Двигатели внутреннего сгорания

Страница 3

Изменение n' во время процесса сжатия приведена на рис.9 (здесь показано также изменение температуры рабочего тела и показателя адиабаты R). В начальный период сжатия температура рабочего тела ниже температуры стенок цилиндра. На рассматриваемом участке процесса повышения температуры и внутренней энергии рабочего тела происходит не только в результате повода теплоты от стенок, но и за счёт работы сжатия, причём показатель политропы n' больше показателя адиабаты R. По мере повышения температуры рабочего тела интенсивность подвода теплоты снижается, а показатель политропы сжатия уменьшается, причём его значение приближается к значению показателя адиабаты R. В момент, когда температура рабочего тела сравнивается с температурой стенок, теплообмен на мгновение прекратится.

При дальнейшем сжатии температура рабочего тела превышает температуру стенок. Тепловой поток изменяет направление – рабочее тело отдаёт теплоту стенкам, показатель политропы становится меньше показателя адиабаты (n'<R) и непрерывно уменьшается с повышением температуры рабочего тела.

Для упрощения расчёта цикла переменный по ходу сжатия показатель n' заменяют некоторым средним, постоянным по значению показателем n1' при .

Характер протекания процесса сжатия в действительном цикле четырёхтактного двигателя показан на рис.10.

Параметры рабочего тела в конце такта сжатия определяются с учётом среднего значения показателя политропы n1' , постоянного для всего процесса. Принимая, что начало сжатия совпадает с НМТ, имеем:

;

При расчёте рабочего цикла n1' следует назначать исходя из особенностей проектируемого двигателя с учётом факторов, влияющих на развитие процесса сжатия.

Процесс сгорания.

Сгорание топлива начинается в конце сжатия и осуществляется в основном в начальный период расширения.

При сгорании химическая энергия топлива превращается в тепловую. В процессе расширения тепловая энергия, воспринятая рабочим телом, частично преобразуется в механическую. От полноты сгорания топлива и своевременного подвода теплоты к рабочему телу в значительной мере зависят энергитические и экономические показатели двигателя.

Топлива для ДВС.

Топлива, применяемые в автомобильных и тракторных ДВС, должны отвечать определённым требованиям, зависящим от типа и конструктивных особенностей двигателя, параметров рабочего цикла и условий эксплуатации.

Для двигателей с принудительным воспламенением применяют бензины прямой перегонки и крекинг-процесса, а также их смеси. Наименьшие значения октановых чисел автомобильных бензинов в соответствии с ГОСТ 2084-77* приведены в таблице 2.

Автомобильные бензины, за исключением бензина АИ-98 подразделяются на следующие виды:

летние – для использования во всех районах страны (кроме северных и северо-восточных) в период с 1 апреля до 1 октября;

зимние – для применения круглогодично в северных и северо-восточных районах страны (в остальных районах с 1 октября по 1 апреля).

Основным показателем а/м бензинов является октановое число, характеризующее антидетонационные качества бензина и определяющее максимально допустимую степень сжатия двигателя.

Для двигателей с воспламенением от сжатия используется дизельное топливо, получаемое прямой перегонкой или смешением продуктов прямой перегонки с каталитическим газойлем (не более 20% в состав смеси). По ГОСТ 305-82 различают дизельное автотракторное топливо следующих марок:

А – арктическое для двигателей, работающих при температуре окружающей среды 223К и выше;

З – зимнее для двигателей, работающих при температуре окружающей среды 243К и выше;

Л – летнее для двигателей, работающих при температуре окружающей среды 273К и выше

С – специальное.

Основным показателем, характеризующим дизельное топливо, является цетановое число. Цетановое число характеризует способность топлива к воспламенению в камере сгорания двигателя и равно содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которая в стандартных условиях имеет одинаковую воспламеняемость с исследуемым топливом.

Дизельное топливо должно соответствовать определённым требованиям (табл.3).

Кроме бензиновых и дизельных топлив для автотракторных двигателей могут быть использованы природные и промышленные горючие газы. Газообразные топлива транспортируются в сжатом или сжиженном состоянии, а в двигатель подают через подогреватель, редуктор в смеситель, т.е. в двигатель непосредственно поступает газовоздушная смесь.

Теплота сгорания топлива.

Качество топлива определяется теплотой сгорания, т.е. количеством выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для жидкого) или объёмной (для газообразного) единицы топлива. Различают высшую Но и низшую Нн теплоту сгорания топлива. Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Так как в ДВС выпуск отработавших газов происходит при температуре выше температуры конденсации водяного пара, для практической оценки топлива обычно используется низшая теплота сгорания.

Для определения низшей теплоты сгорания твёрдого топлива Нн (в МДж/кг) при известном элементарном составе обычно используется формула Менделеева.

где СО, Н2 и другие компоненты газообразного топлива – объёмные доли компонентов газовой смеси.

Примерные значения низшей теплоты сгорания Ни в МДж/кг автотракторных топлив приведены ниже.

Бензин	44,0
Дизельное топливо	42,5
Природный газ	45,0
Пропан	85,5
Бутан	112,0

При неполном сгорании топлива (α<1) количество теплоты ΔНи, недовыделяющейся при сгорании 1кг топлива.

Коэффициент, учитывающий количество теплоты недовыделившейся при неполном сгорании.

.

Зависимость Еа от α приведена на рис.11.

Процесс сгорания в карбюраторном двигателе.

Эффективность процесса сгорания зависит от многих факторов и прежде всего от способов смесеобразования и воспламенения топлива.

В отличие от процессов газообмена и сжатия процесс сгорания следует рассматривать раздельно для карбюраторных двигателей и дизелей.

Процесс сгорания топлива включает ряд сложных последовательных реакций, скорость протекания которых зависит от температуры рабочей смеси, её состава, т.е. от коэффициента избытка воздуха и т.п. Воспламенение однородной горючей смеси возможно только в определённых пределах изменения коэффициента избытка воздуха (от до ).

При наличии в смеси остаточных газов пределы воспламеняемости сужаются. По этой причине при изменении нагрузочного режима для карбюраторного двигателя необходимо такое одновременное изменение количества поступающего в цилиндр топлива и воздуха, при котором горючая смесь находилась бы в пределах воспламеняемости. Количество смеси в карбюраторном двигателе изменяется с помощью дроссельной заслонки при одновременном изменении состава смеси (α=0,8-1,15) в зависимости от нагрузки.