Двигатели внутреннего сгорания

Основным топливом для автомобильных двигателей внутреннего сгорания служит бензин, газ и дизельное топливо. Автомобильный двигатель может работать и на других видах топлив, на первый взгляд достаточно экзотичных, например, на растительном масле, спирте, водороде, сырой нефти, мазуте и даже воде. Двигатель также сможет работать на дровах или угле. Правда такой двигатель уже не будет двигателем внутреннего сгорания. Конструкция двигателя и его систем во многом зависит от того, на какой вид топлива он рассчитан.

Бензин и газ относятся к лёгким топливам, воспламенение которых осуществляется принудительно от постороннего источника тепла (чаще от электрического разряда).

Двигатели, которые работают на лёгком топливе, относятся к двигателям с внешним смесеобразованием. Топливно-воздушная смесь в таких двигателях образуется вне цилиндров, например в карбюраторе, во впускном трубопроводе или в специальной смесительной камере, а в цилиндры поступает уже в приготовленном виде при такте впуска.

Дизельное топливо принадлежит к тяжёлым видам топлив, которые воспламеняются от высокой температуры (более 700°С). Такая температура достигается в камере сгорания цилиндра дизельного двигателя в конце такта сжатия при повышении давления до 30 атмосфер и более. Поэтому часто говорят, что воспламенение топливной смеси дизельных двигателей происходит «от сжатия».

Двигатели, которые работают на «тяжёлых» топливах, относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием. Топливно-воздушная смесь готовится непосредственно в цилиндрах таких двигателей. Воздух и топливо в цилиндры подаются раздельно.

Рабочий цикл и тех и других двигателей состоит из четырёх тактов и совершается за два оборота коленчатого вала, но процессы, протекающие в их цилиндрах, несколько отличаются (табл. 1).

Сжатие

Сжатие топливно-воздушной смеси до объёма камеры сгорания. В конце такта сжатия смесь воспламеняется от электрической искры, образуемой между электродами свечи зажигания

Сжатие воздуха до объёма камеры сгорания. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку подаётся мелкораспылённое дизельное топливо. Идёт процесс смесеобразования. Полученная смесь самовоспламеняется от сжатия.

360 – 540

Рабочий ход

Давление газов, образованное за счёт их расширения при нагревании, двигает поршень двигателя вниз и вращает коленчатый вал

То же

540 – 720

Выпуск

Движущийся вверх поршень через открытые выпускные клапаны и систему выпуска двигателя выдавливает отработавшие газы в атмосферу

То же

Автомобильные топлива

Бензин

Бензин является продуктом перегонки нефти. Существует два основных способа получения топлив из нефти.

Первый и самый простой – прямая перегонка, при которой нефть нагревают в специальных установках - трубчатых печах. Пары нефти, образовавшиеся при её нагревании, направляются в разделитель установки (ректификационную колонну), где охлаждаются и конденсируются. В верхней части колонны конденсируются и собираются лёгкие фракции нефти (фракции бензина), выкипающие при температуре до 205° Цельсия, ниже – керосин, ещё ниже – фракции дизельного топлива, газойлевых и соляровых масел. Остаток, получаемый от прямой перегонки нефти, называется мазутом. Из секций колонны фракции отводятся в топливосборники.

Второй способ получения бензина – химический. В настоящее время широко применяется термический, каталитический и гидрокрекинг. Сырьём для получения бензина химическим способом может являться не только нефть, но и её тяжёлые фракции, такие как мазут или соляровые фракции. После очистки бензина от вредных примесей он готов к использованию в качестве топлива для двигателей.

Свойства бензинов. Основным свойством бензинов является 1) испаряемость и 2) детонационная стойкость.

Испаряемость бензина определяет его способность переходить из жидкого в парообразное состояние. Испаряемость топлива влияет на процесс образования и горения топливовоздушной смеси. Так как в данных процессах участвуют только газообразные фракции топлива, не испарившийся бензин отрицательно сказывается на работе двигателя, а именно: 1) стекая по цилиндрам, смывает с их стенок масло, что способствует повышенному износу деталей двигателя; 2) препятствует нормальному процессу сгорания топливовоздушной смеси. Из-за медленного горения смеси давление в цилиндре падает, двигатель не развивает номинальной мощности, в отработавших газах увеличивается содержание вредных веществ (в первую очередь – оксида углерода). Не полностью сгоревшее топливо в виде нагара откладывается на деталях (поршнях, клапанах) и содействует появлению ряда неисправностей двигателя.

Испаряемость бензина определяют в лабораторных условиях по его количеству, выкипающему при нагреве до определённых температур. 10% бензина должно выкипать при нагреве до 80°С, что необходимо для надёжного запуска холодного двигателя; 50% бензина должно выкипать при нагреве до 145°С, что необходимо для быстрого прогрева двигателя и его устойчивой работы на этом режиме. Полностью бензин должен испаряться при нагреве до 205°С.

Бензины, имеющие большее количество тяжёлых (смоляных) фракций не выкипающих при температуре до 205°С, при непродолжительном хранении приобретают тёмно-коричневую окраску. В процессе эксплуатации двигателя на таком топливе, содержащиеся в нём смолы осаживаются на поршневых кольцах, поршнях, клапанах, стенках бензопроводов и топливных баков, в каналах и жиклёрах карбюратора, топливных форсунках.

Бензины, имеющие избыток лёгких фракций, имеют тенденцию к закипанию при низких температурах. Во избежание образования паровых пробок в топливной системе, температура кипения бензина не должна быть ниже 30°С.

По фракционному составу бензины выпускаются двух видов (сортов) – зимний и летний. «Зимние» бензины обладают лучшей испаряемостью.

Детонационная стойкость бензина оценивается по его октановому числу. Чтобы определить степень склонности топлива к детонации, его сравнивают с эталонными топливами, октановое число которых известно заранее. Такие топлива состоят из смеси изооктана и нормального гептана. По своим детонационным свойствам эти вещества прямо противоположны. Изооктан не детонирует и его октановое число условно равняется 100 единицам. Гептан является сильным детонатором и его октановое число принято равным «нулю». Если, при испытании бензина на специальной установке, имеющей одноцилиндровый двигатель, степень сжатия которого может меняться в необходимых пределах, оказалось, что бензин обладает такими же детонационными свойствами, как смесь, состоящая из 91% изооктана и 9% гептана, то октановое число бензина принимается равным 91. Октановое число топлив, имеющих детонационную стойкость лучшую, чем у изооктана, оценивают по условной шкале октановых чисел. При этом за эталон принимается чистый изооктан, содержащий 1,59 мг/л тетраэтилсвинца. Октановое число данной смеси условно равно 120. Чем больше октановое число бензина, тем выше его детонационная стойкость.

В настоящее время при эксплуатации автомобильных двигателей применяют бензины марок А-76, АИ-93, АИ-95, АИ-98 и некоторые другие. Буква «А» обозначает, что бензин автомобильный, буква «И», что октановое число определялось исследовательским методом (ещё один из способов определения октанового числа, кроме описанного - «моторного»), цифра указывает на величину октанового числа. Конструкция двигателя рассчитана на применение бензина с определённым октановым числом. Чем выше степень сжатия двигателя, тем более высокооктановое топливо он потребляет. Применение бензина с октановым числом ниже предусмотренного для данной конструкции двигателя приводит к работе двигателя с детонацией и, в дальнейшем, к выходу его из строя.

Детонация – ненормально быстрое сгорание топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, при котором скорость распространения фронта пламени возрастает с 20 – 40 м/сек. до 2000 м/сек. и более. Детонационное горение приводит к чрезмерному и скачкообразному росту давления в цилиндре. Детали двигателя при этом испытывают ударные нагрузки и преждевременно изнашиваются. Даже при непродолжительной работе возможны поломки перемычек поршня между кольцами, поломки самих колец и других деталей. Характерным признаком детонации являются звуки, прослушиваемые в верхней части блока цилиндров в «зоне» ВМТ, получившие название «детонационных стуков». Причина их появления – вибрация стенок цилиндров под воздействием ударной волны и стуки деталей в зазорах. Одновременно с этим может наблюдаться существенное падение мощности двигателя, перегрев двигателя и искристый выпуск из глушителя. Причин появления детонации несколько:

1). Применение топлива с низким октановым числом;

2). Чрезмерно раннее зажигание;

3). Обеднённая топливовоздушная смесь;

4). Перегрузка двигателя по оборотам или крутящему моменту;

5). Повышенное отложение нагара на поршнях;

6). Совокупность любых из перечисленных причин.

Также, двигатель может иметь склонность к детонации в силу своих конструктивных особенностей.

Для повышения детонационной стойкости бензинов в них добавляют высокооктановые железосодержащие или кислородосодержащие соединения (спирты и эфиры). До недавнего времени в качестве антидетонационной присадки широко применялась этиловая жидкость, состоящая из смеси тетраэтилсвинца с бромистыми и хлористыми соединениями. В настоящее время применение этилированных бензинов запрещено из-за их токсичности.

• Газообразное топливо
• Газообмен и фазы газораспределения
• Карбюраторные системы питания. Общее устройство и особенности работы
• Обслуживание и типичные неисправности системы питания карбюраторных двигателей
• Устройство карбюратора
• Устройство и работа простейшего карбюратора
• Требования, предъявляемые к карбюратору по обеспечению рабочих режимов двигателя
• Основные системы карбюратора и их работа
• Инжекторная система питания

Похожие статьи:

Расчёт производственных подразделений
Участок диагностики предназначен для определения технического состояния автомобиля, его агрегатов и механизмов без разборки. На данном участке производятся следующие виды работ: - диагностические - проверка и регулировка углов установки управляемых колёс - проверка и регулировка тормозов. Расчёт го ...

Организация и управление производством
Организация управления Рисунок 4 –Управление производством при организации труда методом специализированных бригад. Технологический процесс в сварочном отделении Технологический процесс - это часть производственного процесса, направленная на изменения состояния объекта ремонта. Технологическая опер ...

Основные элементы узла, их назначение, работа
Колесная пара направляет электровоз по рельсовому пути, реализует развиваемую электровозом силу тяги и тормозную силу (при торможении), воспринимает статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсами и колесами, и преобразовывает вращающий момент тягового двигателя в поступательное дви ...