Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Правильная горючая смесь

Правильная горючая смесь

С вопросом — что же такое горючая смесь в двигателе внутреннего сгорания мы с вами будем разбираться ниже. По сути, она является основной рабочей смесью двигателя; образование ее очень важно для увеличения скорости сгорания топлива в двигателе. Попадая в него, топливо распыляется и перемешивается с воздухом — так и образуется горючая смесь, а в соединении с отработанными газами такого же предыдущего цикла, эта смесь становится готовой к работе.

История создания двигателей внутреннего сгорания и использования горючей смеси в них уходит своими корнями на зарю 19 века — тогда человечество стало создавать первые прототипы сегодняшних, повсеместно использующихся двигателей; этот факт стал, своего рода, толчком для технической революции и модернизации человечества. Но, основная суть, например, рабочий момент искры зажигания, несмотря на прохождение всевозможной модернизации и усовершенствования до современного уровня, остался похожим на процесс в двигателе времен технической революции.

Несмотря на этот древний уровень работы искры, очень и очень многое изменилось в индустрии машиностроения: гиганты автомобильной промышленности прирастили скорость воспламенения горючей смеси путем установки на одном цилиндре двух свечек — этой системе зажигания дали название Twin Spark. Свойства двигателя в таком случае улучшаются, но этот способ ограничивает сам себя — неограниченное количество свеч на один цилиндр не поставишь, как ни крути.
В карбюраторных двигателях модернизация поджига горючей смеси произошла в блоках зажигания Power Adder : в процессе эксплуатации и тестирования этой системы на большом числе автотранспортных средств, полностью подтвердили высокую эффективность данного метода.

Состав смеси для двигателя зависит от характеристик топлива, на котором мотор работает; в пределах нормы горючая смесь состоит из бензина в частично испаренном и распыленном виде, а также из остаточных газов, которые образуются из предыдущего рабочего цикла двигателя. Эта смесь и образует основной рабочий процесс, который превращается в работу двигателя.
Имеющиеся в составе смеси водород и углевод вступают в реакцию с кислородом. Если кислорода довольно достаточное количество, то горючая смесь будет отрабатываться и сгорать полностью, оставляя после себя отработанные продукты горения(водные пары, углекислота, лишний кислород и азот).Если же кислорода, поступающего в двигатель, недостаточное количество — то углерод в топливе сгорает лишь частично, преобразуясь в окись углерода.

Мощностные и топливные характеристики двигателя напрямую зависят от количества кислорода в составе горючей смеси. Экономичность двигателя достигается путем увеличения процентного соотношения воздуха и топлива(16:1), но в данном случае, мощность двигателя несколько снижается.

Самое популярное в мире топливо для горючих смесей двигателей — бензин изготавливают из нефти и продуктов ее переработки; это углеводороды в легком и смешанном состоянии. Кроме того, в бензиновое топливо для повышения октанового числа добавляются специфические вещества, которые называются антидетонаторы. Они, в свою очередь, представляют из себя этиловую жидкость, которая вводится в топливо в сравнительно небольших количествах, но, поскольку такой вид бензина достаточно ядовит и требует строгого соблюдения техники безопасности при обращении с ним, в нашей стране такой вид топлива запрещен.

Воспламенение горючих смесей в двигателях внутреннего сгорания происходит следующим образом: искровой разряд, возникающий в электродах, находящихся один на головной части цилиндра, а другой в выступе наружной поверхности поршневого дна; оба электрода связаны посредством электричества, в результате чего и возникает искра, дающая начало процессу воспламенения рабочей горючей смеси. Эту искру, как физическое явление, в большей степени исследовали наши советские ученые, внесшие огромный вклад в это направление технической революции человечества.
Этот искровой заряд, имея минимальные объёмные характеристики, реализует в себе достаточно интенсивный в пределах мощности начальный пучок реакции, который, в своем роде, является толчком для механизма молниеносного распространения пламени. Такой стартовый очаг пламени несет в себе воздействие на топливную смесь в виде мультичастотного излучения, оно и ведет к расщеплению молекул топлива; эти условия гарантированно ведут к дальнейшему распространению зоновых участков пламени.
Воспламенение топливной смеси дает толчок для рабочего функционирования двигателя и всего транспортного средства в целом, а также переводит его в ровный, устойчивый режим работы. Основными положениями определения воспламенения горючей смеси являются верхние пределы воспламенения паров горючего в воздухе, временными рамками задержки возгорания, а также минимальный порог предела давления горючей жидкости, летучестью, температурными режимами. Кроме этого, воспламенение определяется низшими и высшими пределами воспламенения топливной жидкости — чем больше и шире эти пределы, тем лучшими, физическими и техническими, а самое главное, пусковыми свойствами обладает горючая смесь.

Время сгорания в двигателе рабочей топливной смеси достаточно небольшое, но за этот небольшой отрезок времени температура достигает огромной величины в 2,5 тыс. градусов — это объясняется тем, что в цилиндре двигателя происходит стабильно высокое перемещение газов, которые, в свою очередь, интенсивно отдают тепло. Плюс, происходит высокий рост давления и развивается стабильный процесс горения. Около 6 % тепла, имеющегося в горючей смеси уходит в процессе физической передачи тепла в стенки цилиндра и рабочей камеры. В пределах половины от общего количества тепла, которое образовалось в период сгорания рабочей смеси, выпускается с большим давлением отработанных газов, имеющих, тем самым, высокую температуру.15% теплоты, которую содержит топливо теряется во время прохождения газов в систему охлаждения. Температура рабочей горючей смеси топлива, которая теряется с отработанными газами, используется с помощью масла или незамерзайки для обогрева машины.
Двигатель, как таковой, является основной рабочей составляющей — «сердцем» любого транспортного средства, либо любого рабочего механизма, и нарушения в его работе тесно связаны с потерей прибыли, времени, нервов и, конечно же, со снижением работоспособности машины. Одной из самых распространённых причин этого является нарушение или снижение качества состава рабочей топливной смеси.

Читать еще:  Ядерный двигатель для космических кораблей что это

При использовании топливной смеси ненадлежащего качества горючая смесь начинает свое возгорание с предельно высоких температур, переваливающих за 2 тыс. метров в сек.: в результате этого патологического процесса в топливном цилиндре возникает детонация и уровень давления в некоторых отсеках цилиндра сильно возрастает. Видимыми признаками этого неправильного процесса могут стать — появление дыма черного цвета из системы глушителя машины, а также, характерный для процесса детонации, металлический стук, ощутимое снижение показателей мощности двигателя. Следствием этого явления является нарушения в работе кривошипно — шатунного механизма, а также его повреждение и , как следствие, разрушение.

Склонность горючей смеси к детонации характеризуется октановым числом самого топлива — чем его показатели выше, тем ниже вероятность детонирования горючей смеси. Также нарушение состава горючей смеси может происходить в результате нескольких факторов: наиболее часто возникающая проблема в двигателях внутреннего сгорания — это неисправная работа системы питания, заключающаяся в образовании бедной, либо богатой горючей смеси. Бедная рабочая горючая смесь характеризуется появлением проблемы перерасхода топлива из — за падения мощности двигателя и работы его на пониженных передачах. Бедная смесь чаще всего, образуется в результате падения количества топлива, поступающего в двигатель или в результате чрезмерного поступления воздуха. Богатая смесь образуется в результате неполного прогорания горючей смеси; в основном это явление возникает из-за нехватки кислорода, а также из-за повышения показателя поступающего в двигатель топлива. Это нарушение может привести к существенному перерасходу бензина и отложению нагаров на стенках топливной системы.

Горючие смеси

При движении автомобиля изменяются мощность и число оборотов коленчатого вала двигателя, так как изменяется режим его работы.

Различают следующие основные режимы работы двигателя:

  • пуск;
  • малые обороты холостого хода;
  • малые и средние нагрузки;
  • полная нагрузка;
  • резкое увеличение нагрузки.

Для обеспечения наибольшей экономичности в период работы двигателя карбюратор на разных режимах должен приготовлять горючую смесь разного состава.

1. При пуске холодного двигателя горючая смесь должна быть очень богатой (примерно 2—3 кг воздуха на 1 кг бензина).

Вследствие низкой температуры деталей двигателя и малой скорости движения воздуха через карбюратор ухудшается испарение бензина.

При этом в горючей смеси в парообразном состоянии будут оставаться только легкие фракции, составляющие -12% от общего количества бензина.

Чтобы получить необходимое количество паров бензина в горючей смеси, способной воспламеняться и гореть, надо в цилиндры двигателя подавать очень богатую смесь.

Необходимое обогащение горючей смеси при пуске холодного двигателя обеспечивается прикрытием воздушной заслонки карбюратора.

Следует помнить, что при пуске холодного двигателя вследствие переобогащения смеси бензин обильно оседает на стенках цилиндров, смывает масляную пленку с них и разжижает масло в картере.

В результате этого ускоряется износ деталей двигателя. Установлено, что износ деталей за время пуска холодного двигателя соответствует износу за период работы двигателя при движении автомобиля на протяжении около 10 км пути.

Следовательно, при пуске двигателя во избежание сильного износа деталей нельзя допускать чрезмерного переобогащения смеси. При пуске прогретого двигателя вследствие лучших условий испарения бензина нет необходимости переобогащать смесь.

2. На малых оборотах холостого хода в цилиндрах двигателя остается большое количество отработавших газов (до 50% от веса рабочей смеси). Это замедляет скорость горения рабочей смеси, вызывает пропуски в ее воспламенении, приводит к неустойчивой (с перебоями) работе и даже к остановке двигателя.

Для устойчивой работы двигателя на малых оборотах холостого хода необходимо подавать в цилиндры двигателя богатую горючую смесь (примерно 8—9 кг воздуха на 1 кг бензина), которая, смешиваясь с большим количеством отработавших газов, будет воспламеняться и быстро сгорать.

Обогащение смеси необходимо и потому, что при работе двигателя на малых оборотах холостого хода из-за низкой температуры деталей двигателя ухудшается испарение бензина.

Горючая смесь, обеспечивающая устойчивую работу двигателя на малых оборотах холостого хода, приготовляется системой холостого хода карбюратора.

3. При малых и средних нагрузках , когда от двигателя не требуется полной мощности, горючая смесь должна постепенно и плавно обедняться (от 8—9 кг воздуха на 1 кг бензина, соответствующих работе на малых оборотах холостого хода, до 16,5 кг воздуха на 1 кг бензина при открытии дросселя, близком к полному).

В этом случае обеспечивается наибольшая экономичность работы двигателя, так как при небольшом избытке воздуха происходит более полное сгорание топлива.

Постепенное и плавное обеднение горючей смеси (т. е. компенсация состава смеси) при открытии дросселя обеспечивается работой главной дозирующей системы карбюратора.

4. При полной нагрузке (при полном открытии дросселя), когда от двигателя требуется наибольшая мощность, горючая смесь должна быть обогащенной до мощностного состава (12— 13,5 кг воздуха на 1 кг бензина).

Такая смесь сгорает с максимальной скоростью и поэтому двигатель развивает наибольшую мощность. Обогащение горючей смеси до мощностного состава при полном или почти полном открытии дросселя обеспечивается работой экономайзера карбюратора совместно с главной дозирующей системой.

5. При резком открытии дросселя мощность и обороты коленчатого вала двигателя должны быстро возрастать, т. е. двигатель должен обладать хорошей приемистостью.

Однако при этом холодный воздух, быстро входя в большом количестве в систему подачи, вызывает конденсацию паров бензина как в смесительной камере карбюратора, так и во впускном трубопроводе, вследствие чего горючая смесь кратковременно обедняется настолько, что могут появиться перебои в работе цилиндров двигателя.

Указанное обеднение горючей смеси предотвращают кратковременным впрыском дополнительного количества бензина в смесительную камеру карбюратора. Эту задачу выполняет насос-ускоритель карбюратора.

Принцип работы инжекторного двигателя. Какая смесь считается стехиометрической?

В данной статье поговорим про основные принципы работы инжекторного двигателя и какая смесь считается стехиометрической.

Топливовоздушная смесь

Топливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания двигателя и поступает в цилиндры на . Для того чтобы двигатель работал оптимально, топливо необходимо подавать в цилиндр в определенной пропорции с воздухом. Наиболее полное сгорание происходит, если смесь состоит из 14,7 части воздуха и одной части паров бензина. Такое соотношение «воздух—топливо» называется стехиометрическим.

Степень отклонения реального состава топливовоздушной смеси от стехиометрического определяется коэффициентом избытка воздуха λ:

— если λ=1, то реальный расход воздуха соответствует теоретической потребности;
— если λ меньше 1, то воздуха недостаточно для стехиометрического сгорания, топливовоздушная смесь обогащенная. В диапазоне λ=0,95—0,8 двигатель развивает свою максимальную мощность;
— при λ>1 топливовоздушная смесь обедненная. В диапазоне λ=1,05—1,2 достигается максимальная топливная экономичность работы двигателя;
— при λ>1,3 топливовоздушная смесь становится трудновоспламеняемой, двигатель начинает работать с перебоями.

Влияние коэффициента воздуха a на мощность Р и удельный расход воздуха: а) богатая смесь (недостаток воздуха), б) бедная смесь (избыток воздуха)

Видно, что идеального состава смеси, при котором все факторы имели бы оптимальные значения, не существует. Так, например, для обеспечения эффективной работы каталитического нейтрализатора необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси, но при этом двигатель будет работать не оптимально с точки зрения топливной экономичности.

С другой стороны, для сокращения времени прогрева нейтрализатора до рабочих температур двигатель должен поработать на обедненных смесях. Чтобы разобраться, какая же топливовоздушная смесь и при каких условиях является оптимальной для двигателя, рассмотрим основные рабочие режимы инжекторного двигателя.

Режимы работы инжекторного двигателя

Холодный пуск. При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и усиленного оседания топлива на стенках впускных труб. Для компенсации этого явления и облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного количества топлива в момент пуска (a

После пусковая фаза. После пуска при низких температурах на короткое время требуется обогащение смеси (a 1). Это делается специально для быстрого прогрева нейтрализатора до рабочих температур.

Частичные нагрузки. Для двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, при частичных нагрузках необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси (a=1). Для двигателей без нейтрализатора главным критерием оптимальности топливовоздушной смеси является минимальный расход топлива (a=1,05—1,2).

Полная нагрузка. При полностью открытой дроссельной заслонке двигатель должен достигать своего наибольшего крутящего момента или максимальной мощности. Для этого топливовоздушная смесь должна быть обогащенной до a=0,8—0,9.

Ускорение. При быстром открытии дроссельной заслонки состав топливовоздушной смеси кратковременно обедняется вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускной трубе. Поэтому для предотвращения этого явления и достижения хороших разгонных характеристик автомобиля топливовоздушную смесь необходимо обогащать (a

Высотная коррекция. С ростом высоты над уровнем моря плотность воздуха падает. Это означает, что при движении в горах всасываемый в двигатель воздух имеет меньшую массу, чем на равнине. Если это явление не учитывать в расчетах, то топливовоздушная смесь будет переобогащаться, что, в свою очередь, приведет к проблемам с пуском двигателя, с ходовыми качествами автомобиля, а также к .

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВС

  • Авторы
  • Файлы работы
  • Сертификаты

Современные требования к токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания заставляют их производителей не только разрабатывать и внедрять системы, позволяющие уменьшить эмиссию вредных выбросов, но и использовать принципиально новые способы организации рабочего процесса.

Один из современных способов улучшения экологических показателей и улучшения экономичности для двигателей с искровым зажиганием является обеднение топливно-воздушной смеси, но сжигание обедненной смеси происходит гораздо труднее. Решением этой проблемы является расслоение заряда в цилиндре.

При впуске поршень движется к нижней мертвой точке и воздушный заряд поступает в цилиндр через открытый первый впускной клапан первого тангенциального впускного патрубка, что создает интенсивное движение заряда вокруг оси цилиндра. При работе двигателя на средних и больших нагрузках воздушный заряд может поступать в цилиндр и через второй винтовой впускной патрубок при открытом втором впускном клапане.

При сжатии поршень движется к верхней мертвой точке и сжимает вращающийся воздушный заряд в цилиндре. До подхода поршня к верхней мертвой точке во вращающийся воздушный заряд цилиндра форсункой впрыскивается топливо через сопловые отверстия так, что, по меньшей мере, часть топлива попадает на горячую стенку камеры сгорания, на которой происходит его испарение. Пары топлива, соединяясь вращающимся воздушным зарядом, образуют около стенки вращающийся кольцевой объем богатой топливовоздушной смеси, которая будет обедняться вплоть до чистого воздуха в направлении центра камеры сгорания.

Воспламенение богатой топливовоздушной смеси происходит от свечи зажигания возле стенки камеры сгорания. Горение топливовоздушной смеси происходит в кольцевом объеме при его интенсивном вращении. Горячие продукты сгорания, обладающие меньшей плотностью, будут отводиться из кольцевого объема к оси вращения заряда по направлению и вытеснять относительно холодный воздух из центра вихря в кольцевой объем по направлению. При этом фронт пламени будет смещаться по богатой смеси в направлении стенки камеры сгорания, откуда в кольцевой объем будут поступать пары топлива от горячей стенки[1].

Регулирование впрыскивания топлива осуществляют при изменении количества воздушного заряда, поступающего в цилиндр так, что при увеличении количества воздушного заряда угол опережения впрыскивания топлива φ увеличивают. Это обусловлено тем, что для испарения большей массы топлива на стенке требуется большее время.

Такая организация рабочего процесса в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием позволит улучшить топливную экономичность более чем на 15% и снизить содержание в продуктах сгорания оксида углерода и углеводородов более чем на 55%[1,2].

Один из способов увеличения мощности и повышения экологичности за счет улучшения впрыска топливно-воздушной смеси в цилиндр основан на эффекте Ранка

Техническая сущность изобретения состоит в том, что согласно эффекту Ранка вихревое введение любой текучей среды, в том числе и воздуха, в цилиндрическую полость дает температурный градиент по поперечному сечению полости. Так, пристеночные вихревые потоки, в частности воздуха, разогреваются до температур более 100°C, что определяется в значительной мере давлением подаваемого потока воздуха. Применительно к предлагаемому способу введения топлива в камеру сгорания, использование эффекта Ранка позволяет испарить капли топлива и получить в результате однородную топливно-воздушную смесь, так как воздух лучше смешивается с парами, чем с капельными топливными структурами[4].

Реализуется предлагаемый способ подачи топлива в поршневом ДВС следующим образом.

В поток, предпочтительно сжатого, воздуха, идущего по каналу от источника, впрыскивают топливо инжектором. Поступая в цилиндр по касательной к его внутренней поверхности топливно-воздушная смесь в камере сгорания образует вихревую структуру, в которой, согласно эффекту Ранка, на периферии поднимается температура более 100 С. Топливо в виде капель, отброшенных на периферию вихревой структуры под действием центробежных сил, в условиях повышенной температуры начнет интенсивно испаряться, образуя пары, которые, перемешиваясь с воздухом, образуют гомогенную (однородную) топливно-воздушную смесь[4,3]. Сгорание такой смеси от действия запальной свечи будет полным, что повысит КПД использования топлива и улучшит экологические характеристики продуктов сгорания. Возможно, также, уменьшение количества необходимого топлива за счет оптимизации соотношения количества пара и воздуха, что может быть достигнуто в процессе регулирования ДВС. После завершения рабочего цикла продукты сгорания выводятся из цилиндра через клапан.

Для двигателей с воспламенением от сжатия так же существуют способы повышения экологичности и экономичности

Способ смесеобразования в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, заключающийся в том, что, один воздушный поток, предназначенный для подачи в камеру сгорания, закручивают и вводят в него на такте сжатия топливо, отличающийся тем, что в воздушный поток на входе в камеру сгорания вводят дополнительный поток газовой среды в виде распределенных по периферии потока струй, создают в нем тороидальный вихрь, путем подачи струй под углом от 30 до 90 к вектору осевой скорости воздушного потока в направлении движения и касательно к воображаемой окружности, расположенной концентрично воздушному потоку и имеющей диаметр от около 0,3 до около 0,8 диаметра воздушного потока, при этом газовую среду образуют вне зоны ввода струй, а на участке формирования струй возбуждают в каждой струе акустические колебания.

Работа двигателя осуществляется следующим образом. Происходит впуск воздушного заряда через впускной клапан в камеру сгорания. Воздушный заряд при этом приобретает вращательное движение с помощью устройства для закрутки воздушного заряда, а дополнительная газовая среда (например, атмосферный воздух) вводится в закрученный воздушный заряд, образуя при этом тороидальный вихрь, циркуляция которого происходит внутри закрученного воздушного заряда. Высокая интенсивность турбулентности за счет энергии акустических колебаний давления и взаимодействия струй между собой и воздушным зарядом передается воздушному заряду, а при впрыске топлива на такте сжатия и топливным факелам, истекающим из сопел форсунки. Эта энергия идет как на улучшение тонкости распыления топлива, так и на выравнивание концентрационных полей в объеме камеры сгорания. В сочетании с этим в закрученном течении с высоким уровнем турбулентности возникают обширные зоны рециркуляции, которые имеют огромное значение в интенсификации процесса смесеобразования. Происходит воспламенение подготовленной однородно перемешанной топливовоздушной смеси в объеме камеры сгорания, при этом время, необходимое для сгорания топлива, уменьшается за счет диффузионной составляющей процесса горения

1. И. В. Кузнецов, А. М. Сычев Процессы смесеобразования в двигателе с расслоением заряда в цилиндре // Автомобильная промышленность. 2015. №3.

2. Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы // http://www.findpatent.ruURL: http://www.findpatent.ru/patent/254/2544418.html (дата обращения: 20.10.2016).

3. Росс Твег, Системы впрыска бензина, Москва, КЖИ «За рулем», 2003

4. Сущность эффекта Ранка // http://khd2.narod.ru URL: http://khd2.narod.ru/whirl/ranque.htm (дата обращения: 20.10.2016).

5. А. С. Орлина Двигатели внутреннего сгорания. Том 1. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах. М.: МАШГИЗ, 1957. 396 с.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector