И 49. Как подсчитать потребное количество кислорода для сжигания углерода и водорода, содержащегося в одном килограмме топлива

Углерод:

C+O₂=CO₂

1мольС+1моль O₂=1мольСO₂

12кгС+32кгO₂=44кгСO₂

1кгС+32/12кг O₂=44/12кгСO₂

g_CкгС+2.67g_Cкг O₂=3.67кгСO₂

Водород:

2Н₂ + О₂=2Н₂О

2кмольН₂ + 1кмольО₂=2кмоль Н₂О

4кгН₂+32кгO₂=44кг Н₂О

1кгН₂+8кг O₂=9кгСO₂

g_НкгН₂+8g_Нкг O₂=9g_Н кгСO₂

Отсюда имеем:

50. Что такое коэффициент избытка воздуха? Каковы предельные значения его для автомобильных двигателей?

Для количественной оценки соотношения топливо - воздух, то есть, качественного состава смеси, введено понятие коэффициента избытка воздуха, представляющего собой отношение действительного количества воздуха, содержащегося в горючей смеси, к количеству воздуха, теоретически необходимому для сжигания, содержащегося в ней топлива. Если состав смеси в точности соответствует стехиометрическому отношению, значит никакого избытка воздуха в такой смеси нет. Если в смеси содержится воздуха больше, чем теоретически необходимо, то коэффициент избытка больше 1, если меньше необходимого, то и коэффициент избытка меньше 1. В теории двигателей внутреннего сгорания коэффициент избытка воздуха принято обозначать греческой буквой α (альфа). При α<1 смесь называется богатой, при α>1 — бедной.

Для бензиновых двигателей альфа лежит в пределах 0,85 – 1,15, для дизелей 1,5 – 5.

51. Каков состав продуктов сгорания при недостатке и избытке воздуха?

Оксид углерода(СО)образуется во время сгорания при недостатке окислителя (α<1), в ходе холоднопламенных реакций в дизелях, а также при диссоциации СО₂. В двигателях с искровым зажиганием основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концетрация СО.

Углеводороды (СН) (α<1) из-за гашения пламени в пристеночных областях и «защемленных» объёмах, находящихся в вытеснителях и в зазоре между поршнем и цилиндром над верхним компррессионным кольцом.

Оксид азота (NO_x) образуется из азота и кислорода воздуха, которые начинают реагировать между собой при высоких температурах (свыше 2000К). При (α<1) NO_x не образуется из-за недостатка окислителя, при (α>1) не образуется из-за отсутствия высоких температур.

52. Как классифицируются двигатели с внешним смесе-образованием и воспламенением от искры?

К двигателям с внешним смесеобразованием и воспламенением от искры относятся все карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускной трубопровод.

по назначению:

- стационарные; - транспортные;

по способу наполнения:

- с наддувом; - атмосферные;

по способу организации рабочего цикла:

- 2-х тактные; - 4-х тактные;

по конструкции:

- поршневые; - роторно-поршневые;

по способу охлаждения:

- жидкостное; - воздушное;

53. Дайте классификацию двигателей с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением впрыскиваемого топлива?

К двигателям с внутренним смесеобразованием относятся все дизели с самовоспламенением топливовоздушной смеси от сжатия (в том числе газодизели), а также двигатели с впрыском легкого топлива непосредственно в цилиндр.

54. Дайте определение кривошипно-шатунного механизма, приведите основные элементы и их назначение. Из каких периодически повторяющихся процессов складывается рабочий цикл двигателя? Изобразите индикаторную диаграмму действительного цикла.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала, и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

подвижные: поршень с кольцами – воспринимает давление газов, поршневой палец – соединяет поршень с шатуном, шатун – соединяет поршень с коленвалом, коленчатый вал – воспринимает давление поршня посредством шатуна, маховик – сглаживает рывки за счёт инерции.

неподвижные: блок цилиндров - является остовом двигателя внутреннего сгорания, головка блока – составляет часть камеры сгорания, в ней расположены клапаны, поддон (картер) – сбор масла, гильзы цилиндров, крепежные детали, прокладки крышек блока – уплотнение.

Такт впуска, такт сжатия, такт сгорания (рабочий ход), такт выпуска.

55.Расскажите о такте впуска с изображением его отдельных его участков в координатах pV. Какие факторы определяют количество поступившего в цилиндр свежего заряда и чем оно оценивается?

1-2 впуск;

(P_{0 —} давление окружающей среды)

1 — начало открытия впускного клапана (за 10^о...30^о до ВМТ). Опережение открытия делается для улучшения наполнения;

r-a – основной впуск(до 90% свежего заряда);

a-f - давление в цилиндре ниже атмосферного;

2 — полное закрытие впускного клапана

f-2 – дозарядка (заряд поступает по инерции)

η_v – коэффициент наполнения – отношение действительной массы заряда (Gдейств), поступившей в цилиндр к теоретически максимально возможной (Go);

γ_r – коэффициент остаточных газов = Mr/M1

Mr – кол-во молей продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла;

M1 – кол-во молей свежего заряда, поступившего в цилиндр.

56. Расскажите о такте сжатия. Для чего он служит? По каким основным термодинамическим процессам он может протекать? Как изменится показатель политропы сжатия?

Поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты, объем уменьшает температура и давление растут.

Процесс сжатия служит в двигателях внутреннего сгорания для:

- расширения диапазона температуры, в котором протекает рабочий процесс. Чем больше температурный перепад замкнутого цикла, тем выше его термический к.п.д.;

- получения максимально допустимой в реальных условиях степени сжатия. Чем больше степень сжатия, тем больше степень расширения и, следовательно, больше полезная работа цикла, а значит, и двигателя;

- создания лучших термодинамических условий сгорания рабочей смеси.

Наиболее типичными теоретическими процессами сжатия являются адиабатный и изотермический. Адиабатное сжатие возможно лишь при идеальных теплофизических свойствах материалов поршня, цилиндра и ГБЦ, изотермическое – при достаточно интенсивном охлаждении стенок цилиндра, обеспечивающем постоянство температуры сжимающем газов в течение всего процесса сжатия.

Так как в целом за такт сжатия количество теплоты, отводимой от смеси, больше притока теплоты, среднее значение показателя политропы меньше показателя адиабаты.

На средний показатель политропы сжатия влияют и эксплуатационные факторы: нагрузка и частота вращения коленчатого вала двигателя, интенсивность охлаждения и др.

57. Назначение и цели процессов сгорания и расширения. Какие факторы влияют на протекание процесса сгорания? Опишите протекание процесса сгорания в карбюраторном двигателе.

Сгорание рабочей смеси и последующие расширение газов являются главными процессами рабочего цикла в ДВС. Именно в этих процессах осуществляется преобразование химической энергии топлива сначала в теплоту, а затем в механическую работу.

При эксплуатации карбюраторных двигателей необходимо знать пределы воспламеняемости. Надежный пуск двигателя зависит от правильной дозировки топлива в смеси с воздухом, характеризуемой значениями «альфа», не выходящими за пределы воспламеняемости. При повышении температуры смеси пределы воспламеняемости несколько расширяются, а при увеличении давления – сужаются. Увеличение содержание остаточных газов в смеси также сужает пределы воспламеняемости.

С увеличением коэффициента избытка воздуха увеличивается общая продолжительность сгорания смеси от момента зажигания до достижения наибольшего давления цикла, при этом скорость нарастания давления и скорость распространения пламени уменьшаются.

Остаточные (инертные) газы снижают температуру при сгорании, а следовательно, и скорость распространения пламени, т.е. увеличивают общую продолжительность процесса.

При увеличении начальной температуры смеси повышается скорость сгорания вследствие возрастания скорости протекания химических реакций.

Степень сжатия существенно влияет на процесс сгорания. При ее увеличении повышается температура и давление в конце процесса сжатия и уменьшается относительное содержание остаточных газов рабочей смеси, поэтому скорость сгорания увеличивается.

Изменение нагрузки двигателя сильно влияет на протекание процесса сгорания. При ее уменьшении, т.е. при дросселировании двигателя снижается давление в конце сжатия и увеличивается содержание остаточных газов, что значительно ухудшает условия воспламенения смеси и развития в ней начального очага горения.

При увеличении частоты вращения коленвала растет скорость поступления смеси в цилиндр.

На процесс сгорания смеси также влияет опережение зажигания. При установке слишком большого угла опережения зажигания происходит преждевременное быстрое нарастание давления до прихода поршня в.м.т., увеличивается работа сжатия, уменьшается мощность и ухудшается экономичность двигателя.

Процесс сгорания начинается в момент зажигания смеси искрой в точке 2, составляющей с моментом прохождения поршня в.м.т. некоторый угол поворота коленчатого вала, называемый углом опережения зажигания. После зажигания смеси искрой зажигания смеси искрой давление в цилиндре в течение некоторого промежутка времени, называемого периодом задержки воспламенения,или периодом индукции, продолжает изменятся по такому же закону, как и при выключенном зажигании (участок 2-3).

В течение этого периода происходит предпламенное окисление топлива с незначительным повышением температуры и сгорает лишь 6-8% смеси. Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от коэффициентов избытка воздуха и остаточных газов, от структуры молекул топлива, мощности источника зажигания, степени сжатия, нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя.

К концу периода задержки воспламенения окислительные процессы быстро активизируются, появляется пламя, начинается прогрессирующие повышение температуры и давления газов, т.е. наступает 2-я фаза сгорания, называемая периодом видимого сгорания (участок 3-4), в течение которого сгорает 80-90% смеси.

Распространение пламени в камере сгорания не заканчивается при достижении максимального давления, и догорание смеси с выделением теплоты и расширением продолжается еще некоторое время, которое называется периодом догорания.

Общая продолжительность процесса сгорания смеси в цилиндре двигателя зависит от скорости распространения фронта пламени, на которую в свою очередь влияют состав смеси, степень ее завихрения, степень сжатия, угол опережения опережениязажигания, нагрузка двигателя.