UNIVERZITET U ISTOČNOM SARAJEVU

SAOBRAĆAJNI FAKULTET

DOBOJ

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

(SEMINARSKI RAD)

Profesor: Studenti:

Dr Tripo Torović, red. prof. Daniel Todorović140/07

Asistent: Slobodan Medić186/07

Мr Мilan Мilotić, dipl.mаš.inž. Velibor Trifković 247/07

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Sadržaj:

1.Uvod.........................................................................................3

2.Benzin......................................................................................4

3.Toplotna moć…………………………………………...........5

3.1.Gornja toplotna moć.............................................................6

3.2.Donja toplotna moć..............................................................6

4.Granica upaljivosti..................................................................6

4.1.Gornja granica upaljivosti....................................................7

4.2.Donja granica upaljivosti.....................................................7

5.Oktanski broj...........................................................................8

6.Sagorjevanje u oto-motorima...……………………………..10

7. Faktori koji utiču na proces sagorjevanja u oto-motorima...12

8. Zaključak…………………………………………………...16Literatura...................................................................................17

2 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

1.Uvod

Kod motora sa prinudnim palenjem smeše, smeša koja se već nalazi u cilindru pali se veštačkim putem. Palenje smeše se izvodi najčešće pomoću visokonaponske električne varnice. Palenje smeše pomoću električne varnice se izvodi kod motora sa spoljšnjim obrazovanjem smeše i kod motora sa ubrizgavanjem lakog goriva (Oto motora). Motori sa spoljšnjijm obrazovanjem smješe koriste gasovita i lako isparljiva tečna goriva, a koji se lako mešaju sa vazduhom u atmosferskim uslovima. Kod ovih motora gorivo se raspršuje i meša sa vazduhom pre ulaska u cilindar. Ostvarenje smeše tečnih goriva i vazduha izvodi se u priborima koji se nazivaju karboratori.

Zato ćemo mi u ovom seminarskom radu najviše pažnje posvetiti benzinu koji se najčešće koristi kod ove vrste motora.

3 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

2.Benzin

Benzini su tečna goriva dobivena raznim postupcima u industriji nafte. Najčešće se dobija frakcionom destilacijom sirove nafte. Tokom procesa frakcione destilacije, benzin se izdvaja medju prvim frakcijama na temperature od 35oC pa sve do 200oc. Za vreme frakcione destilacije sirove nafte oko 22% se iskoristi za dobijanje benzina. Sastoji se od raznih vrsta ugljovodonika odnosno sadrži oko 85% ugljenika i oko 15% vodonika.

Osnovna namena im je pokretanje klipnih motora s unutrašnjim sagorevanjem. Koristi se za četverotaktne kao i za dvotaktne s tim što se za dvotaktne koristi kao mešavina goriva i maziva u odredjenom odnosu u zavisnosti od konstruktivnih karakteristika motora. Kao pogonsko gorivo se najčešće koristi za pogon putničkih automobila, a samo redje za pogon teretnih vozila ili autobusa.

Benzin je kao gorivo vrlo pogodan s obzirom da benzinski motori rade vrlo elastično, imaju miran rad posebno ako se radi o više cilindričnim motorima. Medjutim pored dobrih benzin ima I loših osobina, jer brzo i lako isparava, i lako je zapaljiv. Pri visokim temperaturama u njemu se stvaraju mjehurići koji otežavaju kontinualan protok-dotok od rezervoara-benzinske pumpe do karburatora, te zbog toga karburator nije u mogućnosti da obezbjedi odgovarajuću radnu smješu za ekonomičan i normalan rad motora pri svim uslovima. Specifična težina benzina je oko 0.75kg/dm3. Temperatura samozapalenja mu je oko 550oC, I ima tačku smrzavanj avelikog raspona od -35 oC do -55 oC .

Eksploatacijsko-tehnički zahtevi koje benzini moraju zadovoljiti su: što mirnije sagorevanje u cilindru motora, bez čađenja i lupanja; benzin mora biti dovoljno isparljiv radi stvaranja smeše goriva i vazduha u raznim poslovima; prevelika isparljivost je nepodobna kako se u cevima, rasplinjaču ili u pumpi za benzin ne bi stvarali plinski čepovi; ne smeju sadržavati nesagorive delove; isparavanjem ne smeju ostavljati tragove smola u sustavima i instalaciji.

4 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

3.Toplotna moć

Toplotna moć goriva se definiše kao odnos oslobođene količine toplote pri potpunom sagorevanju goriva i količine goriva iz koje je toplota oslobođena:

Toplotna moć goriva se odredjuje eksperimentalnim putem, pomoću kalorimetra, ili se izračunava na osnovu poznatog sastava goriva. Goriva sa više vodonika imaju veću toplotnu moć i brže sagrjevaju. Za snagu motora merodavna je toplotna moć smeše s kojom motor radi, a ne toplotna moć goriva. Toplotna moć benzina iznosi od 43540kJ/kg do 43960kJ/kg.

U opštem slučaju, gorivo se sastoji od gorivog dela i balasta (negorivog dela). Vlaga, zajedno sa mineralnim materijama, čini tzv. spoljni balast. Vlaga se u gorivu javlja u tri oblika:

kao gruba,

higroskopna i

konstituciona.

Vlaga umanjuje toplotnu moć goriva jer se za njeno isparavanje troši deo toplote nastao sagorevanjem goriva. Shodno tome, razlikujemo gornju i donju toplotnu moć goriva.

5 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

3.1.Gornja toplotna moć

Gornja toplotna moć goriva (Hg) je količina toplote koja se oslobodi potpunim sagorevanjem jedinice mase goriva pod sledećim uslovima:

(1) voda iz produkata sagorevanja, koja potiče od vlage iz goriva i od sagorelog vodonika (H2), prevedena je u tečno stanje,

(2) produkti sagorevanja goriva dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku i

(3) sumpor (S) i ugljenik (C) iz gorive materije se nalaze u obliku svojih dioksida (SO2 i CO2), dok do sagorevanja azota (N2) nije došlo.

3.2.Donja toplotna moć

• Donja toplotna moć goriva (Hd) je količina toplote koja se oslobodi potpunim sagorevanjem jedinice mase goriva pod sledećim uslovima:

(1) voda u produktima sagorevanja ostaje u parnom stanju,

(2) produkti sagorevanja goriva dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku i

(3) sumpor (S) i ugljenik (C) iz gorive materije se nalaze u obliku svojih dioksida (SO2 i CO2), dok do sagorevanja azota (N2) nije došlo.

4.Granica upaljivosti

Gorivo se može mešati sa vazduhom u raznim mešavinskim odnosima. Povećanjem količine goriva po jedinici količine vazduha, smeša postaje sve bogatija obrnutim postupkom smeša postaje siromašnija. Postoje granice mešavinskih odnosa izvan kojih je smeša neupaljiva.

6 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Odnos stvarne količine upotrebljenog vazduha za stvaranje smeše prema minimalnoj teoretski potrebnoj za potpuno sagorevanje naziva se koeficijent viška vazduha λ, dakle:

λ=Lstvarno/Lminimalno.

Minimalna ili teoretska količina vazduha za sagorevanje odredjuje se na osnovu elementarnog sastava goriva prema stehiometrijskim jednačinama. Smeša kod koje je Lstvarno=Lminimalno , to jest λ=1, naziva se stehiometrijskom ili teoretskom smešom. Pri λ>1 smeša je siromašna a pri λ<1 smeša je bogata.

4.1.Gornja granica upaljivosti

Je granica bogastva smeše, iznad koje se smeša neće upaliti jer ne postoji dovoljno kiseonika u blizini aktivirane čestice goriva, koji je inače neophodan za proces sagorevanja.

4.2. Donja granica upaljivosti

Je granica osiromašivanja smeše, ispod koje se smeša više ne može upaliti, jer su aktivne čestice goriva suviše udaljene jedna od druge i razdvojene česticama vazduha, tako da se sagorevanje čestica goriva ne može preneti na susedne čestice.

Sl.1

7 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Na sl.1 dat je tok promene brzine sagorevanja smeše u zavisnosti od mešavinskog odnosa goriva i vazduha tj. koeficijenta viška vazduha λ. Maksimalna brzina sagorevanja postiže se nešto bogatijom smešom λ približno jednako 0.85. Tom mešavinskom odnosu odgovara i najveća snaga s tim da motor tad radi neekonomično, jer jedan deo goriva ne može ni teoretski sagoreti zbog nedostatka kiseonika.

5.Oktanski broj

Oktanski broj je mjera otpornosti goriva prema detonativnom sagorjevanju. Određivanje oktanskog broja benzina svodi se na upoređivanje datog benzina sa smješom izooktana i n-heptana koja ima ista antidetonativna svojstva kao i ispitivani benzin (što zavisi od odnosa količina ovih dveju materija u smješi). Izooktan ima veliku otpornost prema detonativnom sagorjevanju, pa je uzeto da ima oktanski broj 100. Normalni heptan ima oktanski broj jednak nuli jer mu je otpornost prema detonativnom sagorevanju jako mala. Oktanski broj smješe izooktana i n-heptana je, prema tome, jednak procentualnom udjelu izooktana u datoj smješi.

Oktanski broj se određuje iz relacije:

OB =10,20,7-75,89• API ( 4 log° API +log10[° F ] + 1,3 logt90 [° F ] ,

gdje je:

OB -oktanski broj,t10, t90 -temperature isparavanja 10% i 90% početne zapremine goriva,

°F i °C:t10[°F]=1,8·t10[°C]+32,t90[°F]=1,8·t90[°C]+32,

8 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Srednja temperatura isparavanja, u °C, se određuje kaoaritmetička sredina temperatura isparavanja 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 i90% početne zapremine goriva dobijenih prema opisanom postupkuodređivanja krive isparavanja, u °C:

9 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

6. Sagorjevanje u OTO-motorima

Ostvarenje smješe para goriva i vazduha kod oto-motora vrši se van cilindra motora u posebnom uređaju.U toku takta usisavanja ona dospjeva u cilindar motora i u sledećem taktu se sabija. Pri kraju ovog takta pritisak i temperature smješe su još uvek nedovoljni da dovedu do samoupaljenja smješe ali dovoljni da omoguće njeno brzo sagorjevanje. Pored temperature na brzinu sagorjevanja utiče i sam sastav smješe. Opitima je dokaz ispiranja cilindra od izduvnih gasova. On takođe zavisi i od konstruktivnih i eksploatacionih faktora. Mjerene relativnom mjerom tj.u stepenima ugla obrta koljenastog vratila njegove vrjednosti se kreću od 2 do 10 stepeni. Radi toga samo upaljenje smješe u motoru moramo početi pre SMT tj. sa izvjesnim uglom pretpaljenja. Kod brzohodnih motora ugao predpaljenja iznosi obično 20 do 35 stepeni pre SMT a kod sporohodih motora od 6 - 20 stepeni pre SMT.

- Promjena pritiska tokom sagorjevanja u oto motoru

U toku perioda pritajenog sagorjevanja broj aktivnih molekula kiseonika i goriva, koji su počeli da se pojavljuju još u toku procesa kompresije a naročito su koncentrisani blizu elektroda svjećice, jako se povećava što dovodi do intenzivnog porasta predplamenih reakcija uz razvoj toplote. Usljed toga se jako zagrejava i njegova se temperature penje na 900-1000 stepeni Cº što dovodi do pojave svjetlosti i plamena a time i burnog sagorjevanja smješe. Pri tome dolazi do brzog prodiranja fronta plamena na sve strane usled čega se povećava temperatura i pritisak gasa u cilindru. Dio smješe koji još nije sagoreo podvrgnut je dopunskoj kompresiji i zagrjevanju, što dovodi do još veće hemijske pripravnosti smješe za intenzivnije sagorjevanje. Posljedica toga je da proces sagorjevanja poprima sve intenzivniji karakter.

10 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Druga faza procesa sagorjevanja obuhvata period od momenta početka porasta pritiska do trenutka kad se u motoru postigne maksimalan pritisak gasova. Kraj ovog perioda ne označava još da je i sagorjevanje u motoru završeno. Sagorjevanje goriva i rasprostiranje plamena po prostoru sagorjevanja praćeno je povećanjem pritiska i temperature gasova. Pritisak se rasprostire u svim pravcima po prostoru velikom brzinom jednakoj brzini rasprostiranja zvuka u toj sredini što iznosi skoro 500-900 m/s . Prema tome, rasprostiranje pritiska može se smatrati da je skoro trenutno. Međutim, brzina rasprostiranja plamena je daleko niža i kreće se pri normalnom sagorjevanju u granicama od 20-35 . Osim toga, sagorjevanje se ne završava odmah na samoj površini fronta plamena već se obavija i iza fronta plamena. Usljed bržeg rasprostiranja talasa pritiska dolazi do stalnog predsabijanja još nesagorjelog djela smješe što će pri normalnim uslovima ubrzati još brže sagorjevanje. U toku druge faze sagorjevanja obično sagori skoro 90% smješe. Sam apsolutni iznos maksimalnog pritiska sagorjevanja važan je u pogledu dimenzionisanja glavnih djelova motora. Treća faza procesa sagorjevanja obuhvata period od momenta početka opadanja pritiska od njegove maksimalne vrjednosti do kraja procesa sagorjevanja. Kraj ovog perioda je teško odrediti na indikatorskom dijagramu, ali pomoću specijalnih opitnih motora i snimanja procesa u njemu to je moguće izvršiti. Opitni podaci pokazuju da pri normalnom radu u oto-motoru ova faza procesa sagorjevanja ne traje dugo mada su sami uslovi dogorjevanja smješe znatno otežani prisustvom znatne količine produkata sagorjevanja u cilindru.

11 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

7. Faktori koji utiču na proces sagorjevanja u OTO-motoru

Na procese sagorjevanja u oto-motoru utiče čitav niz faktora koje u principu možemo podjeliti na: pripremne, eksploatacione i konstruktivne. U pripremne faktore ubrajamo: uticaj sastava radne smješe, ugla predpaljenja i turbulentnog kretanja. U konstruktivne faktore ubrajamo: stepen kompresije, oblik komore za sagorjevanje, mjesto postavljanja svećice itd. U eksploatacione faktore ubrajamo: broj obrta koljenastog vratila, opterećenje i hlađenje motora. Najbrže sagorjevanje smješe postiže se sa koeficijentom manjka vazduha λ=o.8 – 0.9, pri čemu se postiže maksimalna snaga uz povećanu potrošnju goriva, jer u nedostatku vazduha u smješi gorivo neće biti u stanju da potpuno sagori u cilindru motora.. Sa promjenom brzine sagorjevanja, u vezi sa promenom sastava smješe, menja se i najpovoljniji ugao predpaljenja. Najmanji ugao predpaljenja postiže se sa koeficijentom manjka vazduha λ=0,65 – 0,84, a najveći sa koeficijentom viška vazduha λ=1,18. Sa koeficijentom λ=0,84 postiže se najkraće vrjeme sagorjevanja i najveći skok pritiska. Da bi što veća količina radne smješe sagorjela u blizini SMT, potrebno je, zbog postojanja perioda pritajenog sgorevanja, samo upaljenje pomoću električne varnice, izvršiti pre nego što klip dospije u SMT. Ovaj ugao upaljenja smješe pre dolaska klipa u SMT, nazivamo uglom predpaljenja.

12 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Uticaj ugla predpaljenja na tok sagorjevanja 1. isuviše rano paljenje, 2. isuviše kasno paljenje 3. optimalno predpaljenje

Alfa pf - ugao predpaljenja

Kasnije paljenje, proces sagorjevanja dobrim djelom nastavlj se i u taktu širenja,uz smanjenje brzine porasta pritiska i smanjenja maksimalnog pritiska zbog povećanja zapremine. Suviše rano paljenje smješe nije dobro, jer može izavati preran porast pritiska i do povratka klipa pre no što on dospje u SMT. Ovakav slučaj ne smije se nikako dozvoliti, jer može dovesti do oštećenja djelova motora.. Optimalno pretpaljenje daje glavno sagorjevanje u oblasti SMT, tako da se maksimalni pritisak razvija na 10 do 15 stepeni posle SMT. Maksimalni pritisak sagorjevanja u oto motoru, pri punom otvoru leptira, je oko 50 do 70(bar), a maksimalna temperatura sagorjevanja oko 2500 do 28000 stepeni K. Vrtložno kretanje smješe u cilindru nastaje još u toku procesa usisavanja a nastavlja se u toku takta sabijanja. Da bi se povećalo vrtloženje smješe, primenjuju se komore sagorjevanja kod kojih se u zoni između klipa i cilindarske glave ostvaruje minimalan prostor iz kojeg smješa struji u pravcu svjećice, što otklanja mogućnost brizgantnog sagorjevanja još neupaljene smješe. Najpovoljniji oblik komore za sagorjevanje, sa teorijske tačke gledišta bio onaj kod koga bi rastojanje od svjećice do zidova komore u svim pravcima bilo jednako a to znači da bi ona trebala da bude loptastog oblika, što je praktično teško ostvariti. Postoje različiti oblici komora sagorjevanja kod oto motora, neki od njih prikazani

13 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

su na slici :

Oblici komora za sagorjevanje kod oto motora koji otežavaju pojavu detonantnog sagorjevanja

Sa povećanjem stepena kompresije povećava se pritisak i temperatura radne smješe na kraju takta sabijanja, smanjuje se period pritajenog sagorjevanja i samog sagorjevanja. Stepen kompresije, kod oto motora je glavni faktor koji utiče na snagu motora i ekonomičnost. Promjenom broja obrtaja koljenastog vratila, praktično se ne mjenja brzina porasta pritiska u toku sagorjevanja I njegov iznos, pod uslovom da se za svaki broj obrtaja odredi najpovoljniji ugao predpaljenja. Sa povećanjem broja obrtaja koljenastog vratila, vrjeme trajanja pravog sagorjevanja smanjuje se zbog povećanog vrtloženja smješe. Povećanje stepena kompresije daje pozitivne efekte sve do granice pri kojima još ne može nastupiti detonaciono sagorjevanje. U protivnom slučaju njegov efekat se menja. Regulacija sastava smješe izvodi se u smislu njenog relativnog obogaćenja u odnosu na sastav smješe pri kojoj se postiže najekonomičniji rad motora, a to je sa λ=1,05 – 1,15. Sa obogaćenjem radne smješe potrebno je povećati i ugao predpaljenja kako bi se obezbjedilo odvijanje druge faze sagorjevanja u blizini SMT. U praksi se to izvodi automatski pomoću tzv. vakum korektora čiji se rad zasniva na promeni veličine vakuma u usisnom cjevovodu. Temperatura rashladne tečnosti ima uticaj na proces sagorjevanja. Smanjenjem temperature zidova prostora za sagorjevanje u cilindru motora smanjuje se i brzina sagorjevanja, smanjuje se maksimalni pritisak i ekonomičnost motora. Zato, izlaznu temperaturu rashladne tečnosti treba održavati u granicama od 80 do 90 stepeni C, što se postiže primjenom odgovarajućeg termostata.

14 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Slika 4: OTTO motor

15 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

4. Zaključak:

Na osnovu ovog rada došli smo do zaključka da kvalitet goriva zavisi od toplotne moći, oktanskog broja i granice upaljivosti kao i brzine sagorevanja. Benzin ima veću toplutnu moć u odnosu na ostala goriva (npr. dizel 41870 do 42700kJ/kg). Benzin je pogodan za korištenje kod putničkih automobila jer obezbjedjuje miran i elastičan rad motora.

16 |

Osnovne karakteristike goriva za motore sa prinudnim paljenjem svježe smješe

Literatura:

-Tehnički materijali-nemetalne materije(Mašinski fakultet)

-Određivanje karakteristika bezina

-Miodrag C. Živković (Motori sa unutrašnjim sagorevanjem I deo)

-Dr Tode Stojičić dipl.ing.(Formiranje smješe i procesi sagorjevanja u motorima SUS)

-www.scribd.com

-www.wikipedija.com

17 |