Коэффициент а для нормальной горючей смеси равен единице.

В процессе сгорания участвует не только кислород воздуха, но и кислород, в том или ином количестве содержащийся в самом топливе. Поэтому состав нормальной смеси для разных сортов бензина будет отличаться.

Обеднённой (а = 1,1 …1,15) называют смесь, в которой имеется незначительный избыток воздуха по сравнению с нормальной смесью,

а Б едной (а больше 1,2) – смесь, в которой воздуха существенно больше, необходимого для полного сгорания бензина.

Обогащённая смесь (а = 0,85 – 0,9) имеет недостаток воздуха – до 13 кг на 1 кг топлива. Скорость горения обогащённой смеси возрастает, в результате чего давление газов в цилиндрах двигателя увеличивается, смесь позволяет развивать двигателю максимальную мощность, но при этом общий расход увеличивается из – за неполноты его сгорания. При больших нагрузках целесообразно работать на обогащённой смеси.

Богатая смесь имеет значительный недостаток воздуха (а менее 0,85). В такой смеси из – за нехватки кислорода бензин сгорает неполностью, что вызывает снижение мощности двигателя при значительном расходе. В результате догорания несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе возникают хлопки.

При чрезмерном обогащении смеси, когда содержание воздуха достигает 5 кг на 1 кг бензина топливо совсем не воспламеняется.

Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной

Если быть точным, смесь в соотношении бензина и воздуха в соотношении 1:14,7 называют стехиометрической. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности:.

Уменьшим поступление воздуха до 12,5 - 13 кг. Смесь обогатится (бензином) - станет мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%.

Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается от 13 до 15 кг воздуха смесь называют обогащенной, если менее 13 кг воздуха -богатой.

Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться. Если соотношение бензина и воздуха станет 1:5, то смесь не воспламеняется.

 

Зависимость основных характеристик двигателя от состава топливно-воздушной смеси

Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить - до 15-17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют обедненной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с "мощностной ". Если воздуха свыше 17 кг - смесь такого состава называют бедной. Смесь при соотношении бензина и воздуха 1:21 и более не воспламеняется.
Различают три способа смесеобразования для поршневых двигателей: внутренний способ, когда процесс перемешивания происходит непосредственно в объеме цилиндра; внешний способ — когда смесь получают вне объема цилиндра, например во впускном коллекторе; и смешанный, или комбинированный способ смесеобразования, при котором первый этап перемешивания протекает вне цилиндра, а второй — внутри цилиндра.

Соотношение 1/14,7 для бензина и воздуха является стехиометрическим, так как оно соответствует законам строгого количестаенного соотношения масс веществ, участвующих в химической реакции горения.

Для того чтобы поддерживать состав топливовоздушного заряда близким к стехиометрическому, процессом приготовления топливовоздушной смеси приходится постоянно управлять путем увеличения или уменьшения количества подаваемого в систему смесеобразования бензина. Наиболее качественно это реализуется в современных системах впрыска бензина с электронным управлением электромагнитными форсунками. Повышение содержания бензола в бензинах влияет на экологическую безопасность (как источник образования бенз-а пирена).

Высокое содержание ароматических углеводородов (особенно высококипящих) приводит к повышенному нагарообразованию в камерах сгорания и клапанах, что ухудшает эксплуатационные характеристики двигателя такие как кпд, мощность, экономические и экологические.

Образование нагара в камере сгорания вызывает увеличение требуемого октанового числа топлива, а при неизменном октановом числе приводит к работе с детонацией или резкому падению мощности.

Исследования показали, что для нового двигателя, долго эксплуатировавшегося, разница в требованиях в октановых числах используемого топлива до и после начала эксплуатации двигателя может доходить до 10 октановых единиц.

Повышение содержания бензола в бензинах влияет на экологическую безопасность (как источник образования бенз-а пирена).

Высокое содержание ароматических углеводородов (особенно высококипящих) приводит к повышенному нагарообразованию в камерах сгорания и клапанах, что ухудшает эксплуатационные характеристики двигателя такие как кпд, мощность, экономические и экологические.

Исследования показали, что для нового двигателя, долго эксплуатировавшегося, разница в требованиях в октановых числах используемого топлива до и после начала эксплуатации двигателя может доходить до 10 октановых единиц.

При эксплуатации двигателя нагар по времени образуется неравномерно. Основное количество нагара образуется в начале эксплуатации автомобиля.

Экспериментально доказано, что после пробега автомобиля 10 – 15 тыс.км. наступает некоторое равновесное состояние и при дальнейшей работе двигателя количество нагара изменяется незначительно. Равновесие достигается вследствие того, что химические реакции и термическое воздействие совместно с газовыми потоками вызывает выгорание и удаление нагаров из камеры сгорания примерно с той же скоростью, с какой они образуются в данный момент.

Углеводородный состав бензинов является одним из главных факторов, определяющих их склонность к нагарообразованию и зависит от содержания в них непредельных и ароматических углеводородов.

Октановые числа ароматических углеводородов:

Углеводород	исследовательский	моторный	дорожное
Бензол (Ткип = 80 °С)
Толуол (Ткип = 111 °С)
пара-Ксилол (Ткип = 138 °С)
мета-Ксилол(Ткип = 139 °С)			109,5
oртo-Ксилол (Ткип = 144 °С)
Этилбензол (Ткип = 136 °С)			102,5
Сумма ароматики С9			107,5
Сумма ароматики С10

Процессы каталитического риформинга осуществляются в присутствии бифункциональных катализаторов — платины, чистой или с добавками рения, иридия, галлия, германия, олова, нанесённой на активный оксид алюминия с добавкой хлора. Платина выполняет гидрирующие-дегидрирующие функции, она тонко диспергированна на поверхности носителя, другие металлы поддерживают дисперсное состояние платины.

Носитель — активный оксид алюминия обладает Бренстедовскими и Льюисовскими кислотными центрами, на которых протекают карбонийионные реакции: изомеризация нафтеновых колец, гидрокрекинг парафинов и частичная изомеризация низкомолекулярных парафинов и олефинов.

Температура процесса 480-520 °C, давление 15-35 кгс/см². Следует отметить, что большое содержание ароматических углеводородов в бензине плохо сказывается на эксплуатационных и экологических показателях топлива. Повышается нагарообразование и выбросы канцерогенных веществ.

Особенно это касается бензола, при сгорании которого образуется бензпирен — сильнейший канцероген.

Склонность к нагарообразованию таких бензинов обуславливается количеством и строением ароматических углеводородов.

Исследовались смеси бензина прямой перегонки с индивидуальными ароматическими углеводородами различного строения и с бензином каталитического риформинга, содержащего 66 – 69% ароматических углеводородов.

Установлено, что количество нагара в камере сгорания накапливается при работе двигателя на малых нагрузках, по мере увеличения нагрузки и повышения температурного режима двигателя начинается обратный процесс – выжигания нагара. Этот процесс усиливается на режимах, близких к полному открытия дросселя.

Исследования показали, что содержание значительного количества ароматических углеводородов в бензине не только повышает склонность к отложению нагара, но и увеличивает способность нагара прочно удерживаться на поверхности деталей камеры сгорания.

Так при работе двигателя на бензине не содержащем ароматических углеводородов, на режиме полной нагрузки выгорает примерно 70% нагара, а при работе на бензине содержащем 69% ароматики, выгорает только 20% нагара (в течении 30 часов).

Установлено, что при содержании ароматических углеводородов в бензине свыше 40% происходит резкий рост нагарообразования.

С одержание других компонентов в бензине позволяет удержать падение О.Ч. при снижении ароматических углеводородов. Особое внимание заслуживает вовлечение оксигенатов.

Современные электронные системы управления двигателем практически исключили работу двигателя с детонацией.

· Степень сжатия современных двигателей составляет 10: 1 – 11,1: 1.

· Двигатели, имеющие систему управления с датчиками детонации позволяют поднять степень сжатия до 13: 1. Такие системы регулируют угол опережения зажигания в каждом отдельном цилиндре.

· Двигатели с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания могут работать с повышенной степенью сжатия.

· Степень сжатия дизельных двигателей лежит в пределах 14,1 – 23: 1.

· Двигатели с принудительным нагнетанием воздуха в цилиндры (турбокомпрессор или механический нагнетатель) как бензиновые, так и дизельные имеют более низкую степень сжатия по сравнению с атмосферными двигателями. Это вызвано тем, что перед началом такта сжатия в цилиндре находится большая масса воздуха (и топлива).