Рабочие тела и их свойства
Изучаемые вопросы:
Топлива, применяемые в автомобильных двигателях. Понятие о рабочем теле и его свойствах
В качестве топлив для двигателей с принудительным зажиганием используется жидкий продукт, получаемый в результате переработки сырой нефти, – бензин и горючие газы, основную часть которых составляют углеводороды.
Легкая фракция нефти, выкипающая до 205 ○С, используется для производства топлив, называемых бензинами. Более тяжелые фракции с пределами выкипания до 350 ○С служат основой для производства дизельных топлив. Фракционный состав топлива показывает процентное (по объему) содержание углеводородов, выкипающих до той или иной температуры. Различие во фракционном составе бензинов и дизельных топлив определило различие и в устройствах для образования горючей смеси, состоящей из воздуха (окислителя) и паров топлива, и способах воспламенения. Топливо и воздух в зависимости от физических свойств топлива вводятся в цилиндр двигателя совместно (бензиновый двигатель) или раздельно (дизель).
В двигателях с внешним смесеобразованием топливо, подаваемое вместе с воздухом через впускной клапан, должно легко испаряться и образовывать гомогенную смесь с поступающим воздухом.
Необходимо, чтобы топливо:
– обеспечивало быстрый и надежный пуск независимо от температуры наружного воздуха;
– позволяло осуществлять процесс сгорания без образования нагара и кокса на поверхности КС;
– способствовало уменьшению износов цилиндропоршневой группы (ЦПГ);
– обеспечивало полное сгорание и снижение токсических составляющих.
Химические реакции сгорания бензинов
Как известно, жидкое топливо, применяющееся в ДВС, обычно состоит из углерода С, водорода Н и кислорода О. Кроме того, в топливе содержится незначительное количество серы, азота и других веществ, которыми в расчете можно пренебречь.
Если элементарный состав можно охарактеризовать весовыми долями, то
С+Н+О=1кг.
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания топлива такого состава:
кмоль/кг топл (4)
. (5)
Ни в карбюраторном, ни в газовом, ни в дизельном двигателе невозможно получить такую идеальную смесь топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, при котором каждая частичка топлива нашла бы нужное для ее полного сгорания количество кислорода.
В бензиновых двигателях на некоторых режимах отношение 
, а в дизельных - 
, где отношение 
a носит название коэффициента избытка воздуха для сгорания. В бензиновых двигателях с воспламенением однородной смеси и полностью открытой дроссельной заслонкой наибольшая экономичность и устойчивость протекания рабочего процесса достигается при a = 1,1…1,3.
Максимальная мощность этих двигателей обеспечивается при некотором обогащении смеси (a= 0,85…0,9). Устойчивая работа на малых нагрузках и ХХ (холостых ходах) требует большого обогащения смеси. При a <1 из-за недостатка кислорода топливо не сгорает полностью, вследствие чего происходит неполное выделение теплоты при сгорании и в отработавших газах появляются продукты неполного окисления (СН, Н, СН4 и др.).
Полное сгорание топлива при a>1
Жидкое топливо
Горючая смесь до начала сгорания в карбюраторных двигателях состоит из молекул воздуха и испарившегося топлива, поэтому, если через mm обозначить молекулярный вес паров топлива, то количество кг/моль горючей смеси на 1 кг топлива выразится величиной
M1 = a Lo + 
кмоль/кг топл. (6)
В газовых двигателях горючая смесь состоит из топлива и воздуха
М1 = 1 + a Lo м3/м3топл. (7)
При полном сгорании топлива продукты сгорания состоят: из СО2 (углекислый газ), Н2О (водяной пар), О2 (избыточный кислород), N2(азот).
М2 = Мсо2 + Мн2о + Мо2 +МN2 . (8)
Количество отдельных составляющих:
Мсо2 = C / 12, кмоль/кг топл, Мн2о = H / 2, кмоль/кг топл.,
Мо2 = 0,21 Lo ( a -1), кмоль/кг топл.,
МN2 = 0,79a Lo , кмоль/кг топл.