Автоцентр 37
Обслуживание, диагностика, ремонт автокондиционеров и автомобильных подогревателей
+7 (499) 123-64-50
+7 (925) 054-41-03 Обратный звонок
Заявка
на обслуживание
На главную
Отправить письмо
Карта сайта

Потери химической энергии топлива

Как же оценить глобальный ущерб от загрязнения окружающей среды? Одной из важнейших причин нерационального использования нефтепродуктов является низкий к.п.д. двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрим первую составляющую к.п.д., сосредоточив внимание на самой необычной разновидности потерь энергии - на потерях самого топлива. Вдумайтесь, топливо добывали, везли, перерабатывали, опять везли, заправляли, качали, распыляли, смешивали, сжимали, зажигали, а оно, так и не сгорев (по разным причинам), вылетает в выхлопную трубу, превратившись в отраву (СН).

  1. Потери топлива в выхлопную трубу

    Речь пойдет о той части топлива, которая из впускного тракта транзитом через цилиндр попадает сразу в выпускной тракт, минуя фазы "сжатие" и "расширение". В первую очередь это относится к двухтактным двигателям, у которых полный цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.

    В стандартном двухтактном двигателе поршень помимо своей основной функции выполняет роль золотника в газораспределительной системе. Поэтому в области нижней мертвой точки (НМТ) осуществляется "продувка", когда фазы "впуск" и "выпуск" совмещены, то есть одновременно открыты в цилиндре выпускное и впускное отверстия. Несмотря на соответствующие ухищрения значительная часть топлива (до 40 %) на отдельных режимах попадает в выхлопную трубу. Такова плата за простоту двигателя.

    Мы уже говорили о целесообразности повсеместного запрета двухтактных двигателей. Совсем другое дело четырехтактный двигатель. Здесь полный цикл занимает два оборота коленчатого вала, то есть 720°. Однако в погоне за лучшей вентиляцией и наполняемостью цилиндров на высоких оборотах двигателя фазы "выпуск" и "впуск" взаимно проникают на "чужие" территории. В некоторых двигателях угол взаимного пересечения упомянутых фаз (j) достигает 60°. Это приводит на малых оборотах (особенно в режиме резкого дросселирования) к потерям топлива до 6 %. Именно поэтому в некоторых современных двигателях используются системы газораспределения с регулируемым углом j.

  2. Потери из-за несгорания в пристеночном пространстве и щелях

    В двигателе происходит еще один достаточно неочевидный и любопытный процесс - воздушно-топливная смесь, находящаяся в непосредственном контакте со стенками камеры сгорания, как бы "прилипает" к стенкам. Это явление имеет место несмотря на то, что в камере сгорания возникает вихрь, и скорость его достигает максимума именно у стенок (до 100 м/с).

    С одной стороны, это явление оказалось явно полезным для двигателя. "Бесплатная" газовая рубашка прекрасно защищает двигатель от потерь тепловой энергии горячих газов в стенки камеры сгорания. У газовой рубашки есть только один враг - это детонация. Потери топливаПри сильной детонации создаются мощные ударные волны, которые разрушают газовую рубашку. Двигатель начинает перегреваться, а температура выхлопных газов резко падает, примерно на 150 °С. Известны двигатели, в которых этим явлением даже попытались воспользоваться для устранения детонации путем размещения специальных датчиков-измерителей температуры выхлопных газов в каждом цилиндре.

    С другой стороны, газовая рубашка имеет толщину около 200 мкм, и в ней "прячется" около 2 % топлива. Топливо в газовой рубашке по определению не может гореть, так как температура в пристеночной зоне ниже 800 °С. Аналогичные процессы происходят и в щелях между стенками цилиндра и поршнем. Следует лишь разделить щели на временные и постоянные. Временные щели создаются в момент достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ) между дном поршня и головкой цилиндра (зоны выжимки). Постоянная щель существует между стенками поршня и цилиндра в зоне выше первого кольца. В этой щели, как правило, наблюдаются отложения продуктов неполного сгорания топлива (кокса).

  3. Потери из-за больших размеров капель

    Системы питания двигателей формируют воздушно-топливную смесь в виде аэрозоли, то есть топливо поступает в цилиндр двигателя в виде капелек. Принцип действия используемых систем питания таков (в карбюраторах - распыление эмульсии, в инжекторах - создание щели переменного сечения), что размеры капелек топлива непостоянны и подчиняются закону распределения, близкому к гауссовскому, с математическим ожиданием 30:40 мкм и наличием капелек с диаметром свыше 150 мкм. Это при условии, что система питания исправна.

    Хорошо известно, что жидкое топливо не горит. Горит смесь газообразного топлива и воздуха.Потери топлива Капелька топлива, находясь в воздухе, особенно при повышении температуры, постоянно окружена слоем пара, который она теряет при своем движении. Отсюда следует важный вывод: пока в воздушно-топливной смеси присутствуют капельки топлива, эффективное богатство смеси ниже расчетного. Поэтому на холостых оборотах, особенно при запуске двигателя, воздушно-топливная смесь обогащается.

    Капельки топлива являются своеобразными замедлителями горения. Если капелька топлива имеет оптимальные размеры, то ее горение продолжается примерно до 90° фазы "расширение", что полезно для повышения крутящего момента. Если же капелька слишком большая, и топливо не успевает вовремя испариться и сгореть, тогда этот процесс продолжается в выпускной системе. Очевидно, что с повышением частоты вращения коленвала двигателя этот процесс усугубляется, а потери растут.

    Отсюда можно сделать еще один важный вывод: идеальная воздушно-топливная смесь должна содержать "калиброванные" капельки топлива, размеры которых должны меняться в зависимости от частоты вращения коленвала двигателя.

  4. Потери из-за богатой воздушно-топливной смеси

    Данный вид потерь топлива является наиболее понятным с точки зрения физики.Потери топлива Действительно, хотя процесс горения топлива представляет собой ряд цепных реакций, конечный итог определяется балансом двух составляющих:
    - с одной стороны - количеством атомов углерода и водорода;
    - с другой стороны - количеством атомов кислорода (окислителя). Если кислород заканчивается, то "лишнее" топливо по определению не может сгореть. Оно переходит в разряд потерь и "вредных выбросов".
При написании статьи использованы материалы журнала "Двигатель"
Центр технического обслуживания и
ремонта автокондиционеров объявляет о
снижении цен на заправку кондиционеров!