Процесс смесеобразования представляет собой подготовку рабочей (горючей) смеси воздуха с топливом, что происходит перед впуском смеси в камеру сгорания или во время сгорания.
Для сгорания топливу требуется кислород, который поступает в двигатель в составе воздуха. Для полного сгорания рабочей смеси, при котором углеводороды вместе с кислородом образуют углекислый газ и воду, желательно преобразование в тепло всей энергии, потенциально содержащейся в топливе.
Полного сгорания рабочей смеси можно достичь, если величина коэффициента избытка воздуха λ приближена к 1; в идеале возле каждой частицы топлива должна находиться молекула кислорода, необходимая для окисления. Быстрее и проще всего подготовка смеси происходит в газообразном состоянии. Это объясняет превосходство газовых двигателей в отношении сгорания рабочей смеси и чистоты отработавших газов.
В двигателях, работающих на жидком топливе, для полного сгорания рабочей смеси топливо должно быть преобразовано из жидкого в газообразное состояние. Так как дизельное топливо имеет высокую температуру кипения, обеспечение смесеобразования в дизельных двигателях является для конструкторов серьезной задачей. Молекулы дизельного топлива, представляющие собой цепочку углеводородов, при возрастании температуры и давления склонны к распаду молекул на фрагменты (крекингу), в результате чего образуется сажа, которая не сгорает полностью и делает отработавшие газы излишне токсичными.
Смесеобразование в бензиновом двигателе
В бензиновых двигателях смесеобразование начинается либо в карбюраторе, либо, при наличии системы впрыска топлива, во впускном тракте или непосредственно в цилиндре во время впуска, а заканчивается в цилиндре во время сжатия.
Задача системы питания — карбюратора или системы впрыска топлива — заключается в согласовании количества бензина с количеством воздуха и производстве по возможности однородной (гомогенной) рабочей смеси. При высоком коэффициенте избытка воздуха (λ＞1,3) образуется неоднородная (гетерогенная) смесь.
Карбюратор или система впрыска топлива в коллектор обеспечивают так называемое внешнее смесеобразование, которое происходит за пределами камеры сгорания. В этом случае смесь из бензина и воздуха поступает в цилиндры через впускной коллектор двигателя, который обеспечивает подачу одинакового количества рабочей смеси ко всем цилиндрам. Капли бензина, не перешедшие в газообразное состояние, по возможности, не должны отделяться от рабочей смеси, что может легко произойти, если коллектор будет иметь большой изгиб. Системы впрыска, подающие бензин во впускной коллектор перед впускными клапанами, позволяют придать впускному тракту более свободный вид. С помощью формы впускного канала (например, спираль для достижения завихрения воздуха в цилиндре) и камеры сгорания можно еще больше улучшить смесеобразование.