Заняття 3. Робоче тіло двигуна внутрішнього згорання

1. Вивчити властивості рідких та газових палив, показники та елементарний склад паливних газів.

2. Ознайомитись із основними видами палив двигунів внутрішнього згорання.

3. Виховувати у студентів здатність до творчого мислення, прагнення до володіння знаннями, почуття відповідальності за знання теорії і матеріальної частини автомобіля та гордість за обраний фах.

1. Робочими тілами у ДВЗ називаються речовини, за допомогою яких теплота, що виділяється в циліндрі підчас згорання палива, перетворюється в механічну роботу, а саме: паливо, повітря і продукти згорання.

У карбюраторному, газовому двигунах і в газодизелі робочим тілом підчас впуску є суміш повітря і палива – горюча суміш; підчас стиску – горюча суміш і залишкові гази – робоча суміш; підчас розширення і випуску – продукти згорання. В усіх двигунах підчас згорання робоча суміш перетворюється у продукти згорання.

У ДВЗ відбувається горіння паливо-повітряної суміші в результаті окислення палива киснем повітря. Теплота, що виділяється внаслідок термохімічного окислення палива, йде на підвищення внутрішньої енергії робочого тіла і на вчинення механічної роботи. У процесі згоряння робоче тіло (гази) піддається якісним і кількісним змінам. Для розрахунку процесу згоряння необхідно визначити кількість, склад і теплоємності газів, що знаходяться в циліндрі двигуна до і після згоряння.

2.

У автомобільних двигунах застосовують в основному рідкі та газоподібні палива, отримані в результаті переробки нафти. Застосовувані палива являють собою суміш різних вуглеводнів. Зміст окремих хімічних елементів в паливі характеризує його елементарний склад, який для рідкого палива задають масовими частками вуглецю С і водню Н, що містяться в 1 кг палива (табл. 2.1). При використанні кисневмісних палив в елементарному складі враховують кисень О².

Рідкі палива виробляють в основному з нафти. Це бензини, дизельні і моторні палива, газові конденсати, що є сумішами різних вуглеводнів. Невелику кількість рідких палив дістають переробкою кам’яного вугілля й сланців, синтезом горючих газів, із рослинних продуктів і відходів сільськогосподарського виробництва та харчової промисловості.

Основними видами рідкого палива для ДВЗ із іскровим запалюванням є бензин, а для дизелів – дизельні палива.

Оскільки рідке паливо є сумішшю вуглеводнів, записати його склад хімічною формулою важко. Тому в розрахунках згорання склад палива записують у вигляді спрощеної формули елементарного складу, до якої входять масові частки елементів, що містяться в 1 кг палива.

Наприклад для дизеля 0,87кг+0,126кг+0,004кг=1кг.

Теплота згорання є найважливішим показником палива Вона характеризується кількістю теплоти, що виділяється при згорянні одиниці палива. Розрізняють три види теплоти згоряння: вища, нижча і активна.

Вища теплота згоряння виділяється при повному згорянні 1 кг палива у калориметричній бомбі з наступним охолодженням продуктів згоряння до початкової температури, кДж/кг.

Нижча теплота згорання виділяється при повному згорянні 1 кг палива без урахування теплоти, яка міститься в утвореній у процесі згоряння повітряній парі, кДж/кг. Таке згоряння відбувається в циліндрах ДВЗ при надміру повітря.

Активна теплота згоряння виділяється у результаті згоряння 1 кг палива при недостачі кисню

де – теплота, яку не можна одержати через недостачу кисню, кДж/кг.

Таке згорання відбувається в циліндрах ДВЗ при

Для бензину середнього складу

До важливих показників рідких палив також належать: для бензину – октанове число, для дизельного палива – метанове число.

Октановим числом (ОЧ) називають процентний (за об’ємом) вміст ізооктану в суміші з нормальним гептаном, яка за детонаційною стійкістю рівноцінна даному паливу. ОЧ характеризує антидетонаційні властивості палива. В ізооктані ОЧ=100. Для різних бензинів ОЧ становить 66-100. Чим більше ОЧ, тим вища детонаційна стійкість бензину.

Цетановим числом оцінюється схильність дизельних палив до самозаймання. Цетановим числом (ЦЧ) називається процентний (за об’ємом) вміст цетану в суміші з альфаметилнафталіном, яка має такий самий період затримки самозаймання, як і дане паливо. При низьких значеннях ЦЧ період затримки самозаймання більший, унаслідок чого зростає швидкість зростання тиску після самозаймання впорскнутого в циліндр палива (жорсткість роботи дизеля). При надто великих значеннях ЦЧ через малий період затримки самозаймання не встигає відбутися сумішоутворення, тому зростає неповнота згоряння. У зв’язку з цим цетанові числа дизельних палив лежать у межах 40…50 одиниць. ОЧ і ЦЧ визначаються на спеціальних двигунах із змінним ступенем стиску.

У таблиці 1.1 наведено елементарний склад палива по масі.

Таблиця 1.1