Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое горючая смесь в двигателе внутреннего сгорания

Что такое горючая смесь в двигателе внутреннего сгорания

Процесс сгорания топлива — это процесс его окисления. Для горения топлива в цилиндрах двигателя используется кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Наиболее полно сгорает топливо в том случае, если оно раздробляется на мельчайшие частички (испаряется) и тщательно перемешивается с достаточным количеством воздуха.

Смесь топлива с воздухом, как уже отмечалось, называется горючей смесью. В цилиндрах к горючей смеси примешиваются отработавшие газы (примерно 6… 18 %) и получается рабочая смесь, на которой фактически работает двигатель.

Состав горючей смеси определяется соотношением массового количества топлива и воздуха. Зная массовую концентрацию кислорода в воздухе (около 23%), можно рассчитать количество воздуха, необходимое для сгорания определенной массы топлива известного химического состава. Так, например, для полного сгорания 1 кг бензина необходимо около 15 кг воздуха.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Смесь, в которой на 1 кг топлива приходится теоретически необходимое (расчетное) количество воздуха L0, называется нормальной.

Коэффициент избытка воздуха для карбюраторных двигателей (бензин, керосин) находится в пределах 0,85…1,15, для дизельных двигателей — 1,2…1,7.

Нормальная горючая смесь характеризуется тем, что у нее действительное содержание воздуха равно теоретически необходимому, то есть Ln = L”, и коэффициент избытка воздуха равен единице (а = 1).

При недостатке воздуха в горючей смеси, а следовательно, избытке топлива смесь называется обогащенной и богатой, при избытке воздуха — обедненной и бедной.

Так, горючие смеси карбюраторных двигателей характеризуются такими значениями коэффициента избытка воздуха: нормальная а = 1, обогащенная -а = 0,85… 1,0, богатая -а ^ 0,85, обедненная — а 1,0…1,15, бедная — а > 1,15.

Для полного сгорания топлива нормальной горючей смеси требуется идеальное смесеобразование, при котором каждая частичка кислорода воздуха вступает в реакцию (каждой частичкой сжигаемого топлива. Практически же не все топливо смеси сгорает из-за невозможности включить в процесс окисления весь кислород, имеющийся в цилиндре. По мере обогащения горючей смеси недостаток кислорода в ней возрастает. При горении такой смеси образуются продукты неполного сгорания в виде окиси углерода (СО), водорода Н2 и частицы несгоревшего углерода, дающие нагар.

С обогащением горючей смеси увеличивается расход топлива и растет мощность, развиваемая двигателем. Обогашенная горючая смесь по сравнению с нормальной имеет более низкую температуру воспламенения и более высокую удельную теплоту сгорания. Поэтому она применяется при запуске и при работе двигателя с полной нагрузкой

Обеднение смеси приводит к снижению удельной теплоты ее сгорания, а следовательно, и к уменьшению мощности двигателя. При этом снижается также и расход топлива. Наиболее эффективна работа двигателя на обедненной смеси при неполной нагрузке, в этом случае двигатель работает с высокой топливной экономичностью.

Состав смеси оказывает большое влияние на скорость сгорания горючей смеси в цилиндрах. Наиболее интенсивно горение развивается в условиях небольшого обогащения смеси. Медленное же горение смеси приводит к ее догоранию при такте расширения. Это ухудшает использование теплоты в двигателе, снижает давление газов и мощность, увеличивает расход топлива и приводит к перегреву двигателя.

Бедная — богатая смесь бензина и воздуха

Смесеобразование в двигателях

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь требуемого состава приготавливается из топлива и воздуха в специальном устройстве (карбюратор, система впрыска), а затем подается в нужном количестве внутрь мотора. Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной . Если быть точным, смесь бензина и воздуха в соотношении 1:14,7 называют стехиометрической. Это основные пропорции для любого двигателя, но бывают варианты.

Читать еще:  Ваз 2114 датчик температуры двигателя на что влияет

Уменьшим поступление воздуха до 12,5 — 13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет мощностной , потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается от 13 до 15 кг воздуха смесь называют обогащенной, если менее 13 кг воздуха — богатой.

Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться. Если соотношение бензина и воздуха станет 1:5, то смесь не воспламеняется.

Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 15-17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют обедненной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с «мощностной». Если воздуха свыше 17 кг — смесь такого состава называют бедной. Смесь при соотношении бензина и воздуха 1:21 и более не воспламеняется.

Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать», переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.

Для чего обедняют смесь

Смесь обеднять нужно в любом случае — это экономичность и токсичность при одинаковой мощности. Топливовоздушная смесь воспламеняется от искры в некотором диапазоне концентраций. Направленным движением воздуха в цилиндре и факелом впрыскиваемого топлива можно достичь локальной «богатой» смеси в районе свечи зажигания на всех режимах работы, что позволит ей надёжно воспламеняться. При этом суммарно смесь в цилиндре будет «бедной».

На некоторых режимах (х.х., низкая нагрузка) нет необходимости в большой дозе топлива. Соответственно, нет необходимости и в большом количестве воздуха. Для таких режимов могут уменьшить количество воздуха, например, не открывая один из двух впускных клапанов или сильно искажая фазы их открытия/закрытия, создавая дополнительное сопротивление на выпуске.

Что такое ДВС: двигатель внутреннего сгорания

Дата публикации: 2010-05-12

Дата изменения: 2020-03-07

Что такое ДВС: двигатель внутреннего сгорания

Двс двигатель внутреннего сгорания может быть роторно-поршневой (РПД), газотурбинный (ГТД) и поршневой, рассмотрим особенности работы.

В конструкции автомобиля двс двигатель преобразовывает энергию топлива в механическую. Когда топливо вступает в контакт с воздухом, получается воздушная смесь. Она, сгорая, направляет давление на поршень, который через специальный механизм, вращает коленчатый вал.

Двс двигатель в Ростове на Дону, Ставрополе, Сочи, Ейске может быть: роторно-поршневой (РПД), газотурбинный (ГТД) и поршневой. Первый вид характеризуется эксплуатацией трехгранного поршня, исполненного в виде треугольника, вращающегося внутри цилиндра особого профиля. Производители Mazda совершили настоящий прорыв, они избавились от повышенного расхода топлива и токсических выхлопов, характерных для РПД. Им удалось уменьшить потребление бензина на 40 процентов, а масла – на 50. Таким образом, их продукция стала соответствовать стандарту Euro IV. Второй тип отличается от остальных тем, что все процессы осуществляются в потоке движущегося газа. И последний вариант – самый распространенный. Он работает по циклическому принципу. В течение одного цикла происходит два оборота коленвала и четыре такта (впуск, сжатие, ход и выпуск). В основе два механизма – газораспределительный и кривошипно-шатунный, соединенные механическим путем между собой.

Читать еще:  Что делать если нет номера двигателя на автомобиле

Во время таких тактов, как впуск и рабочий ход, происходит опускание поршня вниз, а при сжатии и выпуске – вверх. Двигатель внутреннего сгорания равномерно работает за счет того, что циклы в каждом из цилиндров не сходятся по фазе. Что такое двухтактная система, и каков принцип ее действия? В начале сжатия в цилиндр попадается воздух и горючая смесь. Отработавшие газы выпускаются в конце хода расширения. Одним из основных является процесс продувки. Для этого, систему оснащают компрессором или насосом. С помощью них все продукты сгорания убираются потоком горючей жидкости или воздуха.

Двс двигатель имеет такие положительные характеристики, как автономность, быстрый запуск и компактность. Профессионалы отмечают его многотопливность, и сочетание с различными устройствами (водяными помпами, передвижными электростанциями, сварочными агрегатами), что говорит о универсальности этой системы. Но есть и недостатки: низкий кпд, шумность, невысокий ресурс и большая частота вращения коленвала.

Двс двигатель может классифицироваться по типу топлива:

  • бензиновый встречается чаще всего – бензин сперва через форсунки попадает в впускной коллектор, а после в цилиндры. Там происходит сжатие и затем поджигание от свечей зажигания;
  • дизельный вид не имеет системы зажигания. Топливная смесь взрывается под воздействием высоких температур и повышенного давления, обеспеченных поршневой группой;
  • газовый двс работает на основе генераторного, сжиженного и сжатого природного газа, который хранится в баллонах под давлением, из них попадает в редуктор, проходя испаритель.

Для двс в Саратове, Краснодаре, Славянске на Кубани может использоваться альтернативный тип топлива. К примеру, спиртовой на основе этанола и метанола. Так же существует водородный вид, который не производит опасных выбросов, поэтому его относятся к перспективным вариантам для использования в будущем. К тому же, водород имеет еще один способ применения. Под ним подразумевается создание электроэнергии в топливных элементах машин.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — распространенней вид теплового двигателя, в нем топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Такой тип теплового Двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. На рисунке 204 показан разрез простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик 6, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.

В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе, двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 7, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800°С. Давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Читать еще:  Что нужно сделать с двигателем если он дымит

Рассмотрим более подробно, схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 205, а). Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 ив цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 205, б). В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 205, в). Под действием расширяющихся горячих газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в, атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх (рис. 205, г). В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Затем циклы работы двигателя повторяются.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. В автомобильных двигателях пуск двигателя обычно осуществляется вспомогательным электрическим двигателем — стартером.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания, На рисунке 206 изображен разрез такого двигателя. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые автомобильные двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Необходимой частью всякого двигателя внутреннего сгорания является система охлаждения, так как возможны и преждевременные вспышки горючей смеси и даже ее взрыв. Охлаждение цилиндров производится проточной водой или воздухом, поэтому двигатели внутреннего сгорания бывают с жидкостным или воздушным охлаждением.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Вопросы.

1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания? 2. Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания? 3. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания? 4. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя? 5. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырех тактов? Как называют эти такты? 6. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? 8. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector