Введение Двигатели внутреннего сгорания являются основным составным элементом автомобиля. К ним предъявляются технические, экономические и экологические требования.
Техническое состояние двигателя внутреннего сгорания характеризуется физическими явлениями или процессами, физические процессы старения, технологические нагрузки и внешние воздействия, которых можно рассматривать как признаки состояния. Признаки состояния могут выразиться количественно на основе измерений, и качественно, путем определения степени изменения цвета, запаха, блеска, тембра озвучания и т.д[1].
В ДВС количественно можно измерять мощность, крутящий момент, число оборотов коленчатого вала, качественно – полное возгорание воздушно-топливной смеси, образование вредных веществ в составе выхлопных газов, оптимальные режимы температуры и давления.
Более того, современное состояние альтернативных силовых систем и топливных элементов по своим характеристикам: мощностные, скоростные, запаса топлива и надежности - уступают ставшим традиционным, поршневым двигателям внутреннего сгорания[2].
Цель исследования
Целью исследования является анализ режимов работы двигателя внутреннего сгорания с применением комплексного метода изучения. Объект исследования – режимы работы силового агрегата рассматриваются как совокупность взаимосвязанных и взаимодополняющих друг-друга состояний. Данные компоненты представляются как элементы целого процесса, так и его проявлениями при различных условиях работы силового агрегета.
Материал и методы исследования
Режимы работы двигателей внутреннего сгорания во многом зависят от условий внешней среды, как температура окружающей среды меняется согласно выбранному рабочему режиму работы двигателя[3].
Состав горючей смеси также меняется в зависимости от отмеченных условий.
В двигателях внутреннего сгорания имеются пять рабочих режимов, и они различаются составом рабочей смеси:
- холодный режим работы - богатая рабочая смесь;
- холостой режим работы - обогащенная рабочая смесь;
- средний нагрузочный режим работы - обедненная рабочая смесь;
-максимальный нагрузочный режим работы – обогащенная рабочая смесь;
- режим работы при ускорении - обогащенная рабочая смесь.
Отмеченные режимы влияют на показатели двигателя. Зависимость удельного расхода топлива от загрузки двигателя представлена на рисунке 1.
Рис.1. Зависимость удельного расхода топлива от загрузки двигателя
Результаты исследования и их обсуждение
Силовой агрегат транспортного средства работает на смеси топлива и воздуха. Различаются карбюраторные и инжекторные, а также дизельные виды системы обеспечения, где в определенной пропорции образовывается горючая смесь[4].
Соотношения топлива и воздуха для образования горючей смеси приведены в таблице 1.
Таблица 1
Таблица пропорции топливовоздушной смеси
|
№ |
Сгорание топлива |
Количество топлива (кг) |
Количество воздуха (кг) |
Пропор-циональность |
Показатели по экономичности и мощности |
|
1 |
Полное |
1 |
15 |
Нормальная |
Удовлетворительная |
|
2 |
Полное |
1 |
15+2 |
Обедненная |
Удовлетворительная |
|
3 |
Полное |
1 |
17 + |
Бедная смесь |
Неудовлетворительная |
|
4 |
Полное |
1 |
19+ |
Бедная смесь |
ДВС не работает |
|
5 |
Не полное |
1 |
13-15 |
Богатая |
max мощность при повышенном расходе топлива |
|
6 |
Не полное |
1 |
13 и менее |
Богатая |
Неэкономичный режим |
|
7 |
Не полное |
1 |
5-6 |
Переобогащенная |
Неэкономичный режим |
Для полного сгорания 1кг топлива необходимо около 15кг воздуха. Топливовоздушная смесь в такой пропорции называется нормальной[5].
Двигатель на нормальной топливо-воздушной смеси достигает заданные показатели техническим регламентом мощности и экономичности.
При увеличении количество воздуха до 17 кг. смесь обедняется, двигатель достигает максимальный экономичный режим, расход топлива опускается до минимального уровня. Однако ДВС теряет способность развивать свою проектную мощность.
Достижение 17 кг и более в избытке воздуха образуется бедная смесь. Двигатель теряет свою устойчивую работы и сравнительно расход топлива на единицу вырабатываемой мощности увеличивается.
На смеси переобедненной, содержащей более 19 кг воздуха на 1 кг топлива, работа двигателя невозможна, так как смесь не воспламеняется от искры[6].
Обогащенная смесь образовывается при уменьшении количества воздуха от 15 до 13 кг – увеличением топлива до 1,1-1,3 кг. В таком случае, двигатель может развивать максимальную мощность. Негативной стороной подобного образования станет повышенный расход горючего.
Следует подчеркнуть, что если смесь богатая, доля воздуха меньше 13 кг на 1 кг топлива, то топливо сгорает не полностью. Ухудшаются мощностные и экономичные характеристики ДВС.
Отмечаются условия невозможности работы ДВС при переобогащенной смеси, где пропорция смеси составляет менее 5 кг воздуха на 1 кг топлива.
Выводы
ДВС обладает оптимальными режимами работы, на которых может достигаться максимальная мощность и топливная экономичность. Увеличится срок службы, сократится вероятность поломки силового агрегата. В связи с этим система обеспечения должна обладать качеством обеспечения состава горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя. Обеспечивать топливную экономичность при всех условиях функционирования силовой системы.
Однако, как показывают исследования имеют место режимы работы ДВС, которые приводят к быстрым износам трущихся поверхностей, а также довольно резким уменьшениям ресурса двигателя. Частые случаи выведения двигателя за границу оптимальных значений оборотов увеличивает вероятность сокращения ресурса и появления поломок.