Сгорание в двигателях с искровым зажиганием, (карб. Двиг)

При нормальном рабочем процессе в двигателях с искровым зажига­нием в достаточной мере однородная смесь испаренного топлива, возду­ха и остаточных газов воспламеняется электрической искрой и сгорает в процессе распространения но всему заряду фронта турбулентного пламени. В этом процессе могут быть выделены три фазы: I—началь­ная, в течение .которой небольшой очаг горения, возникающий в зоне весьма высоких температур между электродами свечи (в момент разря­да температура превышает 10 000° С), постепенно превращается в раз­витый фронт турбулентного пламени; II—основная фаза быстрого распространения турбулентного пламени по основной части камеры сго­рания при практически неизменном объеме последней, так как пор­шень в это время находится вблизи в.м.т.; III—фаза догорания смеси за фронтом пламени, в пристеночных слоях и в зазорах между головкой цилиндра и днищем поршня, охватывающая часть хода расширения.

Излишняя турбулизация смеси в зоне свечи и делает развитие очага пламени неустойчивым. В связи с этим свечу зажигания обычно помещают в небольшом углублении в стенке камеры сгорания.

По мере увеличения размеров начального очага пламени все в большей степени начинает сказываться положительное воздействие турбулентных пульсаций на скорость сгорания. В основной фазе скорость распространения пламени примерно пропор­циональна интенсивности турбулентности, которая в свою очередь, воз­растает пропорционально числу оборотов 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 и незначитель­но изменяется в зависимости от его нагрузки и состава смеси.

При более вы­соком числе оборотов эти скоро­сти существенно возрастают, и в современных быстроходных авто­мобильных двигателях значения

Uпл в средней части камеры сго­рания достигают 50—60 м/сек.

С приближением фронта пла­мени к стенкам скорость его распространения уменьшается, что объяс­няется меньшей интенсивностью турбулентности и температурой в при­стеночных слоях. Когда пламя в большей части камеры достигает сте­нок, скорость сгорания падает также вследствие уменьшения поверхно­сти фронта пламени, но горение при этом не заканчивается. Еще в те­чение довольно длительного времени продолжаются процессы догорания в пристеночных слоях и за фронтом турбулентного пламени. Ско­рость процесса догорания, так же как и сгорания в начальной фазе, в большей мере зависит от физико-химических свойств рабочей смеси, чем от интенсивности ее турбулентного движения.

Провести четкие границы между отдельными фазами процесса в двигателях не представляется возможным, так как изменение характе­ра и скоростей сгорания происходит постепенно. За момент окончания первой фазы сгорания и начало основной 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. Соответственно длительность начальной фазы измеряется отрезком времени от момента проскакивания искры между электродами свечи до «точки отрыва». При искровом зажигании задержка вос­пламенения практически отсутствует, около электродов свечи 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.

За границу раздела между ос­новной и завершающей фазами сгорания в двигателях, работаю­щих на легком топливе, условно принимают момент достижения максимума давления по индика­торной диаграмме (точка 1). Сгорание в это время еще не заканчивается, и средняя температура газов в цилиндре продолжает некоторое время воз­растать до точки 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 падения из-за расширения газов, вызывае­мого движением поршня и теплоотдачей в стенки.

Эффективность рабочего процесса в цилиндре двигателя определя­ется как общей полнотой, так и скоростью сгорания, т. е. зависит от своевременности тепловыделения, обеспечивающего степень расширения продуктов сгорания, близкую к геометрической степени сжатия. Макси­мальная работа цикла, а соответственно и максимальные мощность. и экономичность двигателя при прочих равных условиях достигаются при такой организации процесса сгорания, когда начало и конец основ­ной фазы оказываются расположенными примерно симметрично отно­сительно в.м.т. Это возможно при соответствующей установке момента зажигания. Угол в градусах поворота коленчатого вала от момента проскакивания искры в свече до в.м.т. называют углом опережения зажигания.

Угол 0пережения зажигания должен быть тем больше, чем больше длительность начальной фазы сгорания, а также чем медленнее раз­вивается сгорание в основной фазе.

В современных быстроходных карбюраторных двигателях со степе­нями сжатия е==7—8 максимальная мощность обычно соответствует достижению максимума давления при угле 12—15^е после в.м.т.; при этом длительность основной фазы сгорания Qц = 25 — 30°.

Скорость тепловыделения в основной фазе определяет быстроту нарастания давления по углу поворота коленчатого вала, а соответственно и резкость приложения усилий к деталям кривошипно-шатунного механизма или, как принято называть, «жесткость» работы двигателя. Последняя зависит также от плавности перехода от линии

сжатия к линии сгорания; , но более плавном переходе, двигатель работает менее шумно. В двигателях с

умеренными степенями сжатия (6—7) -наибольшие значения обычно составляют 0,1—0,12 кн/ (м² - град) [1—1,2 кГ/{см² -град}. В двига­телях со степенями сжатия 8—10 быстрота повышения давления дости­гает 0,15--0,2 кн^м^2 град) [1,5—2,0 кГ/(см² • град)].

ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ЦИКЛ дизельного двиг

Впрыск топлива в камеру сгорания начинается тогда, когда поршень находится вблизи в.м.т. (точка 3). В этот момент температура сжатого воздуха выше той, при которой топливо может воспламениться без постороннего источника зажигания. Так как впрыск топлива в цилиндр начинается незадолго до начала сгорания и в большинстве случаев заканчивается в период, когда в камере сгорания происходит горение, условия перемешивания топлива с воздухом в дизеле по сравнению с карбюраторным двигателем значительно сложнее. Поэтому, кроме впрыска топлива насосом через распылитель форсунки под сравнительно высоким давлением, обеспечивающим дробление топлива на мелкие капли, в цилиндре организуется еще интенсивное движение воздуха. После некоторого периода, в течение которого впрыснутое топливо подготовляется к воспламенению (период задержки воспламенения), в зонах, где создаются благоприятные условия по составу смеси и температуре, происходит воспламенение, а затем и интенсивное горение топлива. Оно сопровождается сначала резким повышением давления (участок сz'}, а затем в течение небольшого промежутка времени на участке zz' протекает при почти постоянном давлении. Вследствие неравномерного распределения состава смеси в объеме камеры сгорания и других причин, характерных для случая, когда процесс сгорания протекает одновременно с впрыском топлива, в дизеле сгорание топлива продолжается в процессе расширения при одновременном теплообмене между продуктами сгорания и стенками камеры сгорания. Выпуск отработавших газов в дизеле происходит так же, как в карбюраторном двигателе.