2.2 Состав топлива

Рабочим телом в ДВС является газ, состав которого и его физикохимические свойства меняются в течение цикла. Состав продуктов сгорания, их тепловая энергия, превращаемая в цилиндре в механическую работу, зависят от вида сжигаемого топлива, которое существенно влияет на конструкцию двигателя, протекание термодинамических процессов, экономические и экологические показатели, а также условий эксплуатации транспортных средств.

В поршневых двигателях в основном применяются следующие топлива:

• жидкие (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, спирт, растительные масла и др.);

• газообразные (природные и сжиженные углеводородные газы, водород, генераторный газ и др.).

Элементарный состав жидких топлив (бензина и дизельного топлива) выражается в долях единицы массы

q_С + q_H + q_От =1,

где q_С, q_H, q_От – массовые доли углерода, водорода и кислорода в одном килограмме топлива (бензин - q_С=0,855; q_H=0.145; q_От=0; дизельное топливо - q_С=0,87; q_H=0.126; q_ОТ=0,004)

2.3 Определение степени сжатия

В цилиндре двигателя различают:

• объем камеры сгорания V_c – объем над поршнем при положенииего в ВМТ;

• рабочий объем V_h – объем, освобождаемый поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ;

• полный объем V_a = V_h + V_c.

Отношение ε = V_a/V_c называется степенью сжатия. Верхний предел ε ограничивается свойствами топлива, составом горючей смеси, конструкцией камеры сжатия, условиями теплообмена и образования токсичныхвеществ (в первую очередь оксидов азота NO_x), величиной нагрузок в кривошипно-шатунном механизме и другими факторами. Практика двигателестроения показывает, что увеличение ε выше этого предела малоэффективно.

В бензиновых двигателях главным фактором, ограничивающим величину степени сжатия, является без детонационное сгорание рабочей смеси, определяемое в первую очередь октановым числом топлива (табл. 2.4).

Более высоких значений степени сжатия для выбранного сорта топлива в бензиновых двигателях можно добиться:

• выбором рациональных формы камеры сжатия и расположения свечи;

• у

  Таблица 2.4 Зависимость степени сжатия от октанового числа

  меньшением размеров цилиндров;

• Октановое число	Степень сжатия
  	Нижний предел	Верхний предел
  66…72	5,5	6,5
  73…76	6,6	7,0
  77…80	7,1	7,5
  81…90	7,6	8,5
  91…100	8,6	9,5
  > 100	9,6	12,5

  применением для изготовления поршней и головок цилиндров материалов с более высокой теплопроводностью;

• интенсификацией отвода теплоты через систему охлаждения;

• совершенствованием системы зажигания;

• применением богатой горючей смеси с α < 0,85.

Для двигателя с принудительным воспламенением.

ε = ε₀ ε_K ε_d ε_n, где:

• ε₀ = f(качества топлива, октанового числа)(рис. 2.7);

• ε_K =f(камеры сгорания);

• ε_K =1-верхнее расположение клапанов;

• ε_K =0,92 0,93-нижнее, боковое расположение клапанов;

• ε_K =1,04 – шатровые камеры сгорания, с вытеснителем или полусферические с верхним расположение клапанов;

• ε_K =1,02 1,04 - камеры сгорания клиновидные в головке или поршне;

• ε_d =f(диаметра цилиндра)(рис. 2.8 );

• ε_n =f(частота вращения)(рис. 2.9 );

Рисунок 2.7 Зависимость степени сжатия от октанового числа

Рисунок 2.8 Зависимость степени сжатия от диаметра цилиндра

Рисунок 2.9 Зависимость степени сжатия от частоты вращения коленчатого вала

По приведенному выражению величина допустимой степени сжатия определяется ориентировочно с точностью ε=±0.5, в зависимости от других, остающихся не учтенными, факторов. Так применение алюминиевой головки блока цилиндров, в связи с повышенным теплоотводом, позволяет увеличить ε на 0,3 - 0,5. Применение шатровой формы камеры сгорания позволяет поднять ε на 0,1 - 0,3. Для двигателей с воздушным охлаждением величина ε, в связи с уменьшенным теплоотводом должна быть уменьшена на 0,5.

Предельные значения степени сжатия для дизелей приведены в табл. 2.5.

Повышение степени сжатия от нижнего предела обеспечивает более мягкую работу дизеля, так как сокращает период задержки воспламенения смеси при одновременном улучшении пусковых качеств. Для дизелей с малыми размерами цилиндра и с разделенными камерами сгорания принимаются более высокие значения ε.

Таблица 2.5 Степень сжатия дизелей

Конструктивные особенности			Нижний предел		Верхний предел
Без наддува	Неразделенные камеры сгорания	15		22
	Вихрекамерные	16		21
	Предкамерные	16,5		22
С наддувом			11		17
Многотопливные			22		24