Avtoargon.ru

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

Система питания

Система питания

Используемое топливо

Топливом для двигателей с искровым зажиганием обычно служит бензин. Одной из наиболее важных характеристик бензина является октановое число, которое указывает на способность топлива сопротивляться детонации — сгоранию с очень высокой скоростью, приводящей к резкому повышению температуры и давления, что может привести к разрушению деталей двигателя. Октановым числом называется процентное содержание изооктана в его смеси с нормальным гептаном, когда эта смесь имеет ту же детонационную стойкость, что и данное топливо. Октановое число может различаться в зависимости от того, какой метод использовался для его измерения. Существует два метода: исследовательский и моторный. Октановое число, полученное исследовательским методом, обычно характеризует способность топлива сопротивляться детонации при разгоне, а моторным методом – сопротивление детонации при постоянной высокой скорости и нагрузках. Независимо от того, каким способом определено октановое число, оно может быть увеличено применением различных добавок к топливу. В течение многих лет с этой целью использовались добавки, содержащие свинец. Сейчас они запрещены, не только из-за того, что свинец отравляет атмосферу, но и в связи с тем, что наличие свинца в топливе выводит из строя каталитические нейтрализаторы (устройства для снижения вредных компонентов в отработавших газах). Этилированный бензин (с добавками свинца) сейчас запрещен к применению в большинстве стран. Соответствующее октановое число вплоть до 98 (по исследовательскому методу) обеспечивается применением специальных топливных присадок. Октановое число автомобиля также можно повысит с помощью дополнительных присадок.
Бензин не единственное топливо, которое может использоваться в двигателях с искровым зажиганием. Существует много альтернативных видов топлива, различные спирты (этанол и метанол), водород, углеводородные газы, такие как сжиженный нефтяной газ, смесь пропана и бутана и природный газ(метан). Ни один из этих видов топлива не может быть использован непосредственно, и любой из бензиновых двигателей требует модификации для их использования.

Сгорание топлива

При работе двигателя с разной нагрузкой изменяется количество подаваемого в камеры сгорания воздуха (или горючей смеси), тем не менее, соотношение между количеством топлива и воздуха не должно выходить заданные рамки.
Для полного сгорания одной весовой части бензина требуется 14,7–15,0 весовых частей воздуха (на самом деле, в процессе сгорания участвует кислород, содержащийся в воздухе). Состав горючей смеси принято оценивать с помощью коэффициента избытка воздуха — α (в зарубежной практике — λ).

α = (Действительное количество поступившего воздуха) / (Теоретически необходимое для полного сгорания)

Смесь с коэффициентом избытка воздуха, равным единице, называется стехиометрической, т. е. нормальной. Если α>1, то есть воздуха в смеси больше, чем необходимо для полного сгорания топлива, смесь называют бедной. Если α Назад

Продукты сгорания топлив в ДВС. Механизмы образования токсичных веществ.

Вредные или токсичные вещества – вещества, оказывающие отрицательное воздействие на организм человека и ОС.

Токсичные вещества выбрасываются в атмосферу с отработавшими газами, картерными газами, а также в результате испарения топлива.

Выхлопные газы (отработавшие газы) – это газы, выбрасываемые из ДВС в процессе работы. В отработавших газах автомобилей содержится около 280 различных веществ и соединений, из которых около 200 соединений и веществ являются токсичными. Среди них: СО, NOx, SO2, ПАУ и др.

Современные автомобильные двигатели имеют замкнутую систему вентиляции картера, которая практически исключает выбросы ВВ в атмосферу с картерными газами.

Уравнение сгорания любого органического топлива в общем виде можно записать следующим образом:

— при условиях: — полного сгорания топлива;

— топливо состоит только из элементов С, Н, О.

На самом деле даже наиболее экологически чистое топливо (водород, спирты, газ) при сгорании может соединяться с азотом, содержащимся в воздухе, и образовать высокотоксичные оксиды азота.

При сжигании более тяжелых топлив (мазута, сырой нефти, каменного угля, бурого угля, сланцев) в реакции сгорания принимают участие и все примеси, содержащиеся в топливе: сера, сложные кислородные и азотистые соединения и другие элементы, в небольших количествах входящие в состав топлива. Негорючие твердые компоненты (балластная часть угля и нефти) выделяется в виде шлака и золы. Частицы несгоревшего топлива выделяются в виде пылинок, копоти, сажи, аэрозоли.

В случае неполного сгорания топлива (при нехватке кислорода) его элементы и составные части могут недоокисляться, образовывать промежуточные и новые продукты окисления, которые в основной массе являются вредными, токсичными или высокотоксичными. В самом общем виде уравнение сгорания топлива имеет вид:

Присутствие в продуктах сгорания оксидов азота и серы, а также воды приводит к образованию кислот:

По химическому составу и свойствам, характеру воздействия на организм человека компоненты отработавших газов объединяют в группы:

I группа – в неё входят нетоксичные вещества: N2, O2, H2, H2O-пар, CO2 и другие естественные компоненты атмосферного воздуха.

II группа – к ней относится только угарный газ СО (4 класс опасности, ПДК=5,0 мг/м 3 ).

1) во время сгорания при недостатке О2;

2) в ходе холоднопламенных реакций в дизелях;

3) при диссоциации CO2 (при температурах более 2000°С) (главным образом в ДВС с искровым зажиганием)

В бензиновых ДВС: механизм горения (окисления) углеводородов:

RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO (горение в условиях недостатка кислорода)

В дизельных ДВС, работающих при a˃1, вероятность реакции во фронте пламени мала, но в цилиндрах существуют дополнительные источники появления СО:

— низкотемпературные участки пламени стадии воспламенения топлива;

— капли топлива, поступающие в камеру на поздних стадиях впрыска и сгорающие в диффузном пламени при недостатке кислорода;

Читать еще:  Шевроле лачетти загорелся чек двигателя что может быть

— частицы сажи – могут осуществляться реакции:

Основная до,ля образующегося СО в камере сгорания превращается в СО2, не выходя за пределы камеры: СО + ОН → СО2 + Н.

Окисление СО в СО2 происходит в выпускной трубе, а также в нейтрализаторах (дожигателях) отработавших газов.

III группа – оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5). Основное количество NO и NO2.

NO (3 класс опасности, ПДК=0,4 мг/м 3 ); NO2 (2 класс опасности, ПДК=0,25 мг/м 3 ).

В дизелях содержание NO в отработанных газах составляет около 90 % (в карбюраторных – 99 %). Дальнейшее окисление – в атмосфере. Нормативный коэффициент составляет 0,8.

В камере сгорания NO может образовываться:

1) при высокотемпературном окислении N2 воздуха (термический NO);

2) в результате низкотемпературного окисления азотсодержащих соединений топлива (топливный NO);

3) из-за столкновения углеводородных радикалов с молекулами азота в зоне реакций горения при наличии пульсаций температуры (быстрый NO);

В большинстве камер сгорания ДВС доминирует термический NO ( во время горения бедной топливо-воздушной смеси).

Реакция (1) превалирующая, обратимая. При увеличении температуры от 2300

Поэтому при резком охлаждении газов в такте расширения происходит фиксация содержания NO.до 2500К реакция возрастает в 2 и более раз (во время вспышки при подаче искры свечой). На такте расширения происходит снижение температуры и реакция затормаживается и:

2NО + O2→ 2NO2
IV группа – самая многочисленная группа – входят различные углеводороды, т.е. соединения СхНy.

В отработавших газах содержатся УВ различного строения: парафиновые (алканы), нафтены (цикланы), ароматические (бензольные). Суммарно около 1600 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Несгоревшие УВ токсичны, вместе с оксидами азота участвуют в фотохимических реакциях, являясь фотооксидантами.

Наибольшей токсичностью обладают: этилен, пропилен, бутилен, вызывающие раздражения слизистых облочек, многочисленные хронические заболевания сосудистой и нервной систем, поражения внутренних органов.

Менее токсичны парафины: метан, этан, пропан, бутан. Ароматические УВ (бензол, толуол и др.) являются канцерогенами, вызывающими лейкемию др. раковые заболевания.

УВ образуются в результате:

— Реакций цепочно-теплового взрыва (пиролиза, синтеза). Образуются ПАУ, альдегиды, фенолы.

— неполноты сгорания (несгоревшие компоненты топлива и масла).

— замороженные слои у стенок цилиндра из-за негомогенности топливовоздушной смеси;

— зазоры между поршнем и стенкой цилиндра; негерметичность выпускного клапана или системы вентиляции картера;

— гашение пламени или пропуск зажигания при работе двигателя на переобедненных смесях;

— в дизелях УВ образуются в переобогащенных зонах, где происходит пиролиз молекул топлива. Если в процессе расширения в эти зоны не поступит достаточное количество кислорода, то УВ появляются в отработавших газов.

— испарение низкокипящих олефиновых УВ топлива в топливном баке и карбюраторе.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – канцерогенные УВ.

Бенз(а)пирен – наиболее токсичный компонент, обладающий канцерогенными свойствами (С20Н12) . Образуется в результате пиролиза тяжелых фракций моторных топлив и смазочного масла при сравнительно умеренных температурах (400–700 о С) в условиях сильного недостатка кислорода. При температурах св. 1000 о С БП разлагается на водород и сажу. Образование и сохранение происходит в относительно холодных пристеночных слоях, на поверхности гильз цилиндров, покрытых масляной пленкой. Указанная теория влияния смазочного масла подтверждается увеличением содержания БП в отработанных газах в 10–100 раз при увеличении износа цилиндро-поршневой группы в ДВС.

БП хорошо адсорбируется и прочно удерживается в сажевых частицах. Концентрация БП может колебаться в широких пределах в зависимости от типа двигателя и режима работы. Сажа бензиновых ДВС содержит значительно больше БП (в 18,5 раз), однако от дизельных двигателей количество сажи выбрасывается больше (в 25 раз).

V группа – альдегиды RCHO:

— формальдегид НСНО (2 класс опасности)

— акролеин (СН2=СНО) – альдегид акриловой кислоты (2 класс опасности)

VI группа – твердые частицы:

Сажа (3 класс опасности) – частицы твердого углерода черного цвета, образуется при неполном сгорании и термическом разложении углеводородного топлива. Образование происходит в результате пиролиза или окислительного крекинга углеводородных молекул в зонах сильно обогащенной смеси и достаточно высокой температуре. Такие условия создаются в дизелях при горении капелек жидкого топлива.

Обильное образование сажи происходит в фазе замедленного диффузного горения. Большая часть сажи успевает сгореть в такте расширения, догорание происходит в выпускном тракте.

Основная опасность связана со свойством сажи накапливать на поверхности канцерогенные вещества и служить их переносчиком. Адсорбируясь на частичках сажи (98% БП), бенз(а)пирен оказывает гораздо большее воздействие на живые клетки, чем в чистом виде.

VII группа – сернистые соединения: SO2, SO3, H2S – из сернистых топлив (больше в дизельных топливах).

Образуются за счет окисления серы, содержащейся в топливе.

VIII группа – свинец (1 класс опасности) и его соединения – при использовании этилированного бензина (тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4).

Виды выбросов от двигателей внутреннего сгорания

Выбросы загрязняющих веществ от подвижных источников происходит в районах, где в качестве локомотивов используют тепловозы с дизельными силовыми установками.

При работе магистральных тепловозов в атмосферу выделяются отработавшие газы, когда одна секция тепловоза выбрасывает в атмосферу за час работы примерно 28 кг оксида углерода, 17,5 кг оксидов азота, до 2 кг сажи. Но тепловозные дизели при поездной работе имеют более стабильный режим нагрузок, так как дизель работает с малыми отклонениями частот вращения. В связи с этим выделение загрязняющих веществ значительно сокращается.

Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах.

Читать еще:  Давление при подаче дизельного топлива в дизельных двигателях

Вместе с тем, маневровые тепловозы работают в переменных режимах с частым троганием с места, ускорениями и торможениями. В этом случае выброс отработавших газов значительно возрастает.

Загрязнение происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.

Транспортные средства для своей работы используют в основном топливо, получаемое из нефти. В состав органической массы нефтяного топлива входят следующие химические элементы: углерод, водород, кислород, азот и сера. Негорючая часть топлива включает влагу и минеральные примеси. Продуктами полного сгорания топлива являются углекислый газ, водяной пар и диоксид серы. При недостаточном поступлении кислорода происходит неполное сгорание, в результате чего вместо углекислого газа образуется угарный газ.

Отработавшие газы ДВС содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. В общем случае, согласно некоторым исследованиям, в составе отработавших газов при сгорании топлива состава С+Н+S+О=1 в двигателях внутреннего сгорания могут содержаться около 36 устойчивых элементов. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.

Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха.

Вторая группа. К этой группе относят только одно вещество — оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ.

Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом NО — оксид азота и NO2 — диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания ДВС при температуре 2800 °С и давлении около 10 кгс/см 2 . Оксид азота — бесцветный газ, не взаимодействует с водой и мало растворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. Легко окисляется кислородом воздуха и образует диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NО полностью превращается в NO2 — газ бурового цвета с характерным запахом, тяжелее воздуха.

Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа CXHY. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.

Пятая группа. Ее составляют альдегиды — органические соединения, содержащие альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом (СН3, С6Н5 или др.).

В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Шестая группа. В нее выделяют сажу и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). Сажа — частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива.

Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения — такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте.

Для российских месторождениях нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присутствия серы и сернистых соединений. Поэтому и получаемое из нее дизельное топливо по устаревшим технологиям отличается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 году, содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту — 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений.

Восьмая группа. Компоненты этой группы — свинец и его соединения — встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающую октановое число.

Принцип работы бензинового двигателя

Бензиновые двигатели и их устройство

Принцип работы бензинового силового агрегата состоит в следующем: небольшой объем топливной смеси поступает в камеру сгорания, там происходит ее воспламенение и взрыв, в результате которого высвобождается определенная энергия.

В двигателе внутреннего сгорания таких взрывов происходит несколько сотен за минуту.

Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень (М), который при помощи шатуна (N) вращает коленвал (P).

Цикл работы бензинового двигателя состоит из следующих этапов:

• Впускной такт. В этот момент начинается движение поршня вниз, происходит открытие впускного клапана. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.

• Сжатие. Поршень начинает двигаться вверх, тем самым сжимает смесь в цилиндрах, что необходимо для выделения большей энергии при последующем взрыве.

• Рабочий такт. Когда поршень поднимается до верхней мертвой точки в цилиндре, в работу включается свеча зажигания и поджигает топливную смесь. После взрыва поршень движется уже вниз.

• Выпускной такт. После достижения поршнем крайней нижней точки, происходит открытие выпускного клапана, через который продукты сгорания и уходят из камеры.

Читать еще:  Двигатель mazda titan xa технические характеристики

После выхода продуктов сгорания начинается новый цикл работы ДВС.

Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение.

Устройство и основные детали бензиновых ДВС

Цилиндр – важнейшая часть бензинового мотора, в котором происходит движение поршня, вызванное взрывом топливной смеси. В описанном выше примере речь идет об одном цилиндре. Такое устройство может иметь двигатель моторной лодки или сенокосилки. В моторах же автомобилей цилиндров больше – три, четыре, пять, шесть, восемь, двенадцать и более.

Расположение цилиндров в ДВС может быть следующим:

— рядным:

— V-образным:

— оппозитным (цилиндры горизонтально располагаются друг напротив друга):

Каждое расположение цилиндров имеет свои плюсы и минусы, из которых складывается характеристики тех или иных двигателей и затраты на их производство.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Принцип работы ДВС

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье «как устроены бензиновые и дизельные двигатели».

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector