в каком двигателе горючая смесь в конце такта сжатия самовоспламеняется

Устройство автомобилей

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака).
В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С.
В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает.
В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.
При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия.
Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой.
Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)

Такт выпуска

При подходе к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается и большая часть отработавших газов под воздействием высокого давления вырывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает перемещение от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600. 700 ˚С.
Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт – рабочий ход является полезным с точки зрения совершения полезной работы, остальные три вспомогательные, они осуществляются за счет кинетической энергии маховика, закрепленного на конце коленчатого вала.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Первый такт (рис. 3, а) совершается при движении поршня от НМТ к ВМТ за счет кинетической энергии маховика двигателя. Оба окна открыты. Нагнетаемый через впускное окно 4 воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся в нем отработавшие газы, которые выходят через выпускное окно 7. Таким образом происходит очистка цилиндра от отработавших газов (продувка) и заполнение его свежим зарядом.

Движущийся вверх поршень 8 сначала закрывает впускное окно, а затем выпускное окно. С этого момента начинается процесс сжатия, в конце которого через форсунку 6 впрыскивается топливо.
Таким образом, за первую половину оборота коленчатого вала совершаются процессы наполнения и сжатия, и начинается сгорание топлива.

Второй такт (рис. 3. б) происходит при движении поршня ВМТ к НМТ. В результате выделения теплоты при сгорании топлива повышается температура и давление внутри цилиндра. Поршень перемещается вниз, совершая полезную работу.
Как только поршень открывает выпускное окно, отработавшие газы под давлением начинают выходить в окружающую среду. К моменту открытия впускного окна давление внутри цилиндра снижается на столько, что возможна очистка цилиндра путем вытеснения отработавших газов свежим зарядом воздуха, подаваемым в цилиндр насосом 3.
Этот процесс называется продувкой цилиндра. При этом одновременно с вытеснением отработавших газов происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. Далее все процессы повторяются в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя аналогичен рабочему циклу двухтактного дизеля. Отличие состоит в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а горючая смесь, и в конце процесса сжатия в цилиндре посредством свечи зажигания подается искра, в результате чего происходит воспламенение горючей смеси.

Существенными недостатками двухтактных двигателей является их низкая топливная экономичность и меньший срок службы по сравнению с четырёхтактными двигателями. Объясняется этот недостаток тем, что при продувке цилиндра (или цилиндров) свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами, поскольку, в отличие от четырехтактного двигателя, выпуск и впуск газов протекает одновременно.
Этими недостатками, а также большей токсичностью отработавших газов объясняется ограниченное применение двухтактных двигателей на автомобилях.

Источник

В каком двигателе горючая смесь в конце такта сжатия самовоспламеняется

1. Из каких тактов состоит рабочий цилиндр в карбюраторном двигателе. Характеристика каждого такта.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

На легковых автомобилях отечественного производства применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках –двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а вот с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

Рис. 8 Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а).
Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.
Хочется посоветовать читателю, почаще включать свое воображение, сравнивая сложное с простым. Если вам удастся почувствовать, как бы ощутить на себе те процессы, которые протекают в двигателе, да и в автомобиле в целом, то многие из «секретов» машины станут для вас «открытой книгой».

Например, наверняка каждый из вас видел, как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.
Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.

Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.
Позднее мы вернемся к этим огромным цифрам, похожим на температуры в доменной печи. А пока следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени, по сравнению с которым, удивленное «хлопание» ресницами ваших глаз после прочтения этого сюжета, длится целую вечность.

2. Назначение и устройство АКБ, типы и маркировка, сроки службы, меры по увеличению срока службы

Кроме вышеуказанных обозначений маркировка батареи должна содержать следующие данные:

— товарный знак завода-изготовителя;

— номинальная емкость в Ампер-часах (А-ч или Ah);

— номинальное напряжение в Вольтах (В или V);

— масса батареи в состоянии поставки с завода;

— предупреждающие знаки, например: опасно-едкое вещество, не курить, не кантовать, не давать детям и т.п.;

— уровень залитого электролита (min, max или другие обозначения предельных уровней).

Вся маркировка, предусмотренная требованиями стандартов, наносится на корпус или крышку батареи одним из двух методов:

• шелкография, то есть нанесение краски по специальному трафарету;

В обоих случаях маркировка должна быть четкой, устойчивой к воздействию влаги и электролита, сохраняться в течение всего срока эксплуатации АКБ.

Реальный срок службы АКБ

В отличие от гарантийного срока реальный (фактический) срок службы стартерной батареи полностью зависит как от её качества, так и от условий работы автомобиля, качества техобслуживания батареи и технических показателей изделий электрооборудования. Условия работы на автомобиле могут существенно различаться. Например, бывает летняя или круглогодичная его эксплуатация. Среднегодовой пробег колеблется от 6-10 тыс. до 80-120 тыс. километров. При этом могут резко различаться показатели работы электрооборудования, в особенности генератора и регулятора напряжения. Большое значение имеет и режим работы различных потребителей энергии, а также наличие дополнительного (нештатного) электрооборудования. Все это приводит к тому, что фактический срок службы стартерных батарей имеет значительный разброс по величине. Наиболее короткий срок «жизни» у АКБ классического исполнения, установленных на автомобилях, работающих в режиме «такси». Интенсивный режим эксплуатации таких машин создает ускоренный, пропорциональный пробегу износ электродов батареи, который по времени может составлять лишь около 1,5 календарных лет. У автомобилей (как личных, так и служебных) с усредненным режимом эксплуатации (при пробеге 15-20 тыс. км в год) срок работоспособности АКБ может доходить до 4-х лет, но лишь при условии неукоснительного соблюдения требований по их техническому контролю и обслуживанию. На практике имели место случаи, когда отдельные батареи на легковых автомобилях успешно работали 6-8 лет. Выход батареи из строя при отсутствии производственного дефекта обусловлен износом пластин, который непрерывно (с различной интенсивностью) происходит, начиная от момента заливки электролита и первой зарядки АКБ. Следует помнить, что максимально длительный срок надежной работы аккумуляторной батареи является результатом внимательного отношения к ней и к состоянию электрооборудования со стороны водителя.

3. Масла применяемые для механизмов трансмиссии автомобился и сроки их смены

По условиям применения они сильно отлича­ются от масел для двигателей и имеют другую масляную основу и соответ­ствующий набор присадок. Получают автомобильные трансмиссионные мас­ла при перегонке мазута. Основными присадками для улучшения свойств транс­миссионных масел являются противопенные и противозадирные. В состав противоизносных и противозадирных присадок входит сера в количестве 1,2-3,6% по массе. Масла с такими присадками предназначены для использо­вания в гипоидных передачах ведущих мостов, имеющих большие удельные нагрузки между зубьями шестерен.

Маркировка трансмиссионного масла составляется из сочетания заглавных букв ТА (трансмиссионные, автомобильные), строчных букв п (присадок) или д (дистилляторное) и числового значения кинематической вязкости в сантис-токсах при температуре 100 °С.

В современных автомобилях используют зубчатые передачи различных ти­пов. Особенно широко распространены винтовые передачи. Преимущество их перед передачами с прямыми зубьями — в большей прочности зубьев шесте­рен при равных габаритах, плавной и бесшумной работе. Однако к маслам для винтовых шестерен предъявляют более высокие требования, чем к маслам для шестерен с прямыми зубьями, поскольку скорости скольжения в таких пере­дачах больше.

В агрегатах трансмиссии современных машин трансмиссионные масла вы­полняют следующие функции:

♦ уменьшают износ деталей
♦ снижают потери энергии на внешнее трение
♦ увеличивают теплоотвод от трущихся поверхностей
♦ предохраняют детали и механизмы от коррозии.

Трансмиссионные масла характеризуются:

♦ высокими противоизносными, противозадирными и противопиттинговы-
ми свойствами
♦ хорошей термической и термоокислительной стабильностью
♦ способностью защищать смазываемые поверхности от коррозионного воз­
действия агрессивных веществ
♦ пологой вязкостно-температурной кривой и сравнительно малой вязкос­
тью в области отрицательных температур
♦ стойкостью к пенообразованию
♦ высокой физической стабильностью в условиях применения и длитель­
ного хранения
♦ способностью не оказывать вредного воздействия на резиновые уплот-
нительные материалы.

Работа с подъемным механизмом автомобиля-самосвала сопряжена с повышенной опасностью, так как не исключены случаи самопроизвольного опускания кузова. Когда кузов автомобиля-самосвала поднят, прежде чем приступить к осмотру, ремонту или техническому обслуживанию подъемного механизма, необходимо установить упорную штангу и выключить коробку отбора мощности. В поднятом кузове автомобиля-самосвала никто не должен находиться, а зависший груз нужно удалить скребком с удлиненной рукояткой. Стоять при этом сбоку от автомобиля.

5. Способ оказания первой помощи при кровотечениях, места прижатых артерий

6. Проверить исправность свечи зажигания

Если двигатель с трудом запускается, работает с перебоями, в первую очередь следует проверить исправность свечей зажигания. О способах их тестирования и поговорим.

Способы упрощенной проверки свечей зажигания.

Источник

В каком двигателе горючая смесь в конце такта сжатия самовоспламеняется

Центр бензоэлектроинструмента «Викинг»

Лучшее оборудование и инструмент в Тверском регионе

Горение рабочей смеси, термодинамика и механика двигателя.

ГОРЕНИЕ РАБОЧЕЙ СМЕСИ, ТЕРМОДИНАМИКА И МЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЯ

Индикаторная диаграмма 2-тактного двигателя

При рассмотрении рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания целесообразно воспользоваться графическим изображением процессов, используя для этого систему координат «давление — объем», P—V. В системе координат P—V представляется зависимость давления газа в цилиндре от объема надпоршневого пространства. Диаграмма P—V получается в процессе измерения давления в надпоршневом пространстве с помощью специального прибора. Этот прибор называется индикатором, и поэтому диаграмма P—V называется индикаторной. На рисунке выше представлена индикаторная диаграмма 2-тактного двигателя.

Устройство современного 2-тактного двигателя

В 2-тактном двигателе горючая смесь до поступления в цилиндр заполняет картер, расположенный под поршнем. В стенке цилиндра имеются два окна: впускное (канал впуска) и выпускное (канал выпуска), а также окна продувочных каналов. Картер непосредственно с атмосферой не сообщается, впускное окно соединено с карбюратором. Продувочные окна сообщаются с картером камерой через каналы продувки.

Рабочий процесс 2-тактного карбюраторного двигателя

Рассмотрим подробнее рабочий цикл двигателя.

Всасывание, сжатие и зажигание

При движении вверх поршень (2) сжимает топливовоздушную смесь в камере сгорания (1). В картере создается разряжение (5). Так как впускной канал (4) открыт, свежая порция рабочей смеси попадает в картер (5). В это же время поршень (2) перекрывает выпускной канал (3) и перепускные каналы (7). Смесь сжимается и воспламеняется с помощью свечи зажигания (8) немного раньше ВМТ. Давление, возникающее при сгорании топлива, толкает поршень (2) вниз.

Работа, предварительное сжатие и выпуск

Поршень (2) работает, когда он движется вниз и вращает коленчатый вал (6), одновременно предварительно сжимая смесь в картере (5). Выпускной канал (3) и перепускные каналы (7) открыты. Выхлопные газы покидают камеру сгорания (1) через выпускной канал (3). Свежая, предварительно сжатая смесь движется через перепускные каналы (7) в камеру сгорания (1) и одновременно выталкивает наружу оставшиеся выхлопные газы.

У 2-тактного двигателя впуск, сжатие, работа и выпуск накладываются друг на друга во времени, и за два хода поршня совершается весь рабочий цикл — другими словами, при каждом обороте коленвала.

Это позволяет осуществить процесс газообмена за более короткое время и реализовать цикл за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала.

Для 4-тактных двигателей рабочий цикл осуществляется при последовательном прохождении всех четырех процессов: впуск, сжатие, сгорание и расширение продуктов сгорания (рабочий ход), выпуск. При этом поршень совершает четыре хода, а коленчатый вал двигателя два оборота. Такты впуска и выпуска являются вспомогательными. Поэтому на процесс газообмена в 4-тактном двигателе отводится более половины времени цикла.

Помимо мощности важной характеристикой двигателя является крутящий момент, говорящий о его «силовых возможностях». Лучше понять его можно на следующей сравнительной иллюстрации 2-тактного и 4-тактного двигателей.

Крутящий момент создается при расширении сгоревших газов, толкающих поршень вниз при такте работы, вращая коленвал. Величина крутящего момента зависит от конструкции двигателя. Напомним, что у 2-тактных двигателей такт работы приходится на каждый оборот двигателя, у 4-тактных — на каждый второй.

При этом 2-тактный двигатель теряет силу толкания поршня, как только открывается выпускное отверстие, позволяя выхлопным газам попадать в глушитель. Другими словами, вращающееся действие коленвала исчезает после того, как он сделал примерно 120°. В 4-тактном двигателе процесс сгорания продолжает действовать на поршень и вращать коленвал в течение 180° оборота.

Общее сравнение 2-тактного и 4-тактного двигателей по создаваемому крутящему моменту

Так в ходе такта работы 4-тактный двигатель создает больший крутящий момент по сравнению с 2-тактным.

Пример круговой диаграммы фаз распределения 2-тактного двигателя

Для анализа фаз газораспределения часто пользуются круговой диаграммой, на которой показываются моменты начала открытия и конца закрытия впускных и выпускных окон (клапанов для 4-тактных ДВС), выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем при конструировании двигателя в зависимости от его быстроходности и конструкции его впускной и выпускной систем. Пример круговой диаграммы фаз газораспределения 2-тактного двигателя представлен на рисунке выше.

При одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения, в 2-тактных ДВС сгорает вдвое больше топлива и теоретически может быть получена вдвое большая мощность, чем у 4-тактных, но 4-тактные двигатели более экономичны. Практически мощность 2-тактного двигателя больше в 1,7 —1,8 раза, что объясняется потерей части хода поршня при такте расширения, когда давление газа в цилиндре резко падает.

Мощность двигателя зависит от степени использования тепла, которое выделяется при горении топлива в цилиндре. В полезную работу превращается только 30-40 % выделившегося тепла, остальное тепло уходит с отработанными газами, отводится от нагретых деталей двигателя и рассеивается в воздухе.

Различают индикаторную и эффективную мощности двигателя. Индикаторной называют мощность, которая развивается газами внутри цилиндра двигателя.

Индикаторную мощность можно определить по формуле:

где P_i — индикаторное давление, МПа; V_h — рабочий объем ци­линдра; i — число цилиндров двигателя; n — частота вращения коленчатого вала, с _1 ; τ — тактность двигателя.

Тактность двигателя — это число, показывающее, за сколько оборотов коленчатого вала совершается рабочий цикл. Для 2-такт­ного двигателя τ =1.

Мощность двигателя, снимаемая с его коленчатого вала, на­зывается эффективной мощностью N_e. Ее можно определить по формуле:

Для оценки механических потерь пользуются механическим КПД (ƞ_м) двигателя. Механическим коэффициентом полезного действия ƞ_м называется отношение эффективной мощности к индикаторной:

Одним из показателей экономичности работы двигателя служит эффективный КПД (ƞ_е). Он представляет собой отношение количества теплоты, превращенной в полезную работу, к затраченной теплоте:

где L_e — теплота, эквивалентная эффективной работе, полученной при сгорании топлива; G_t — часовой расход топлива, кг/ч; h_u — низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Здесь ƞ_i — индикаторный КПД двигателя, который оценивает величину потерь работы цикла, вызванных теплообменом между стенками цилиндра и рабочим телом, перетечками, несовершен­ством процесса сгорания топлива и пр.:

где L_i — работа цикла реального двигателя, равная площади дей­ствительной индикаторной диаграммы (индикаторная работа), L_ц — работа цикла идеального двигателя.

Таким образом, эффективным КПД (ƞ_е) учитываются как тепло­вые, так и механические потери в двигателе.

Повышение эффективного КПД достигается совершенствова­нием рабочего цикла.

Повышение механического КПД, то есть снижение механиче­ских потерь, обеспечивается совершенствованием конструкции двигателя.

Мощность двигателя зависит от его рабочего объема, давления газов в цилиндре, частоты вращения коленчатого вала и тактности.

Эффективность использования рабочего объема, тепловую и динамическую напряженность двигателя оценивают по литровой мощности N_л, представляющей отношение номинальной эффек­тивной мощности к рабочему объему двигателя (V_л). Для 2-такт­ного двигателя:

В зависимости от совершенства конструкции и технического состояния двигатель для выполнения одной и той же полезной работы расходует разное количество топлива. Зная расход топли­ва, можно определить индикаторный и эффективный удельные расходы топлива. Удельный индикаторный расход топлива g ха­рактеризует экономичность действительного цикла, удельный эффективный расход топлива g_e характеризует экономичность двигателя.

Удельный индикаторный расход топлива — это масса топлива, расходуемая на единицу индикаторной мощности за 1 час:

Удельный эффективный расход топлива — это масса топлива, расходуемая на единицу эффективной мощности за 1 час:

Процесс (горения)рабочей смеси

Горение в цилиндре двигателя возможно только при определен­ном соотношении топлива и воздуха. От состава топливно­-воздушной смеси зависит скорость горения и количество выделен­ной теплоты, следовательно, и мощность двигателя. Смесь топли­ва с воздухом, поступающая в цилиндр двигателя, называется также свежим зарядом. В состав свежего заряда, для карбюратор­ного 2-тактного двигателя, дополнительно вводится моторное или специальное масло для смазки самого двигателя. Для определения состава свежего заряда необходимо знать массовые доли основных элементов топлива.

В состав типичных жидких топлив входят углерод С, водород Н, кислород О_т, содержащийся в топливе. Для 1 кг топлива можно записать его состав в символьном виде как 1 = С + Н + О_т.

Бензин, используемый в карбюраторных двигателях, представ­ляет собой смесь углеводородов. В составе чистого бензина угле­рода С — 84,9 %; водорода — 14,4 %; кислорода — 0,7 %.

В зависимости от количества кислорода, поступающего в ци­линдр двигателя с атмосферным воздухом, сгорание может быть полным или неполным. При полном сгорании выделяется макси­мальное количество теплоты.

Реакции окисления углерода и водорода позволяют определить количество кислорода, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива.

Углерод в соединении с кислородом образует углекислый газ и выделяет тепло. Процесс протекает по реакции:

Водород в соединении с кислородом образует воду и также вы­деляет тепло. Процесс происходит по реакции:

Для полного сгорания 1 кг углерода необходимо 2,67 кг кислоро­да, а для полного сгорания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода.

Кислород для горения берется из воздуха, который состоит, как известно, из 23 % кислорода и 77% азота.

Для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимое количество воздуха для карбюраторных двигателей определяется по формуле и составляет:

L₀ = 1/0,23 × (2,67С + 8Н — О_т),
L₀ = 1/0,23 × (2,67 × 0,849 + 8 × 0,144 — 0,07) = 14,8 кг.

Горючая смесь характеризуется коэффициентом избытка воз­духа α, представляющим собой отношение поступившего количе­ства воздуха L_g в цилиндр двигателя к теоретически необходимому количеству воздуха L₀ для полного сгорания топлива:

Можно принять, что для сгорания 1 кг топлива необходимо L₀ = 15 кг воздуха. При плотности воздуха ρ_в = 1,293 кг/м 3 можно определить, что для сгорания 1 кг топлива потребуется примерно 11,26 м 3 воздуха.

Различают несколько видов горючей смеси исходя из действи­тельно поступающего воздуха. Карбюраторные двигатели работают на горючих смесях с коэффициентом избытка воздуха а в диапазо­не от 0,6 до 1,15.

При α При 0,6 При α = 1,0 — нормальная горючая смесь.
При 1,0 При α > 1,15 — бедная горючая смесь.

При коэффициенте избытка воздуха α = 1 все топливо в усло­виях цилиндра обычно не может сгореть до конечных продуктов полного окисления ввиду невозможности получения однородной по составу смеси во всем объеме камеры сгорания. Практически полное сгорание топлива возможно только при α > 1.

Коэффициент избытка воздуха является одним из параметров, характеризующих качество топливовоздушной смеси, от которой в свою очередь зависит состав продуктов сгорания и количество выделяющейся при сгорании теплоты.

Развитие реакций окисления (сгорания) в цилиндре двигателя происходит в результате перемешивания топлива с воздухом.

Количество выделяющейся при сгорании теплоты также зависит от степени сжатия рабочей смеси в цилиндре двигателя и приме­няемого топлива.

Процесс сжатия происходит при закрытых впускных и выпуск­ных окнах (клапанах) и служит для увеличения температурного перепада цикла и степени расширения продуктов сгорания топли­ва. Это создает благоприятные условия для воспламенения и сго­рания рабочей смеси и обеспечивает эффективное преобразование теплоты в механическую работу, то есть достижение максимальной мощности двигателя.

Благоприятные условия для воспламенения и сгорания рабочей смеси зависят от частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия, интенсивности охлаждения цилиндров, нагрузки на дви­гатель, степени износа цилиндро-поршневой группы двигателя.

С повышением частоты вращения коленчатого вала и степени сжатия мощность будет возрастать.

При интенсивном охлаждении цилиндра, увеличении зазоров между кольцами и цилиндром вследствие их износа мощность будет снижаться.

Если рабочая смесь перед воспламенением подвергается воз­действию высоких температур и давлений, нормальное сгорание при определенных условиях может перейти в детонационное.

Детонация (в двигателях внутреннего сгорания) — быстрый, приближающийся к взрыву процесс горения топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, сопровождающийся неу­стойчивой работой (металлический стук в цилиндре, дымный выпуск и др.), износом и разрушением деталей.

Повышение давления и температуры в цилиндре приводит к образованию активных центров цепных реакций, в результате чего часть рабочей смеси самовоспламеняется раньше, чем к ней подойдет фронт основного пламени. При этом в камере сгорания возникают и распространяются волны давления, оказывающие влияние на процесс дальнейшего распространения фронта пламе­ни и характер изменения давления в цилиндре.

Внешним признаком детонационного сгорания является по­явление звонких металлических стуков, возникающих при отра­жении ударных волн от стенок камеры сгорания. Работа двигателя при детонационном сгорании сопровождается увеличением тепло­вых и механических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма, снижением мощности, дымным выхлопом и ухудше­нием экономичности.

Детонационное сгорание рабочей смеси возникает при несоот­ветствии сорта бензина и степени сжатия, слишком больших углах опережения зажигания (раннее зажигание), при перегрузке двига­теля и его перегреве, повышенном нагарообразовании на стенках камеры сгорания. Длительная работа двигателя при детонационном сгорании недопустима, так как приводит к износу и разрушению деталей кривошипно-шатунного механизма, неполному сгоранию топлива и ухудшению топливной экономичности.

При работе двигателя с полной нагрузкой иногда наблюдается преждевременное воспламенение рабочей смеси из-за местного перегрева стенок камеры сгорания (при нагаре на стенках) или электродов свечи зажигания при несоответствии тепловой харак­теристики свечи степени сжатия в цилиндре двигателя. Прежде­временное воспламенение рабочей смеси приводит к тому, что наибольшее давление газа в цилиндре достигается еще до прихода поршня в ВМТ, при этом резко снижается мощность двигателя; это явление может привести к перегреву поршня и его прогоранию.

Свеча зажигания служит для получения искрового разряда в камере сгорания, тепловое воздействие которого воспламеняет рабочую смесь. Условия работы свечи зажигания характеризуются значительными термическими, электрическими и механическими нагрузками.

Тепловой баланс и конструкция свечи зажигания: 1 — контактный наконечник;
2 — проводящий стержень; 3 — керамический изолятор;
4 — металлический корпус; 5 — проводящий герметик; 6 — конус изолятора; 7 — центральный электрод; 8 — боковой электрод

Для обеспечения бесперебойной работы свечи зажигания необходимо поддерживать температуру ее теплового конуса в пределах 700—800 °С. При такой температуре нагар, отлагающийся на конусе и электродах свечи, выгорает и происходит ее самоочищение. Если температура теплового конуса выше 800—900 °С, может возникнуть «калильное зажигание», когда рабочая смесь воспламеняется не от электрической искры, а от нагретых до высокой температуры электродов и поверхности изолятора. При температуре теплового конуса ниже 500 °С изолятор нижней части свечи покрывается нагаром, что приводит к снижению пробивного напряжения и к перебоям в работе двигателя из-за возможных пропусков зажигания рабочей смеси. Тепловой баланс свечи зажигания представлен на рисунке выше.

«Горячие» и «холодные» типы свечей зажигания

Для поддержания необходимой температуры теплового конуса выпускаются свечи зажигания с различной степенью теплоотдачи. В двигателях с невысокой степенью сжатия применяют свечи зажигания с малой теплоотдачей, называемые горячими. Для двигателей с повышенной степенью сжатия применяют «холодные» свечи. Горячие свечи зажигания имеют удлиненную нижнюю часть изолятора и более широкую расточку корпуса, а «холодные» — укороченную нижнюю часть изолятора и узкую расточку корпуса.

На практике иногда приходится заменять свечи одной фирмы на свечи другой. Такая замена возможна, если основные параметры свечей совпадают: тепловая характеристика, размер, шаг и длина резьбы на корпусе. Длина резьбы на корпусе свечи должна соответствовать длине резьбы в головке цилиндра.

Если резьбовая часть свечи слишком длинная, то она выступает в камеру сгорания. При этом выступающие в камеру сгорания витки могут повредить поршни и клапаны, витки перегреваются и закоксовываются. Иногда такие свечи невозможно выкрутить.

Если длина резьбы свечи короткая, то ее искровой промежуток находится внутри свечного отверстия цилиндра, поэтому ухудшаются условия воспламенения топливовоздушной смеси, свеча не очищается, свободные витки отверстия цилиндра закоксовываются.

Для правильного применения необходимо знать особенности маркировки свечей зажигания. Разные производители применяют свои системы маркировки.

Получение повышенной удельной мощности в быстроходном 2-тактном двигателе требует решения проблемы качественной очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его свежим зарядом.

В 2-тактных двигателях более равномерно происходит вращение коленчатого вала, так как рабочий ход осуществляется за каждый его оборот.

Недостатки: менее совершенная очистка цилиндров от продуктов сгорания; меньшая экономичность из-за потери части горючей смеси через выпускные окна при продувке; повышенный расход смазочного масла. Устранение отмеченных недостатков позволит расширить область применения 2-тактных двигателей.

Источник