Состав горючей смеси, образуемой в карбюраторе и поступающей затем в цилиндр двигателя, зависит от режима работы двигателя.
Для полного сгорания различного горючего требуется различное количество воздуха. Так, для полного сгорания 1 кг бензина требуется 15 кг воздуха, а для сгорания 1 кг спирта — 8,9 кг воздуха.
Смесь, при которой происходит полное сгорание горючего с использованием всего кислорода, находящегося в данном количестве воздуха, называется нормальной. Если горючего в смеси больше, чем в нормальной, смесь называется богатой. Если же в смеси горючего меньше, чем в нормальной, и после сгорания в отработавших газах остается неиспользованный кислород, то такая смесь носит название бедной.
Но обогащение и обеднение смеси не должны быть слишком велики, так как при излишнем обогащении или обеднении горючая смесь уже не воспламеняется.
Соотношение воздуха и горючего, при котором испарившееся горючее, смешанное с воздухом, теряет способность воспламеняться, называется пределом горючести.
Различают для каждого сорта горючего два предела горючести — высший и низший.
При нормальных рабочих режимах и при нормальном тепловом состоянии двигателя пределы горючести разных сортов горючего различны, например, бензина 6,0—20,11, бензола 6,07–16,47, этилового спирта 3,78–15,75. Отсюда следует, что низший предел горючести, например, бензина будет при смеси 1 кг бензина и 6 кг воздуха, высший предел — 1 кг бензина и 20,11 кг воздуха.
В действительности состав смеси во время работы двигателя изменяется в значительно меньших пределах. В практике это имеет важное значение, так как при этом обеспечивается наивыгоднейшее протекание рабочего процесса двигателя, а следовательно, максимальная его мощность или максимальная экономичность.
При некотором обогащении смеси происходит наиболее быстрое сгорание рабочей смеси и за счет этого двигатель развивает максимальную мощность.
Наибольшая экономичность работы двигателя достигается в том случае, когда смесь несколько обеднена.
Состав смеси, обеспечивающей получение максимальной мощности, называется мощностным, а состав смеси, обеспечивающий максимальную экономичность, называется экономичным.
По мере обогащения смеси в работе двигателя происходят следующие изменения: мощность двигателя и детонационные стуки вначале начинают расти, а затем постепенно уменьшаются; температура стенок и головки цилиндра уменьшается; наполнение цилиндров двигателя смесью увеличивается; приемистость двигателя при резком открытии дроссельного золотника повышается.
Увеличение мощности двигателя при составе смеси, близком к мощностному, происходит потому, что, несмотря на некоторый недостаток воздуха, увеличивается скорость сгорания и выделяется большее количество тепла, чем при нормальном.
При необогащенном составе смеси резкое открытие дроссельного золотника вызывает временное обеднение смеси, поступающей в цилиндры, вследствие того, что при этом скорость воздуха, обладающего меньшей инерцией, чем горючее, быстро увеличивается, а скорость горючего возрастает медленнее. Кроме того, большое количество воздуха, поступающего в карбюратор, резко понижает температуру смеси и уменьшает разрежение. За счет резкого обеднения смеси мощность двигателя падает, так как смесь сгорает очень медленно. Нагрузка на двигатель и обороты коленчатого вала возрастают спустя некоторое время после открытия дроссельного золотника, когда смесь, поступающая в цилиндр, приобретает новую скорость, но уже такую, при которой рабочий процесс будет протекать нормально.
При обогащенном составе смеси резкое открытие дроссельного золотника также вызовет уменьшение подачи горючего, но при этом состав смеси будет лишь приближаться к мощностному.
При работе на смеси переобогащенного состава наблюдается дымный выпуск и «выстрелы» в глушителе. Дымный выпуск является следствием неполного сгорания горючего, а «выстрелы» в глушителе происходят потому, что поступающие в него пары несгоревшего горючего сгорают при смешивании с имеющимся в глушителе воздухом. Этому способствует также и замедление сгорания переобогащенной смеси, продолжающееся и на такте выпуска.
Работа на переобогащенной смеси сопровождается чрезмерным расходом горючего, значительным нагарообразованием, быстрым загрязнением масла частицами нагара и засорением глушителя.