Для быстрого и полного сгорания топлива необходимо полное испарение топлива и перемешивание его с воздухом в определенном количественном соотношении. Смесь паров топлива с воздухом называется горючей смесью, а испарение топлива и перемешивание с воздухом называется смесеобразованием.
Процесс смесеобразования начинается в карбюраторе, где происходит распиливание жидкого топлива, продолжается в период движения горючей смеси по впускному трубопроводу и завершается внутри цилиндра в течение тактов впуска и сжатия.
Полнота и скорость сгорания топлива определяются не только её составом, характеризуемым коэффициентом избытка воздуха а, но и такими факторами, как однородность горючей смеси, скорость, место и время образования топливовоздушной смеси.
Однородной называется топливовоздушная смесь, компоненты которой находятся в газовой фазе, а каждая молекула топлива окружена одинаковым количеством молекул кислорода. Такая смесь иногда называется гомогенной смесью. Топливовоздушная смесь, состоящая из компонентов, находящихся в различных фазовых состояниях (газ-жидкость), называется неоднородной, или гетерогенной смесью.
Смешение компонентов горючей смеси происходит в результате молекулярной диффузии одного газа в другой через поверхности, разделяющие их объемы или потоки.
В современных быстроходных двигателях на процесс смесеобразования отводится очень короткое время, в течение которого необходимо получить хорошо перемешанную топливовоздушную смесь. Это можно обеспечить интенсификацией процесса смесеобразования в период, предшествующий сгоранию горючей смеси.
Интенсификация диффузионных процессов смесеобразования достигается за счет следующих факторов:
- повышение температуры смешивающихся компонентов;
- увеличение поверхностей смешивающихся компонентов разделением потоков на отдельные капли, струйки или объемы;
- организация турбулентной диффузии компонентов из одной среды в другую определенных объемов;
- организация вихреобразования свежего заряда в процессе наполнения;
- применение многодырчатых форсунок для впрыска топлива и др.
Смесеобразование неразрывно связано с распределением свежего заряда по отдельным цилиндрам для многоцилиндровых двигателей. Количество топлива в жидкой фазе, условия для его распределения по цилиндрам могут быть различными, что определяет различие в массе топлива на цилиндр, а следовательно, различие горючей смеси по составу (по коэффициенту избытка воздуха α).
Равномерность состава смеси по цилиндрам и однородность топливовоздушной смеси можно обеспечить тонким распиливанием жидкого топлива, подогревом впускного тракта, рациональной конструкцией впускного трубопровода применением впрыска топлива непосредственно в цилиндр двигателя.