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:

Проверка остойчивости по основному критерию
Остойчивость по основному критерию является достаточной, если кренящий момент от динамического действия ветра Мкр не превосходит предельно допустимого момента при динамических наклонениях судна – Мдо ...

Классификация многоковшовых экскаваторов
Экскаваторы являются основным типом землеройных погрузочно-разгрузочных машин, главным образом для разработки мягких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии. Основной рабочий ор ...

Обоснование генерального плана и способа застройки
Разработка генерального плана, экономичность строительства и удобства работы АТП начинается с выбора земельного участка под строительство: При выборе земельного участка руководствуются следующим: 1. ...