Карбюраторы - Процесс сгорания и фазы горения

Горение углеводородных смесей представляет собой ряд очень сложных химических реакций, которые происходят за очень малый промежуток времени и в условиях быстроменяющихся температур. В двигателях внутреннего сгорания механизм химических реакций тесно связан с температурой, поэтому процесс протекает в виде нескольких последовательных стадий и зависит от многих факторов. Кроме того, химическая реакция горения невозможна без физических процессов тепло- и газообмена.

В основу современных теорий горения положена цепочно-тепловая теория воспламенения, разработанная акад. Н. Н. Семеновым. Этот механизм воспламенения заключается в развитии экзотермической цепной реакции, неизбежно сопровождаемой выделением теплоты.

На эффективность химической реакции горения углеводородов, ее характер и формирование процесса влияют очень много факторов: физико-химические параметры топлива; состав смеси и его гомогенность; интенсивность и момент подачи электрической искры; конструкция двигателя и камеры сгорания; степень сжатия; давление, температура и влагосодержание смеси и т. д.

Нормальным процессом сгорания в бензиновом двигателе считается такой процесс, когда в результате сгорания заметное повышение давления начинается за 12 – 15° до в. м. т. (верхней мертвой точки), при максимуме давления на индикаторной диаграмме в пределах 12 – 15° после в. м. т.

Весь процесс сгорания можно разделить на три фазы. Четкую границу между фазами определить практически очень трудно, так как изменение характера процесса и переход от одной фазы к другой происходят очень плавно.

Первая фаза горения называется начальной и определяется моментом проскакивания искры между электродами запальной свечи. В этой фазе скорость горения очень невелика, близка к ламинарной и зависит в основном от физико-химических свойств рабочей смеси. По мере поворота коленчатого вала скорость сгорания будет возрастать за счет турбулентных пульсаций мелкого масштаба. В этой фазе процесс сгорания происходит по закономерностям мелкотурбулентного горения. Окончанием начальной фазы горения принято считать момент ощутимого повышения давления по индикаторной диаграмме.

Во второй фазе – основной – происходит сгорание основной массы рабочей смеси. Началом второй фазы принято считать точку отрыва линии сгорания от линии сжатия, а точку максимального давления цикла – ее концом. Фаза характеризуется распространением турбулентного фронта пламени по большей части камеры сгорания. Скорость сгорания в этой фазе подчиняется законам крупномасштабного турбулентного горения и достигает 50 м/с. Так как турбулизация смеси растет пропорционально увеличению частоты вращения коленчатого вала, длительность основной фазы, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, практически не изменяется при широком диапазоне изменения частоты вращения.

Третья фаза – конечная – начинается от максимального давления цикла в сторону расширения. Фронт пламени в этой фазе приближается к стенкам камеры сгорания, где происходит догорание рабочей смеси. При этом скорость сгорания будет падать за счет уменьшения интенсивности турбулизации и снижения температуры в пограничном со стенкой слое. Показана часть индикаторной диаграммы двигателя, характеризующая процесс сгорания во всех трех фазах.

Скорость сгорания зависит от многих факторов и особенно от состава смеси, режима дросселирования и момента проскакивания искры между электродами свечи.

Максимальная скорость сгорания соответствует коэффициенту избытка воздуха а = 0,84-0,9. При обогащенном составе смеси уменьшение скорости горения вызвано недостатком кислорода, а при бедной смеси – потерями тепла на нагревание избыточного воздуха. При переобедненной смеси появляются признаки воспламенения, т. е. процесс сгорания распространяется на линии расширения и даже выпуска.

Снижение скорости горения при дросселировании получается СЧет разбавления свежего заряда горючей смеси газами, которые остались в цилиндре двигателя от предыдущего цикла. Увеличение количества остаточных газов по мере прикрытия дросселя вызывает необходимость обогащения горючей смеси, что приводит к ухудшению экономичности двигателя и повышению удельного расхода топлива.

Читайте в разделе

Автомобильные карбюраторы

Зажигание рабочей смеси двигателя

Предотвращение детонации

Октановое число бензина

Состав продуктов сгорания

Альдегиды и канцерогенные газы двигателя

Принцип работы простейшего карбюратора

Затраты топливной горючей смеси

Основные системы карбюратора

Всё содержание