Материал: 1968
Для более точного определения теплотворной способности данного топлива необходимо отнять от Qтоп теплоту сгорания запальной проволочки. Теплота сгорания стальной проволочки равна 6 690 кДж/кг.
Для определения теплоты сгорания топлив применяют современные
приборы с использованием персональных компьютеров и другой техники. |
||
На рис. 1.3 представлена установка для определения теплоты сгорания |
||
С |
|
|
топлив. Калориметр В-08 МА – К служит для автоматического определе- |
||
ния энергии сгорания жидких, газообразных и твердых топлив. |
||
и |
|
|
|
Р с. 1.3. Калориметр В-08 МА – К |
|
|
Содержание отчета |
|
1. |
Название, цели и задачи ра оты. |
|
2. |
Общие сведения о теплоте сгорания топлив. |
|
3. |
|
Д |
Конечные реакции сгорания водорода и углерода. |
||
4. |
РасчетныебАформулы для определения теплоты сгорания жидких и газообраз- |
|
ных топлив. |
|
|
5. |
Табл. 1.1 с теплотворной способностью различных газов. |
|
6. |
Результаты расчета теплотворной способности автомобильных газов ПА и |
|
ПБА, согласно данным табл. 1.2. |
И |
|
|
||
7. |
Выводы по работе. |
|
Контрольные вопросы и задания
1.Чем отличаются высшая и низшая теплотворные способности топлив?
2.Что представляет собой процесс сгорания топлив?
3.Запишите конечные уравнения процесса сгорания углерода и водорода.
4.Запишите уравнения для определения низшей теплотворной способности бензина и газа, состоящего из 50% пропана и бутана.
5.Как определяется плотность упругих паров нефтепродукта, находящегося в газовом состоянии?
6.Поясните методику экспериментального определения теплоты сгорания то-
плив.
11
Практическая работа № 2
ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ БЕНЗИНА
2.1. Цели и задачи практической работы
С |
|
|
|
|
|
|
формирование и закрепление знаний в |
||||||||||||
Цели практической работы: |
|||||||||||||||||||
области особенностей сгорания бензина. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Задачи: изучить особенности протекания нормального процесса сго- |
|||||||||||||||||||
рания бенз на, а также при возникновении детонации. |
|
|
|||||||||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
2.2. Процесс сгорания бензина |
|
|
|||||||||||
Требован я к |
енз нам [2, 3]: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
1. |
Бесперебойно поступать в карбюратор или форсунки (давление па- |
||||||||||||||||||
|
без |
|
|
|
|||||||||||||||
рообразован я). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Образовывать нормальную горючую смесь: 1 часть бензина и |
|||||||||||||||||||
15 частей воздуха. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. |
Сгорать |
|
детонации (взрыва), не вызывать коррозию деталей. |
||||||||||||||||
4. |
|
|
|
|
|
А |
|
|
|||||||||||
Сгорать без о разования нагара, иметь минимальную токсичность. |
|||||||||||||||||||
Сгорание топлива – это |
ыстрая реакция окисления углеводородов |
||||||||||||||||||
кислородом. При этом о разуется вспышка, молекулярные связи разры- |
|||||||||||||||||||
ваются, накопившаяся энергия выделяется в виде теплоты. |
При сгорании |
||||||||||||||||||
1 кг топлива выделяется следующее количество теплоты, |
: бензин – |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дж |
|
||||||||
44·106, дизельное топливо – 42·106, метан – 49,7·106. |
|
|
|||||||||||||||||
Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг |
|||||||||||||||||||
бензина, определяют из выражения [2] |
|
|
|
|
И |
||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
8 |
|
|
1 |
|
|
|
8 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
LT |
|
|
|
|
|
|
C 8H |
|
|
|
|
|
|
0,855 8 0,145 15кг. |
(2.1) |
|||
|
|
|
3 |
|
3 |
||||||||||||||
|
|
0,23 |
|
|
|
0,23 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
В воздухе 23% O2; 1кг бензина содержит 0,855 кг С и 0,145 кг Н. |
|
||||||||||||||||||
Теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топ- |
|||||||||||||||||||
лива и бензина 14,5 – 15 кг, для газообразных топлив 15 – 17 кг, для |
эти- |
||||||||||||||||||
лового спирта 9 кг. |
Этиловый спирт С2Н5ОН |
содержит кислород, и для |
|||||||||||||||||
его сгорания требуется меньшее количество воздуха. |
|
|
|||||||||||||||||
Коэффициент избытка воздуха – это отношение действительно по- |
|||||||||||||||||||
ступившего количества воздуха в цилиндр к теоретически необходимому |
|||||||||||||||||||
для сгорания 1 кг топлива: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
α = LД /LТ, |
при LД = LТ |
α = 1. |
|
(2.2) |
|||||||||
12
Если α > 1, смесь бедная; α < 1, – богатая. Используя формулу Менделеева – Клапейрона
С |
P·V = m·R·T, |
|
(2.3) |
||
|
|
|
|||
где Р – абсолютное давление, Н/м2; V – объём, м3, например цилиндра |
|||||
двигателя; m – масса, |
кг, например воздуха; |
R – газовая постоянная для |
|||
воздуха 287 Дж/(кг∙К); Т – температура, К, |
можно определить массу воз- |
||||
духа, поступ |
вшего в ц л ндр, и требуемое количество топлива. |
||||
при |
в цилиндр дизельного двига- |
||||
Напр мер, |
при атмосферных условиях |
||||
теля поступ |
ла |
масса воздуха, равная 1,5 г. |
При подаче в камеру сгора- |
||
ния 0,1 г распыленного д зельного топлива коэффициент избытка возду- |
|||||
ха α = 1, а |
подаче 0,05 г α = 2. |
|
|
||
Коэфф ц ент з ытка воздуха у двигателей с воспламенением от |
|||||
сжатия (д зели) зав |
с т от количества поданного топлива в камеру сго- |
||||
рания. У д зеля он может изменяться от 1 до 6, а у бензиновых двигателей |
|||||
от 0,8 до 1,2. У |
|
новых двигателей при большой подаче топлива (бо- |
|||
гатая смесь) электроды свечи покрываются пленкой топлива и искрообра- |
|||||
зование нарушается. |
При едных смесях затрудняется ее воспламенение |
||||
от электрическойбензискры. У двигателей с воспламенением горючей смеси |
|||||
от искры коэффициент из ытка воздуха изменяется от его количества, |
|||||
поступившего в цилиндр, и от количества поданного топлива. Количество |
|||||
|
|
|
Д |
||
воздуха изменяется путём дросселирования (мятия) на впуске (изменени- |
|||||
ем положения заслонкиА). |
|||||
В современных бензиновых двигателях процесс сгорания топлива |
|||||
протекает при |
α = 1. |
В выпускном коллекторе установлен датчик кисло- |
|||
рода ( - зонд), который по наличию кислорода в отработавших газах дает сигнал в микропроцессор (контроллер) о возможностиИизменения подачи топлива. Если в выхлопных газах есть кислород воздуха, участвующий в процессе сгорания, то оператор (водитель) может увеличить подачу топлива, если кислорода нет, то подача топлива ограничивается.
Применение датчика кислорода в современных электронных системах впрыска топлива позволяет снизить расход топлива двигателем внутреннего сгорания и токсичность отработавших газов.
На рис. 2.1 показан датчик кислорода (лямбда - зонд). Лямбда-зонд работает как гальванический элемент с твердым электродом, выполненным в виде керамики из двуокиси циркония ZrO2, на котором нанесено платиновое напыление, выполняющее роль электродов. Один из них фиксирует показания атмосферного воздуха, а второй – выхлопных газов.
13
Эффективная работа прибора возможна при достижении температуры более 300 оС, когда циркониевый электролит приобретает проводимость. По этой причине датчик выполняется с подогревом. Выходное напряжение зависит от разницы количества кислорода в атмосфере и выхлопных газах.
Так, при обогащенной смеси, когда процент кислорода в выхлопной |
||
трубе |
меньше, напряжение возрастает, а при обеднении – |
снижается |
С |
– богатая, |
|
(рис. |
2.2). Если α > 1, смесь бедная, Uвых = 0,1 В; α < 1, |
|
Uвых = 0,9 В. Полученный в результате химической реакции электрический импульс подается на электронный блок управления (ЭБУ), параметры которого он сравн вает с данными памяти ЭБУ. При необходимости произ-
|
изменяется |
водится коррект ровка работы системы питания или снабжения воздухом |
|
( |
кол чество топлива или воздуха). |
|
Рис. 2.1. Простейшая схема включения датчика |
|
кислорода: 1 – твердый электролит ZrO2; |
|
Д |
|
2, 3 – наружный и внутренний электроды; |
|
бА4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; |
|
6 – выхлопная труба |
|
И |
Рис. 2.2. Зависимость напряжения на выходе из датчика от коэффициента избытка воздуха
14
На рис. 2.3 показан разрез датчика кислорода, поясняющий его устройство.
Си РбАс. 2.3. Устройство датчика кислорода (лямбда - зонда)
Сейчас на многих автомо илях, чтобы повысить их экологичность, используют каталитические нейтрализаторы, что позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. При этом выхлопная система оснащается не одним, а двумя датчиками кислородаД(рис. 2.4).
И
Рис. 2.4. Схема подключения двух датчиков кислорода
15