Анализ процесса сгорания в двс по индикаторной диаграмме.
Двигатели с искровым зажиганием
Рис. 31.Основные периоды сгорания в двигателях с искровым зажиганием
Первый период – период начального горения. Этот период продолжается от момента возникновения искры до момента интенсивного развития пламени (образование развитого фронта турбулентного пламени). В этот период возникает очаг воспламенения, но фронт пламени от этого очага распространяется достаточно медленно и доля сгоревшей смеси настолько мало, что возрастание давления на индикаторной диаграмме не удается обнаружить.
Второй период – период основного и быстрого сгорания. Длительность данного периода 25 – 30 п.к.в. и заканчивается при достижении давлением максимального значения Рmax. По мере увеличения размеров начального очага пламени все в большей степени начинает сказываться положительное воздействие на скорость сгорания турбулентных пульсаций. В данной фазе скорость распространения пламени примерно пропорциональна интенсивности турбулизации. Максимальная мощность и наилучшая экономичность экономичность достигаются при такой организации процесса сгорания, когда начало и конец основной фазы будут распределены примерно симметрично относительно ВМТ. Это возможно при соответствующей установке момента зажигания. Угол в °п.к.в. от момента проскальзывания искры до ВМТ – угол опережения зажигания. Угол должен быть тем больше, чем больше длительность первого периода, а так же тем медленнее развивается сгорание во втором периоде.
Скорость
тепловыделения в основной фазе определяет
«жесткость работы», т.е. нарастание
давления по углу п.к.в. Для карбюраторных
двигателей
= 0,15…0,25. С увеличением
«жесткость работы» возрастает. В данный
период выделяется 70 – 80% теплоты.
Третий период – догорание. После достижения давлением величины Рz max сгорание не заканчивается и температура газов продолжает возрастать, достигая максимального значения Тz max. Однако изменение скорости тепловыделения вследствие достижения фронтом пламени большей части камеры сгорания стенок, приводит к тому, что повышение давления в результате сгорания уже не может компенсировать его падение из-за расширения газов, вызываемого движением поршня вниз и теплоотдачей в стенки.
В этом периоде смесь горит в пристеночных слоях, где масштабы турбулентных пульсаций заметно меньше, чем в объёме камеры сгорания. Отдельные объёмы смеси догорают за фронтом пламени, особенно когда зона турбулентного горения имеет большую глубину. В этот период выделяется 10% теплоты и заканчивается за 25 – 30 после ВМТ. При неправильной установке зажигания догорание может происходить в выхлопной трубе.
Анализ процесса сгорания дизеля по индикаторной диаграмме.
Рис. 32. Основные периоды горения в дизельных двигателях.
Первый период – период индикаторной задержки самовоспламенения (индукции). Начинается с момента впрыска топлива в цилиндр (10 – 25 п.к.в. до ВМТ) и продолжается до момента видимого горения, когда давление в цилиндре становится в результате выделения теплоты выше давления при сжатии воздуха без подачи топлива (момент соответствует отрыву индикаторной диаграммы от диаграммы прокрутки).
Период индукции включает в себя время, необходимое для распада струи на капли, некоторого продвижения капель по объему камеры сгорания, прогрева, частичного испарения и смешивания топливных паров с воздухом. В течение данного периода развиваются предпламенные реакции, возникают очаги самовоспламенения, давление и температура начинают возрастать вследствие выделения теплоты.
Количество подаваемого топлива: при объёмном смесеобразовании – 27 – 39%; вихревом – 90 – 95%; объёмно-пленочном – 62-74%.
Продолжительность периода 0,002 – 0,006 с или 10 – 15 п.к.в.
Второй период – период начального горения. Состоит из двух составляющих:
периода быстрого горения (до ВМТ);
периода управляемого горения.
Заканчивается через 5 – 10 п.к.в. после ВМТ и к концу этого периода впрыскивается до 90% топлива.
Период быстрого горения характерен бурным развитием процесса с высокими скоростями возгорания, интенсивным ростом давления и температуры. Скорость сгорания возрастает практически мгновенно от 0 до максимума, которая сохраняется в течение всего процесса сгорания и определяет «жёсткость» процесса – изменение давления на п.к.в.
= 0,25…0,35 МПа/град
– для пленочного смесеобразования;
= 0,35…0,45 МПа/град
– для объемно-пленочного;
= 0,8…1,2 МПа/град –
для объемного.
От «жесткости» зависит интенсивность износа деталей двигателя, моторесурс, уровень шума, экологические показатели. Повышенная жесткость сгорания ограничивает применение в дизельных двигателях более легких топлив. Снижают «жесткость» следующие мероприятия:
уменьшение первоначально воспламеняемой порции топлива
растяжение процесса сгорания во времени
Характер тепловыделения в периоде управляемого горения определяется скоростью подаваемого в цилиндр топлива. Сгорание топлива в этом периоде происходит при высоких значениях коэффициента избытка воздуха . Большое влияние на ход реакции оказывает характер распространения струй.
В данном периоде выделяется до 30% теплоты.
Третий период – период замедленного горения. Заканчивается через 40 – 60 п.к.в. после ВМТ при достижении температурой максимального значения Тmax. Максимум температуры цикла всегда достигается позже максимума давления. Это связано с тем, что после завершения второго периода может происходить интенсивное тепловыделение. Процесс горения носит диффузионный характер при интенсивном перемешивании. Топливо подается в пламя. Тепловыделение в принципе является управляемым. В этом периоде заканчивается подача топлива. К концу периода резко уменьшается и количество промежуточных продуктов реакций и увеличивается количество конечных продуктов окисления.
Так как изменения давления в этом периоде уже не определяют динамическую напряженность цикла, необходимо стремиться к интенсификации третьего периода. К концу данного периода сгорает до 70% впрыснутого топлива.
Четвертый период – догорание. Распространяется на большую часть процесса расширения и заканчивается через 70 – 80 п.к.в. после ВМТ. В этот период выделяется 15-20% теплоты, процесс идет замедленно, т.к. большую часть цилиндра заполняют продукты сгорания. Наличие данного процесса ухудшает экономические показатели.
Процесс догорания носит диффузионный характер. Если его не удается избежать, то для быстрейшего догорания необходимо обеспечить сохранение в цилиндре процессов перемешивания продуктов сгорания с окислителем.