Действительные циклы двигателей внутреннего сгорания

Расчет действительного цикла двигателя состоит из следующих этапов: - процесс впуска и газообмена; - процесс сжатия; -процесс сгорания; -процесс расширения; -процесс выпуска. Рабочий цикл характеризуется следующими параметрами: -среднее индикаторное давление; -индикаторная мощность; -индикаторный КПД. -присутствие механических потерь. Механический КПД находится по формуле: Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД. Процесс впуска заключается в наполнении цилиндра двигателя свежим зарядом (топливовоздушной смесью или воздухом). Состоит из трех периодов: 1) в первый период, от момента начала открытия впускного клапана (точка г1) до момента закрытия выпускного клапана (точка а’), происходит одновременное наполнение цилиндра свежим зарядом, выпуск отработавших газов и их смешение. Это период, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, называют перекрытием клапанов (), именно в этот период происходит наиболее интенсивный процесс газообмена; 2) период от точки d до точки а при движении поршня к н.м.т. характеризует основной период впуска свежего заряда, продолжение смешения его с отработавшими газами, выравнивание их совместного давления и температуры; 3) в третий период при движении поршня от и.м.т. (точка а) до точки а" происходит одновременно завершение процесса наполнения цилиндра (дозаряда, или обратный выброс) и начало сжатия смеси. При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчете рабочего цикла двигателя давление окружающей среды принимают равным 0,1 МПа, а температура Т0=293 К. В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива. Процесс сгорания – это основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы. С целью упрощения термодинамических расчетов автомобильных и тракторных двигателей принимают, что процесс сгорания в двигателях с воспламенением от искры происходит при V=соnst,,т. е. по изохоре, а в двигателях с воспламенением от сжатия – при V=const и p=const, т.е. по циклу со смешанным подводом теплоты. В результате процесса расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. Изменение давления в процессе расширения показано на рисунке, приведенном ниже. Кривая zab1b11 показывает действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе расширения. Так же как и при рассмотрении процесса сжатия, условно считают, что процесс расширения в действительном цикле протекает по политропе с переменным показателем, который в начальный период изменяется от 0 до 1 (идет настолько интенсивное догорание топлива, что температура газов повышается, несмотря на расширение), Затем увеличивается и достигает значения показателя адиабаты (выделение теплоты вследствие догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации уменьшается и становится равным отводу теплоты за счет теплообмена и утечки газов через неплотности) и, наконец, превышает показатель адиабаты (выделение теплоты меньше отвода теплоты). За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы. В начале расчета процесса впуска задаются параметры процесса выпуска (рr и Тr), а точность выбора величины давления н температуры остаточных газов проверяется по формуле: При проектировании двигателя стремятся уменьшить величину рr, чтобы избежать возрастания насосных потерь и коэффициента остаточных газов. Кроме того, увеличение давления выпуска уменьшает коэффициент наполнения, ухудшает процесс сгорания и повышает температуру и количество остаточных газов. Увеличение давления в конце выпуска при газотурбинном наддуве, как правило, вполне компенсируется повышением давления на впуске.

2) Тяговая динамичность автомобиля зависит от его конструктивных параметров и качества дороги. Из конструктивных факторов наибольшее значение имеют форма скоростной характеристики двигателя, КПД трансмиссии, передаточные числа трансмиссии. Форма скоростной характеристики. Карбюраторный двигатель имеет более выпуклую характеристику, чем дизель, что обеспечивает ему больший запас мощности при той же скорости. Следовательно, будет больше преодолеваемое сопротивление или развиваемое ускорение.

КПД трансмиссии. КПД трансмиссии оценивает величину непроизводительных потерь энергии. Уменьшение КПД, вызванное ростом потерь энергии на трение, приводит к уменьшению силы тяги на ведущих колесах. В результате снижается максимальная скорость автомобиля и максимальный коэффициент сопротивления дороги.

Применение в холодное время года летних трансмиссионных масел, имеющих большую вязкость, приводит к увеличению крутящегося момента, особенно заметному во время трогания автомобиля с места.

Передаточные числа трансмиссии. От передаточного числа главной передачи в большой степени зависит максимальная скорость автомобиля. От передаточного числа первой передачи зависит величина максимального сопротивления дороги, преодолеваемого при равномерном движении. Передаточные числа промежуточных ступеней подбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную интенсивность разгона.

Увеличение числа передач в коробке улучшает тяговую динамичность автомобиля. Хотя динамические факторы на первой и последних передачах в обоих случаях одинаковы, однако, сравнивая максимальные скорости на различных дорогах, видим преимущества четырехступенчатой коробки. Так, на дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления максимальная скорость автомобиля характеризуемых штриховой кривой, что вызывает ухудшение динамичности и топливной экономичности автомобиля.

Масса автомобиля. Повышение массы автомобиля приводит к увеличению силы инерции и сил сопротивления качению и подъему и, как следствие, к ухудшению динамичности автомобиля.

Обтекаемость автомобиля. Для современных легковых автомобилей характерны строгие прямолинейные очертания с плавными переходами, однако нередко зарубежные фирмы в рекламных целях выпускают автомобили с кузовами вычурной формы, имеющими необычный внешний вид и создающими повышенное сопротивление воздуха.

Для уменьшения сопроивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а выступающие детали устанавливают так, чтобы они не выходили за внешние очертания кузова. У гоночных автомобилей число выступающих частей уменьшают до минимума, а заднюю часть кузова делают вытянутой, добиваясь плавного обтекания ее воздухом.

Силу сопротивления воздуха у грузовых автомобилей можно уменьшить, закрыв грузовую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом, или используя специальные щитки (обтекатели), уменьшающие завихрения воздуха.

3) Литровая мощность дает возможность сравнивать мощностные показатели двигателей с разным рабочим объемом:

где: V_n — рабочий объем двигателя в литрах. В настоящее время литровая мощность лучших гоночных двигателей достигает 300 л. с./л.

По литровой мощности спортивные двигатели значительно уступают гоночным. Литровая мощность наиболее форсированных четырехтактных спортивных двигателей составляет 120 л. с./л и двухтактных — 130 л. с./л. (больше найти не смог)

Билет4

1) Тактом рабочего цикла ДВС является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При 4-тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один.

Присутствуют те же 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух — это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой или в сжатый воздух форсунка впрыскивает топливо, которое самовоспламеняется, поршень под действием этого идёт вниз — это расширение, или рабочий ход поршня. Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу — это такт выпуска.

Силы сопротивления движению

К данным силам относят: силу трения трансмиссии, сопротивления дороги и воздуха.

Сила трения трансмиссии

Мощность от двигателя к ведущим колесам передается агрегатами трансмиссии. Часть мощности при этом затрачивается на преодоление трения между зубьями шестерен коробки передач и ведущего моста, в подшипниках и сальниках, а также на преодоление трения шестерен о масло и на его разбрызгивание. Поэтому тяговая мощность, подводимая к ведущим колесам при равномерном движении автомобиля, несколько меньше эффективной мощности двигателя, на величину, затрачиваемой на преодоление трения в трансмиссии.

КПД трансмиссии не остается постоянным в течение всего срока службы автомобиля. После выпуска автомобиля с завода детали трансмиссии и ходовой части прирабатываются и КПД некоторое время увеличивается. Затем довольно длительное время этот параметр остается примерно постоянным, после чего в результате изнашивания деталей, нарушения их номинальных размеров и образования чрезмерных зазоров, начинает уменьшаться. После капитального ремонта автомобиля и последующей приработки деталей КПД трансмиссии снова возрастает, но уже не достигает прежнего значения.

Сила сопротивления дороги

Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами энергии, которые можно разделить на три группы.

1. Затраты энергии на подъем автомобиля при движении в гору.

При движении на подьеме сила больше чем на спуске и зависит от угла уклона.

2. Деформацию шин и дороги.

Шина соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В каждой из них на шину действует бесконечно малая сила —элементарная реакция дороги. Равнодействующую элементарных сил, действующих со стороны дороги на колесо в области контакта, называют реакцией дороги. Во время качения колеса между частями шины возникает трение и выделяющееся тепло рассеивается, что приводит к потере энергии. При качении деформируемого колеса по мягкой дороге энергия затрачивается на преодоление внутреннего трения в шине, деформацию дороги и на трение шины о грунт. Шина врезается в грунт, выдавливает его в сторону и спрессовывает отдельные частицы, образуя колею.

Качение колеса по мягкому грунту вызывает уплотнение частиц грунта под колесом и смещение их в сторону движения автомобиля. На коэффициент сопротивления качению при этом влияют глубина колеи, тип и состояние грунта, диаметр колеса и воспринимаемая им вертикальная нагрузка. Понижение давления воздуха в шине приводит к уменьшению глубины колеи, однако при этом возрастают внутренние потери в шине.

При движении автомобиля по дороге с твердым покрытием коэффициент сопротивления качению увеличивается с уменьшением давления воздуха в шине. При передаче крутящего момента коэффициент немного возрастает, так как шина в этом случае деформируется не только в вертикальном направлении, но и по окружности. При большом передаваемом крутящем моменте элементы протектора проскальзывают по дороге, и на трение в области контакта затрачивается дополнительная энергия.

3. Колебания частей автомобиля.

Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным. Неровности создают дополнительное сопротивление движению автомобиля и вызывают колебания его осей, колес и кузова. Во время этих колебаний происходит рассеивание энергии в шине и деталях подвески.

При движении автомобиля нормальные реакции дороги не остаются постоянными, а изменяются под действием сил и моментов, приложенных к автомобилю, например момента, передаваемого от двигателя к колесам автомобиля; моментов сил инерции колес, возникающих при неравномерном движении; моментов сил сопротивления качению; момента, создаваемого любой силой, линия действия которой не проходит через переднюю и заднюю оси автомобиля.

Во время разгона нагрузка на переднюю ось автомобиля уменьшается, а на заднюю — возрастает по сравнению с нагрузками при статическом положении автомобиля. При торможении автомобиля происходит обратное явление. Этим объясняется подъем передней части автомобиля, наблюдаемый при разгоне, и наклон ее вниз («клевок») при торможении. Примерные значения коэффициента приведены в таблице.

	На переднюю ось	На заднюю ось
При торможении	1,5 - 2,0	0,5 - 0,7
При ускорении	0,5 - 0,7	1,2 - 1,3

Нормальная реакция дороги на передние колеса автомобиля уменьшается, а на задние возрастает с увеличением крутизны подъема, интенсивности разгона автомобиля, а также с ростом сил сопротивления.

Сила сопротивления воздуха

Автомобиль во время движения перемещает частицы окружающего воздуха, и в каждой точке поверхности автомобиля в результате соприкосновения ее с воздушной средой возникают элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. Касательные силы являются силами трения. Нормальные силы создают давление на поверхность автомобиля.

Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха складываются из следующих составляющих:

- лобового сопротивления, вызванного разностью давления воздуха спереди и сзади автомобиля (55—60% всего сопротивления воздуха);

- сопротивления, создаваемого подножками, крыльями и другими выступающими частями автомобиля (12—18%);

- сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство7 (10—15%);

- трения наружной поверхности автомобиля о близлежащие слои воздуха (5—10%);

- сопротивления, вызванного разностью давления сверху и снизу автомобиля (5—8%).

В результате взаимодействия автомобиля и воздуха возникает также вертикальная сила. У серийных автомобилей эта сила направлена вверх и называется подъемной силой. У скоростных автомобилей (гоночных, спортивных) благодаря специальной форме кузова она направлена вниз и увеличивает силу сцепления шин с дорогой. Более подробно читайте про это в статье Автомобиль и сопротивление воздуха.

3) 3. Тепловой баланс котла по упрощенной методике теплотехнических расчетов Равича М.Б. и КПД (брутто) котлоагрегата

 

Составление теплового баланса котлоагрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты, называемым располагаемой теплотой, и суммой полезно использованной теплоты и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляется КПД и необходимый расход топлива.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид (в абсолютных величинах), кДж/кг:

 

.

 

Принимая за 100%, находим составляющие баланса (qi) в относительных единицах. Тогда.

КПД котлоагрегата (брутто) по обратному балансу

 

,

 

где q2 =6,22% потери теплоты с уходящими газами; q3 = 0% потери теплоты в котлоагрегате с химическим недожогом; q4 = 0,33% потери теплоты в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива; q5 = 0,935% потери теплоты от наружного охлаждения; q6 = 0,00096% потери с физической теплотой шлаков.

Относительная погрешность определения КПД котлоагрегата (брутто) методом обратного баланса составила:

 

.

 

Потери теплоты с уходящими газами по [4]

 

,

 

где tух =145С температура уходящих газов; tхв =30С температура холодного воздуха; tмакс =2015,86С жаропроизводительность топлива с учетом влаги в воздухе; c =0,835-отношение средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0С до tух =145С к их теплоемкости в температурном интервале 0С до tмакс =2042,26С по табл. 14-12 [5]; h изменение объема сухих продуктов горения в реальных условиях и при теоритических; соотношение объемов влажных и сухих продуктов горения при α =1; k = 0,79 отношение средней теплоемкости 1м3 воздуха в температурном интервале от 0С до tух =145С к теплоемкости 1м3 неразбавленных воздухом продуктов горения в температурном интервале от 0С до tмакс =2042,26С по табл. 14-12 [5].

Потери теплоты в котлоагрегате по [4] с химическим недожогом отсутствуют q3 =0%.

Потери теплоты по [4] в котлоагрегате от механической неполноты сгорания топлива

 

%,

 

где Qун теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м3/кг продуктов горения, ккал/м3; P максимальное теплосодержание сухих продуктов горения топлива, ккал/м3.

Теплота сгорания уноса, отнесенная к 1м3 продуктов горения [4]:

 

ккал/м3,

 

где aун =0,95 доля золы топлива в уносе; сун =3% содержание горючих в золе-уносе.

Потери теплоты от наружного охлаждения котлоагрегата принимаются по рис. 4-9 из [2] при номинальной нагрузке (50т/ч) и составляют.

Потери с физической теплотой шлаков рассчитываются по формуле [6]

 

,

 

где ашл =1 аун = 10,95=0,05 доля золы в шлаке по табл.2.6 из [6]; (сt)шл =0,56 кДж/кг энтальпия шлака при твердом шлакоудалении при температуре tшл =600С по табл.3.5 из [6].

 

Билет5

1) Рабочий цикл четырёхтактного двигателя[править | править исходный текст]

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством, центробежным вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по емкостному принципу.

4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

2)

Силовой и мощностной балланс Аналитическое решение уравнения движения автомобиля в общем виде невозможно, так как неизвестны точные функциональные зависимости, связывающие основные действующие силы (Р Т, Р ТР и Р К) со скоростью автомобиля. Поэтому уравнение движения обычно решают приближенно, используя графоаналитические методы. Наиболее распространены методы силового баланса, мощностного баланса и динамической характеристики. Силовой баланс. Переписав уравнение следующим образом: Р Т = Р Д + Р В + Р П, получим уравнение силового баланса, которое можно решить графически. Вначале строят тяговую характеристику автомобиля. В нижней части графика наносят кривую Р Д, построенную для одного значения коэффициента сопротивления дороги y. Значение силы Р Воткладывают вверх от соответствующих значений силы Р Д. Кривая суммарного сопротивления Р Д + Р Вопределяет силу тяги, необходимую для движения автомобиля с постоянной скоростью. Если кривая P T(P ТI – P TIV в зависимости от числа передач) проходит выше кривой Р Д + Р В, то отрезки Р З, заключенные между этими кривыми, представляют собой нереализованную часть (запас) силы тяги, которую можно использовать для преодоления повышенного сопротивления дороги или для разгона автомобиля.

3) Индикаторной мощностью N_i называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя. Единицами измерения мощности являются лошадиные силы (л. с.) или киловатты (квт); 1 л. с. = 0,7355 квт.

Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление p_i т. е. такое условное постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень в течение только одного такта сгорание—расширение, могло бы совершить работу, равную работе газов в цилиндре за весь цикл.

Это давление p_i можно подсчитать по полезной площади индикаторной диаграммы (на рис. 1 и 2 она заштрихована). Для карбюраторных двигателей величина р_i составляет 8—12 кг/см², а для дизельных — 7,5—10,5 кг/см².

Если известно p_i, то индикаторную мощность четырехтактного двигателя можно выразить следующей формулой:

где p_i — среднее индикаторное давление, кг/см²;
V_л — сумма рабочих объемов всех цилиндров (литраж) двигателя дм3 или л;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Литраж двигателя определяется по формуле:

где π — постоянное число, равное 3,14;
D — диаметр поршня, дм;
S — ход поршня, дм;
i — число цилиндров двигателя.

Эффективной мощностью N_e называют мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя. Она меньше индикаторной мощности N_i на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, шеек коленчатого вала о подшипники и др.) и приведение в действие вспомогательных механизмов (газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора и др.).

Для определения величины эффективной мощности двигателя можно воспользоваться приведенной выше формулой для индикаторной мощности, заменив в ней среднее индикаторное давление p_iсредним эффективным давлением р_е (р_е меньше p_i на величину механических потерь в двигателе).

На практике эффективную мощность N_е определяют путем испытания двигателя на тормозных стендах (электрических или гидравлических), пользуясь следующей формулой:

где М_е — крутящий момент двигателя, кгм, равный произведению окружной силы на маховике на радиус маховика;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Эффективная мощность повышается с увеличением крутящего момента и числа оборотов коленчатого вала (до некоторого предела).

Эффективная мощность и крутящий момент тем больше, чем больше:

1. литраж двигателя (т. е. диаметр и число цилиндров, длина хода поршня);

2. наполнение цилиндров, которое повышается при усовершенствовании камер сгорания, уменьшении сопротивления впускной и выпускной систем, снижении подогрева горючей смеси, установке многокамерных карбюраторов и общем улучшении конструкции двигателя;

3. степень сжатия, так как при ее повышении увеличивается скорость горения рабочей смеси, повышается температура и давление газов в начале такта сгорание — расширение, уменьшается количество тепла, уходящего с отработавшими газами и охлаждающей жидкостью.

Предельные значения степени сжатия ограничиваются свойствами применяемого топлива — октановым числом бензина.

Эффективная мощность изменяется с изменением угла опережения зажигания. Наивыгоднейшая величина этого угла зависит от числа оборотов коленчатого вала, нагрузки двигателя, сорта топлива и состава смеси.

Эффективная мощность тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя.

Литровой мощностью называют наибольшую эффективную мощность, получаемую с одного литра рабочего объема цилиндров двигателя.

Литровая мощность карбюраторных двигателей современных легковых автомобилей достигает 40—50 л. c. / л.

Одним из способов повышения, эффективной мощности двигателя без существенного увеличения его веса является наддув. Так, Ярославский моторный завод производит V-образные четырехтактные дизельные двигатели с турбонаддувом: 8-цилиндровые ЯМЗ-238Н (300—320 л. с.) и 12-цилиндровые ЯМЗ-240Н (500—520 л. с.).

Билет6

1) Сгорание

В процессе сгорания происходят несколько химических реакций. Одни соединения разрушаются, а новые соединения образуются. Управление процессом сгорания - это ключ к управлению всей работой и токсичностью выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

Для процесса сгорания требуются три элемента:

1. Воздух
2. Топливо
3. Искра зажигания

Эти три элемента иногда упоминаются как "триада сгорания". Если один элемент триады отсутствует, сгорание невозможно. Двигатель внутреннего сгорания рассчитывается на объединение этих трех элементов, поддерживая полный контроль над процессом.

Воздух

Воздух состоит из атомов азота (N), кислорода (О) и других газов. Большую часть воздуха составляет азот, являющийся инертным, негорючим газом. Воздух не горит, но в нем содержится достаточное количество кислорода, что позволяет поддерживать сгорание.

Топливо

Бензин состоит из углеводородов, которые образуются в результате переработки сырой нефти. Углеводороды состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). В бензин добавляются различные химикаты, типа ингибиторов коррозии, красителей и очищающих средств. Эти химикаты называются присадками.
Тепло и давление, присутствующие в двигателе внутреннего сгорания, могут заставить бензин, находящийся в камере сгорания, воспламениться раньше, чем генерируется искра зажигания. Это называется преждевременным воспламенением и более подробно описывается дальше. Октановое число бензина указывает на то, насколько хорошо он противостоит преждевременному воспламенению. Дополнительная очистка может способствовать увеличению октанового числа.
В настоящее время в регионах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения воздуха используется тип топлива, называемый улучшенным бензином (подвергнутым реформингу) (RFG). Такой бензин имеет специальные присадки, называемые окислителями, которые улучшают сгорание, увеличивают октановое число и уменьшают токсичность выхлопа.

Искра зажигания

В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо поступают в камеру сгорания, и затем генерируется искра зажигания, вызывающая сгорание. Перед зажиганием воздушно-топливной смеси двигатель нагревается и сжимает смесь. Нагревание помогает процессу смесеобразования, а сжатие увеличивает энергию, генерируемую при сгорании.

Процесс сгорания

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит в течение доли секунды (приблизительно в течение 2 миллисекунд). В этот момент разрушаются связи между атомами водорода и углерода. Разрушение связей приводит к высвобождению энергии в камере сгорания, толканию поршня вниз и инициированию вращения коленчатого вала.
После разделения атомов водорода и углерода они соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе. Атомы водорода объединяются с кислородом, образуя воду. Атомы углерода объединяются с кислородом, образуя двуокись углерода (углекислый газ).

Говоря языком химии, полное сгорание в двигателе внутреннего сгорания выражается формулой:

НС + О2 = Н2 О + СО2

Другими словами:

топливо + кислород = вода и двуокись углерода

Абсолютно эффективный двигатель внутреннего сгорания на выпуске имел бы только воду (Н О) и двуокись углерода (СО), что соответствует Данной выше химической формуле. Это означало бы, что все углеводороды в процессе сгорания разложились. К сожалению, дело обстоит не так.

Неэффективное сгорание -это главная причина наличия вредных веществ в выхлопе автомобиля. Эффективное сгорание ведет к наименьшей токсичности выхлопа. Эффективность сгорания увеличивается посредством корректировки соотношения "воздух/топливо".

Фазы горения

 

Экономичность

Во время процесса впуска в камеру сгорания поступает свежий заряд топливной смеси, и начинается его перемешивание с находя­щимися там остаточными газами. Процесс перемешивания про­должается и во время такта сжатия, когда после появления искры на электродах свечи зажигания начинается процесс горения. В результате появления искры образуется некоторый объем плазмы и формируется ядро пламени, которое может распростра­няться в несгоревшем заряде топливной смеси. Процесс воспламенения и начальный этап горения, на котором формируется ядро пламени, определяются в основном химическими реакциями и свойствами топливной смеси. Причем начальный этап горения более чувствителен к характеристикам потоков горящих газов в зоне горения и около нее. Когда ядро пламени становится до­статочно большим, оно постепенно преобразуется в развитое распространяющееся пламя. Процесс распространения пламени обычно определяется законами механики жидкости и газа; в за­висимости от характеристик потока газа и состава заряда топлив­ной смеси существенное значение на этом этапе могут иметь и химические явления. В конце концов пламя охватывает почти всю смесь, а на заключительной стадии процесса сгорания около стенок оно медленно затухает и гасится в результате теплоотвода в стенки. Процесс догорания несгоревших газов после гашения пламени является диффузионным процессом. Весь процесс горения является неустановившимся процессом, но, исходя из приведенного выше краткого описания, его в соот­ветствии с развитием зоны горения можно разделить на следу­ющие этапы: 1. воспламенение; 2. формирование пламени; 3. распространение пламени; 4. гашение пламени. Это деление пригодно для нормально происходящих процессов сгорания при отсутствии таких явлений, как пропуски зажигания, неполное сгорание или детонация. Указанные явления нарушают нормальный процесс сгорания, и возможность их появления характеризует предельные режимы работы двигателя в заданных условиях. Поскольку на каждом из четырех этапов сгорания определяющую роль играют различные процессы, в последующих разделах эти этапы будут рассмотрены отдельно.   2) Во время испытаний автомобиля на динамичность определяют минимальную устойчивую и максимальную скорости движения, максимальное ускорение, время и путь разгона и выбега, а также тяговую силу на его колесах. Динамические испытания автомобиля делятся на дорожные и стендовые. Дорожные испытания наиболее полно отражают условия эксплуатации, но точность их невысока. На стендах создаются стабильные условия испытаний, применяется современная аппаратура, обрабатывающая результаты измерений автоматически. Стендовые испытания можно проводить в любое время года. Однако на стендах трудно, а в некоторых случаях невозможно воспроизвести реальные условия эксплуатации. Поэтому дорожные испытания дополняют стендовые и наоборот. Перед проведением испытаний определяют массовые показатели автомобиля и коэффициенты сопротивления качению и сцепления шин с дорогой. Непосредственно перед началом испытаний все агрегаты автомобиля должны быть прогреты (пробег в течение 0,5—1 ч), а в период испытаний температура охлаждающей среды и масла должна поддерживаться в установленных пределах. Температура воздуха должна быть от +5 до +25 °С при скорости ветра не более 3 м/с. Испытания проводят на ровном горизонтальном участке дороги с асфальтобетонным покрытием при полной нагрузке. При испытаниях автомобилей определяются такие показатели, как скоростные характеристики: разгон—выбег на высшей и предшествующей передачах и при движении по дороге с переменным продольным профилем, кроме того, максимальная и условная максимальная скорости, время разгона на участках пути длиной 400 и 1000 м, а также время разгона до заданной скорости. Скоростная характеристика определяется на участке длиной 13—15 км. Участок пути с переменным продольным профилем должен содержать подъем и спуск длиной 500—700 м с уклоном 4—5 %. Разгон автомобиля при определении характеристики разгон—выбег проводится до наибольшей скорости на пути 2000 м Максимальная скорость определяется на высшей передаче при полной подаче топлива. Условная максимальная скорость определяется при разгоне автомобиля с места как средняя скорость прохождения последних 400 м участка пути длиной 2000 м. По характеристике разгон—выбег определяют время разгона на участках пути 400 и 1000 м, а также время разгона до заданной скорости. Минимальную устойчивую скорость устанавливают на двух последовательных участках движения по 100 м каждый, с промежутком между ними 200—300 м. Установление постоянной скорости движения должно обеспечиваться до въезда автомобиля на первый участок. На промежуточном участке скорость увеличивается до 20—25 км/ч путем резкого увеличения подачи топлива. Перед входом на второй участок скорость автомобиля опять снижается. При движении автомобиля с прямой передачей проводят также испытания на приемистость автомобиля путем резкого разгона с начальной скоростью 15 км/ч до скорости, составляющей 80 % от максимальной на этой передаче. 3) Билет7 1) Фазы процесса сгорания у дизелей Период от начала впрыска до начала повышения давления над линией сжатия представляет собой первую фазу процесса сгорания - период задержки воспламенения. В течение этого периода топливо, поступившее в цилиндр, проходит стадию предварительной физико-химической подготовки к воспламенению. Одним из основных условий наивыгоднейшего протекания процесса сгорания в дизеле является максимальное сокращение периода задержки воспламенения. Продолжительность периода задержки воспламенения зависит главным образом от температуры и давления воздуха в цилиндре к моменту впрыска топлива, мелкости распыливания и физико-химических свойств топлива (цетанового числа и др.), наличия в камере сгорания нагретых тел (катали