Лекция №10 - Назначение системы питания бензиновых ДВС

фильтрация, образование горючей смеси и подача ее в цилиндры. Существует

несколько типов топливных систем для автомобильных двигателей. Самая распространенная в 20-ом веке была карбюраторная система подачи смеси топлива. Следующим этапом стало развитие впрыска топлива при помощи одной форсунки, так называемый моновпрыск. Применение этой системы позволило уменьшить расход топлива. В настоящее время используется третья система подачи топлива – инжекторная. В этой системе топливо под давлением подается непосредственно в впускной коллектор. Количество форсунок равно количеству цилиндров.

Схема топливной системы: инжекторный и карбюраторный вариант

топлива и продуктов сгорания. Рабочее тело в процессе работы двигателя

претерпевает физические и химические изменения. Окислитель – воздух, состоящий из 21% кислорода и 79% инертных газов, в основном азота. Именно кислород участвует в реакции горения.

Рабочие тела и их свойства. Топлива

цилиндр поступает либо воздух (дизельный двигатель), либо горючая смесь (карбюраторный

двигатель), которые находятся в цилиндре к моменту сжатия и их называют свежим зарядом.

с остатками продуктов сгорания – эта смесь называется рабочей. В

процессе расширения и выпуска рабочим телом являются продукты сгорания топлива (отработавшие газы).

бензин, дизельное топливо и газ.
В настоящее время в соответствии

с ГОСТ 2084-77 выпускаются следующие марки бензинов – Н-80, АИ-92 и АИ-98, а в соответствии с ОСТ 38- 019-75 – АИ-95 «Экстра». Бензин Н-80 выпускается вместо бензина А-76 и характеризуется пониженным содержанием серы. Бензины, за исключением АИ- 95 и АИ-95 классифицируются на летние (применяются с 1 апреля по 1 октября) и зимние (применяются с 1 октября по 1 апреля). Основными компонентами бензина являются изооктан и гептан.

бензина), характеризующее его детонационную стойкость. Октановое число – объемная доля

(в %) изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая по детонационной стойкости равноценна испытываемому топливу. Существует два метода определения октанового числа бензина:
Моторный метод (ГОСТ 511-82) заключается в подборе эталонного топлива, которое дает в одноцилиндровом двигателе такую же интенсивность детонации, как и испытуемое топливо. В качестве эталонного топлива принимается смесь углеводородов – гептан (детонационная стойкость равна 0 единиц) и изооктан (детонационная стойкость равна 100 единиц).
Исследовательский метод (ГОСТ 8226-82) заключающийся в количественном определении гептана и изооктана в топливе химическим способом.

вводимые в бензин для повышения его детонационной стойкости. Исследо­вано множество

различных антидетонаторов, но луч­шим оказался тетраэтилсвинец, сокращенно, который применяют уже несколько десяти­летий. Эта тяжелая маслянистая бесцветная и очень ядо­витая жидкость плотностью 1, 65 г/см3, ее температура кипения 200° С. Тетраэтилсвинец легко растворяется во всех нефте­продуктах и не растворяется в воде. Наличие тетраэтилсвинец в топливе может привести к коррозии системы питания двигателя, отложению окислов свинца в камере сгора­ния, на клапанах и поршневых кольцах и даже к выходу двигателя из строя. При ремонте двигателей, детали которых покрыты соединениями свинца, возможны от­равления рабочих, поэтому тетраэтилсвинец вводят в топливо в виде этиловой жидкости, состоящей из антидето­натора и выносителей свинца.
Несмотря на то, что тетраэтилсвинец очень хороший антидетона­тор, его токсичность заставляет разрабатывать другие, безвредные соединения.  Было  предложено и испы­тано большое количество различных веществ, но все оказались или малоэффективны, или имеющими дру­гие существенные недостатки, и пока не применя­ются.

выпускается топливо и в соответствии с так называемыми «городскими» техническими

условиями, которые строже ГОСТ. В Европе дизельное топливо выпускается в соответствии со стандартом EN-590 (EURO-4). Основными компонентами дизельного топлива является цетан и альфаметилнафталин.
В соответствии с ГОСТ 305-82 дизельные топлива классифицируются на летние (ДЛ и Л, используются при температуре окружающего воздуха от t = 0 ° С и выше), зимние (З – при t = -20 ° С и выше), северные (ДЗ и С – при t = - 30 ° С и выше) и арктические (ДА и А – t = -30 ° С и ниже).

характеризующее способность топлива к самовоспламенению и показывающее объемное содержание цетана

в смеси с альфа- метилнафталином. Определяется оно подобно октановому числу бензина на одноцилиндровом двигателе. В качестве эталонного топлива используется смесь цетана (самовоспламеняемость 100 единиц) и альфа-метилнафталина (самовоспламеняемость 0 единиц).

топливо – нитратов и перекисей (0,5–3%).

содержание серы. Так в соответствии с ГОСТ 305-82 содержание серы

в 40 раз выше, чем по стандарту EN-590. Существует также и специальное «безсернистое» топливо (содержание серы до 0,001%).

Требования стандартов к дизельному топливу

парами воды образуют сернистую и серную кислоту. Это приводит к

кислотным дождям, раздражению дыхательных путей и угнетающее действие оказывает на растения. Сера также пагубно влияет на каталитические нейтрализаторы, соединяясь с платиной, сера сводит ее химическую активность к нулю.
Так, например, при содержании серы 0,05% нейтрализатор исправно работает в течение нескольких десятков тысяч километров, а при содержании серы 0,2% нейтрализатор перестает работать уже после 2–3 заправок.
Содержание полициклических ароматических углеводородов (не более 11% в соответствии со стандартами EURO-3 и EURO-4) влияет на содержание канцерогенных веществ в выхлопе.

топливной аппаратуры дизельного двигателя смазываются только топливом, т.е. этому способствует

сера. Поэтому использование топлива с низким содержанием серы (0,05%) приводит к поломкам топливных насосов высокого давления (отказы проявляются уже через 10 000 км пробега). Для решения этой проблемы к топливам с низким содержанием серы добавляют противоизносные присадки. 1 кг противоизносных присадок стоит около 2 долларов США, а на один литр топлива их требуется несколько миллиграмм.

дизельного топлива. Она измеряется в мкм по диаметру пятна износа

тарированного шарика диаметром 6,5 мм, который в определенном режиме трется о специальную пластину, погруженную в топливо. Чем меньше износ, тем меньше диаметр пятна. У топлив с содержанием серы 0,05% и без противоизносных присадок смазывающая способность составляет 670– 680 мкм (ресурс ТНВД менее 10 000 км). В соответствии с нормами EURO-2, EURO-3 и EURO-4 износ не должен превышать 460 мкм

1 - шарик; 2 - поверхность, не подвергшаяся износу; 3 - неясно выраженная часть пятна износа;
4 - ясно выраженная часть пятна износа
Рисунок - Пример рисунка пятна износа с неясно выраженной границей износа

являются не возобновляемыми ресурсами, а также в связи с тем,

что при сгорании нефтепродукты выделяют токсичные и канцерогенные вещества, в последние годы ведутся поиски альтернативных, экологически чистых видов топлив. Так, например, в соответствии с директивой Евросоюза 2003/30/ЕС в странах европейского сообщества должен произойти перевод бензиновых двигателей на биотопливо (этанол – этиловый спирт, октановое число которого по исследовательскому методу достигает 106…125 единиц). Этанол иногда используют как высокооктановую добавку, например, если к бензину АИ-92 добавить 10% этанола, то полу- чается топливо эквивалентное бензину АИ-95 (схожее топливо, Е10, используют в Таиланде). В Европе используется топливо Е85 состоящее на 85% из этилового спирта и на 15% из бензина (бензин облегчает пуск непрогретого двигателя), а также биотопливо Е100 (100% этиловый спирт) с октановым числом 106. Биотопливо можно получать из отходов лесозаготовок, кукурузы, зерна и т.д.

из масленичных культур (рапс, подсолнечник и т. п.). Также получение

синтетического дизельного топлива возможно из отходов деревообработки. Так, например, в Норвегии ведутся работы по разработке химического технологического процесса по переработке опилок в синтетическое дизельное топлива. В настоящее время такое топливо проходит испытания и ожидается его промышленное использование к 2012 г.

Альтернативные виды топлива менее щедры на выброс СО2 (г/км), чем давно знакомый бензин. Но у каждого есть как плюсы, так и минусы. За основу при расчетах немецкие исследователи взяли атмосферный двигатель со средним расходом 7 л/100 км:

биотоплива, остальное дизельное топливо полученное из нефтепродуктов) и В100 (100%

растительное дизельное биотопливо). Цетановое число таких дизельных биотоплив составляет не менее 51 единицы. В качестве аль- тернативы топлива для дизельных двигателей является применение диметилового эфира, получаемого из метана. В настоящее время диметиловый эфир является единственным синтетическим топливом, обеспечивающим полную замену традиционного дизельного топлива.
Основными преимуществами диметилового эфира перед дизельным и альтернативными топливами являются: пониженная склонность к сажеобразованию при горении; Практически полное отсутствие дымности отработавших газов; хорошая самовоспламеняемость. Цетановое число диметилового эфира составляет 55…60 единиц.
К недостаткам применения диметилового эфира в качестве топлива для дизельных двигателей относятся: пониженная теплота сгорания единицы объема топлива; меньшая вязкость; необходимость доработки дизельной топливной аппаратуры (увеличить объем подачи топлива; исключить появление газообразной фазы топлива в агрегатах системы питания; предусмотреть систему безопасности; заменить топливные баки на баллоны низкого давления; доработать топливную аппаратуру, с целью повышения противозадирных качеств и долговечности).

или компрессированного). Преимуществами такого топлива являются: абсолютно чистый выхлоп (только

пары воды), удельная теплота сгорания в три раза выше чем у бензина; ресурсы сырья для получения водорода безграничны. Однако водороду, как топливу присущ и ряд недостатков: высокая взрывоопасность, при работе на водороде резко снижается ресурс двигателя; высокая стоимость водородной топливной аппаратуры. Данные недостатки сдерживают широкое использование двигателей работающих на водороде и водородно-бензиновой смеси.

является роторно-поршневой двигатель, в настоящее время автомобили, оборудованные такими двигателями

проходят опытную проверку в эксплуатации.
В более далекой перспективе приемлемым вариантов использования энергии водорода, возможно, станут водородные топливные элементы, которые в результате химической реакции выделяют электрическую энергию, а трансмиссия транспортного средства в этом случае используется электрическая. Уже сейчас фирма Mercedes-Benz проводит опытную эксплуатацию двух автобусов на водородных топливных элементах. Однако из-за очень высокой стоимости топливных элементов они не получили широкого распространения и применяются только на опытных образцах техники.