus degimo variklis (3D animacija)
Tais atvejais, kai nėra tinkamo oro padavimo, įsiurbimo trakte susidaro vakuumas, ir įsiurbimo koeficientas gali kristi iki 0.6-0.8. Tai rodo, kad variklis nespėja įsiurbti pakankamai oro ir jo efektyvumas sumažėja.
Tiesioginis oro padavimas ir galimi iššūkiai
Neretai motocikluose (britvose) būna tiesioginis oro padavimas, t. y. oras paduodamas su tam tikru slėgiu. Tai padidina variklio našumą. Tačiau kyla klausimas, kaip tokios sistemos apsaugo variklį nuo visokio brudo, pavyzdžiui, musių, drugelių, vabalų ar lietaus vandens patekimo į variklį. Tokius oro filtrus reikėtų keisti ar plauti gan dažnokai, arba angos turėtų būti nedidelės, kad neįtrauktų didelio vandens kiekio.
Tiesioginio oro padavimo sistemos kartais gali sukelti problemų. Pavyzdžiui, situacija, kai nukreipiamosios žarnos (kurios sujungia ortakį spoileryje ir skylę rėme) yra prijungtos, variklis gali pradėti „dusti“ prie didesnio greičio. Jei tos žarnos nuimamos, variklis vėl veikia tvarkingai, rodydamas, kad kažkas negerai su karbiuratorių sinchronizacija ir kuro/oro santykiu. Vėjo srautas sukelia slėgį, ir tai kompensuoja nustatytą oro įsiurbimo kiekį ir kuro lygio padidinimą. Jei variklis dūsta, kai pučiamas oras prie didesnio greičio, tai reiškia, kad kuro ir oro santykis yra sutrikęs. Tokiu atveju karbiuratoriai yra nustatyti tam tikram oro įsiurbimo kiekiui ir kuro lygio padidinimui, o didesnis slėgis iš vėjo srauto gali išbalansuoti šį santykį. Galų gale, norint žymiai padidinti galią, galima pagalvoti apie turbinos montavimą.
Diskusijos ir neaiškumai
Bendroje diskusijoje kyla klausimų, pavyzdžiui, ar mišiniui sudegus jo tūris labai sumažėja, ar prie 7000 aps./min. 29 l/sek. išmetamųjų dujų kiekis yra normalus. Taip pat pastebima, kad kai kurie įsiurbimo ir išmetimo skaičiavimai gali prasilenkti, todėl vis dar reikalingi specialistų paaiškinimai, siekiant tikslesnio supratimo.