Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания (стр. 8 из 13)
(впуск воздуха) (сжатие воздуха) (рабочий ход) (выпуск)
Ри2с.10. Схема работы четырехтактного дизеля:
1 — топливный насос, 2 — поршень, 3 — форсунка, 4, 5 — впускной и выпускной клапаны, 6 — цилиндр 4 такт – выпуск.
Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11-0.12МПа, а температура до 500-700С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, т. е. наполнение цилиндра горючей смесью (или воздухом), сжатие и сгорание, а также расширение и выпуск газов происходят за два хода поршня (рис. 10).
Часть свежего заряда, поступившего в цилиндр, неизбежно теряется через выпускные органы во время процесса продувки, что снижает экономичность двух2тактного двигателя. Недостатками Д. д. являются высокая термическая нагруженность поршневой группы, снижающая надёжность двигателя, и сложность осуществления продувки.
5. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
5.1 Состав топлива и его характеристики
Топливо — это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.
Топливо состоит из сложных химических соединений, углерода (C), водорода (Н), кислорода (О), азота (N) и серы (S). Также топливо включает в себя минеральные примеси А, воду W.
Элементарный состав топлива может задаваться органической, рабочей, горючей или сухой массами. Эти массы могут быть представлены следующими равенствами:
Органическая
Со +Но +Оо +Nо= 100%
Рабочая масса
Ср +Нр +Ор +Nр +Sр +Aр +Wр = 100%;
Сухая
Сс +Нс +Ос +Nс +Sсл+Aс = 100%;
Горючая
Сг +Нг +Ог +Nг +Sгл= 100%;
Где Со, Ср, Сс, Сс – содержание углерода, входящего в состав соответственно рабочей, сухой, горючей и органической массе топлива; Hр, Hс, Hr, Hо – содержание водорода; Оо, Ор, Ос, Ог — содержание кислорода; Nо, Nр, Nс, Nг — содержание азота; Sр, Scл, Sгл — содержание серы; Аp, Аc ,Wp — содержание золы и влаги.
При этом
,где Sр, Sрл, Sрм — это суммарное содержание в топливе соответственно серы, летучей серы, минеральной серы.
Химический состав газообразного топлива можно хадать в процентах по объему. Все расчеты, связанные с определением состава газообразного топлива, производятся для
сухого газа при нормальных условиях. Содержание водяных паров и других примесей (пыли и смол) задается в 
сухого газа.Одной из важных составляющих частей является углерод. При полном сгорании
углерода выделяется 34 100 кДж тепла. Чем выше содержание углерода в топливе, тем больше тепла выделится при его сжигании. При химической переработке топлива углерод входит в состав образующихся при этом органических соединений. Другой основной составной частью топлива является водород. Кислород и азот относятся к негорючей массе топлива (к балласту). Сера содержится в топливе в виде колчедановой серы ( 
и сернистых органических соединений) и в виде сульфатов (сернокислых соединений кальция, магния и натрия). Количество горючей серы определяется как разность между общим содержанием серы в топливе и количеством сульфатной серы. Твердый негорючий продукт полного окисления и разложения всех минеральных примесей топлива называют золой. Качество золы в продуктах сгорания и ее количество учитываются при использовании топлива. Зола после разложения и плавления превращается в сплавленную массу, которая называется шлаком.Важным показателем качества топлива является выход летучих веществ и характеристика кокса. В состав летучих веществ, которые выделяются из топлива при нагревании, входят газы — окись углерода, водород, углеводороды, азот, кислород, углекислый газ и др.
Выход летучих веществ определяют в процентах к безводной и беззольной (горючей) массам топлива:
Где
— соответственно выход летучих веществ, содержание золы и влаги в топливе на аналитическую пробу в процентах.Чем больше выход летучих веществ, тем легче загорается топливо. Выход летучих веществ положен в основу классификации твердого топлива.
5.2 Процессы горения топлива
Горение топлива - химический процесс соединения горючих веществ топлива с кислородом воздуха, который сопровождается интенсивным выделением теплоты.
Процессы горения могут быть гомогенными и гетерогенными. Если топливо и окислитель (кислород) находятся в газообразном состоянии и образуют гомогенную смесь, то горение протекает в объеме и называется гомогенным. При гетерогенном горении топливо и окислитель находятся в различных агрегатных состояниях, реакции протекают на поверхности раздела фаз: твердой, жидкой и газообразной. Процесс горения топлива условно можно разделить на две стадии: воспламенение и последующее горение. При нагревании топлива происходит повышение температуры. При достижении определенной для каждого топлива температуры (температуры воспламенения) топливо воспламеняется, после чего начинается процесс устойчивого горения.
Расход воздуха. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания топлива, определяется по формулам горения составных элементов топлива. Так, для сгорания 1 кг углерода необходимо 32/12 = 8/3 = 2,67 кг кислорода, так как реакция горения углерода протекает следующим образом:
Для сгорания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода:
;для сгорания 1 кг серы — 1 кг кислорода:
.Если учесть, что массовая доля содержания кислорода в воздухе равна 0,232, то теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива при нормальных условиях (в кг воздуха на кг топлива)
.Так как при нормальных условиях плотность воздуха
, то объемный расход воздуха 
для сгорания 1 кг топлива 
или
где
— элементарный состав топлива на рабочую массу, %.В выражении
коэффициенты m и n принимаются равными значениям индексов тех газов, перед которыми стоят эти коэффициенты.Практически при горении часть кислорода воздуха не участвует в химических реакциях, поэтому для полного сгорания топлива подводят воздуха больше, чем необходимо теоретически. Отношение действительного количества воздуха (
), подводимого в процессе горения, к теоретически необходимому ( 
), называется коэффициентом избытка воздуха 
Состав продуктов сгорания. Условно считают, что продукты сгорания топлива (в м3/кг)
где
— сухие газы; 
— водяные пары.Объем сухих газов
где
.При
= 1 объем сухих газов минимальный, т.е. 
. Если > 1, то
где 0,79
— объем азота в теоретически необходимом количестве воздуха; 0,0187 
— объем трехатомных газов 
.Объем продуктов сгорания газообразного топлива определяется по той же формуле, что и для твердого или жидкого. При этом
.