automobiliu kuras

Vidaus degimo varikliuose vyksta dvigubas energijos pasikeitimas. Iš pradžių degalų cheminė energija paverčiama šilumine, po to šiluma – mechaniniu darbu. Skystus degalus sudeginti galima tik išgarintus. Todėl degalų garus dar būtina sumaišyti su oru, tai yra paruošti degųjį mišinį. Pagal degiojo mišinio ruošimo būdą varikliai skirstomi į karbiuratorinius, kuriuose degalai išgarinami ir sumaišomi su oru dar prieš patekdami į cilindrą. Variklio galia ir ekonomiškumas priklauso nuo degalų šilumingumo ir jo panaudojimo efektyvumo. Karbiuratoriniuose varikliuose tik ketvirtadalis degalų šiluminės energijos paverčiama nnaudingu darbu – didesnė dalis šilumos išmetama su deginiais ( 30 % ), perduodama aušinimo skysčiui (30 % ) , sunaudojama trinčiai įveikti ir pagalbiniams mechanizmams varyti (10 % ) bei išspinduliuoja į aplinką ( 5 % ). Naudingumo koeficientui padidinti imamasi įvairių priemonių – vienos iš jų skirtos variklio konstrukcijai tobulinti, kitos – degalų kokybei gerinti. Gali būti , pavyzdžiui, tobuliausias karbiuratorius, tačiau ir jis neišgarins netikusios kokybės benzino ir, atvirkščiai, geriausių savybių benzinas nesudegs variklyje visiškai, kai blogas kkarbiuratorius.

Karbiuratorinių variklių degalai yra benzinas. Jis sudarytas iš angliavandenilių, turinčių nuo 6 iki 11 anglies atomų (C – ). Vidutiniškai benzine yra 85% anglies, 14.9% vandenilio, 0.05% sieros bei 0.05% azoto ir deguonies. Benzino tankis = 720-770 kg / m³, ššilumingumo Qż= 43.9 – 44.8 MJ/kg, klampa υ = 0.5-.07 mm², išgarinimo temperatūra – 35 – 195 º C,

Karbiuratorinio variklio maitinimo schema :

1-bakas, 2- rupusis filtras, 3- siurblys, 4- smulkusis filtras, 5- karbiuratorius, 6- oro filtras, 7- įsiurbimo kolektorius, 8- variklio cilindras, 9- duslintuvas, /- degalų tiekimo linija, //-mišinio paruošimas karbiuratoriuje, ///- mišinio sudegimas cilindre, /- deginių pašalinimo linija, a- oras, b- benzino čiurkšlė, c- benzino lašeliai, d- benzino plėvelė.

Maitinimo sistemoje vykstančius procesus galima suskirstyti į keturias grupes:

1. – degalų tiekimas iš bako į karbiuratorių;

2. – jų išgarinimas ir sumaišymas su oru karbiuratoriuje;

3. – degiojo mišinio sudeginimas variklio cilindre;

4. – deginių pašalinimas;

Kad kiekvienas procesas vyktų sėkmingai, kartu, kad variklis dirbtų didele galia, veiktų ekonomiškai patikimai ir nenuodytų aplinkos, benzinui privalomos tokios ssąvybės:

1. – geras tekumas, kad bet kokiomis aplinkos oro ir variklio darbo sąlygomis nenutrūktų tiekimas iš bako į karbiuratorių;

2. – didelis garingumas, kad visiškai išgaruotų ir gerai susimaišytų su oru karbiuratoriuje;

3. – geras degumas, kad visiškai sudegtų ir degdamas nesukeltų detonacijos ir kaitrinio uždegimo cilindre;

4. – didelis šilumingumas, kad mažiau jo reikėtų sudeginti;

5. – švarumas, kad neužterštų prielipais ir nekoroduotų variklio detalių;

6. – stabilumas ir saugumas laikant;

7. – mažas toksiškumas – tiek benzinas, tiek jo degimo produktai neturi būti nuodingi.

Benzino tekumas:

Benzino tiekimas iš bako į karbiuratorių gali ssutrikti susidarius tiekimo vamzdeliuose garų kamščiams, esant vandens arba mechaninių priemaišų. Kai benzine daug lengvųjų frakcijų, jos, sušilus varikliui, ima garuoti pačiuose benzino tiekimo vamzdeliuose, todėl juose garų kamščiai gana dažni. Geriausios garavimo sąlygos yra benzino siurblyje, nes jame siurbimo metu susidaręs išretėjimas pažemina benzino virimo temperatūrą. Garų kamščiai greičiau susidaro, kai yra aukštesnė temperatūra, mažesnis slėgis, kai vasarą naudojamas žieminis benzinas. Tarp siurblio ir karbiuratoriaus garų kamščiai retesni, nes čia būna didesnis slėgis.

Benzino virimo temperatūra priklauso nuo sočiųjų garų slėgio ir frakcinės sudėties. Garų kamščių galimybė tuo didesnė, kuo didesnis sočiųjų garų slėgis. Vasarinio benzino sočiųjų garų slėgis turi būti ne didesnis kaip 66.7 kPa, žieminio – 66.7- 93.3 kPa ribose. Tokia apatinė riba nustatoma tam, kad nebūtų sunku paleisti variklį. Kai benzine daug lengvųjų frakcijų, garų kamščių sudarymo tikimybė yra didesnė. Lengvųjų frakcijų kiekis įvertintas dviem temperatūromis : virimo temperatūra pačioje mišinio distiliavimo pradžioje ir temperatūra, kurioje verda mišinys, iš kurio jau nudistiliuota 10 % bendro mišinio kiekio. Kuo daugiau benzine lengvųjų frakcijų, tuo šios temperatūros būna žemesnės. Pavyzdžiui, vasarinio benzino virimo pradžios temperatūra, kad nesusidarytų garų kamščių, neturi būti žemesnė kaip 35ºC. Žieminių benzinų ji neribojama, nes žiemą degalai per daug neįkaista.

Vandens benzine tirpsta šiaip labai nedaug ((0.04 – 0.08%), tačiau, esant aukštesnei temperatūrai, didesniam atmosferos slėgiui ir oro drėgmei, tirpumas padidėja. Patekus į benziną daugiau vandens, gali susidaryti stabili emulsija – benzinas tampa drumzlinas. Vėstant vanduo atsiskiria. Taip atšalus gali susiformuoti ledo kristalai, kurie užkemša benzino imtuvo tinklelį arba filtrus. Jei benzino bake susikaupia daug vandens, žiemą tiekimo vamzdelius užkemša ledo kamščiai.

Nuo benzine esančių mechaninių priemaišų gali užsikimšti bei greičiau išdilti karbiuratoriaus degalų žikleris.

Tik ką pagamintame benzine vandens ir mechaninių priemaišų paprastai nebūna, tačiau jų pamažu atsiranda transportuojant, laikant bei naudojant benziną. Todėl iš benzino cisternų, automobilių bakų ir filtrų periodiškai reikia išleisti susikaupusį vandenį ir kitas nusėdusias priemaišas.

BENZINO GARINGUMAS

Mišinio ruošimo procesas. Degiojo mišinio ruošimo procesas vadinamas karbiuracija, o prietaisas, kuriame mišinys ruošiamas – karbiuratoriumi. Karbiuracijos procesas yra labai sudėtingas. Jis prasideda karbiuratoriuje ir baigiasi variklio cilindre.

Įsiurbimo takto metu variklio cilindre susidaro išretėjimas, todėl oras ir benzinas, veikiami slėgių skirtumo, veržiasi į cilindrą. Oro srovės greitis būna apie 25 kartus didesnis negu benzino judėjimo, todėl oras susmulkina benzino čiurkšlę į lašelius. Lašeliai garuoja ir dar labiau, juos skaido oro srautas, ir jie vis mažėja. Galiausiai visas benzinas virsta garais, kurie, susimaišę su oru, ir sudaro degųjį mišinį.

Benzino ir oro mišinio greitis įsiurbimo trakte nebūna pastovus. Priklausomai nnuo alkūninio veleno sukimosi dažnio ir kolektoriaus skersmens, jis kinta nuo 10 iki 60 m/s. Esant mažesniam greičiui, benzinas rupiau susmulkinamas ir gali nespėti išgaruoti. Be to, ne visos benzino frakcijos vienodai garuoja. Neišgaravę benzino lašeliai nusėda ant kolektoriaus sienelių sudarydami benzino plėvelę. Tokios benzino plėvelės slinkimo greitis būna apie 50 kartų mažesnis negu mišinio. Plėvelės storis nebūna vienodas. Jis priklauso nuo sunkiųjų frakcijų kiekio benzine, mišinio judėjimo greičio ir temperatūros. Paleidžiant šaltą variklį, kai žema temperatūra ir nedidelis mišinio greitis, į plėvelę patenka iki 15 – 50% tiekiamo benzino, o varikliui veikiant, – ne daugiau kaip 0.1%. Tuo paaiškinama benzino didesnio kiekio (α = 0.05) reikmė paleidžiant šaltą variklį. Dėl nevienodo plėvelės storio ir slinkimo greičio į skirtingus cilindrus patenka nevienodas benzino kiekis. Ten, kur jo patenka daugiau, nepakanka oro, ir benzinas nevisiškai sudega. Taip padidėja deginių toksiškumas. Be to, tokio benzino lašeliai nuplauna nuo cilindro sienelių alyvą, ir variklis ima sparčiau dilti. Jei lašeliai nespėja išgaruoti ir laiku sudegti, labiau kaista variklis, sumažėja jo galia ir darbo ekonomiškumas.

Benzino dozavimas. Mišinio ruošimas karbiuratoriuje susideda iš dviejų stadijų – dozavimo ir garavimo. Abi stadijos yra susijusios viena su kita ir vyksta kartu. Iš karbiuratoriaus purkštuko yra tiekiamas benzino kiekis

(dozė) priklauso nuo benzino fizikinių sąvybių – tankio ir klampos. Tankis turi įtakos benzino lygiui karbiuratoriuje. Kai jis mažesnis, plūdė įgrimzta giliau ir benzino lygis pakyla. Taip į karbiuratoriaus maišymo kamerą patenka daugiau benzino. Kai tankis skiriasi daugiau kaip 60 – 80kg/m³, reikia reguliuoti plūdės padėtį. Nuo tankio priklauso ir benzino masė, pratekanti pro žiklerius, – tankesnio išteka daugiau. Skirtingų markių, rūšių ir gamybos būdų benzino tankiai šiek tiek skiriasi. Kadangi šis skirtumas neviršija 60 kg/m³, standartas neriboja benzino tankio. TTačiau jį būtina žinoti, kai reikia perskaičiuoti benzino tūrį į masę. Vasarinių benzinų tankis 20ºC temperatūroje būna: A- 72 – 733 kg/m³, A- 76 – 784, AI- 93 – 755 kg/m³.

Klampa turi įtakos benzino tekėjimo pro žiklerius greičiui: kai ji mažesnė, benzino per tą patį laiką išteka daugiau. Krintant temperatūrai, benzino tankis ir klampa didėja kartu. Kadangi klampa padidėja apie 8 – 10 kartų daugiau negu tankis, ištekančius pro žiklerius benzino kiekis, nukritus temperatūrai, sumažėja. Todėl žiemą, kai dėl žemos ttemperatūros padidėja dar ir oro tankis, degusis mišinys gali pasidaryti per daug liesa. Benzino klampa (υ = 0.47 – 0.6 mm²/S) yra nedidelė. Nežymimai ji keičiasi ir kintant temperatūrai ( υ_ = 0.6 – 0.85 mm²/S). Todėl jos dydžio standartas ttaip pat neriboja.

Benzino garavimas. Kad variklis gerai veiktų, neužtenka vien gerai dozuoti benziną. Labai svarbu jį visiškai išgarinti ir sumaišyti su oru. Mišinio kokybė priklauso tiek nuo paties benzino savybių, tiek nuo sąlygų, kuriomis jis ruošiamas, tai yra nuo oro ir benzino santykinio greičio, jų pradinės temperatūros, pašildymo proceso trukmės. Kai šios sąlygos pastovios, benzino garingumas priklauso nuo paviršiaus įtempimo, klampos, difuzijos greičio, sočiųjų garų slėgio, specifinės garavimo šilumos, frakcinės sudėties.

Nuo benzino paviršiaus įtempimo priklauso lašelių dydis. Kai įtempimas mažesnis, lašeliai būna mažesni, ir toks benzinas greičiau išgaruoja. Kylant temperatūrai ir mažėjant tankiui, degalų paviršiaus įtempimas mažėja. Benzino paviršiaus įtempimas nedidelis (23 mN/m ) – daugiau kaip tris kartus mažesnis negu vandens (73 mN/m ).

Tokią pat įtaką lašelių dydžiui tturi ir benzino klampa. Kai klampa mažesnė, benzinas smulkiau išpurškimas ir greičiau išgaruoja.

Garavimas priklauso ir nuo benzino garų difuzijos ore greičio. Būna molekulinė difuzija, kuri vyksta ramioje aplinkoje ir turbulentinė, – vykstanti esant sūkuriavimui. Variklyje abiejų tipų difuzijos vyksta kartu ir tuo greičiau, kuo aukštesnė temperatūra ir didesnis oro greitis. Benzinas, esant intensyvinai difuzijai, garuoja greičiau.

Benzinas greičiau garuoja ir kai didesnis sočiųjų garų slėgis. Todėl garų slėgio didžiausia reikšmė riboja tik garų kamščių susidarymo galimybė tiekimo vamzdeliuose.

Skystai medžiagai išgarinti reikia ššilumos. Ji sunaudojama traukai tarp molekulių įveikti ir išorės slėgio jėgoms, garams užimant didesnį tūrį, nugalėti. Kai šiluma benzinui išgarinti papildomai netiekiama, ji imama iš aplinkos. Todėl degusis mišinys karbiuratoriuje atvėsta. Temperatūra nukrinta tuo labiau, kuo didesnė skysčio specifinė garavimo šiluma ir daugiau degalų išgarinama. Specifine garavimo šiluma yra vadinamas šilumos kiekis, kurio reikia 1 kg skysčio išgarinti, esant virimo temperatūrai. Ji būna tokia: vandens – 2254 kJ/kg, metanolio – 1100, etanolio – 915, benzino – 293 – 314 (A-76 – 297, AI-93 – 306). Didėjant tankiui ir molekulinei masei, taip pat temperatūrai ir slėgiui, naftos produktų specifinė garavimo šiluma mažėja. Veikiant varikliui, temperatūra karbiuratoriuje nukrinta 18 – 20ºC, ir ima blogiau garuoti benzinas. Be to, jei ore daug drėgmės, karbiuratorius apledėja. Didžiausia apledėjimo tikimybė būna esant neaukštai (4 – 5ºC) oro temperatūrai ir dideliam (100%) santykiniam drėgnumui, pavyzdžiui, lyjant rudenį arba per rūką.

Beveik visos benzino lengvosios frakcijos paprastai išgaruoja jau karbiuratoriuje, todėl, kai benzine jų daugiau, karbiuratorius labiau atšąla ir greičiau apledėja. Didžiausios įtakos apledėjimui turi benzino 10% išgaravimo temperatūra: kuo ji aukštesnė, tuo rečiau karbiuratorius apledėja. Tačiau, vartojant tokį benziną, būna sunku paleisti variklį. Išvengti apledėjimo padeda specialūs priedai į benziną. Vieni jų , ištirpę vandenyje, pažemina uužšalimo temperatūrą, pvz. (alkoholiai, glikoliai, eteriai ), kiti (didelės molekulinės masės junginiai ), sudarydami ant detalių paviršiaus plėvelę, neleidžia ledui kauptis. Labiau efektyvūs yra pirmieji. Jų yra įmaišoma į benzinus 0,05 – 0,2%, o antrųjų – 0,01 – 0,05%. Tačiau praktikoje priedai retai naudojami. Dažniausiai apledėjimo išvengiama šildant karbiuratorių

Benzino frakcinė sudėtis. Viena iš svarbiausių benzino sąvybių yra garingumas, kuris įvertinamas frakcine sudėtimi, nustatoma distiliuojant. Pagal garingumą benzinas būna vasarinis (1) ir žieminis (2 ).Žemiau pateiksime benzinų frakcinės sudėties schemą:

1. vasarinis benzinas; t – temperatūra;

2. žieminis benzinas; q – benzino distilato tūris

tºC

0 25 50 75 q%

Toks pat žieminio benzino kiekis išsidistiliuoja 15 – 20ºC žemesnėje temperatūroje negu vasarinio benzino.

Nuo benzino frakcinės sudėties priklauso, ar lengva variklį paleisti žiemą, kokia tikimybė garų kamščiams susidaryti tiekimo vamzdeliuose vasarą, ar karbiuratorius gali apledėti rudenį, koks paleisto variklio įšilimo ir automobilio įsibėgėjimo greitis, variklio ekonomiškumas ir išdilimas. Kuo daugiau benzine lengvųjų frakcijų, tuo variklis lengviau užsiveda, bet, jei benzinas per greit garuoja, vasarą tiekimo vamzdeliuose gali susidaryti garų kamščiai, rudenį – apledėti karbiuratorius. Be to, būna didesni tokio benzino nuostoliai laikant. Visų benzinų virimo pradžios temperatūra, kad nesusidarytų garų kamščiai, turi būti aukštesnė negu galima benzino temperatūra tiekimo vamzdeliuose. Pavyzdžiui, vasarinių benzinų virimo temperatūra neturi bbūti žemesnė kaip 35ºC. Žieminiai benzinai žiemą neįkaista, todėl jų virimo pradžios temperatūra neribojama.

Variklis lengvai paleidžiamas, jeigu išgaruoja ne mažiau kaip 10% karbiuratoriumi tiekiamo benzino, taigi 10% benzino išgaravimo temperatūra yra variklio paleidimo lengvumo rodiklis. Šaltas variklis lengvai paleidžiamas, jei 10% benzino vasarą išgaruoja ne aukštesnėje kaip 70ºC, žiemą – 55ºC temperatūroje. Žinant benzino 10% nusidistiliavimo temperatūrą t ºC, galima apytiksliai apskaičiuoti aplinkos žemiausią temperatūrą tρ, kurioje dar galima paleisti variklį nešildant.

tρ= 0,5t – 50,5

taip pat žemiausią aplinkos temperatūrą tgºC, kurioje jau gali susidaryti garų kamščių: tg=2t – 93.

Temperatūra, kurioje nusidistiliuoja 50% benzino (t ), apibūdina paleisto variklio sušilimo bei automobilio įsibėgėjimo trukmę. Kuo ši temperatūra žemesnė, tuo greičiau sušyla variklis bei lengviau įsibėgėja automobilis. Vasarinių benzinų neturi būti aukštesnė kaip 115ºC, žieminių – 100ºC.

Temperatūra, kurioje nusidistiliuoja 90% benzino ir jo virimo pabaigos temperatūra turi įtakos variklio ekonomiškumui ir išdilimui. Kuo šios temperatūros aukštesnės, tuo daugiau variklis sunaudoja degalų ir labiau išdyla, nes toks benzinas turi daugiau sunkesniųjų angliavandenilių ir nespėja išgaruoti (nevisiškai sudega ). Neišgaravęs benzinas nuplauna alyvą nuo variklio cilindrų sienelių, o patekęs į karterį, praskiedžia alyvą. Be to, kai benzinas blogai garuoja ir nevisiškai sudega, padidėja deginių toksiškumas bei lako ir nuodegų kiekis įsiurbimo sistemoje ir degimo

kameroje. Vasarinių benzinų 90% nusidistiliavimo ir virimo pabaigos temperatūra neturi viršyti atitinkamai 180 ir 195ºC, žieminių – 160 ir 185ºC.

Distiliavimo liekanos neturi likti daugiau kaip 1,5%. Ji būna didesnė, kai į benziną patenka sunkesnių naftos produktų arba jis yra labai senas. Liekanos ir nuostolių kartu turi būti mažiau kaip 4%. Nuostoliai viršija 2,5%, kai benzine yra per daug lengvųjų frakcijų, kurios, laikant tokį benziną gali išgaruoti. Pagal frakcinę sudėtį galima pasakyti, kaip benzinas buvo laikomas (ar neišgaravo lengvosios frakcijos), ar bbenzinas nesumaišytas su kitais naftos produktais (pvz., su dyzeliniais degalais), koks benzinas,— žieminis ar vasarinis.

Benzino degimas

Mišinio degimo fazės. Karbiuratorinio variklio darbo ciklą sudaro keturi taktai — įsiurbimas, suspaudimas, darbas ir išmetimas. Svarbiausias iš jų yra darbo taktas, kai degalų cheminė energija verčiama šiluma, o ši – mechaniniu darbu. Mišinio degimo procesą galima skirstyti į tris fazes : 1- indukcijos / , 2 – intensyvaus degimo // ir 3 – baigiamojo degimo /// fazes.

Uždegimo žvakėje šokus kibirkščiai (taškas A), sslėgis cilindre pradeda didėti ne iš karto, taigi mišinys tučtuojau neužsiliepsnoja. Iš pradžių vyksta paruošiamieji degalų oksidacijos procesai. Jų metu išsiskyrusi šiluma sukelia (taške B) mišinio užsiliepsnojimą. Indukcijos fazės trukmė priklauso nuo degalų cheminės sudėties ir temperatūros, ir per tą llaiką alkūninis velenas pasisuka 5—10°. Degalams užsiliepsnojus, prasideda intensyvaus degimo fazė, kai sudega beveik visa degalų masė. Todėl temperatūra kyla ir slėgis cilindre didėja labai intensyviai. Antroji fazė baigiasi alkūniniam velenui pasisukus 10—15° nuo viršutinio galinio taško (taške C), kai slėgis cilindre esti didžiausias. Degimo pabaigos momentas ir apskritai trukmė turi didelės reikšmės variklio darbui. Kai mišinys per anksti arba per vėlai sudega, variklio galia sumažėja, nes pirmuoju atveju dujų slėgis stabdo alkūninio veleno sukimąsi, antruoju — silpniau jį suka. Be to, atsiranda ir kitų nepageidaujamų reiškinių: pirmuoju at- veju — detonacija, antruoju — variklio kaitimas. Todėl mišinį reikia uždegti tokiu momentu, kad jis baigtų sudegti, kai stūmoklis nu tolsta nuo viršutinio galinio taško (VGT) 10—15°.

Kai mišinys greitai sudega, ddeginiai nespėja atvėsti, cilindre būna didesnis slėgis, ir variklis dirba didesne įgalia. Tačiau, jei benzinas spėja išgaruoti intensyvaus degimo fazėje (šaltas variklis, blogai veikia karbiuratorius, primaišyta dyzelinių degalų arba alyvos), degimas nusitęsia į trečiąją – baigiamojo degimo – fazę. Toks degimas yra žalingas, nes degimas vyksta dideliame tūryje, ir slėgis cilindre beveik nepadidėja, o variklis, deginiams kontaktuojant su didesniu cilindro paviršiumi, labiau kaista.

Mišinio degimas karbiuratoriniame variklyje:

a — slėgio kitimas, kai mišinys dega normaliai; b — mišinio degimas cilindre; c ——slėgio kitimas, kai mišinys dega detonuodamas; / — indukcijos fazė; // — intensyvaus degimo fazė; /// — baigiamojo degimo fazė; / — slėgio kitimas, kai mišinys suslegiamas; 2 — slėgio kitimas, kai mišinys dega; 3—uždegimo žvakė; 4— deginiai; 5 — degimo zona; 6 — degusis mišinys; 7 — detonacijos židiniai; A — kibirkšties atsiradimo žvakėje momentas; B — mišinio užsiliepsnojimo pradžia; C — mišinio degimo pabaiga; P — slėgis cilindre;