Нарушение процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием
Детонационное сгорание
Часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь, нагревается в результате поджатая (увеличения давления от сгорания) до температуры, превышающей температуру самовоспламенения. Несмотря на это, при нормальном сгорании самовоспламенение последней порции смеси не происходит, так как для его развития не хватает времени. Если же период задержки самовоспламенения по сравнению с временем распространения пламени окажется настолько коротким, что в последней порции заряда возникнут очаги воспламенения от поджатая, то такое воспламенение может приобретать взрывной характер. При этом возможно возникновение и распространение по заряду ударных волн, которые со своей стороны способствуют самовоспламенению хорошо подготовленной к нему смеси.
Сгорание в цилиндре двигателя с искровым зажиганием последних порций заряда после его объемного самовоспламенения, сопровождающееся возникновением ударных волн, называют детонационным. Скорость ударных волн может достигать 1500 м/с, что во много раз превышает скорость распространения фронта турбулентного пламени.
При отражении ударных волн от стенок камеры сгорания возникает звонкий металлический стук, который служит внешним проявлением детонации. На индикаторных диаграммах при детонационном сгорании регистрируются колебания давления, амплитуда и частота которых зависят от интенсивности детонации .
Факторы, снижающие детонацию
Уменьшение угла опережения зажигания. При этом снижают максимальное давление и скорость нарастания давления ∆р/∆φ цикла, что способствует меньшему поджатию смеси, находящейся перед фронтом пламени.
Увеличение частоты вращения. В этом случае повышается скорость распространения основного фронта пламени и соответственно становится меньше время развития предпламенных процессов в последних частях заряда. С другой стороны, интенсивность этих процессов снижается из-за большей концентрации в рабочей смеси остаточных газов. По этим причинам с ростом п вероятность возникновения детонации снижается.
Нагрузка двигателя. Дросселирование связано с уменьшением давления и температуры в процессе сгорания заряда, а также с увеличением у. В результате этого при уменьшении нагрузки склонность двигателя к детонации понижается.
Конструктивные мероприятия. Уменьшению вероятности появления детонации способствуют снижение е, уменьшение диаметра цилиндра, усиление турбулизации заряда, улучшение охлаждения последних порций заряда, уменьшение пути, проходимого фронтом пламени от свечи до наиболее удаленных частей камеры сгорания (например, при зажигании от двух свечей).
Преждевременное воспламенение. Вследствие разогрева от горячей поверхности центрального электрода свечи головки выпускного клапана, острых кромок поршня или головки цилиндров, а также от тлеющих частиц нагара воспламенение смеси может возникнуть во время процесса сжатия еще до момента появления искры. Воспламенившаяся от накаленных поверхностей (tw>700...800 °C) смесь затем сгорает с нормальной скоростью, однако момент такого воспламенения оказывается неуправляемым и наступает по мере саморазвития процесса все раньше и раньше. Обнаружить по внешним признакам преждевременное воспламенение затруднительно, так как оно возникает обычно при высокой частоте вращения, и сопровождающие его шумы глухие.
Влияние различных факторов на сгорание в двигателях с искровым зажиганием
Угол опережения зажигания φо.з оказывает большое влияние на процесс сгорания (рис.25).Каждому режиму двигателя соответствует свой наивыгоднейший угол опережения зажигания φо.з.опт, при котором основная фаза процесса сгорания θп располагается максимально близко к ВМТ и двигатель работает с наилучшей эффективностью, т. е. развивает наибольшую для данного режима мощность и, следовательно, имеет наименьший удельный расход топлива.
Рис.25
Влияние φо.з на длительность фаз процесса сгорания (ε=9,5;n=2000мин-1; α=1,0; - - полный дроссель; - - - - ηυ=0,47)
Состав смеси. Изменение α влияет на количество теплоты и скорость ее выделения при сгорании топлива. Состав смеси оказывает сильное влияние и на токсичность ОГ . При α =0,85...0,95 значения θI, θII и £аmaх достигают минимума, а рz и рi — максимума (рис. 29), так как при этом в цилиндре выделяется наибольшее количество теплоты, высоки скорость сгорания и значение коэффициента молекулярного изменения. Обеднение бензовоздушной смеси сопровождается увеличением ηi, но при α > 1,1... 1,3 процессы воспламенения и сгорания резко ухудшаются и заметно увеличивается неравномерность последовательных циклов.
Нагрузка. Дросселирование при неизменном скоростном режиме понижает давление цикла и увеличивает γ, что ухудшает условия воспламенения, по этому возрастает θI. При значительном дросселировании ухудшается и неравномерность последовательных циклов, что вызывает необходимость обогащения смеси для улучшения ее воспламенения искрой.
Рис. 26
Влияние α на длительность
фаз процесса сгорания
(ε=8,9; n=3000 мин-1;
полный дроссель)
Степень сжатия. Чем больше ε, тем соответственно больше степень расширения газов. Возрастает давление и температура рабочей смеси в момент искрового разряда, что способствует увеличению его энергии. Вторым положительным фактором является снижение γ. По этим причинам увеличение ε улучшает условия воспламенения смеси (сокращается θI) и расширяет пределы возможного обеднения смеси.