3.1.Элементарный состав и реакции сгорания топлив

Основными элементами, которые принимают во внимание при расчете реакций сгорания, являются углерод С, водород H и кислород O топлива. Обозначая массовое содержание этих элементов их символами, для 1кг топлива можно записать:

C + H + O =1 кг.

Химические реакции окисления углерода и водорода позволяют рассчитать теоретически необходимое количество кислорода для сгорания 1кг топлива. Так, для сгорания 1кг бензина необходимо затратить 14,96 кг воздуха, а для сгорания 1кг дизельного топлива требуется 14,45 кг воздуха. Количество воздуха, участвующее в процессе сгорания, может быть больше или меньше теоретически необходимого. Отношение количества воздуха, участвующего в процессе сгорания, к теоретически необходимому для полного сгорания топлива называют коэффициентом избытка воздуха α. В зависимости от значения α смеси делят на:

α =1, 0 нормальные;

α < 1,0-обогащенные – воздуха недостаточно для полного сгорания топлива;

α > 1,0 – обедненные – воздуха поступило больше , чем это теоретически необходимо .

В двигателях с искровым зажиганием применяют, в зависимости от режима работы, нормальные, бедные или богатые смеси. При пуске двигателя и при работе на малых нагрузках для устойчивого протекания сгорания в цилиндре требуется обогащенная смесь. Для получения максимальной мощности требуемый состав приготовляемой смеси должен составлять примерно α = 0,85 – 0,95.

В дизелях топливо подается непосредственно в цилиндр примерно за 25 – 30⁰ до прихода поршня в ВМТ, а воспламенение должно произойти через 2 – 5⁰ после начала впрыска. Окончание сгорания топливо воздушной смеси в дизелях с хорошо организованным процессом сгорания должно происходить через 25 – 30⁰ после прохода поршнем ВМТ. Чтобы сжечь все подаваемое топливо за такой малый интервал времени требуется избыток воздуха. Поэтому в дизелях сжигают исключительно смеси обедненного состава. Состав горючей смеси определяет и состав продуктов сгорания, влияющий на полноту сгорания, мощность двигателя и токсичность отработавших газов.

3.2.Процессы воспламенения и горения

Существуют две теории воспламенения и горения топливовоздушных смесей –высокотемпературная от дополнительного источника ( искры) в бензиновых двигателях и низкотемпературная от температуры конца сжатия в дизелях.

Распространение пламени в однородных бензино- воздушных смесях возможно в сравнительно узком изменении состава смеси (α= 0,6-1,15) и происходит со скоростью 40-80 м/с.

При некоторых условиях нормальный характер распространения пламени нарушается ,что отражается на мощности и экономичности работы двигателя , шумности и токсичности отработавших газов , надежности и сроке работы двигателей.

К таким нарушениям сгорания относят следующие.

1. Пропуски вспышек в отдельных цилиндрах вследствие переобеднения смеси или позднего зажигания, малой мощности искры.

2.Вспышки во впускном трубопроводе могут происходить из-за переобеднения смеси или позднего зажигания.

3. Детонация –пламя распространяется по объему цилиндра со скоростью до 2000м/с в виде ударной волны. В зоне этой волны температура и давления магут значительно превосходить максимальные их значения при нормальном процессе.Работа при таком сгорании не допускается даже кратковременно ,так как сопряжено с выходом двигателя из строя.

Причины детонации: чрезмерно большой угол опережения зажигания,не соответствие октанового числа бензина степени сжатия двигателя ,

перегрев двигателя и др.