Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания (стр. 3 из 13)
Температура застывания дизельного топлива оказывает влияние на работу дизеля: чем она ниже, тем надежнее работает дизель, так как при застывании топливо превращается в желеобразную массу и подача его из топливных баков в цилиндры двигателя становится невозможной. Температура застывания дизельного топлива должна быть на 10—15°С ниже температуры окружающего воздуха в районе его эксплуатации.
Выпускают следующие марки дизельного топлива: Л — летнее, 3 — зимнее, А — арктическое.
Газовое топливо, используемое в газобаллонных автомобилях, может быть как естественного, так и искусственного происхождения и применяться в сжатом или сжиженном виде. К сжатым газам относят природный газ (метан) и промышленные газы. Сжиженными называют такие газы, которые переходят из газообразного в жидкое состояние при нормальной температуре и давлении до 1,6 МПа. К ним относят углеводороды, получаемые при переработке нефти.
Газ как топливо имеет ряд преимуществ: обеспечивает лучшее смесеобразование, позволяет использовать бедные горючие смеси. К недостаткам газового топлива относят меньшую теплоту сгорания горючей смеси. В результате этого мощность двигателя уменьшается на 7...20%.
К физико-химическим характеристикам топлива относят:
- испаряемость – способность переходить в парообразное состояние, характеризуется фракционным составом;
- вязкость влияет на процессы распыливания и топливоподачи;
- детонационная стойкость влияет на нормальное распределение пламени при сгорании. Работа двигателя на детонационном режиме недопустима вследствие перегрева двигателя, падения мощности, прогорания поршней, клапанов. Детонационная стойкость бензина характеризуется октановым числом, т.е. процентным по объему содержанием изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая по детонационной стойкости равноценна данному топливу. Так, если исследуемое топливо детонирует так же, как смесь, содержащая 70% изооктана и 30% нормального гептана, то октановое число такого топлива = 70;
- склонность к воспламенению. Воспламеняемость дизельных топлив зависит от группового химического состава;
- примеси. Топливо не должно содержать механические примеси, воду, корродирующие вещества;
- температуру кристаллизации.
Одной из наиболее важных технических характеристик топлива является теплота сгорания.
Теплотой сгорания называют количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 нм3 газообразного топлива. На практике теплоту сгорания топлива определяют методом калориметрирования. В закрытом сосуде сжигают определенное количество топлива. Теплота сгоревшего топлива через стенки сосуда передается воде. Зная это количество воды, окружающей сосуд, теплоемкость сосуда и разность температур воды до и после опыта, определяют теплоту сгорания топлива.
Различают высшую
и низшую 
теплоту сгорания топлива. Теплота сгорания высшая больше, чем теплота сгорания низшая на количество теплоты, которое затрачивается на испарение влаги рабочей массы топлива и влаги, получаемой при сгорании водорода, входящего в состав топлива.Высшая теплота сгорания определяется по формуле Менлелеева
Qsaf=81С + 300Н − 26(О-S),
где С, Н, О, S — массовая доля элементов в веществе ТГИ, %
Низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):
(для твердого вещества)или
(для жидкого вещества), где:• 2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;
• HP и WP — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;
• 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.
Соотношение между теплотой сгорания высшей и низшей в кДж/кг
Для удобства расчетов и сравнения теплоты сгорания различных видов топлива пользуются понятием условное топливо. Теплота сгорания условного топлива составляет 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг).
Для пересчета расходов натурального топлива на условное служит тепловой эквивалент топлива
,где Ву и Вр — расходы соответственно условного и рабочего (натурального) топлива; Э — тепловой эквивалент топлива,
,Или
Газообразное топливо представляет собой смесь различных газов. Природные газы содержат от 80 до 98% метана. Попутные газы, выходящие на поверхность из нефтяных скважин одновременно с добываемой нефтью, состоят из метана (40—60%) и тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). Теплота сгорания природного газа
, попутного 
.Из искусственных газов наибольшее распространение получили генераторный газ
, коксовой с 
и доменный с 
.2.3 Двухтактные двигатели
ДВС, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала), называется двухтактными.
В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны. Впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов двигателей происходят через окна в цилиндре, которые своевременно открываются и закрываются движущимся поршнем.
Первый такт. При движении вверх поршень 2 (рис. 3.а) перекрывает выпускные окна 3 в цилиндре, в результате чего рабочая смесь над поршнем сжимается. Одновременно под поршнем создается разряжение, и из карбюратора 4 через выпускные окна 5 цилиндра горючая смесь засасывается в кривошипную камеру 6.
При подходе поршня к верхней мертвой точке (в.м.т.) в искровой свече зажигания 1 (рис. 3.б) образуется электрическая искра и рабочая смесь в цилиндре воспламеняется. На этом заканчивается первый такт.
Второй такт. Под давлением образовавшихся от сгорания рабочей смеси газов поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход, который происходит до тех пор, пока не откроются выпускные клапана и начнется выпуск отработавших газов через выпускную трубу наружу. При движении поршня вниз горючая смесь в кривошипной камере сжимается. В конце второго такта поршень открывает окна продувочного канала 7 и горючая смесь нагнетается из кривошипной камеры в цилиндр, вытесняя из него отработавшие газы (рис. 3.в). происходят продувка и одновременно наполнение цилиндра свежей горючей смесью. При этом горючая смесь частично выходит вместе с отработавшими газами.
Рис.3. Схема работы двухтактного двигателя: а - первый такт; б – конец первого и начало второго такта; в – конец второго такта; 1 – искровая свеча зажигания; 2 – поршень; 3 и 5 – выпускное и впускное окна цилиндра; 4 – карбюратор; 6 – кривошипная камера; 7 – продувочный канал; 8 – цилиндр; 9 – выпускная труба; 10 – картер.
Таким образом, за два хода поршня (два такта) совершается полный рабочий цикл. Однако двухтактные двигатели менее экономичны, чем четырехтактные. При продувке через выпускные окна теряется 30% горючей смеси. Поэтому на тракторах их используют при кратковременной работе для пуска двигателя.
3. ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
3.1 Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность
Индикаторная мощность двигателя, полезная работа, совершаемая газами в цилиндре поршневого двигателя в единицу времени; определяется путём обработки индикаторных диаграмм, полученных при испытании двигателя. Индикаторная мощность данного двигателя различна на разных режимах его работы. Зависимость Индикаторная мощность от частоты вращения называется скоростной характеристикой. Чтобы построить скоростную характеристику Индикаторная мощность, снимают индикаторные диаграммы на различных частотах вращения. Путём планиметрирования площадей полученных диаграмм определяют Индикаторная мощность на данной частоте вращения. Индикаторная мощность частично расходуется на преодоление сил трения внутри двигателя и на приведение в действие вспомогательных механизмов. Индикаторная мощность может быть определена как сумма мощности, получаемой на коленчатом валу (эффективная мощность), и мощности, расходуемой на потери (мощность трения).
Под средним индикаторным давлением
понимают такое условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу, равную индикаторной работе газов в цилиндре за рабочий цикл.Согласно определению среднее индикаторное давление находится как отношение индикаторной работы газов за цикл
к единице рабочего объема цилиндра 
, т.е. 
.