 |
| Рабочая смесь |
От чего зависит скорость распространения фронта пламени
При зажигании электрической искрой рабочая смесь в зоне разряда нагревается практически мгновенно до температуры, намного превышающей температуру воспламенения. Скорости химических реакций в зоне искрового заряда достигают огромных величин и приобретают само ускоряющийся характер, завершающийся возникновением пламени. После прекращения заряда скорость реакций устанавливается до значений, отвечающим условиям горения данной рабочей смеси во фронте пламени.
Рабочая смесь наполняет цилиндр с большими скоростями, при этом создается сильное вихревое движение, которое частично сохраняется и в такте сжатия. В этих условиях горение носит турбулентный характер, а нормальная скорость распространения фронта пламени составляет 10-40 м/с. Турбулентность рабочей смеси, а следовательно, и скорость распространения фронта пламени увеличиваются с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Скорость распространения фронта пламени возрастает также при повышении давления сжатия и температуры смеси. Увеличение степени сжатия и применение наддува приводит к росту скорости распространения фронта пламени.
Скорость распространения пламени зависит от коэффициента избытка воздуха. Когда рабочая смесь обогащается - скорость распространения пламени уменьшается вследствие недостатка углерода, а при обеднении – вследствие расхода тепла на нагревание избыточного количества воздуха. Принято считать, что в условиях двигателя, значения коэффициента избытка воздуха равны: для верхнего предела воспламенения бензиновоздушной смеси – 0,4-0,5 и для нижнего 1,3-1,4. Вместе с этим с точки зрения процессов смесеобразования и горения топлива необходимо обеспечить, возможно, более высокую температуру рабочей смеси, что, с одной стороны, улучшит испарение топлива, а с другой – расширит концентрационные пределы воспламенения рабочей смеси.
Как рабочая смесь влияет на работу двигателя внутреннего сгорания
Расширение концентрационных пределов воспламенения создает предпосылки для обеспечения устойчивой работы двигателя на обедненных смесях.
Сгорание топливовоздушной смеси может быть условно разделено на три фазы: первая - начальная фаза, в которой небольшой очаг горения, возникший в зоне электродов свечи, превращается в развитый фронт турбулентного пламени; вторая – основная фаза распространения пламени; третья – фаза догорания смеси. Первая фаза начинается с момента искрового заряда между электродами свечи и длится до «точки отрыва» линии сгорания от линии сжатия, т.е. до момента начала ощутимого повышения давления в результате сгорания.
В течении первой фазы происходит формирование фронта пламени из отдельных очагов, возникших в зоне электрического разряда. Длительность первой фазы зависит от мощности электрического разряда и физико-химических свойств рабочей смеси.
Вторая фаза сгорания характеризуется резким увеличением скорости распространения пламени за счет интенсивной турбулизации рабочей смеси. В этой фазе происходит основное выделение тепла, и она длится от момента начала нарастания давления до момента достижения максимального давления. Скорость сгорания топлива зависит от степени сжатия. Угла опережения зажигания, состава рабочей смеси, физико-химических свойств горючего и других факторов.
Третья фаза начинается за точкой, когда давление в камере начинает снижаться. Основная масса горючего к этому моменту уже сгорела (во второй фазе), поршень движется вниз и объем камеры сгорания увеличивается. В третьей фазе под действием турбулентных пульсаций фронт пламени искривляется и распадается на отдельные очаги горения. Время догорания в отдельных очагах зависит от состава рабочей смеси и скорости распространения пламени. От количества рабочей смеси, догорающей в третьей фазе, зависят эффективность рабочего процесса, максимальная мощность и экономичность двигателя внутреннего сгорания, так как при теоретическом рабочем цикле двигателя предполагается, что рабочая смесь полностью сгорает вблизи ВМТ.
