3.2.1.2. Рабочие тела и их свойства Изучаемые вопросы:

Топлива, применяемые в автомобильных двигателях. Понятие о рабочем теле и его свойствах

В качестве топлив для двигателей с принудительным зажиганием используется жидкий продукт, получаемый в результате переработки сырой нефти, – бензин и горючие газы, основную часть которых составляют углеводороды.

Легкая фракция нефти, выкипающая до 205 ^○С, используется для производства топлив, называемых бензинами. Более тяжелые фракции с пределами выкипания до 350 ^○С служат основой для производства дизельных топлив. Фракционный состав топлива показывает процентное (по объему) содержание углеводородов, выкипающих до той или иной температуры. Различие во фракционном составе бензинов и дизельных топлив определило различие и в устройствах для образования горючей смеси, состоящей из воздуха (окислителя) и паров топлива, и способах воспламенения. Топливо и воздух в зависимости от физических свойств топлива вводятся в цилиндр двигателя совместно (бензиновый двигатель) или раздельно (дизель).

В двигателях с внешним смесеобразованием топливо, подаваемое вместе с воздухом через впускной клапан, должно легко испаряться и образовывать гомогенную смесь с поступающим воздухом.

Необходимо, чтобы топливо:

– обеспечивало быстрый и надежный пуск независимо от температуры наружного воздуха;

– позволяло осуществлять процесс сгорания без образования нагара и кокса на поверхности КС;

– способствовало уменьшению износов цилиндропоршневой группы (ЦПГ);

– обеспечивало полное сгорание и снижение токсических составляющих.

Химические реакции сгорания бензинов

Как известно, жидкое топливо, применяющееся в ДВС, обычно состоит из углерода С, водорода Н и кислорода О. Кроме того, в топливе содержится незначительное количество серы, азота и других веществ, которыми в расчете можно пренебречь.

Если элементарный состав можно охарактеризовать весовыми долями, то

С+Н+О=1кг.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания топлива такого состава:

кмоль/кг топл (4)

. (5)

Ни в карбюраторном, ни в газовом, ни в дизельном двигателе невозможно получить такую идеальную смесь топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, при котором каждая частичка топлива нашла бы нужное для ее полного сгорания количество кислорода.

В бензиновых двигателях на некоторых режимах отношение , а в дизельных - , где отношение  носит название коэффициента избытка воздуха для сгорания. В бензиновых двигателях с воспламенением однородной смеси и полностью открытой дроссельной заслонкой наибольшая экономичность и устойчивость протекания рабочего процесса достигается при  = 1,1…1,3.

Максимальная мощность этих двигателей обеспечивается при некотором обогащении смеси ( = 0,85…0,9). Устойчивая работа на малых нагрузках и ХХ (холостых ходах) требует большого обогащения смеси. При  <1 из-за недостатка кислорода топливо не сгорает полностью, вследствие чего происходит неполное выделение теплоты при сгорании и в отработавших газах появляются продукты неполного окисления (СН, Н, СН₄ и др.).

Полное сгорание топлива при >1

Жидкое топливо

Горючая смесь до начала сгорания в карбюраторных двигателях состоит из молекул воздуха и испарившегося топлива, поэтому, если через _m обозначить молекулярный вес паров топлива, то количество кг/моль горючей смеси на 1 кг топлива выразится величиной

M₁ = L_o + кмоль/кг топл. (6)

В газовых двигателях горючая смесь состоит из топлива и воздуха

М₁ = 1+ L_o м³/м³топл. (7)

При полном сгорании топлива продукты сгорания состоят: из СО₂ (углекислый газ), Н₂О (водяной пар), О₂ (избыточный кислород), N₂ (азот).

М₂ = Мсо₂ + Мн₂о + Мо₂ +М_N2 . (8)

Количество отдельных составляющих:

Мсо₂ =C/12 , кмоль/кг топл, Мн₂о = H/2, кмоль/кг топл. ,

Мо₂ = 0,21L_o (-1), кмоль/кг топл. ,

М_N2 = 0,79L_o , кмоль/кг топл .