1.4 Такт выпуска

Заключительным, четвертым тактом рабочего цикла является выпуск отработанных газов. Он происходит, когда после третьего такта, поршень достигает нижней мертвой точки и вновь начинает движение вверх. Выпускной клапан открывается (на него давит соответствующий кулачок распределительного вала), и двигающийся вверх поршень выдавливает отработанные газы из цилиндра (которые выходят с очень большой скоростью). Затем клапан закрывается, выхлопные газы поступают в глушитель и выводятся через выхлопную трубу. Четвертый такт заканчивается, когда поршень достигает верхней мертвой точки и выпускной клапан закрывается. Коленчатый вал проворачивается еще на пол-оборота. За четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания (то есть за один рабочий цикл) коленчатый вал делает два полных оборота. После этого снова начинается первый такт (открывается впускной клапан, поршень из верхней мертвой точки начинает движение вниз и т. д.)При такте выпуска не достигается полная очистка цилиндра от отработавших газов, поэтому часть отработавших газов в последствии присутствует в рабочей смеси. [1]

2 Детонация

Развитие двигателей идёт по пути уменьшения удельного расхода топлива и увеличения удельной мощности. Основным средством для повышения экономичности и удельной мощности в двигателях с внешним смесеобразованием является увеличение степени сжатия. Второй путь – применение наддува. Однако при использовании названных путей развития появляется препятствие. Связано оно с необходимостью преодоления опасного для двигателей явления – детонации.

Детонацией называется ненормальное, взрывное сгорание в двигателях лёгкого топлива с воспламенением от электрической искры. При детонации (пунктирные линии на рис. 3) и отсутствии её (сплошные линии на рис. 3) характер протекания среднего индикаторного давления и удельного эффективного расхода ( рис 3). Зависимость среднего индикаторного давления и удельного эффективного расхода топлива от степени сжатия: –при детонации; – без неё эффективного расхода топлива изменяется. Величину степени сжатия ε_пр, при которой возникает явление детонации, называют предельной степенью сжатия. Несколько большее значение ε, при котором еще допустима работа двигателя с детонацией, называют наивысшей полезной степенью сжатия ε_н.п..

Основная причина возникновения детонации - образование и накопление в рабочей смеси активных перекисей (кислородсодержащих веществ), которые разлагаются в последней фазе горения, выделяют избыточную энергию и вызывают взрывное сгорание топлива.  Пероксиды (R - О - О - R) и гидроперекиси (R - О - О -Н) - это первичные продукты окисления углеводородов топлива. Они образуются при прямом присоединении молекулы кислорода к углеводородам. Если присоединение молекулы происходит по С - С связи, получается перекись, а если по С - Н связи, то гидроперекись. При дальнейшем окислении накапливаются альдегиды, органические кислоты, спирты и другие соединения. Конечными продуктами являются углекислый газ и вода.  Процессы окисления носят цепной характер. Согласно теории цепных реакций, вместе с образованием конечных продуктов окисления восстанавливаются нестойкие активные соединения, которые вновь разлагаются, выделяют теплоту и становятся новыми очагами реакций окисления. В результате непрерывно повторяющихся реакций появляются цепи с большим числом активных центров, вызывающих самоускорение реакции. 

В двигателе окисление топлива кислородом воздуха начинается в процессе наполнения и сжатия горючей смеси. Чем выше степень сжатия, тем больше давление и температура цикла, интенсивнее протекают процессы окисления. Эти процессы еще более энергично продолжаются после воспламенения топлива, особенно в тех порциях рабочей смеси, которые сгорают последними: здесь количество продуктов окисления максимально. Когда концентрация нестойких соединений достигает критического значения для данного вида топлива, происходит взрывное сгорание оставшейся части несгоревшей рабочей смеси. На рис. 4. приведена индикаторная диаграмма, которая снята при работе детонирующего двигателя.

  Рис.4. Индикаторная диаграмма при работе с детонацией.

Очевидно, что из многочисленных факторов, препятствующих детонационному сгоранию, наиболее важным является правильный подбор химического состава бензина для данного типа двигателя. Если бензин обладает малой детонационной стойкостью, то в нем накапливается много перекисных соединений, способных выделять атомарный кислород и вызывать детонацию. У бензинов с высокой детонационной стойкостью концентрация продуктов окисления недостаточна для возникновения детонации.

Детонационное сгорание чаще всего происходит при неправильном выборе бензина для двигателей с высокой степенью сжатия. При детонационном горении скорость распространения фронта пламени резко увеличивается, достигая 1500...2000 м/с. Поскольку пространство камеры сгорания невелико, упругие детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, что вызывает характерный для детонации металлический стук. Отражающиеся ударные волны нарушают нормальный процесс сгорания, вызывают вибрацию деталей двигателя, в результате чего значительно возрастает износ. Выпускные газы приобретают темный, иногда черный цвет, т.е. при детонации увеличивается неполнота сгорания топлива. Горячие газы, ударяясь о стенки цилиндра, повышают коэффициент теплопередачи и вызывают перегрев двигателя. Температура и давление оставшейся части рабочей смеси сильно повышаются, что также способствует перегреву деталей двигателя. Обычно детонация возникает в одном из цилиндров двигателя, но может быстро передаваться на другие. При сильной детонации возможны пригорание колец, прогар клапанов, поршней, разрушение подшипников. Внешние признаки и последствия детонации (износ, разрушение деталей) в значительной степени обусловлены ее силой. Интенсивность детонации зависит от того, какая часть циклового заряда топлива перейдет во взрывное сгорание, что определяется главным образом химическим строением углеводородов топлива, температурой и давлением газов. Если нормально сгорает 93...95 % рабочей смеси, а детонирует 5...7 %, то наблюдается слабая детонация. Если же со взрывом сгорает 20...25 % циклового заряда, то возникает очень сильная детонация, часто приводящая к аварии. [2]

Вывод: детонация опасный процесс, так как она не только уменьшает срок службы отдельных частей двигателя ,но и может привести к поломке и выводу из строя всего двигателя. Так же хотелось бы отметить что детонация бывает не только из за топлива но и из – за перегрева отдельных деталей двигателя. Детонация от перегретых деталей двигателя называется калильное зажигание – что в свою очередь, так же приводит к снижению мощности, разрушению деталей ЦПГ, и увеличению вредных выбросов в атмосферу.

3.Показатели качества автомобильных бензинов

3.1 Октановое число

Октановое число - важнейший показатель качества, характеризующий детонационную стойкость бензина, зависящий от строения углеводородов, фракционного состава, химической и физической стабильности, содержания серы и др.

Октановое число определяется на одноцилиндровых установках ИТ9-2М и УИТ-65 по моторному (ГОСТ 511-82) или на установках ИТ9-6 и УИТ-65 по исследовательскому (ГОСТ 8226-82) методам. Сущность определения сводится к сравнительному сжиганию испытуемого бензина, октановое число которого нужно найти, с искусственно приготовленным эталонным топливом, октановое число которого известно. Эталонное топливо составляют из двух индивидуальных углеводородов: изооктана с высокой и n-гептана с низкой детонационной стойкостью. Физические свойства этих углеводородов близки, но структурное строение молекул разное (см. рис. 5,6), чем и объясняется различная детонационная стойкость. По внешнему виду это прозрачные бесцветные жидкости, не содержащие непредельных углеводородов и осадка, имеющие низкие температуры кипения (около 99°С), плотность 692 и 683 кг/м3. Октановое число (по моторному методу): для изооктана C8H18 составляет 100 единиц, n-гептана С7Н16 - 0 единиц.

Рис.5. Изооктан.

Рис.6. n-гептан.

Установки ИТ9-2М, ИТ9-6 и УИТ-65 имеют однотипные двигатели, агрегаты и измерительную аппаратуру, но условия испытания разные. Условия испытания бензина при определении октанового числа исследовательским методом более мягкие, а получаемое значение выше, чем по моторному методу. Эту разницу называют чувствительностью бензина. Она зависит от его химического состава. Чем меньше разница для бензина одной марки, тем лучше его эксплуатационные свойства.

Испытание ведут следующим образом. Одноцилиндровый двигатель установки заправляют испытуемым бензином. В процессе работы степень сжатия постепенно повышают до появления детонации. Ее интенсивность регистрируют детонометром. Фиксируется степень сжатия, при которой возникает детонация. После этого двигатель заправляют эталонным топливом и подбирают такую смесь изооктана и n-гептана, при которой интенсивность детонации будет такой же, как и на исследуемом бензине. Октановым числом называют процентное содержание (по объему) изооктана в эталонной смеси, состоящей из изооктана и n-гептана, по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому бензину.

Предположим, испытуемый бензин по своей детонационной стойкости, определенной на двигателе ИТ9-2М, оказался таким же, как эталонная смесь, состоящая из 78% изооктана и 22% гептана. Тогда октановое число данного бензина равно 78.

Октановые числа по моторному и исследовательскому методу маркируются по-разному - ОЧМ и ОЧИ (MON и RON). Для оценки разных сортов товарного бензина обычно выбирается какой-то один индекс.

Так, по ГОСТу в марке бензина указывается октановое число, определенное по исследовательскому методу.

Моторный и исследовательский методы предусматривают определение детонационной стойкости бензина на постоянных режимах работы одноцилиндрового двигателя. Однако для обеспечения высоких динамических показателей и надежной работы современных многоцилиндровых двигателей важное значение имеет бездетонационная работа и на переменных режимах. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя испаряющиеся фракции топлива поступают в камеру сгорания раньше тяжелых углеводородов, которые в это время движутся в виде пленки по стенке впускного коллектора. Многоцилиндровому двигателю свойственна неравномерность распределения топлива по цилиндрам как по качеству смеси, так и по фракционному составу. Детонационную стойкость бензина на различных режимах работы можно оценить дорожным октановым числом, определяемым методом дорожных детонационных испытаний автомобиля в условиях, имитирующих езду в городских условиях по ГОСТ 10373-75. Величина дорожного октанового числа хорошо согласуется со значением антидетонационной стойкости легких фракций и наиболее точно характеризует свойства современных высокооктановых бензинов.

Таблица 2.

Показатель	норма
Коэффициент распределения детонационной стойкости, не менее	0,78
Октановое число фракции, перегоняющейся до 100°С, не менее для бензинов типа:
"Нормаль-80"	70
"Регуляр-92"	80
"Премиум Евро-95"	82
"Супер Евро-98"	85

По этой причине основным фактором, определяющим детонационную стойкость бензина, является коэффициент распределения детонационной стойкости по фракциям (отношение ОЧ низкокипящей фракции до 100°С, к ОЧ высококипящей фракции выше 100°С) и октановое число легких фракций, перегоняющихся до 100°С. Распределение ОЧ по фракциям зависит от компонентного состава бензина.

Октановое число определяющим образом влияет на работу двигателя. Чем выше октановое число используемое в двигателе тем больше степень сжатия в цилиндре, это уже говорит о повышение мощности двигателя выраженное в лошадиных силах, в сравнении с другим двигателем такого же объёма, но с меньшим сжатием. Из этого можем сделать вывод, что большая степень сжатия позволяет делать двигатели с меньшим объёмом, но большей мощности, а это в свою очередь экономия места (под капотом), экономия топлива, экономия материалов на изготовление деталей и следовательно экономия денежных средств, и самое главное – уменьшаются вредные выбросы в атмосферу, что в современном мире очень актуально. [3]

Вывод: октановое число – важнейший показатель качества, определяющий детонационную стойкость бензина. От этого показателя зависят экономичность, экологичность и мощность двигателя