Склонность к воспламенению

Лекция №3

Склонность к воспламенению.

Склонность к воспламенению является одним из важнейших показателей качеств топлив для дизелей. Топлива, обладающие большой склонностью к воспламенению, обеспечивает более благоприятное протекание процесса сгорания, без резкого повышения давления и появления в связи с этим стуков в цилиндре. Воспламеняемость дизельных топлив зависит от группового химического состава. Наибольшей склонностью к воспламенению обладают углеводороды нормального парафинового ряда (воспламеняемость цетана принимается за 100 единиц), наименьшей – углеводороды ароматического ряда (воспламеняемость альфаметилнафталина – 0 единиц). Склонность к воспламенению дизельных топлив оценивается цетановым числом, которое определяется в специальном двигателе при стандартных условиях испытания.

Цетановым числом называется процентное (по объему) содержание цетана в такой смеси с альфаметилнафталином, которая имеет такую же склонность к воспламенению, как и данное топливо. Так, например, если исследуемое топливо имеет такую же склонность к воспламенению, как смесь, содержащая 45% цетана и 55% альфаметилнафталина, то его цетановое число равно 45.

Дизельное топливо для быстроходных дизелей должно иметь цетановое число 40-55 единиц.

Примеси.

Для предупреждения механического и коррозионного износа деталей двигателя, в первую очередь топливоподающей аппаратуры, жидкие топлива не должны содержать механических примесей, воды и коррозирующих веществ, как например, активных сернистых соединений, неорганических кислот и щелочей.

Температура кристаллизации.

Возможность применения топлив в различных климатических условиях характеризуется температурой кристаллизации, при которой выпадающие из топлива кристаллы углеводов препятствуют его подаче через фильтры в жиклеры или форсунки, либо температурой застывания, при которой заправочные операции с топливом становятся невозможными без его специального подогрева.

Рекомендуемые материалы

Сгорание топлива.

Для сгорания топлива известного элементарного состава требуется вполне определенное количество кислорода, а, следовательно, и соответствующее количество воздуха.

Сгорание топлива с теоретически необходимым количеством воздуха является частным случаем сгорания.

В зависимости от организации рабочего процесса двигателя, соотношение между количеством воздуха и количеством топлива, поступающих в цилиндр, может изменяться. На каждую массовую или объемную единицу топлива может приходиться количество воздуха, больше или меньше теоретически необходимого.

Отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха .

При увеличении коэффициента  смесь делается более бедной, т.к. уменьшается относительное количество топлива в смеси; наоборот, при уменьшении коэффициента избытка воздуха  смесь становится богаче. При =1 все топливо, введенное в цилиндр, практически не может сгореть до конечных продуктов окисления. Это происходит вследствие невозможности получения такой совершенной смеси топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, в котором каждая частица топлива была бы обеспечена требуемым для ее сгорания количеством кислорода. Полное сгорание топлива возможно только при >1, поэтому большая часть двигателей работает >1. Однако в бензиновых двигателях автомобильного и авиационного типа при некоторых режимах работы возможен коэффициент =1 или <1. Топливо при этих режимах сгорает только частично, и экономичность двигателя ухудшается, но мощность двигателя возрастает.

Сгорание, при котором все горючие части топлива превращаются в конечные продукты окисления, называется полным сгоранием топлива. При неполном сгорании топлива образуется водород H₂ и окись углерода CO или углерод топлива C содержится в продуктах сгорания в виде сажи.

Внешнее и внутреннее смесеобразование.

Совокупность различных процессов, происходящих в цилиндре в определенной последовательности, называется рабочим циклом; во время работы двигателя рабочие циклы периодически повторяются. Рабочий цикл любого поршневого двигателя может быть осуществлен по одной из двух схем, представленных.

. Сжатие смеси необходимо для увеличения работы за цикл, т.к. при этом расширяются температурные пределы, в которых протекает рабочий процесс.

Предварительное сжатие создает также лучшие условия для сгорания смеси топлива с воздухом. Во время впуска и сжатия смеси в цилиндре происходит дополнительное перемешивание топлива с воздухом.

Рекомендуем посмотреть лекцию "3 Современные направления анализа экономического поведения".

Подготовленная горючая смесь в цилиндре воспламеняется обычно при помощи электрической искры высокого напряжения. Из-за быстрого сгорания смеси в цилиндре резко повышается температура, а, следовательно, и давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цилиндре.

В процессе расширения, нагретые до высокой температуры, газы совершают полезную работу. Давление, а вместе с ним и температура газов в цилиндре при этом понижаются. После расширения следует очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск), и рабочий цикл повторяется.

В рассмотренной схеме подготовка смеси топлива с воздухом происходит в основном вне цилиндра, и наполнение цилиндра производится готовой горючей смесью; поэтому двигатели работающие по этой схеме называются двигателями с внешним смесеобразованием. К числу таких двигателей относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, лигроине, керосине, и газовые двигатели, т.е. двигатели, в которых применяется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом при обычных условиях. Сжатые смеси в цилиндре у двигателей с внешним смесеобразованием должно быть такое, чтобы давление и температура в конце сжатия не достигали значений, при которых могла бы произойти преждевременная вспышка или слишком быстрое сгорание (детонационное сгорание). В зависимости от применяемого топлива, состава смеси и т.п. давление конца сжатия у двигателей с внешним смесеобразованием находится в пределах 10÷20 кг/см². В двигателе по схеме а) обеспечивается хорошее смесеобразование и более полное использование рабочего объема цилиндра (коэффициент изб. воздуха = 0,8÷1,1). Однако ограничение  уменьшает экономичность, а потребность в принудительном зажигании усложняет его конструкции.

В случае схемы б) процесс смесеобразования происходит только внутри цилиндра, рабочий цилиндр заполняется не смесью, а только воздухом. В процессе сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо, которое легко распыливается и перемешивается с воздухом. Частицы топлива, соприкасаясь с горячим воздухом, испаряется, образуя топливовоздушную смесь. Воспламенение смеси при работе двигателя осуществляется в результате высокого сжатия воздуха до температуры самовоспламенения смеси.

Впрыск топлива во избежание преждевременной вспышки начинается только в конце сжатия. К моменту воспламенения смеси впрыск топлива еще не заканчивается. Топливовоздушная смесь, образующаяся в процессе впрыска, получается неоднородной, вследствие чего полное сгорание топлива лишь при значительном коэффициенте избытка воздуха равном не менее 1,2÷1,4. В результате более высокой степени сжатия, допускаемой при этой схеме, обеспечивается и более высокий КПД.

После сгорания топлива идут процессы расширения и отчистки цилиндра (выпуск). Такие двигатели называются двигателями с внутренним смесеобразованием, и могут работать на всех видах жидкого  и газообразного топлива. Чаще всего эти двигатели работают на жидком топливе (дизельное топливо). Двигатели с внутренним смесеобразованием в которых воспламенение топлив происходит в результате высокого сжатия, называются двигателями с воспламенением от сжатия, или дизелями.