Сгорание топливного заряда в ДВС с искровым зажиганием.
Теоретические вопросы горения топливного заряда в рабочей камере ДВС. Подробное описание с небольшими комментариями.
При нормальном рабочем процессе в двигателях с искровым зажиганием в достаточной мере однородная смесь испарившегося топлива, воздуха и остаточных газов воспламеняется электрической искрой и сгорает в процессе распространения по всему заряду фронта турбулентного пламени. В этом процессе могут быть выделены три фазы:
1 – начальная, в течении которой небольшой очаг горения, возникающий в зоне высоких температур между электродами свечи (в искровом канале температура превышает 10 000°С), постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени;
Примечание. Ввиду важности начального этапа, вполне допустимо разделение его на две части: 1(а) инициирующий начальный этап загорания; 1(б) переходной период формирования основного ядра горения.
Этап 1(а) характеризуется высокой температурой плазмы в своем объеме. Длительность данного этапа в несколько раз превышает время токового импульса и связана в основном с мощностью данного электрического разряда, формой электродов или другими конструктивными особенностями свечи зажигания и интенсивностью потока топливной смеси в этой области. Скорость развития этапа 1(а) достаточно высока. При определенной мощности искрового разряда Qмах (и соответствующей конструкции электродов свечи), возможно образование ударно-энергетической волны с энергией значительно превышающей энергию активации молекул топливо – воздушной смеси, что может привести к пропуску этапа 1(б), а при наличии других критических параметров и к развитию процесса детонации либо кратковременной локальной детонации.
Этап 1(б) характеризуется в несколько раз более низкой температурой и относительно невысокой скоростью своего распространения. Длительность данного этапа зависит от общего количества тепловыделения на этапе 1(а) и характеристик объемного топливного заряда в рабочей камере.
2 – основная фаза – быстрого распространения турбулентного пламени по основной части камеры сгорания при практически неизменном объеме последней, так как поршень находится вблизи ВМТ;
3 – фаза догорания смеси за фронтом пламени, пристеночных слоях и в зазорах между головкой цилиндра и днищем поршня, охватывающая часть хода расширения.
Наглядное представление о характере распространения пламени дают кадры, снятые при высокоскоростной киносъемке через прозрачную (кварцевую) крышку головки цилиндра. (рис. 53)
Рис. 53. Характер турбулентного пламени в камере сгорания при нижнем расположении клапанов карбюраторного двигателя.
А – фронт пламени; В – зона зажигания; С – несгоревшая смесь.
На рис. 54 приведены схемы распространения пламени в бензиновом двигателе при различном характере вихревого движения рабочей смеси в камере сгорания. Зная интервалы времени между последовательными положениями фронта пламени, можно определить скорости его распространения на любом участке. Вначале, пока очаг горения мал, скорость пламени невелика, так как на нее воздействуют только турбулентные пульсации мелких масштабов. В этот период скорость сгорания в значительной мере определяется физико-химическими свойствами горючей смеси.
По мере увеличения размеров начального очага пламени все в большей степени начинает сказываться положительное воздействие на скорость сгорания турбулентных пульсаций крупных масштабов. В основной фазе скорость распространения пламени примерно пропорциональна интенсивности турбулентности, которая, в свою очередь, возрастает пропорционально частое вращения коленчатого вала. В результате этого длительность основной фазы сгорания, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, при прочих равных условиях почти не зависит от скоростного режима двигателя.
Примечание. Поскольку скорость горения (развития) 1 начальной фазы в меньшей степени зависит от оборотов ДВС (от скоростного режима двигателя) возникает необходимость либо в общей коррекции УОЗ, либо в соответствующей динамической модификации этапов 1а и 1б, что более предпочтительно. Из за конечной общей величины 1 начальной фазы возникает некоторое ограничение на максимальные обороты ДВС, либо ухудшение экономичных параметров на скоростных режимах поскольку приходится излишне обогащать топливную смесь для поддержания приемлемой скорости горения. Поэтому динамическая коррекция параметров этапов 1а и 1б достаточно важна и для скоростных режимов ДВС, да и удельный расход топлива на этих режимах высок.
Частично решает данную проблему применение модифицированной свечи зажигания, при применении которой, на развитие этапа 1а и 1б оказывает влияние скоростной режим ДВС. См. статью: Пути совершенствование искровых свечей зажигания.
На рис. 54 указаны средние значения видимых скоростей распространения пламени Uт на некоторых участках. При более высокой частоте вращения эти скорости существенно возрастают и на современных быстроходных автомобильных бензиновых двигателях они в средней части камеры сгорания достигают 60 – 80 м/с.
Рис. 54. Схемы последовательных мгновенных положений фронта пламени в камере сгорания двигателя, работающего на легком топливе (бензине), через равные интервалы времени, характеризуемые углом (ф) поворота коленчатого вала от ВМТ; при оборотах (n) – 600 об/мин; и избытке воздуха (альфа) - 1;
а и б – соответственно при отсутствии и наличии направленного вихревого движения заряда в цилиндре.
С приближением фронта пламени к стенкам скорость его распространения уменьшается, что объясняется меньшей интенсивностью турбулентности в пристеночных слоях. Когда пламя в большей части камеры достигает стенок, скорость сгорания падает также последствие уменьшений поверхности фронта пламени, но горение при этом отнюдь не заканчивается. Еще в течение довольно длительного времени продолжаются процессы догорания в пристеночных слоях и за фронтом турбулентного пламени. Скорость процесса сгорания, так же как и сгорания в начальной фазе, в большей мере зависит от физико-химических свойств рабочей смеси, чем скорость в основной фазе.
Провести четкие границы между отдельными фазами процесса сгорания в двигателях не представляется возможным, так как характеристики скорости сгорания изменяются постепенно. За момент окончания первой фазы сгорания и начало основной фазы в двигателях с искровым зажиганием обычно принимают "точку отрыва" линии сгорания от линии сжатия на индикаторной диаграмме, т.е. момент начала ощутимого повышения давления в результате сгорания (рис. 55). Соответственно длительность начальной фазы измеряется отрезком времени от момента проскакивания искры между электродами свечи до "точки отрыва". По аналогии с дизелями иногда условно называют этот отрезок периодом задержки воспламенения, или периодом индукции, что в принципе неверно. При искровом зажигании задержка воспламенения практически отсутствует, около электродов сразу же возникает очаг горения, но есть период, в течение которого фронт пламени от этого очага распространяется относительно медленно и доля сгоревшей смеси еще настолько мала, что повышения давления на индикаторной диаграмме не удается обнаружить.
Рис. 55. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя, соответствующая схеме распространения пламени. (см. рис. 54, а)
Рис. 56. Изменение параметров р, Т, DU, Lqc в процессе сгорания в двигателе ГАЗ – 21 (a - 1,02; n - 2000 об/мин; ri - 1 МПа; hi - 0,337). (ahicriq)
Так, если составляет 1% максимального давления сгорания, чему соответствует сгорание примерно 1,5% рабочей смеси, то объем, занимаемый продуктами сгорания, составит уже около 5% объема камеры (принимаем степень расширения продуктов сгорания в процессе горения l - 3,3). Из сопоставления графиков (рис. 54. и рис. 55) видно, что к моменту начала основной фазы сгорания "точке отрыва" (8° до ВМТ) средний радиус полусферы пламени составляет около 30% радиуса камеры сгорания. Такие размеры начального очага горения уже достаточны для возможности дальнейшего быстрого увеличения скорости распространения пламени под воздействием турбулентных пульсаций крупных масштабов.
За границу раздела между основной и завершающей фазами сгорания в двигателях, работающих на легком топливе, обычно условно принимают момент достижения максимума давления на индикаторной диаграмме (точка 1 на рис. 56). Сгорание при этом еще не заканчивается и средняя температура газов в цилиндре продолжает некоторое время возрастать, достигая максимума в точка 2. Однако уменьшение скорости тепловыделения вследствие достижения фронтом пламени в 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 и теплопередачей в стенки.
Эффективность рабочего процесса в цилиндре двигателя определяется как общей полнотой сгорания, так и его скоростью, т.е. зависит от своевременности тепловыделения, обеспечивающего степень расширения продуктов сгорания, близкую к теоретической степени сжатия. Максимальная работа цикла, а соответственно и максимальные мощность и экономичность двигателя, работающего на легком топливе, при прочих равных условиях достигаются при такой организации процесса сгорания, когда точки начала и конца основной фазы будут расположены примерно симметрично относительно ВМТ. Это возможно при соответствующей установке момента зажигания. Угол в градусах поворота коленчатого вала от момента проскакивания искры в свече до ВМТ называется углом опережения зажигания j.
Угол опережения зажигания должен быть тем больше, чем больше длительность начальной фазы сгорания qi (рис. 55), а также чем медленнее развивается сгорание в основной фазе.
В современных быстроходных двигателях легкого топлива со степенями сжатия e = 8 - 9 максимальная мощность обычно соответствует достижению максимума давления при угле 12° – 15° после ВМТ; при этом длительность основной фазы сгорания qi = 25° - 30°.
Скорость тепловыделения в основной фазе определяет быстроту нарастания давления по углу поворота коленчатого вала (dr/dj), а соответственно динамику действия газовых сил на детали кривошипно-шатунного механизма, от чего зависит так называемая "жесткость" работы двигателя. Величина dr/dj зависит от скорости протекания процесса в фазе быстрого сгорания. При одинаковых значениях dr/dj, но более плавном развитии процесса, двигатель работает с меньшим шумом. В двигателях с умеренными степенями сжатия (6-7) наибольшее значения dr/dj обычно составляют 0,1 – 0,12 МПа/град. При более высоких степенях сжатия e = 9 ё 10 скорость повышения давления достигает 0,15 – 0,25 МПа/град.
Связь между процессами сгорания и использованием выделяющейся теплоты в двигателях определяется характеристиками активного тепловыделения, представляющими собой изменение в функции угла доли теплоты, использованной на повышения температуры рабочего тела (его внутренней энергии) и на совершение внешней работы, по отношению к общей, введенной в цикле, теплоты:
На рис. 56 в качестве примера показаны часть индикаторной диаграммы – от момента зажигания до начала открывания выпускного клапана, а также кривые средней температуры газов Т в цилиндре, внешней работы газов и их внутренней энергии DU и коэффициента активного тепловыделения c от угла j для двигателя ГАЗ – 21 при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой. В точке 1, соответствующей rмах ; количество выделившейся активной теплоты составляет 73%; в фазе догорания оно достигает 85%; располагаемой теплоты сгорания. Точка 2, соответствующая достижению Тмах ; отстоит на ? от точки 1. Остальные 15% составляют потери теплоты в стенки и от неполноты сгорания. При работы двигателей на средних нагрузочных режимах или на обедненных смесях значения c в точке qмах обычно не превышают 50% и процесс догорания оказывается значительно более растянутым. Для увеличения полноты сгорания следует создавать дополнительную турбулизацию заряда в зонах догорания.
Влияние различных факторов на процесс сгорания в двигателях с искровым зажиганием.
Состав смеси. Состав рабочей смеси (коэффициент избытка воздуха a) влияет на скорость сгорания и количество выделяющегося тепла, что отражается на изменении давления и температуры газов в цилиндре двигателя.
Рис. 57. Влияние состава смеси на характер индикаторных диаграмм карбюраторного двигателя, полученных для ряда последовательных циклов:
а) a = 0,87; б) a = 1,18; в) a = 1,27.
На рис. 57 для примера приведены совмещенные индикаторные диаграммы ряда последовательных циклов, полученные при различных коэффициентах избытка воздуха в топливном заряде. Длительность основной фазы qi изменяется незначительно, хотя максимальные давления ri отличаются в связи с меньшим энергосодержанием смеси, а соответственно уменьшаются значения dr/dj.
При обеднении смеси свыше некоторых пределов, зависящих от конструктивных особенностей двигателя, его нагрузки и степени сжатия, сгорание с последовательных рабочих циклах начинается развиваться неодинаково: в одних циклах еще достаточно быстро, в других – очень замедленно ( рис. 57, б и в).
Подобное неидентичное протекание сгорания в отдельных циклах, связанное с ухудшением условий воспламенения искрой обедненных смесей и распространения пламени, приводит к тому, что начиная с некоторых значений aкр средняя эффективность рабочего процесса, отнесенная ко всей совокупности последовательных циклов, падает, и работа двигателя делается неустойчивой.
Состав смеси (aэк), соответствующий минимальному эффективному удельному расходу топлива на данном режиме работы двигателя, называется экономичным. В современных автомобильных двигателях со степенью сжатия около 8 при открытии дроссельной заслонки, близком к полному, значения aэк при экономичном составе смеси обычно колеблется в пределах 1,15 – 1,2.
Нагрузка. По мере уменьшения мощности двигателя путем дросселирования, унижается начальные и конечные давления сжатия и увеличивается степень разбавления рабочей смеси остаточными газами. Это в первую очередь приводит к существенному ухудшению условий воспламенения смеси искрой и развития в ней начального очага горения. Соответственно возрастает длительность начальной фазы qi , и процесс сгорания делается менее устойчивым – увеличивается его невоспроизводимость в отдельных циклах (пропуск горения цикла). В какой-то мере помогает обогащение смеси до получения значений a (0,8 - 0,85), при которых происходит более надежное ее воспламенение искрой. Но и в этом случае обычно не удается избежать растягивания сгорания на значительную часть такта расширения и обеспечить бесперебойность зажигания при больших углах опережения, когда давления сжатия еще очень малы.
Неудовлетворительное протекание сгорания на режимах малых нагрузок и необходимость при этом обогащения смеси являются одним из главных недостатков бензиновых двигателей с искровым зажиганием, приводящих к непроизводительному перерасходу топлива и к выбрасыванию в атмосферу с отработавшими газами значительных количеств окиси углерода СО и не полностью сгоревших углеводородов СхНу.
Степень сжатия. С увеличением степени сжатия e повышаются температура и давление рабочей смеси к моменту подачи искры и следовательно увеличивается общая скорость горения топливного заряда. В тоже время при больших e увеличивается отношение поверхности камеры сгорания к ее объему, вследствие чего возрастает относительное количество смеси, заключенной в пристеночных слоях и в вытеснителях, т.е. увеличивается доля смеси, догорающей в третьей фазе. Все вместе взятое приводит к тому, что в двигателях с высокими e уменьшаются оптимальные (соответствующие максимальной мощности) углы опережения зажигания, сокращаются продолжительность сгорания до момента, при котором достигается максимум давления (точка rмах приближается к ВМТ), но одновременно с этим понижается коэффициент активного тепловыделения в точках rмах и Тмах , возрастает относительное значение процессов догорания в третьей фазе.
Частота вращения. С возрастанием частоты вращения коленчатого вала двигателя сокращается время, отводимое на развитие процесса сгорания, и одновременно увеличивается интенсивность турбулизации рабочего заряда. В связи с этим, как уже отмечалось, скорость распространения фронта пламени в основной фазе сгорания возрастает примерно пропорционально частоте вращения, а длительность основной фазы qi , выраженная в градусах поворота коленчатого вала, как правило, остается неизменной. Длительность начальной фазы сгорания qi с ростом частоты вращения увеличивается.
Рис. 58. Влияние частоты вращения n на характер индикаторных диаграмм:
1 - n = 1000 об/мин; 2 - n = 2000 об/мин; 3 - n = 3000 об/мин.
Если при неизменном составе смеси повышать частоту вращения n, сохраняя угол j э постоянным, то будет наблюдаться все более позднее развитие процесса сгорания по циклу (рис. 58, б). С ростом частоты вращения несколько увеличивается длительность фазы догорания qi , но связанное с этим некоторое снижение эффективности тепловыделения компенсируется уменьшением теплоотдачи в стенки из-за сокращения времени нахождения в цилиндре газов с высокими температурами.
Форма камеры сгорания. Турбулизация рабочего заряда в цилиндре, вызванная поступлением в него смеси через сравнительно узкие проходные сечения газораспределительных органов (клапаны, впускные патрубки), может быть дополнительно усилена за счет перетекания смеси из цилиндра в камеру сгорания в конце такта сжатия. Это достигается приданием камерам сгорания соответствующей формы, при которой в некоторой части камер образуются сравнительно узкие зазоры между нижней поверхностью головки цилиндров и днищем поршня – вытеснителя (см. рис. 82).
Вытеснители обычно располагаются так, чтобы создать дополнительное завихрение заряда в тех зонах, до которых фронт пламени от свечи доходит в последнюю очередь. Этим достигается ускоренное догорание смеси. Свечу располагают так, чтобы не создавалась вблизи ее излишне высокая турбулизация и одновременно обеспечивалась хорошая очистка зоны свечи от остаточных газов, направляя не нее часть потока смеси, поступающей через впускной клапан.
Чем ближе к центру камеры сгорания установлена свеча, тем короче путь, проходимый фронтом пламени до наиболее удаленных точек. При центральном расположении свечи достигается наибольшая поверхность фронта пламени, в результате чего скорость тепловыделения, а соответственно и скорость нарастания давления оказываются выше, чем при боковом расположении свечи. Необходимо, однако, учитывать, что это относится лишь к камерам сгорания, имеющим симметричную форму. Создание вытеснителей может больше влиять на скорость сгорания, чем местоположение свечи.
Однако при большой площади вытеснителей относительная доля интенсивно охлаждаемой несгоревшей смеси, заключенной в узких зазорах между головкой цилиндра и днищем поршня, оказывается довольно значительной, что может привести к заметному снижению коэффициента активного тепловыделения в точке rмах , а следовательно, к уменьшению полезной работы цикла. В связи с этим площадь вытеснителей обычно не превышает 30 – 40% площади поршня.
К числу основных мероприятий, используемых для улучшения процесса сгорания в двигателях легкого топлива и снижения их токсичности, относится следующие:
1. Интенсификация искрового зажигания путем применения транзисторных или тиристорных схем, что позволяет несколько расширить пределы эффективного обеднения смеси при работе на малых нагрузках и на переходных режимах, снижает расход топлива и выбросы СО и СхНу.
2. Создание в цилиндрах завихрения рабочего заряда применением конструкции впускных патрубков, обеспечивающих тангенциальное или спиральное направление движения смеси, что сокращает длительность сгорания и улучшает степень воспроизводимости последовательных циклов.
3. Расслоение рабочего заряда так, чтобы в зоне свечи концентрировалась обогащенная смесь, а по мере удаления от свечи она обеднялась. Это достигается путем впрыска бензина в камеру сгорания в конце такта сжатия при соответствующем образом организованном воздушном вихре. Такой же эффект можно получить применением раздельного впуска в цилиндр обогащенной и обедненной смеси (вплоть до чистого воздуха).
Однако в однополостных камерах трудно обеспечить оптимальные условия такого расслоения в широком диапазоне изменения скоростных и нагрузочных режимов. Лучшие результаты достигаются при использовании разделенных камер с форкамерно-факельным зажиганием. В них свеча установлена в небольшого объема предкамере, снабженной дополнительным клапаном, через который осуществляется ее продувка сильно обогащенной смесью с a2 (рис. 59).
В основной камере смесь воспламеняется факелами активных пламенных газов, выбрасываемых из сопловых отверстий форкамеры, что обеспечивает эффективное использование на частичных нагрузках сильно обедненных смесей (a1 і 1,5). При этом на основных эксплуатационных режимах в отработавших газах содержание СО составляет доли процента и существенно снижается образование при сгорании NOґ. Однако на самых малых нагрузках и холостом ходу увеличивается количество СхНу в отработавших газах.
Основные нарушения нормального сгорания в двигателях с искровым зажиганием.
Детонация. Внешне детонация проявляется в возникновении при работе двигателя на больших нагрузках звонких металлических стуков, являющихся результатом многократных периодических отражений от стенок камеры сгорания образующихся в газах ударных волн. При этом в конце сгорания регистрируются вибрации давления в виде ряда постепенно затухающих острых пиков, наблюдаемых на индикаторных диаграммах (рис. 60). Частота этих вибраций давления равна основной частоте слышимых стуков. Она зависит от скоростей распространения ударных волн и проходимого пути между последовательными отражениями от стенок, определяемого размерами цилиндра (в основном его диаметром).
При слабой детонации стуки возникают не в каждом рабочем цикле, амплитуда вибраций давления невелика, составляет всего несколько процентов rмах , и средние скорости распространения ударных волн в продуктах сгорания колеблются в пределах 1000 –1200 м/с. При диаметре цилиндра 100 мм частота вибраций равна примерно 5000 Гц. При интенсивной детонации сильные стуки с несколько большей частотой возникают в каждом цикле, при этом мощность двигателя падает и появляется черный дым в отработавших газах.
Длительная работа двигателя в детонацией совершенно недопустима, так как при наличии ударных волн резко возрастает теплоотдача от сгоревших газов в стенки, что может приводить к перегреву двигателя и к разрушению отдельных деталей в камерах сгорания (обгоранию кромок поршней, прокладок между цилиндрами и головкой блока, электродов свечей). Вибрационный характер нагрузки на поршень при наличии детонации может вызывать разрушение антифрикционного слоя в шатунных подшипниках. Усиливается также износ верхней части гильз цилиндров, так как ударные волны разрушают масляную пленку, покрывающую поверхность металла, в результате чего возникает сухое трение и одновременно усиливается коррозионный износ под воздействием содержащихся в продуктах сгорания активных веществ, в частности окислов азота.
Рис. 60. Типичные индикаторные диаграммы двигателя с искровым зажиганием при работе с детонацией: а – слабой; б – сильной.
Детонация вызывается самовоспламенением последней части рабочего заряда, до которой фронт пламени от свечи доходит в последнюю очередь. Последние порции несгоревшей смеси сжимаются до давления r1 и, если это сжатие будет адиабатическим, то их температура может достигать значения Т1а = Та (r1/rа)h – 1/ к , намного превышающего температуру самовоспламенения даже самых высокооктановых топлив. Так, например, при Та = 340°К, rа = 0,085 МПа, r1 = 4 МПа и среднем значении показателя адиабаты несгоревшей смеси К = 1,34 ее температура достигает 900°К.
Возникновению детонации способствуют все факторы, увеличивающие скорость развития предпламенной реакции в последней части заряда, а именно:
а) высокая реакционная способность топлива, тем большая, чем ниже октановое число;
б) повышение степени сжатия, вызывающее увеличение давления и температуры последней части заряда.
Примерная среднестатистическая зависимость между допускаемыми значениями e , при которых появляется слышимая детонация, и октановыми числами бензина показана на рис. 61;
в) увеличение угла опережения зажигания, при котором максимальное давление r1 достигается при положении поршня ближе к ВМТ и соответственно возрастают значения давления и температуры (см. рис. 91);
г) состав смеси (a » 0,9), соответствующий наиболее высоким скоростям развития предпламенных реакций в нагретой сжатием смеси;
д) плохие условия охлаждения последних частей заряда и неудачная конструкция камеры сгорания, способствующая замедленному их догоранию.
Возникновению детонации препятствуют факторы, ускоряющие сгорание последней части заряда во фронте пламени или каким – либо другим путем затрудняющие возникновение в ней взрывного самовоспламенения. К таким факторам относятся: а) усиленная турбулизация рабочего заряда; б) уменьшение пути, проходимого фронтом пламени от свечи до наиболее удаленных точек камеры сгорания; в) наличие в зоне последней части заряда вытеснителей, способствующих лучшему ее охлаждению и затрудняющих возникновение достаточно больших очагов взрывного самовоспламенения, способных вызвать образование ударных волн.
Рис. 61. Средние статистические зависимости требуемых октановых чисел от степени сжатия при различных диаметрах цилиндров: 1 – 120мм, 2 – 90мм, 3 – 60мм.
Влияние на детонацию частоты вращения коленчатого вала зависит от свойств используемых бензинов. В случае парафиновых и нафтеновых углеводородов, характеризующихся двух стадийным воспламенением и обладающих низкой температурной чувствительностью, склонность двигателя к детонации монотонно снижается с увеличением частоты вращения. Но в случае современных высокооктановых автомобильных бензинов, отличающихся большим содержанием ароматических углеводородов и соответственно обладающих высокой температурной чувствительностью, склонность двигателей к детонации практически не зависит от частоты вращения (рис. 62).
Склонность двигателей к детонации при одинаковой частоте вращения и тех же общих длительностях сгорания значительно слабее при меньших размерах цилиндров. Это объясняется меньшими объемами остающихся порций несгоревшей смеси, в которых не так вероятно возникновение самовоспламенения взрывного типа.
Преждевременное воспламенение. Сильно нагретые детали в камере сгорания двигателя (центральные электроды и изоляторы свечей, тарелки выпускных клапанов), если их температура превышает некоторые пределы (700 - 800°С), могут вызвать преждевременное воспламенение рабочего заряда или так называемое калильное зажигание до момента подачи искры. Источником преждевременного воспламенения могут также служить крупные раскаленные (тлеющие) частицы нагара.
От накаленных поверхностей распространяется фронт пламени, вполне аналогичный фронту пламени от искры свечи, но момент воспламенения оказывается при этом неуправляемым.
Рис. 62. Изменения требуемых октановых чисел в зависимости от частоты вращения вала при работе двигателя на бензинах, характеризуемых различной температурной чувствительностью: цифры кривых – значения температурной чувствительности.
Если калильное зажигание возникает достаточно рано в такте сжатия, то мощность двигателя уменьшается в следствии дополнительной затраты работы на сжатие уже сгоревших газов и увеличения теплоотдачи. Индикаторные диаграммы при этом имеют вид, показанный на рис. 63.
Рис. 63. Индикаторные диаграммы двигателя с искровым зажиганием при наличии преждевременного воспламенения.
Преждевременное воспламенение представляет собой наиболее опасный вид нарушения сгорания в двигателях с искровым зажиганием. Оно вызывает очень резкое повышение теплоотдачи в стенки вследствие повышения давления и температуры, так как уже успевшие сгореть газы дополнительно сжимаются поршнем и время контакта горячих газов со стенками сильно увеличивается. Это приводит к быстрому само усилению калильного зажигания, т.е. оно возникает все раньше и раньше в такте сжатия, в результате чего могут прогореть (расплавиться) поршни. Опасность преждевременного воспламенения усугубляется тем, что внешне оно обычно проявляется лишь в виде глухих стуков, которые не всегда удается обнаружить на фоне общего шума при работе на больших нагрузках двигателя.
Продолжение и редакция . . .
|
