§2. Состав и основные характеристики свежего заряда

В двигателях с внешним смесеобразованием с изменением скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя состав рабочего тела изменяется незначительно. Вследствие испарения топлива температура смеси понижается, что увеличивает величи­ну свежего заряда цилиндра. Количество топливовоздушной сме­си, поступающей в цилиндр, зависит от внешней нагрузки двига­теля. Поэтому количество смеси к концу такта впуска и на такте сжатия будет также зависеть от режима работы двигателя.

Важными характеристиками топливовоздушных смесей яв­ляются пределы воспламеняемости и теплота сгорания. Пределы воспламеняемости топливовоздушных смесей характеризуются объемной долей в процентах паров топлива или горючего газа в смеси, или значениями коэффициента избытка воздуха, при кото­рых возможно обеспечить воспламенение топливовоздушной смеси. Пределы воспламеняемости зависят от свойств топлива, температуры и состава топливовоздушной смеси (табл. 3.1).

Соотношение между значениями коэффициента избытка воздуха и объемным содержанием горючего газа или паров топ­лива в смеси:

а = ^{М в} = ^{Ц в(1} ~ ^, (3.5)

М_т М₀ ц _т г_т М₀

где М_в, М_т, ц_в, ц - соответственно, масса воздуха и топлива в смеси, молярная масса воздуха и топлива; г_т - объемная доля па­ров топлива или газа в смеси.

Пределы воспламенения смеси водорода и воздуха наиболее широкие, что позволяет использовать качественное регулирова­ние мощности двигателя и при внешнем смесеобразовании. Пре­делы воспламеняемости других газовоздушных смесей значи­тельно уже. При концентрации газов в смеси с воздухом, близкой к нижнему пределу воспламенения, образуются смеси, процесс сгорания которых происходит с большими скоростями распрост­ранения фронта пламени и носит характер взрыва. Это также ог­раничивает возможные пределы изменения состава смеси при ис­пользовании в качестве моторного топлива различных газов.

104

Таблица 3.1 - Пределы воспламеняемости горючих смесей

Топливо	Объемная доля горючего газа (пара) в % по объему		Значение коэффициента избытка воздуха
	Верхний предел	Нижний предел	Верхний предел	Нижний предел
Водород	65-75*	4,0-9,5*	3,5-10*	0,14-0,22*
Метан	11,9-	4,9-5,3	1,5-2,0	0,6-0,8
Этан	15.4 12.5	3,1	1,9	0,4
Пропан	9,6	2,4	1,7	0,4
Бутан	8,4	1,9	1,65	0,35
Бензин при /см, °С: 0	4,5	1,5	1,15	0,38
100	4,75	1,44	1,21	0,35
200	5,05	1,34	1,28	0,33
300	5,35	1,22	1,43	0,31
Этиловый спирт	13,7	4,0	1,4	0,4

^Концентрационные пределы воспламенения газовоздушных или паровоздуш­ных смесей при 20°С и давлении 0,1 МПа

На пределы воспламеняемости смеси паров бензина и воз­духа в двигателе оказывают заметное влияние также остаточные газы. С увеличением количества остаточных газов (при уменьше­нии нагрузки и прикрытии дроссельной заслонки) пределы вос­пламенения (по а) сужаются от 0,4-1,4 до 0,6-1,1.

Теплота сгорания топливовоздушной смеси зависит от сос­тава смеси, а при стехиометрическом составе (а = 1) - от вида топлива (табл. 3.2). Для жидкого топлива при нормальных усло­виях

^{Qсм _} 22ДаМн+1^Л ’ ^{(3 6)}

для газообразных топлив

Q см =-рТТ. (3.7)

а V +1

105

Таблица 3.2 - Теплота сгорания горючих смесей

стехиометрического состава

Топливо	Qсм, кДж/нм3
Бензин Керосин Дизельное топливо Этиловый спирт	3790 3750 3755 3590

Топливо	Qсм,
	кДж/нм3
Метиловый спирт	3760
Водород	3190
Метан	3410