Основные нарушения процесса сгорания в ДВС 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.
Рис.9.6. Сильная детонация
В конце сгорания наблюдаются вибрации давления, частоты которых соответствуют частотам слышимых стуков. При слабой детонации стуки слышны не в каждом рабочем цикле, амплитуда вибрации давления составляет всего несколько процентов от максимального давления в цикле, скорость волны составляет 1000...1200 м/с.
При сильной детонации сильный стук с большой частотой возникает в каждом цикле. При этом мощность двигателя падает и появляется черный дым в отработавших газах.
Длительная работа двигателя в условиях детонации недопустима, т.к. при наличии ударных волн возрастает теплоотдача в стенки, что приводит к перегреву двигателя и разрушению деталей (обгорание кромок поршней, прокладки головки блока, электродов свечей).
Вибрационный характер давления вызывает дополнительные нагрузки на поршень, шатун, коленвала, преждевременный износ антифрикционного слоя подшипников. Ударные волны разрушают масляную пленку на поверхности зеркала цилиндра, вызывают коррозионный износ под воздействием активных продуктов сгорания.
Детонация вызывается самовоспламенением той части рабочего заряда, до которого фронт пламени от свечи доходит в последнюю очередь. Последние порции топлива сжимаются под давлением и температурой Рz и Тz, намного превышающими значения соответствующих параметров самовоспламенения наиболее высокооктановых топлив.
|
|
|
Возникновению детонации способствуют факторы, увеличивающие скорость распространения предпламенных реакций в оставшейся части заряда:
а) высокая реакционная способность топлива, которая тем больше, чем выше октановое число;
б) повышение степени сжатия, вызывающее повышение давления и температуры в последней части заряда.
Рис.9.8. Среднестатистические зависимости требуемых октавных чисел от степени сжатия при различных диаметрах: D1=120мм; D2=90мм; D3=60мм.
в) увеличенный угла опережения, при котором максимальное давление Рz достигается ближе к ВМТ;
г) состав смеси 
=0,9, соответствующий большим давлению и температуре сгорания;
д) плохие условия охлаждения последних частей заряда, неудачная конструкция камеры сгорания, замедляющая горение;
К факторам, препятствующим возникновению детонации, относятся:
а) уменьшение пути движения фронта пламени к наиболее удаленным;
б) усиление турбулизации заряда;
г) наличие вытеснителей, способствующих охлаждению и сокращению очагов самовоспламенения.
|
|
|
Преждевременное воспламенение. Сильно нагретые (до 900...1000К) детали в камере сгорания двигателя (центральные электроды и изоляторы свечей, тарелки выпускных клапанов, крупные раскаленные частицы нагара) могут вызвать воспламенение заряда до подачи искры, так называемое калильное зажигание. Фронт пламени при этом распространяется также, как и от искры, но момент воспламенения при этом неуправляем.
Если калильное зажигание в такте сжатия возникает достаточно рано, то мощность двигателя дополнительно снижается вследствие дополнительной работы на сжатие образовавшихся газов и увеличения теплоотдачи.
Рис.9.9. Характер изменения давления при калильном зажигании.
Преждевременное зажигание представляет собой наиболее опасный вид нарушения процесса сгорания в ДВС. Оно вызывает резкое повышение давления и температуры, т.к. уже сгоревшие газы продолжают сжиматься поршнем и время контакта их со стенками увеличивается. Это приводит к самоусилению калильного зажигания и возможному прогару поршней.
Опасность заключается в трудности обнаружения. Внешне оно проявляется в виде глухих стуков при больших нагрузках. А т.к. калильное зажигание обычно возникает лишь в одном цилиндре, то снижение эффективной мощности в многоцилиндровом двигателе незначительно.
|
|
|
Свечи необходимо подбирать в полном соответствии с двигателем. Они должны обладать достаточно высоким калильным числом (стойкость к перегреву), но не быть чрезмерно “холодными” во избежание осмоления и закоксования.
Последующее калильное зажигание. В ДВС с высокой, степенью сжатия особенно при работе на топливе с антидетонационными присадками, в период распространение фронта горения в отдельных зонах свежего заряда могут возникать очаги калильного зажигания. Источником этого являются оторвавшиеся от стенок раскаленные частицы нагара, который появляется от длительной работы двигателя на малых нагрузках или холостом ходу и отслаивается при увеличении нагрузок.
От таких частиц распространяется дополнительный фронт горения и резко повышается давление в конце основной фазы горения.
Рис.9.10. Характер изменения давления при последующем калильном зажигании.
Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании. Оно выражается в том, что длительное время ДВС может работать на холостом ходу после выключения зажигания. Это явление иногда ошибочно принимают за калильное зажигание.
|
|
|
При достаточно высокой степени сжатия ( 
>8) при повороте коленвала нормально прогретого двигателя рабочая смесь в конце сжатия имеет температуру, достаточную для самовоспламенения, при низкой частоте вращения коленчатого вала (300...400об/мин).
Радикальный способ устранения этого явления заключается в автоматическом прекращении подачи топлива при выключении зажигания.
Вопросы для самоконтроля:
1. 1. Какие фазы процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием можете назвать?
2. 2. Какие факторы и каким образом влияют на сгорание в ДВС с искровым зажиганием?
3. 3. Какие основные нарушения нормального сгорания в ДВС с искровым зажиганием можете назвать?
Лекция 10
План
10.1. Сгорание в дизелях.
10.2. Влияние различных факторов на сгорание в дизелях.
Сгорание в дизелях
В дизелях топливо впрыскивается в нагретый сжатием воздух, имеющий t » 450-500 С и давление 3-4 мПа. При наличии наддува это давление может быть значительно выше и зависит давления поддува.
Подача топлива начинается до ВМТ и заканчивается как до ВМТ, так и после нее.
где j ВП - угол опережения впрыска; d , dd /dj - количество и скорость подачи топлива; x, dx/dj - коэффициент активного тепловыделения и скорость тепловыделения.
Рис.10.1. Процесс сгорания в дизельных двигателях.
В точке 1 начинается впрыскивание топлива с углом опережения j ВП. В течение времени задержки воспламенения Q i горение не наступает, а происходит распыление, нагрев и испарение топлива. В этот период происходят предпламенные реакции и возникновение очагов самовоспламенения. Эта фаза называется периодом задержки воспламенения.
Точку 2 условно принимают за начало сгорания, после которой начинается рост давления и температуры в результате сгорания образовавшихся паров поступившего топлива.
Период 2-3 (Q i) называют фазой быстрого сгорания и является как бы подготовительной фазой.
Следующий период 3-4 – фаза Q ii замедленного сгорания. В течение этой фазы давление изменяется незначительно. Скорость сгорания определяется скоростным смешиванием паров топлива и воздуха. В этой фазе достигается максимальное давление в циклах и при этом наблюдается увеличение объема, так как поршень идет вниз.
Тепловыделение продолжается и после точки 4, достигается максимальная температура в следствии догорания топлива. Скорость сгорания определяется скоростью диффузии и турболентного смешивания с воздухом остатков топлива и продуктов его неполного сгорания, образовавшихся в зонах переобогащения смеси.
При большей длительности задержки возрастает количество введенного топлива к моменту его воспламенения и одновременно улучшается однородность смеси, что приводит к самовоспламенению взрывного типа, сходного с детонацией. Поэтому при задержках процесс воспламенения сопровождается возникновением ударных волн и вибрацией давления в цилиндре.
На продолжительность задержки воспламенения влияют следующие факторы:
химические свойства топлива (цетановое число);
температура и давление сжатого воздуха в момент впрыскивания топлива;
качество распыления топлива;
характер движения заряда;
наличие в камере сгорания нагретых поверхностей.
Необходимое качество топливовоздушной смеси достигается соответствующим сочетанием движения воздушного заряда и топлива.
Создается вращательное движение воздуха в камере сгорания, в то время как топливо подается радиально.
Очаги самовоспламенения возникают по границе струй со стороны, противоположной набегающему потоку воздуха.
Существуют и другие виды организации процесса смесеобразования.
В отличие от двигателей с искровым зажиганием вероятность возникновения детонации практически отсутствует, т.к. топливо подается в конце сжатия.
Другое важное преимущество дизелей - увеличение скорости и полноты сгорания при a = 3...3,5, что в сочетании с качественным способом регулирования нагрузки дает значительную экономию топлива на холостом ходу и малых нагрузках.
При дальнейшем повышении a полнота сгорания уменьшается. Это объясняется ухудшением температурного режима и ухудшением распыления топлива, что ведет к задержке воспламенения.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 986; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!