Вступ
Наприкінці XIX століття в ряді країн виникла автомобільна промисловість. У 1885 році німецькі інженери Готліб Даймлер (1834-1900) і Вільгельм Майбах (1846-1929) винайшли легкий, швидкохідний двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), що використовував як паливо бензин. У 1889 році Даймлер і Майбах побудували перший чотириколісний автомобіль. На цей автомобіль вперше був встановлений двигун, оснащений чотириступінчастою коробкою передач і карбюратором. Карбюратор був розроблений Даймлером, у ньому паливо розпорошується, змішується з повітрям і подається в циліндр.
Ця обставина значно підвищувало ефективність роботи даного двигуна, згодом названого карбюраторним.
Двигун - пристрій, що перетворює енергію (наприклад, згорання палива) в механічну роботу. Практично всі автомобільні двигуни працюють по циклу, що складається з чотирьох тактів:
впускання повітря або його суміші з паливом;
стиснення робочої суміші
робочий хід при згоранні робочої суміші;
випуск відпрацьованих газів.
Найбільшого поширення в автомобілях набули поршневі двигуни - бензинові і дизелі.
Розрізняються за типом системи живлення: у карбюраторних змішення бензину з повітрям починається в карбюраторі і продовжується у впускному трубопроводі. В даний час випуск таких двигунів знижується із-за низької економічності і невідповідності сучасним екологічним нормам.
Система живлення карбюраторного двигуна
Система живлення двигуна призначена для збереження, очищення і подачі палива, очищення і подачі повітря, приготування пальної суміші потрібного складу для роботи двигуна на різних режимах і випуску
Система живлення складається з паливного бака, датчика і покажчика рівня палива, паливного насоса, паливних фільтрів, паливопроводів, повітряного фільтра, карбюратора, впускного і випускного трубопроводів, а також системи випуску відпрацьованих газів (трубопроводи, глушники).
Принцип дії системи живлення карбюраторного двигуна наступний. При обертанні колінчастого вала двигуна починає діяти паливний насос, який засмоктує через сітчастий фільтр паливо з бака і по паливопроводу нагнітає його в поплавкову камеру карбюратора. При русі поршня вниз (такт впуску) під дією розрідження з розпилювача карбюратора витікає паливо, а через повітряний фільтр засмоктується очищене повітря. В змішувальній камері карбюратора струмінь повітря розпилює паливо і, змішуючись з ним, утворює пальну суміш, яка по впускному трубопроводу через відкритий впускний клапан надходить в циліндр двигуна, де, перемішуючись з залишками відпрацьованих газів утворює робочу суміш. При русі поршня вгору відбувається стиск робочої суміші (такт стиску) і її згоряння (робочий хід). Продукти згоряння (відпрацьовані гази) через випускний клапан, який відкривається, по трубопроводах і надходять в глушник і далі в атмосферу (такт випуску).
Паливом для двигунів автомобілів, які вивчаються, є бензин марки АІ-92. В маркуванні бензину буква А позначає, що бензин автомобільний, буква І вказує метод визначення октанового числа (дослідницький), а цифри після букв – октанове число, яке характеризує стійкість бензину проти детонації. Чим вище октанове число палива, тим менша його схильність до детонації і тим більша допускається ступінь стиску, що в свою чергу дозволяє підвищувати потужність і економічність двигуна.
Карбюраторні двигуни працюють на бензині — рідкому паливі, що легко випаровується, яке добувають із нафти прямою перегонкою або крекінгом.
Процес прямої перегонки полягає в тому, що нафту підігрівають, а й пари конденсують. Найлегші фракції, які відділяються за температури до 195 °С, становлять бензин другої перегонки. В такий спосіб вихід бензину — до 15 % кількості нафти, що переганяється.
Крекінг — перероблення нафти та її фракцій з розпадом важких молекул для добування моторних палив. Крекінг буває термічний і каталітичний. У разі термічного крекінгу нафтову сировину нагрівають до температури 500...600 °С в умовах високих тисків (4...5 МПа). Каталітичний крекінг відбувається за одночасної дії високої температури й каталізаторів і тиску приблизно 0,1 МПа. Вихід бензину — до 70 % кількості сировини.
Двигун може розвивати максимальну потужність лише за умови, що бензин має певні характеристики й властивості, основні з яких: питома теплота згоряння, випарність, схильність до детонації. Крім того, бензин не повинен спричиняти корозію металу й має зберігати свою початкову якість тривалий час без змін.
Питома теплота згоряння — це кількість теплоти, що виділяється під час згоряння 1 кг палива. Питома теплота згоряння автомобільних бензинів становить 44 100...46 200 кДж/кг.
Випарність оцінюється за фракційним складом, який характеризується температурами википання 10, 50 та 90 % бензину. Чим нижча температура википання 10 % бензину, тим краще він випаровується в холодному двигуні, що забезпечує його пуск узимку. Чим нижча температура википання 50 % бензину, тим швидше двигун прогрівається після пуску й стійкіше працює в режимі холостого ходу. Чим нижча температура википання 90 % бензину, тим повніше він випаровується й тим менше оливи змивається зі стінок гільз циліндра.
Для автомобільних бензинів температура початку википання становить 35 °С, википання 10 % - 55...70 °С, 50 % - 100...125 °С, 90 % — 160...180 °С і кінця википання — 185...205 °С.
Автомобільні бензини, за винятком бензину АИ-98, поділяються на літні та зимові. Останні містять збільшену кількість фракцій, які легко випаровуються, що поліпшує умови пуску
Бензин маркується літерно-цифровими індексами. Марки застосовуваних автомобільних бензинів: А-72, А-76, А-92, АИ-93, АИ-98 (літера «А» означає, що бензин автомобільний; цифри відповідають найменшому октановому числу бензину, визначеному моторним методом; літера «Й» вказує на те, що октанове число визначено дослідним методом).
Октанове число характеризує детонаційну стійкість бензину.
Детонація — це дуже швидке (вибухове) згоряння робочої суміші в циліндрах карбюраторного двигуна (до 3000 м/с; за нормальних умов швидкість горіння становить 30...85 м/с), що супроводжується дзвінкими стуками у двигуні, чорним димом із вихлопної труби, перегріванням і втратою потужності двигуна. При цьому відбуваються прискорене спрацьовування деталей кривошипно-шатунного механізму та обгоряння головок клапанів.
Для визначення октанового числа бензину його порівнюють із сумішшю двох палив: ізооктану й гептану.
Детонація – це дуже швидке (вибухове) згоряння окремих ділянок робочої суміші в циліндрах двигуна зі швидкістю поширення полум'я до 2000 м/с, що супроводжується значним підвищенням тиску газів (при нормальних умовах робоча суміш в циліндрах двигуна згоряє зі швидкістю 30 – 40 м/с). Причинами, що сприяють детонації, можуть бути застосування палива з низьким октановим числом, занадто раннє запалювання, перегрів двигуна. Іноді явище детонації плутають із самозапалюванням, яке з'являється від перегріву двигуна, коли робоча суміш запалюється до появи електричної іскри в циліндрі внаслідок значного підвищення температури робочої суміші наприкінці такту стиску.
Подібне явище спостерігається також при наявності розпеченого нагару в камері згоряння і перегріву свічки запалювання. В цих випадках після вимикання запалювання двигун якийсь час продовжує працювати, чого не відбувається при детонації. При русі для припинення детонації потрібно зменшити навантаження на двигун прикриттям дросельних заслінок карбюратора, перейти на нижчу передачу. Допускається поява детонаційних стуків при різкому відкритті дросельних заслінок педаллю акселератора при розгоні. Якщо ж детонація відбувається тривалий час або спостерігається постійно, то необхідно терміново виявити і усунути її причини, щоб уникнути виникнення серйозних несправностей двигуна (прогоряння поршнів, клапанів, підвищеного зношення деталей кривошипно-шатунного механізму і механізму газорозподілу).
Для підвищення детонаційної стійкості в бензин може додаватися етилова рідина. Такий бензин називається етилованим і відрізняється оранжево-червоним кольором. Етилований бензин отруйний і виробництво його скорочується. При поводженні з ним необхідно дотримувати особливу обережність – не допускати попадання на тіло і одяг, не вдихати його пари і не засмоктувати ротом при переливанні.
Ізооктан слабко детонує, й для нього октанове число умовно беруть за 100. Гептан сильно детонує, й для нього октанове число взято за 0. Якщо суміш складається з 76 % ізооктану та 24 % гептану, то за детонаційними властивостями октанове число такого бензину дорівнює 76. Чим вище октанове число бензину, тим менша ймовірність детонації.
Для повного згоряння палива потрібна певна кількість кисню, що міститься в повітрі.
Визначено, що для повного згоряння 1 кг бензину треба 15 кг повітря. Суміш такого складу називається нормальною. Збіднена пальна суміш містить на 1 кг бензину 15...17 кг повітря.
Бідна пальна суміш має в своєму складі понад 17 кг повітря на 1 кг бензину. Збагачена пальна суміш містить 13... 15 кг повітря. Багата пальна суміш на 1 кг бензину має менше ніж 13 кг повітря.
Для нормальної роботи двигуна на різних режимах потрібно мати різний склад пальної суміші.
Під час пуску холодного двигуна сумішоутворення дуже погане, пальна суміш, яка готується в карбюраторі, має бути багатою, щоб компенсувати ту частину палива, котре конденсується на стінках циліндрів.
На холостому ходу для стійкої роботи двигуна потрібна збагачена пальна суміш. На середніх навантаженнях, коли від двигуна не вимагається повної потужності, для забезпечення його економічної роботи пальна суміш має бути збідненою. На повних навантаженнях, коли потрібна найбільша швидкість згоряння суміші, щоб від двигуна дістати максимальну потужність, суміш має бути збагаченою.
У разі різкого збільшення навантаження або частоти обертання колінчастого вала суміш має бути різко збагаченою, в противному разі двигун зупиниться.