20.Что из себя представляет коэффициент избытка воздуха и почему он у дизелей больше чем у ДсИз.

Теоретически необходимое количество воздуха определяется в предположении полного сгорания топлива при полном использовании содержащегося в воздухе кислорода.

В действительных условиях этого не удается достичь из-за грубого распыла топлива, плохого его перемешивания с воздухом и др. В результате при подаче только теоретически необходимого количества воздуха топливо полностью не сгорает (в выхлопных газах обнаруживаются окись углерода и кислорода, а двигатель дымит). В этих условиях для обеспечения полного сгорания топлива приходится увеличивать количество подаваемого воздуха.

Степень превышения количества подаваемого воздуха над количеством теоретически необходимого оценивает коэффициент избытка воздуха - :

=L_ф/L_o=(3)

где L_ф() - действительно поданное количество воздуха в кмолях (кг);

L_о() - теоретически необходимое количество воздуха в кмолях (кг).

В двигателях с искровым воспламенением  не превышает 1,15 (0,85…1,10), причем максимальная мощность достигается при =0,85…0,9, а максимальная экономичность – при =1,0…1,10. Если =1, то состав называют стехиометрическим.

Отметим также, что в равномерно перемешанных топливе и газах, если  больше 1,20…1,30 и ниже 0,3…0,5, смесь не горит (двигатель не работает).

В автотракторных дизелях =1,3…1,65. В двигателях с наддувом рост температуры, обусловленный увеличением количества введенного в двигатель тепла, частично компенсируется путем внутреннего охлаждения за счет увеличения коэффициента избытка воздуха . Для дизелей с трубонаддувом =1,8…2,0.

Из-за указанных различий в  одинаковые мощности карбюраторного и дизельного двигателей достигаются при большем рабочем объеме последнего. Из-за этого максимальный крутящий момент дизеля получается больше, чем у карбюраторного двигателя (с вытекающими отсюда положительными последствиями для динамики автомобиля) и отрицательными последствиями (большими габаритами и массой).

Коэффициент молярного изменения. Согласно вышеизложенному, при сгорании происходит возрастание количества кмолей газов на величину:

где - на столько возрастает число кмолей газа при полном сгорании В кг водорода;

- столько молей свободного кислорода выделяется при сгорании из самого топлива.

Таким образом, если для сгорания 1 кг топлива расходуется М_о=L_o кмолей воздуха, то после сгорания образуется М_г=L_o+M кмолей газа.

Отношение числа молей газа после сгорания к числу молей до сгорания называют химическими коэффициентом молярного изменения:

(4)

Фактическое значение коэффициента молярного изменения определяется с учетом находящихся в цилиндре остаточных газов:

(5)

где _r – коэффициент остаточных газов.

 - коэффициент молярного изменения (1,033).

Как видно из приведенных выражений, коэффициент молярного изменения зависит от коэффициента избытка воздуха; если при =1,2 =1,05, то при =1,0 =1,07 и =0,8 =1,1:

21 Что из себя представляет теоретически необходимое количество воздуха.

Топливо состоит в основном из углерода (С), водорода (Н₂) и кислорода. В 1 кг дизельного топлива примерно содержится: углерода - 0,87 кг, водорода - 0,126 кг, кислорода - 0,004 кг. Общую формулу молекул топлива можно записать в виде С_пH_2п+2.

Если для общности рассуждений принять, что в одном кг топлива содержится У кг углерода, В кг водорода и К кг кислорода, то можно записать:

У + В + К = 1 кг

Общую формулу молекул топлива можно записать в виде С_пH_2п+2.

Если для общности рассуждений принять, что в одном кг топлива содержится У кг углерода, В кг водорода и К кг кислорода, то можно записать:

У + В + К = 1 кг

Процесс сгорания топлива – это процесс окисления его составных элементов (углерод и водород) кислородом.

Горение углерода: С + О₂ = СО₂,

т.е. для сгорания 1 кг – атома С требуется 1 кмоль О₂.

Из уравнения также видно, что из 1 кмоля О₂ образуется 1 кмоль СО₂. Отметим, что согласно закону Авогадро, 1 кмоль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем. Следовательно, при горении углерода объем газа до сгорания оказывается равным объему газа после сгорания (объемом углерода, входящего в состав жидкого топлива пренебрегаем).

Заметим, что при недостатке кислорода углерод сгорает не полностью, образуя окись углерода СО (угарный газ).

Из уравнения сгорания водорода также следует, что при сгорании водорода при затрате 1 кмоль О₂ образуется 2 кмоля паров воды, т.е. число молей газов возрастает в 2 раза. Следовательно, объем увеличивается в 2 раза. Это означает, кроме всего прочего, и то, что при использовании в качестве топлива водорода, если бы даже тепло не выделялось, давление все равно бы поднималось и работа совершалась (из-за увеличения объема газа).

Общее количество кислорода, необходимого для полного сгорания одного кг топлива, получим сложив количества кислорода на сгорание углерода и водорода и вычтя кислород, находящийся в самом топливе (К/32) и вступающий затем в реакции окисления.

Для полного сгорания 1 кг топлива потребуется кислорода (кмолей):

, (1)

где: - число кмолей кислорода, содержащегося в 1 кг самого топлива.

Для определения количества воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, учтем, что сухой атмосферный воздух содержит по объему 21% кислорода (и 78,1% - азота, 0,93 – аргона, 0,03% - углекислого газа). Отсюда следует, что 1 кмоль воздуха содержит 0,21 кмоля О₂ (закон Авогадро).

Составим пропорцию для определения количества кмолей воздуха (L_o), необходимого для полного сжигания 1 кг топлива:

в 1 кмоле воздуха - 0,21 кмоля О₂;

в L_o кмоле воздуха - K’ кмоля О₂.

Отсюда получаем L_o (в кмоль воздуха на 1 кг топлива):

, (2)

Учитывая, что для воздуха: 1 кмоль  28,95 кг, можно вычислить и массу воздуха, необходимую для обеспечения полного сгорания 1 кг топлива ():

=28,95L_o, кг воздуха/кг топлива.

Для среднего содержания элементов топлива (У=0,87 кг, В=0,126 кг и К=0,004 кг) находим:

В пересчете на нормальные условия (760 мм рт.ст. и 0С) такое количество занимает объем:

, м³ воздуха/кг топлива.