Сгорание в двигателях с искровым зажиганием.

15.1. Покажите в координатах p-V индикаторную диаграмму и обозначьте на ней начало и конец фаз процесса сгорания. Опишите, какие физические и химические факторы влияют на развитие каждой фазы сгорания.

Индикаторная диаграмма показана на рис. 5.6. Первая фаза q_I, начальная фаза сгорания, начинается в момент проскакивания искры и заканчивается, когда давление в цилиндре становится выше, чем при сжатии без сгорания. В этот период очаг горения между электродами свечи превращается в развитый фронт пламени. На длительность этой фазы влияют: 1) Состав смеси – при возрастания a q_I растет. 2) Вихревое движение заряда – приводит к уменьшению q_I. 3) Степень сжатия – с ростом e увеличиваются температура и давление рабочей смеси, что способствует улучшению сгорания и уменьшению q_I. 4) Частота вращения - q_I~n^m и чем сильнее возрастают мелкомасштабные пульсации при увеличении n, тем меньше m=0,5…1,0. 5) Нагрузка двигателя – при уменьшении нагрузки возрастает количество ОГ и уменьшается давление смеси, что приводит к увеличению q_I. 6) Характеристики искрового разряда – чем выше пробивное напряжение, длительность и стабильность, тем меньше q_I. Вторая фаза q_II называется основной фазой сгорания и длится от конца первой фазы до момента достижения максимального давления в цикле. Длительность q_II определяется закономерностями крупномасштабного турбулентного горения. Интенсивность турбулентности пропорциональна n и при ее росте q_II во времени уменьшается, в градусах же ПКВ оставаясь неизменной. Уменьшению q_II способствует расположение свечи ближе к центру КС и усиление турбулизации. Третья фаза сгорания q_III (фаза догорания) начинается в момент достижения максимума давления. В этой фазе смесь горит в пристеночных слоях, где турбулентность меньше. На длительность q_III влияют те же факторы, что и на q_I, т.е. от которых зависит скорость мелкомасштабного турбулентного горения. С ростом e увеличивается доля смеси, догорающей в пристеночных слоях и зазорах, что оказывает решающее влияние на длительность q_III. Фаза заканчивается с концом тепловыделения.

15.2. Что такое диссоциация продуктов сгорания, от чего она зависит и какие вызывает последствия?

При высоких температурах продукты сгорания разлагаются на более простые составные части. Этот процесс и называется термической диссоциацией, он идет с поглощением теплоты. Диссоциация зависит от состава ТВС (т.е. от a и g_ост), от температуры и давления, т.е степени сжатия. Она приводит к снижению температуры цикла и потери теплоты.

15.3. Какое влияние на длительность фаз процесса сгорания оказывают скоростной и нагрузочный режимы?

Длительность первой фазы q_I~n^m и чем сильнее возрастают мелкомасштабные пульсации при увеличении n, тем меньше m=0,5…1,0. По мере закрытия дроссельной заслонки увеличивается количество ОГ и уменьшается давление смеси, что приводит к увеличению q_I, а также к ухудшению стабильности воспламенения. Длительность q_II определяется в основном закономерностями крупномасштабного турбулентного горения, а интенсивность турбулентности пропорциональна n и при ее росте q_II во времени уменьшается пропорционально изменению длительности всего цикла, в градусах же ПКВ оставаясь неизменной. Длительность q_III влияют те же факторы, что и на q_I, т.е. от которых зависит скорость мелкомасштабного турбулентного горения.

16. Нарушение процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием.
16.1. Как возникает и протекает детонационное сгорание?

Часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь, нагревается в результате поджатия (увеличение давления от сгорания) до температуры, превышающей температуру самовоспламенения. Если для самовоспламенения хватит времени, то оно может приобрести взрывной характер. При этом возможно возникновение ударных волн, которые способствуют самовоспламенению оставшейся смеси. Сгорание в цилиндре ДсИЗ последних порций заряда после его объемного самовоспламенения, сопровождающееся возникновением ударных волн, называется детонационным. Скорость этих волн может достигать 1500 м/с, что во много раз превышает скорость фронта пламени.

16.2. Какие факторы оказывают определяющее влияние на появление детонации?

Детонация вызывается из-за поджатия (увеличение давления от сгорания) до температуры, превышающей температуру самовоспламенения, т.о. она зависит от температуры и давления в цилиндре, на которые оказывают влияние следующие факторы: 1) Степень сжатия – с ростом e температура и давление детонации растут, они же и являются факторами, ограничивающими e. – Детонационная стойкость бензина, выраженная октановым числом (это процентное содержание изооктана с ОЧ=100 в смеси его с Н-гептаном с ОЧ=0). 2) Угол опережения зажигания – снижая его можно уменьшить скорость нарастания давления и его максимальное значение. 3) Частота вращения – при увеличении n уменьшается время цикла, т.е. снижается возможность детонации. 4) Нагрузка – дросселирование связано с уменьшением температуры и давления, при снижении нагрузки склонность к детонации снижается.

16.3. Перечислите внешние признаки сгорания с детонацией. Какие отрицательные последствия вы­зывает длительная работа двигателя с сильной детонацией?

Сгорание в цилиндре ДсИЗ последних порций заряда после его объемного самовоспламенения, сопровождающееся возникновением ударных волн, называется детонационным. При отражении этих волн от стенок КС возникает металлический стук, который служит внешним признаком проявления детонации. При сильной детонации стук становится громче, мощность двигателя падает, а в отработавших газах появляется черный дым. Работа двигателя при сильной детонации связана с большими тепловыми и механическими нагрузками на ряд деталей, в результате чего могут обгореть кромки поршней и прокладки головки цилиндров, а также электроды свечи. Ударные волны разрушают масляную пленку на поверхности верхней части цилиндра, которая после детонации сильно разрушается.

16.4. Выбор сочетания каких факторов обеспечивает отсутствие детонации?

Подавлению детонации способствуют следующие факторы, увеличивающие задержку самовоспламенения последней порции заряда: 1) Использование топлив с высоким октановым числом. ОЧ легких фракций меньше, чем тяжелых. При интенсивном разгоне тяжелые фракции поступают в цилиндр с задержкой, что вызывает детонацию. 2) Уменьшение угла опережения зажигания. При этом снижается скорость нарастания давление и его максимальное значение. 3) Увеличение частоты вращения. В этом случае становится меньше время развития предпламенных процессов детонации. 4) Нагрузка двигателя. Дросселирование связано с уменьшением давления и температуры в процессе сгорания. 5) Конструктивные меры. Снижение степени сжатия способствует уменьшению вероятности детонации.

16.5. Как возникает и развивается преждевременное воспламенение (калильное зажигание)? Какие факторы оказывают основное влияние на возникновение преждевременного воспламенения? К каким отрицательным последствиям может привести работа двигателя с преждевременным воспламенени­ем?

Вследствие разогрева от горячей поверхности центрального электрода свечи, головки выпускного клапана, а также тлеющих частиц нагара воспламенение смеси может возникнуть во время процесса сжатия еще до появления искры. Воспламенившись от накаленных поверхностей смесь сгорает затем с нормальной скоростью, однако момент воспламенения оказывается неуправляемым и наступает все раньше и раньше. Обнаружить его трудно, т.к. его сопровождают глухие шумы. При возникновении КЗ сильно увеличиваются давление и температура, максимумы которых могут достигать еще до прихода в ВМТ, что приводит к уменьшению мощности двигателя и его перегреву. Погасить возможно КЗ можно прикрытием дроссельной заслонки, иначе возможен выход двигателя из строя вследствие прогара поршня. Чтобы предупредить возникновение КЗ, следует предупредить эксплуатацию свечей с низким калильным числом.