Условия горения твс
Для горения ТВС необходимо выполнить оба приведенных ниже условия.
1) Для горения ТВС необходимо обеспечить величину коэффициента избытка воздуха в интервале:
min< α < αmax.
При обогащении смеси (уменьшении α<1) температура продуктов сгорания уменьшается вследствие затраты тепла на испарение и нагрев избыточного топлива, не участвующего в горении.
При обеднении смеси (увеличении α>1) температура продуктов сгорания уменьшается за счет затраты тепла на нагрев избыточного воздуха. Для существующих углеводородных топлив αmin ≈ 0,3÷0,4 и αmax ≈ 1,3—1,5.
2) Необходимо обеспечить испарение топлива
Химическая реакция в цилиндрах ПД может происходить только между газообразным кислородом воздуха и парами топлива. Если топливо находится в жидкой фазе, то с кислородом контактируют лишь те молекулы, которые находятся на внешней поверхности капель. Этого для поддержания горения недостаточно.
Способы воспламенения твс
Воспламенение ТВС можно каждым из трех ниже перечисленных способов.
1) Нагреть ТВС до температуры вспышки ( tвсп ) и внести посторонний источник огня.
При таком воспламенении мощность источника огня может быть минимальна, например, маломощная электрическая искра. Источник огня будет служить катализатором, инициирующим воспламенение ТВС. При таком способе воспламенения пламя будет распространяться от источника к остальным объемам ТВС. Такой способ воспламенения называется принудительным. Таким способом осуществляется воспламенение ТВС в четырехтактном поршневом двигателе.
2) Нагреть ТВС до температуры самовоспламенения ( tс/в) без постороннего источника огня.
При этом условия для воспламенения возникают одновременно во всем объеме ТВС, происходит сгорание ТВС с большой скоростью. При таком воспламенении давление в цилиндрах возрастает с большой скоростью, детали двигателя нагружаются значительными ударными нагрузками.
3) Внести в ТВС деталь нагретую до высокой температуры ( tдет).
При этом от нагретой детали происходит нагрев ТВС и ее воспламенение.
Величины температуры вспышки (tвсп), температуры самовоспламенения (tс/в) и температуры детали (tдет) для бензина и керосина приведены в таблице 1. Из анализа таблицы 1 можно сделать выводы:
— tвсп у бензина гораздо меньше чем у керосина, поэтому бензиновые двигатели (двигатели легкого
топлива) имеют лучшие пусковые характеристики;
— tс/в у бензина гораздо больше чем у керосина, поэтому на двигателях легкого топлива для
воспламенения ТВС необходимо устанавливать электрические свечи зажигания;
— tдет , воспламеняющей ТВС с парами бензина значительно выше чем керосина, поэтому на двигателях легкого топлива реже возникает непреднамеренное воспламенение ТВС при ее контакте с нагретыми деталями.
Основные
фазы горения ТВС
Рассмотрим основные фазы горения ТВС при ее воспламенении от постороннего источника огня. Т.к. в поршневом двигателе источником огня является электрическая свеча, начнем рассматривать горение ТВС с момента подачи электрического напряжения на свечу.
Рис.1-11 Изменение давления (р) в цилиндрах ПД в зависимости от угла поворота коленвала (φ) при отсутствии горения (график 1) и при принудительном воспламенении ТВС (график 2)
І, ІІ, ІІІ— фазы горения
Процесс горения ТВС в цилиндрах ПД можно разбить на три фазы:
І— фаза формирования начального очага воспламенения (фаза скрытого горения);
ІІ— фаза распространения пламени (фаза видимого горения);
ІІІ— фаза завершения сгорания и догорания.
І— фаза. Начало І-й фазы – подача напряжения на свечу (точка 3 см. рис.1-11), завершение – рост давления в рабочем объеме цилиндра, обусловленный подводом теплоты (точка 3'). На этой фазе горения вокруг свечи зажигания происходит ионизация молекул ТВС, формируется начальный очаг пламени.
ІІ— фаза. Начало ІІ-й фазы в точке 3', завершение – в точке Z, когда давление в цилиндре достигает максимальной величины. В начале второй фазы происходит передача горения от начального очага к окружающему его объему ТВС. В дальнейшем горение активно распространяется от горящей ТВС к «свежей».
ІІІ— фаза. Начало ІІІ-й фазы в точке Z, завершение – при полном догорании всего топлива, находящегося в цилиндре. Наличие ІІІ-й фазы объясняется присутствием в ТВС капель топлива, которые могут сгореть только после своего испарения. Поэтому продолжительность процесса сгорания увеличивается. При рассмотрении реального рабочего процесса ІІІ-ю фазу горения ТВС относят к такту расширения.