Термический КПД

       В двигателе происходит сгорание топлива, при котором выделяется тепло, которое превращается в механическую работу. Эффективность, с которой происходит это превращение, называется термическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначается nтерм. Двигатели с искровым воспламенением обладают термическим КПД в лучшем случае на уровне 25...30%. Термический КПД рассчитывается следующим образом: nтерм - 1/урт/тс*100% где урт - удельный расход топлива, а тс - теплотворная способность топлива. Удельный расход топпива представляет собой расход топлива (в г/с), деленный на выходную мощность (в кВт), поэтому удельный расход топпива имеет размерность г/ кВт*с. Теплотворная способность имеет размерность кДж/г. Поскольку Дж = Вт*с, термический КПД nтерм является безразмерной величиной. Термический КПД является отношением действительной мощности к потенциальной мощности, которая могла бы выделиться при сгорании данного количества топлива. Важным параметром, напрямую связанным с термическим КПД, является степень сжатия двигателя (рис. 2.8). nтерм = 1 - (1/r)(n-1) где nтерм - термический КПД; r - степень сжатия; n - отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме (около 1.4 для сухого воздуха и около 1.3 для смеси воздуха с топливом, см. главу 3).

Распространение пламени

       Повышение степени сжатия желательно для повышения термического КПД двигателя и ограничивается возникновением детонационного сгорания. Топливо, имеющее большую сопротивляемость детонации, позволяет увеличить степень сжатия и повысить термический КПД двигателя. При нормальном сгорании свеча зажигания воспламеняет топливо, находяшееся рядом с ее электродами, после чего пламя распространяется во всех направлениях. Если пламя распространяется равномерно, повышается вероятность того, что все топливо сгорит за минимальное время и с минимальными затратами энергии. Если распространение пламени происходит хаотично, возрастает вероятность того, что не все топливо или не весь воздух будут израсходованы во время рабочего цикла. Причем, даже если все топливо сгорит, на это потребуется дополнительное время. Это дополнительное время даст возможность теплу перейти в металлические детали двигателя, что уменьшит энергию горячих газов.

       Время, которое проходит с момента воспламенения до начала расширения горячих газов, называется опережением зажигания. В идеальном случае расширение должно начинаться в тот момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке [ВМТ], поэтому искра в свече зажигания должна проскочить за некоторое время до ВМТ. Если опережениа зажигания будет слишком большим, расширяющиеся газы начнут противодействовать поднимающемуся поршню, тормозя двигатель и поднимая его температуру. Если опережение будет отсутствовать, газы начнут расширяться слишком поздно и часть рабочего хода поршня пройдет впустую. Таким образом, выбор опережения зажигания влияет на мощность двигателя, величину крутящего момента, его температуру и потребление топлива. Первая проблема заключается в том, что пламя распространяется быстрее в плотной смеси. Такая ситуация возникает при полностью открытой дроссельной заслонке, в то время, как при работе двигателя с малой нагрузкой плотность смеси меньше. В связи с этим значение опережения зажигания должно изменяться в зависимости от положения дроссельной заслонки. Цепь системы зажигания обычно замыкается датчиком положения коленчатого вала, имеющим постоянный угол опережения относительно ВМТ. При возрастании скорости вращения коленчатого вала, поворотна этот угол происходит за меньшее время, поэтому опережение зажигания должно увеличиваться при повышении скорости двигателя. И наконец, во всем диапазоне скоростей вращения коленчатого вала есть области с минимальным и максимальным коэффициентом наполнения цилиндров. Это обусловлено геометрическими размерами впускного и выпускного трактов, а также установкой фаз газораспределения. В области с максимальным коэффициентом наполнения (там, где кривая крутящего момента имеет небольшие пики) рабочая смесь имеет несколько большую плотность и горит быстрее, поэтому здесь опережение зажигания должно быть меньше. В области с минимальным коэффициентом наполнения (впадины на кривой крутящего момента) сгорание происходит дольше, поэтому опережение зажигания должно быть больше. В связи с этим, идеальной представляется такая система управления опережением зажигания, которая чувствительна к частоте вращения коленчатого вала, загрузке двигателя и к характеристикам двигателя.

Рис. 2.5. Термический КПД. Этот график показывает теоретическую зависимость термического КПД от степени сжатия. Реальное двигателях достигается степень сжатия 10... 12,.а термический КПД не превышает 30%, то есть половины от теоретически возможной.

Детонация

       Альтернативная возможность горения рабочей смеси - детонация. Когда смесь воздуха с топливом получает достаточную энергию из-за повышения давления и температуры, то она может воспламениться и без посторонней помощи (искры от свечи зажигания или от фронта пламени). Все частицы топлива при детонации воспламеняются одновременно или загораются некоторые частицы топлива, которые вызывают воспламенение остального топлива. Это явление характерно для дизельных двигателей и является высокоэффективным процессом, поскольку горение происходит за минимальное время, поэтому потери тепла также минимальны. К сожалению, для бензиновых двигателей этот процесс является негативным. Взрывы в камере сгорания приводят к недопустимым нагрузкам на ответственные детали двигателя, которые не обладают прочностью деталей, предназначенных для дизельных двигателей, поскольку одним из требований к бензиновым двигателям является их минимально возможная масса. Часто возникает частичная детонация, при которой процесс горения начинается как обычно, однако, смесь, находящаяся перед фронтом пламени разогревается или сжимается слишком быстро, что вызывает локальные очаги детонации. Такое явление может возникать при малой частоте вращения двигателя и при высокой нагрузке, газ в цилиндре расширяется быстрее, чем медленно движущийся поршень успевает освобождать для него необходимый объем. В этой ситуации давление сжатия может превысить допустимый предел. Это явление называется детонационным стуком и его можно услышать в виде непродолжительного "звякания" при резком открытии дроссельной заслонки. Этот шум не является признаком неисправности или поломки двигателя. Частичная детонация также может происходить в конце процесса сгорания, когда детонируют остатки рабочей смеси, удаленные от свечи зажигания. Это может привести к повреждению деталей двигателя, особенно в районе кромки днища поршня, а также на внутренних кромках прокладки головки цилиндров. Бензин начинает детонировать в том случае, если температура и давление повышаются сверх допустимого предела. Обычно эти условия наступают при раннем зажигании, поскольку в этом случае давление газов дополнительно повышается из-за того, что поршень движется вверх. Иногда шум от детонации можно услышать, но в любом случае вибрация, которая при этом возникает, улавливается датчиками детонации (пьезоэлектрическими кристаллами, в которых возникает электрический ток при их сжатии - этот сигнал используется системой управления двигателем для уменьшения опережения зажигания). Степень сопротивления бензина детонации называется его октановым числом, поскольку при сравнительных тестах различных марок бензина используется сопротивление детонации изооктана.

Присадки

       При высокой очистке бензина и смешивании только нужных фракций возможно получение высокооктанового бензина, однако, этот процесс является дорогостоящим и, кроме того, доля такого бензина составляет всего лишь несколько процентов от объема исходного сырья. Перспективным направлением для более полного использования нефти является использование бензина с низким октановым числом, в который добавляются присадки, повышающие его сопротивление детонации.

       Одной из первых и наиболее эффективных присадок является органическое соединение свинца - тетра-этил свинца и тетра-метил свинца. Оба этих вещества очень токсичны: они загрязняют выхлопные газы и оседают на каталитических нейтрализаторах. В результате этого преобразователи теряют свою эффективность. У тетра-этила свинца есть одно полезное свойство: он смазывает и защищает седла клапанов, предотвращая их износ и уменьшая стук клапанов. Поскольку все мотоциклы, начиная с 70-х годов, имеют упрочненные седла клапанов, они не нуждаются в бензине с этой присадкой. По этим причинам производство этилированного бензина неуклонно сокращается и в настоящее время применяется только в качестве топлива для дорожных машин. Авиационное топпиво содержит максимальную концентрацию этой присадки, даже топливо под названием 10OLL (с низким содержанием свинца). Октановые числа различных видов топлива приведены в таблице 2.4.

       Тетра-этил свинца является высокоэффективной присадкой, резко повышающей октановое число бензина, и для получения от мотоциклов и автомобилей той мощности, на которую они рассчитаны, заменитель должен быть столь же эффективным. Есть множество углеводородов, которые имеют более высокое октановое число, чем бензин. Эти углеводороды также способны повысить октановое число бензина. Среди этих углеводородов выделяются: изооктан (100R0N. 100M0N), толуол (120RON, 109 MON) и ксипол (118RON, 115M0N). Спирты (см. главу 11), такие, как метанол и этанол имеют высокое октановое число и также могут быть смешаны с бензином для повышения их октанов ого числа (обычно при этом используются стабилизирующие присадки, которые замедляют расслоение этих смесей}. Кроме того, в качестве присадок могут выступать эфиры (изомеры спиртов). Наиболее известны среди них: МТВЕ (метил-трибутилэфир), имеющий RON 115. и TAME (триамилметилэфир), имеющий RON 111.

Рис. 2.7. Кривая состава рабочей смеси - малое открытие дроссельной заслонки. Эта кривая получена в результате стендовых испытаний двигателя во всем диапазоне состава рабочей смеси. На кривой видна точка оптимального состава рабочей смеси с точки зрения мощности и топливной экономичности. Обратите внимание: эта кривая получена при установившейся скорости вращения двигателя, постоянном угле открытия дроссельной заслонки и угле опережения зажигания. Такие испытания повторяются для всех скоростей вращения двигателя (с шагом 500 об/мин) и углов открытия дроссельной заслонки. Полный набор этих кривых образует топливную карту двигателя. Приведенная на рисунке кривая является типичной кривой при малом угле дроссельной заслонки. При таких углах разрежение во впускном коллекторе точнее отражает изменения, чем измерение загрузки двигателя. На этой кривой оптимальная точка хорошо видна, хотя в реальной ситуации оптимальные показатели достигаются при несколько обогащенной рабочей смеси.

Кривая рабочей смеси

       При работе двигателя под нагрузкой состав рабочей смеси должен изменяться в широких пределах. При обогащении рабочей смеси крутящий момент также увеличивается, достигает максимального значения, а затем уменьшается. Дальнейшее обогащение рабочей смеси ведет к перебоям в зажигании и представляет собой предел обогащения рабочей смеси для двигателя. Обеднение рабочей смеси приводит к снижению крутящего момента, однако, при этом снижается и потребление топлива, то есть снижается удельный расход топлива. Удельный расход топлива представляет собой отношение расхода топлива к мощности двигателя. Строго говоря, расход топлива измеряется в единицах массы, то есть, в г/мин, однако, удобнее пользоваться объемным расходом, измеряемым в см3/мин.

       В системе единиц СИ удельный расход топлива имеет размерность г/кВт-ч или см3/кВт-ч, в технических единицех удельный расход топлива принято выражать в г/л.с.-ч или л/л.с.-ч. Удельный расход топлива можно представить в виде графика в зависимости от оборотов двигателя. Нижние точки этой кривой показывают области с максимальной топливной экономичностью.

       Поскольку четырехтактный двигатель имеет удельный расход топлива от 0.28 до 0.4 л/ л.с.-ч, мы може м предвидеть расход топлива в зависимости от выходной мощности. Например, при мощности двигателя 80 л.с. расход топлива составит 80х(0.28...0.4) л/ч. Возьмем большее значение, то есть 32 л/ч и добавим кнему 20% (на всякий случай). Получается 38.4 л/ч. Таким образом, топливная система для надежной работы двигателя должна обеспечивать расход топлива не менее 39 л/ч при минимальном уровне топлива в баке. Это простое вычисление может помочь при поиске неисправности в топливной системе. Достаточно измерить расход топлива при помощи мерной посуды и секундомера.

       Если подача топлива превышает уровень надежной работы, значит система подачи топлива исправна. Если подача топлива находится в диапазоне между уровнем надежной работы и минимальным допустимым расходом (в вышеприведенном примере, 80х0.28 или 22.4 л/ч), это говорит о том, что система работоспособна, однако, она не обладает запасом, то есть, при наиболее тяжелых условиях эксплуатации двигателя возможны перебои в системе подачи топлива.

       Если система подачи топлива не обеспечивает расчетного расхода топлива, то перед выполнением дальнейших проверок следует устранить неисправность.

Рис. 2.8. Кривая состава рабочей смеси - большое открытие дроссельной заслонки. При больших углах открытия дроссельной заслонки измеряется расход топлива и крутяший момент при постоянной скорости вращения двигателя и угле открытия дроссельной заслонки. По этой кривой определяется точка, в которой достигается максимальная мощность. При малых углах открытия дроссельной заслонки и малых частотах вращения двигателя вид кривой несколько меняется (см. рис. 2.10), давая возможность выбора между максимальной мощностью и максимальной экономичностью. Острота угла и полная длина кривой показывают чувствительность двигателя к составу рабочей смеси, а также эффективность работы двигателя в зависимости от установленного карбюратора. Короткая кривая и слишком острый угол показывают, что такой двигатель труднее отрегулировать, а кривая расхода топлива не будет оптимальной (см. рис. 2.12). Максимальное обогащение смеси Постоянная частота вращения двигателя Постоянный угол открытия дроссельной заслонки Перебои зажигания Максимальная топливная экономичность Оптимальное значение Расход топлива Разрежение во впускном коллекторе Расход топлива Крутящий момент Максимальное обогащение смеси Постоянная частота вращения двигателя Постоянный угол открытия дроссельной заслонки Оптимальное значение Линия, соединяющая точки оптимальных значений при различных частотах вращения двигателя Максимальное обеднение смеси Максимальная мощность (крутящий момент)

       Никогда не забывайте о том, что все трубопроводы и клапаны системы подачи топлива могут быть исправными, а проблема может заключаться в засорении системы вентиляции топливного бака. При снижении уровня топлива в баке с засоренной системой вентиляции создается разрежение, препятствующее вытеканию из него топлива. Кроме того, измерение расхода топлива следует выполнять при нормальных условиях эксплуатации - топливный бак должен быть расположен на своем месте, крышка бака завернута и т.д.

       Двухтактные форсированные двигатели и двигатели с турбонаддувом могут работать при обогащенной рабочей смеси, поскольку охлаждающий эффект от подачи дополнительного топлива приводит к некоторому повышению мощности. Для двухтактного форсированного двигателя удельный расход топлива 0.6 л/л.с.-ч не является чем-то исключительным. Очень важно знать удельный расход топлива для конкретного двигателя (или хотя бы знать его максимальное значение), поскольку от этого зависит точность результатов по определению требуемой производительности топливной системы. В таблице 2.6 приведены различные составы рабочей смеси и оценка влияния их на работу двигателя. При изготовлении двигателя обычно определяются кривые рабочей смеси для всего диапазона скоростей работы двигателя. При каждой скорости рабочая смесь сначала обогащается до возникновения перебоев в работе двигателя, а затем постепенно обедняется. При этом в нескольких точках измеряется крутящий момент (или мощность) двигателя. После этого строится кривая зависимости крутящего момента от расхода топлива, которая показывает оптимальное значение расхода топлива с точки зрения мощности и экономичности двигателя (рис. 2.7 и 2.8).

Таблица 2.6. Влияние состава рабочей смеси на работу двигателя

       Зная оптимальное значение расхода топлива при различных скоростях вращения двигателя, можно построить зависимость расхода топлива от частоты вращения двигателя. Эта кривая называется кривой расхода топлива (рис. 2.9). Эта кривая используется в системе управления впрыском топлива (расход топлива через форсунки должен максимально совпадать с кривой во всем диапазоне частот вращения двигателя) (см. главу 3). Как указывалось выше, эти зависимости построены при постоянной установившейся частоте вращения двигателя. На следующем этапе нам потребуются аналогичные кривые, построенные при ускорении двигателя и переменном положении дроссельной заслонки (поскольку эти условия являются более близкими к реальным условиям движения). Требованием к этим испытаниям является их подобие испытаниям, проведенным при постоянной частоте вращения двигателя, поскольку эти данные являются основой для проектирования карбюратора и системы управления впрыском топлива, детально описанные в главах 4.5 и 6.

Усовершенствование процесса сгорания топлива в двигателе

       Усовершенствование процесса сгорания преследует множество целей - это ведет к повышению мощности и экономичности, снижает концентрацию вредных веществ в выхлопных газах, повышает приемистость двигателя и его чувствительность к изменениям состава рабочей смеси.

Турбулентность

       Турбулентность газа, принимает пи она форму вращения газа вокруг оси цилиндра или вдоль оси цилиндра, способствуетболее тщательному перемешиванию воздуха и топлива и повышает скорость сгорания рабочей смеси. Турбулентность может вызываться формой впускного коллектора, положением впускного клапана, либо за счет открытия двух впускных клапанов.

       Увеличение скорости сгорания приводит к повышению топливной экономичности и к снижению концентрации вредных веществ в выхлопных газах, особенно при неблагоприятных условиях (при малой загрузке двигателя и низкой частоте вращения двигателя). Следует отметить, что в режиме максимальной мощности двигателя турбулентность приобретает негативные качества. Во-первых, она затрудняеттечение газов, а во-вторых, круговое движение горячих газов вокруг стенок цилиндра приводит к повышению температуры металлических деталей двигателя, в результате чего тепло уходит в систему охлаждения, не совершая полезной работы.

Рис. 2.9. Кривая расходе топлива. Кривая расхода топлива попучается при соединении точек оптимальных значений при различной частоте вращения двигатепя и постоянном угле открытия дроссельной заслонки. Эта кривая показывает, как должен изменяться расход топлива в зависимости от скорости для достижения максимальной эфрфективности Постоянный угол открытия дроссельной заслонки Частота вращения двигателя, об/мин Расход топлива

       Фирмой Yamaha был спроектирован впускной коллектор с изменяемой конфигурацией. При малой загрузке двигателя рабочая смесь завихряется вдоль оси цилиндра, а при полной загрузке двигателя коллектор выпрямляется и турбулентность уменьшается. В этом коллекторе установлен цилиндр, закрепленный на стенке. В одном положении этот цилиндр пропускает весь поток воздуха и не приводит к возникновению завихрений. При повороте цилиндра он создаеткольцевое сужение тракта наподобие диффузора, увеличивая скорость воздуха, и частицы топлива начинают лучше перемешиваться. Кроме того, выходящий из цилиндра поток приобретает круговое движение, сохраняя его при попадании в цилиндр двигателя.

Расслоение рабочей смеси

       Известно, что для возгорания обогащенной смеси требуется меньше энергии, поэтому целесообразным является такое решение, при котором электроды свечи зажигания были бы окружены обогащенной рабочей смесью, а далее смесь была бы обедненной. Область с обогащенной рабочей смесью легче воспламеняется и сгорает быстрее. При этом тепло и давление сгоревших газов передается оставшейся рабочей смеси и улучшает условия ее сгорания. Кроме того, избыток кислорода позволяет сгореть всем частицам топлива. Этот метод может быть использован только в системах с впрыском топлива, поскольку форсунками легче отрегулировать копичество впрыскиваемого топлива (и его местоположение).

Обедненная рабочая смесь

       В двигателях, работающих на обедненной смеси, процесс сгорания проходите условиях избытка кислорода. Это повышает топливную экономичность двигателя и снижает концентрацию вредных веществ в выхлопных газах. Обычно в этих двигателях используется эффект расслоения рабочей смеси для обеспечения возгорания топлива и повышения скорости его сгорания. В двигателях мотоциклов этот эффект не используется.

Рециркуляция отработавших газов

       Рециркуляцией отработавших газов называется процесс, при котором часть отработавших газов направляется обратно во впускной коллектор. Отработавшие газы представляют собой инертную часть рабочей смеси, поскольку они, в основном, состоят из азота, который не принимает участия в химической реакции горения топлива. Рециркуляция отработавших газов уменьшает количество свежего воздуха итоплива, поступающего в цилиндры двигателя, а кроме того, она замедляет процесс сгорания (за счет вовлечения в процесс сгорания отработавших газов) и снижает температуру в цилиндрах двигателя. За счет рециркуляции достигается незначительная топливная экономичность при небольшой загрузке двигателя, но происходит значительное уменьшение концентрации вредных веществ в выхлопных газах, особенно при низких температурах.

       Рециркуляция отработавших газов применяется в легковых и грузовых автомобилях, однако, не применяется в мотоциклах. Неэффективность этого метода проявляется в трудности заполнения цилиндра при небольших нагрузках. Когда дроссельная заслонка лишь немного приоткрыта, воздух всасывается двигателем хуже. Подача отработавших газов во впускной коллектор еще более затрудняет подачу воздуха и топлива в цилиндры двигателя. Это уменьшение подачи рабочей смеси происходит без всякой связи с загрузкой двигателя. Обычно система рециркуляции отработавших газов устанавливается на двигателях, оборудованных системой предупреждения детонации. Такое сочетание позволяет двигателю работать с максимальной эффективностью, в то же время снижая риск поломки двигателя, связанной с возникновением детонации.

Рис. 2.10. Принцип активного сгорвния. Двухтактные двигатели, спроектированные для работы в режиме максимальной мощности, плохо приспособлены для работы в режиме небольшой загрузки двигателя и малой скорости врашения. На рисунке приведена зависимость удельного расхода топлива при частоте вращения двигателя 4000 об/мин. Здесь же приводится идеальная характеристика удельного расхода топлива и кривая, полученная в результате применения принципа активного сгорания фирмы Honda.

       Другой проблемой, возникающей при малой загрузке двигателя, является то, что рабочая смесь становится недостаточно плотной для полного и быстрого сгорания. Особенно сильно этот недостаток проявляется в двухтактных двигателях с коллекторами большого диаметра, рассчитанными для работы на максимальной мощности. При небольших нагрузках и малых скоростях вращения двигателя продувка цилиндра становится неэффективной, поэтому рециркуляция газов еще более затрудняет подачу свежей рабочей смеси в цилиндр. Рабочая смесь, поступающая в цилиндр, хуже распределяется, и в цилиндре остаются выхлопные газы, неуспевшие покинуть цилиндр во время продувки. Это затрудняет процесс сгорания и делает его неполным. В результате эффективность двухтактного двигателя при небольших нагрузках и скоростях становится очень низкой.

Активное сгорание

       Фирма Honda предприняла попытку устранить эти проблемы за счет обеспечения детонационного сгорания рабочей смеси. При повышении температуры и давления в камере сгорания частицы топлива и воздуха начинают сгорать самопроизвольно, не дожидаясь, пока до них дойдет фронт пламени. Honda называет этот процесс активным сгоранием, поскольку он не является детонационным сгоранием в полном смысле этого слова (рис. 2.10).

       Получив достаточное количество энергии, химические компоненты разлагаются на более активные (менее стабильные) формы, называемые радикалами. Например, вода Н2O может разложиться на радикалы Н и ОН. При определенных условиях аналогичные превращения могут наступить и в частицах топлива. Получившиеся нестабильные компоненты начинают вступать в реакцию, не дожидаясь искры свечи зажигания или фронта пламени. Возникает процесс, который называется самовоспламенением: сходное явление происходит после поездки на большое расстояние, когда двигатель нагревается так сильно, что воспламенение рабочей смеси (и работа двигателя) продолжается после выключения зажигания. Инженеры фирмы Honda нашли способ активизации водорода, углерода и кислорода при помощи режекционного клапана, частично перекрывающего выпускное окно (в зависимости от скорости и загрузки двигателя). Этот клапан управляется электронной системой впрыска топлива. Более раннее закрытие выпускного окна сохраняет в цилиндре больше рабочей смеси, а длина хода сжатия увеличивается. В результате давление и температура в цилиндре повышаются настолько, что рабочая смесь начинает самовоспламеняться. При этом свечи зажигания выключаются и вступают в работу только при высокой скорости и загрузке двигателя (поскольку при этих условиях детонация становится опасной для деталей двигателя). В результате этих мероприятий двигатели, спроектированные для работы на максимальной мощности, начинают лучше работать при малых нагрузках и частоте вращения двигателя, а концентрация вредных веществ в выхлопных газах снижается (особенно при малой загрузке двигателя, где двухтактные двигатели имеют "грязный" выхлоп).

       На основе этого эффекта были созданы два двигателя ЕХР-2. имеющие объем 400 см3 и мощность около 43 л.с. при 6300 об/мин. Эти двигатели были установлены на мотоциклах, принявших участие в гонке Гранада-Дакар в 1995 году. Один из гонщиков. Jean Brucy, финишировал пятым, на пятнадцатый день этой тяжелой гонки, в которой участвовало 95 мотоциклов. Второй гонщик, Richard Sainct потерпел аварию и сошел с дистанции на четвертыйдень соревнований.

Рис. 2.11. Режекционный клапан двигателя Honda Этот клапан меняет опускает или поднимает верхнюю границу выпускного окна в зависимости от частоты вращения и загрузки двигателя, препятствуя попаданию свежей рабочей смеси в выпускной коллектор. Поскольку при этом в цилиндре остается больше газов, это ведет к повышению температуры и давления вплоть до начала самовоспламенения рабочей смеси.

Двигатель CFR

       В 1920-х годах общество под названием СО-operative Fuels Research (CFR) предприняло попытку стандартизировать автомобильные бензины. Одним из наиболее важных критериев было принято сопротивление бензина детонации. Для этой цели был спроектирован специальный двигатель, который был создан в 1928 году компанией Waukesha Engine. Он представлял собой одноцилиндровый двигатель с диаметром поршня 82.55 мм и ходом 114.3 мм. Цилиндр вместе с головкой имел возможность перемешаться относительно коленчатого вала. Этим достигалось изменение степени сжатия от 4 до 18 без изменения характеристик самого двигателя. В верхней части двигателя был установлен датчик детонации, изобретенный Вестоном.

       При помощи этого датчика оператор мог зафиксировать момент наступления и степень детонации, что позволяло сравнить различные марки бензинов. Эта компания установила стандарты для проверки RON и MON настолько удачно (и обеспечила повторяемость), что современные двигатели для тех же целей имеют практически такую же конструкцию и дают такие же результаты. Сегодня используются те же методы тестирования несмотря на тот факт, что современные двигатели имеют другие размеры и скорости вращения, чем одноцилиндровый длинноходовой двигатель. Изготовители автомобилей и изготовители бензинов преодолели множество трудностей при корреляции чисел RON и MON, принятых в различных странах.

Октановое число - проверка сопротивления детонации

       Изооктан является очень устойчивым к детонации веществом, поэтому он принят базовым при сравнении различных видов топлива. Например, если в смеси находится 95% изооктана (смешанного с нестойким к детонации веществом, например, гептаном), то октановое число такой смеси принимается равным 95.

       Методика тестирования топлива была отработана компанией Co-operative Fuels Research (CFR) на специально разработанном двигателе. У этого одноцилиндрового двигателя цилиндр вместе с головкой мог опускаться и подниматься, изменяя степень сжатия. На двигателе был установлен датчик детонации и работал двигатель на одной и той же скорости, при постоянной температуре, имел постоянное опережение зажигания. В двигатель подавалась рабочая смесь в стехиометрическом соотношении. Степень сжатия повышалась до тех пор, пока не наступала детонация. После этого установки двигателя на изменялись, а в двигатель впрыскивалась смесь изооктана и гептана, причем концентрация изооктана плавно уменьшалась. В тот момент, когда наступала детонация, регистрировалась концентрация изооктана в рабочей смеси и определялось октановое число проверяемого топлива. Для определения октанового числа топлива, у которого оно больше 100%, использовалось специально приготовленное топливо с добавкой тетра-этил свинца. Сначала это топливо калибровалось относительно изооктана 100%, после чего дальнейшее повышенна октанового числа при увеличении концентрации присадки определялось путем экстраполяции. Это топливо использовалось в дальнейших опытах вместо изооктана. Существуют две основных методики проверки: теоретическое октановое число (RON), определяемое по методике ASTM D2699 и моторное октановое число (MON), определяемое по методике ASTM D2700. Проверка MON является более строгой, поскольку двигатель должен работать при более высокой скорости (900 об/мин вместо 600 об/мин), обеспечивается предварительный подогрев рабочей смеси, а опережение зажигания может регулироваться в зависимости от степени сжатия. В проверке RON опережение зажигания постоянно и равно 13°. Проверка RON дает более высокие результаты. Различие между числами RON и MON называется чувствительностью топлива.

Рис. 2.12. Сравнение кривых удельного расхода топлива для двухтактного двигателя ЕХР-2 с объемом 400 см3 и для четырехтактного двигателя NXR750 (Honda).

       Методика тестирования авиационных бензинов имеет существенные отличия. В результате этой проверки получаются два числа: большее число приблизительно указывает MON для обогащенной рабочей смеси, а меньшее число - MON для обедненной смеси.

       Есть еше третий способ тестирования, называемое начальным октановым числом (FON). Определение этого числа проводится так же, как и RON, но для топлива, имеющего температуру кипения ниже 100°С. Это топливо представляет собой летучие пары, которые начинают первыми испаряться при пуске холодного двигетеля и во время резкого ускорения.

       Эти проверки позволяют достаточно полно оценить различные виды топлива и рассор-тировать их по октановому числу. Однако эти проверки не отражают реальных условий для многоцилиндрового двигателя с высокой частотой вращения. Для этих условий разработан еше один тест: дорожное октановое число (RdON). Это число определяется на эталонном автомобиле при его резком ускорении (обычно на стенде). Эта проверка представляет собой несколько измененную процедуру CRC F-28. Для этой проверки используются бензины с различным октановым числом. В процессе проверки опережение зажигания плавно увеличивается до техпор, пока не наступает детонация.

       В результате получается график зависимости опережения зажигания от октанового числа для данного двигателя. Далее, процедура проверки повторяется для исследуемого бензина. При этом также увеличивается опережение зажигания до тех пор. пока не наступает детонация. Число RdON данного бензина определяется по графику в зависимости от значения опережения зажигания, при котором наступила детонация. Обычно, при проверке используется от 10 до 15 автомобилей. Это делается для того, чтобы обеспечить статистическую достоверность полученных результатов.

Различные виды карбюраторов на мотоциклы и скутеры вы можете купить у нас.