Характер процессов смесеобразования и сгорания в двигателе с принудительным воспламенением

Вторая фаза θII называется основной фазой сгорания, ее длительность отсчитывается от конца первой фазы до момента достижения максимального давления в цикле. Длительность θII определяется закономерностями крупномасштабного турбулентного горения. Максимальная скорость распространения пламени в этой фазе сгорания может достигать 60 .80 м/с, а доля сгоревшего топлива 80 .85%. Как показывают эксперименты, θII слабо зависит от физико-химических свойств рабочей смеси и только при очень сильном дросселировании наблюдается некоторое увеличение θII. Интенсивность турбулентности заряда в цилиндре пропорциональна частоте вращения, поэтому с ростом и длительность второй фазы во времени уменьшается пропорционально изменению длительности всего цикла, т. е. фаза θII в градусах поворота коленчатого вала (ПКВ) практически не изменяется. Уменьшению длительности θII способствует расположение свечи зажигания ближе к центру камеры сгорания, а также усиление турбулизации заряда.

К моменту окончания второй фазы сгорание не заканчивается, поэтому средняя температура газов продолжает возрастать, достигая максимума.

Третья фаза θIII, или фаза догорания, начинается в момент достижения максимального давления цикла. В этой фазе смесь горит в пристеночных слоях, где масштабы турбулентных пульсаций заметно меньше, чем в основном объеме камеры сгорания. Отдельные объемы смеси догорают за фронтом пламени, особенно когда зона турбулентного горения имеет большую глубину. Идет выделение теплоты и от рекомбинации молекул. Скорость тепловыделения в этой фазе уменьшается, а расширение газов из-за движения поршня к нижней мертвой точке (НМТ) увеличивается, что одновременно с увеличением теплоотдачи в стенки определяет падение давления в цилиндре. На длительность θIII влияют те же факторы, которые воздействуют на θI, т. е. от которых зависит скорость мелкомасштабного турбулентного горения. С ростом ε увеличивается доля смеси, догорающей в пристеночных слоях и в зазорах между головкой и днищем поршня (в вытеснителях), что оказывает решающее влияние на затягивание третьей фазы. Определить момент окончания этой фазы, характеризующийся концом тепловыделения, без специальных расчетов и обработки индикаторной диаграммы нельзя.

Опытные показатели показывают, что двигатель с искровым зажиганием работает с максимальным ηс, когда вторая фаза сгорания располагается примерно симметрично относительно верхней мертвой точки (ВМТ). При работе на полном дросселе ηс max достигается, когда основная фаза сгорания заканчивается через 12 .15° после ВМТ, при этом θ2 = 25 .30°.

Основным средством изменения расположения фаз процесса сгорания в цикле является управление углом опережения зажигания φоз.

Скорость тепловыделения в основной фазе определяет интенсивность нарастания давления dp/dφ, от которой зависит так называемая жесткость работы двигателя.

Выгорание топлива по времени характеризует показанная на рис. 2.1.1 кривая х = Qx/Qтц.

Рис. 2.1.1 Индикаторная диаграмма двигателя с принудительным воспламенением (φоз. – угол опережения зажигания, θI, θII, θIII – фазы процесса сгорания, χх - коэффициент выделения теплоты)

Коэффициент выделения теплоты χх равен отношению количества теплоты, выделившейся к текущему моменту (Qx), к теплоте, введенной в цикл с топливом (Qтц). Часть теплоты Qx путем теплопередачи отдается окружающей среде, а основная часть Qа (активное тепловыделение) расходуется на совершение рабочим телом работы (L =) и увеличение его внутренней энергии (ΔU c-φ).

Коэффициент активного тепловыделения

(2.1.2)

Таким образом, функция ξa = f(φ) характеризует связь между процессом сгорания и использованием в цикле выделившейся теплоты. Коэффициент ξa определяют путем термодинамических расчетов по индикаторной диаграмме.

На рис. 2.1.2 показаны результаты определения ΔU, L и ξa.

Рис. 2.1.2 Изменение р, Т, ζa,ΔU и L в зависимости от угла поворота коленчатого вала (ε = 9,0; n = 3000 мин-1; α = 1,0; полный

К моменту окончания второй фазы сгорания (точка z) выделилось 75% активной теплоты (ξa = 0,75). Максимальная средняя температура (точка Tтах) достигается через 12° после точки z и к этому моменту ξa = ξa max = 0,915, остальные 8,5% теплоты Qцт теряются на теплопередачу через стенки и на неполноту сгорания. По мере уменьшения нагрузки ξa max снижается и достигается дальше от ВМТ.

Материалы о транспорте:

Прибор для определения технического состояния клапанов и прокладок цилиндров
Сжатый воздух под давлением 0,4 МПа (4 кгс/см2) подается в проверяемый цилиндр через отверстие для свечи зажигания или форсунки. При полной герметичности манометр должен показывать нуль, при нарушени ...

Устройство системы охлаждения двигателя
Система охлаждения предназначена для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, а также для поддержания нормального теплового режима двигателя. На автомобильных двигателях наибольшее распростран ...

Железнодорожный транспорт
Доминирующее положение в транспортной системе Красноярского края занимает железнодорожный транспорт. На его долю приходится 94 % всего грузооборота края. С запада на восток край пересекают Транссибир ...