Теплота сгорания смеси

Количество теплоты, выделяемое при сгорании топливовоздушной смеси, зависит от теплоты сгорания топлива и состава смеси. Чем выше теплота сгорания, тем меньше затраты топлива на единицу мощности

Теплота сгорания топливовоздушной смеси

,

где Q_Н – низшая удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг;

– коэффициент полноты сгорания топлива;

– коэффициент избытка воздуха;

L_Т.В. – теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг.

Воспламенение топливовоздушной смеси зависит от ее состава и вида топлива.

Верхний предел воспламеняемости характеризуется таким содержанием топлива в воздухе, при котором дальнейшее обогащение смеси делает ее невоспламеняемой. Нижний предел определяется недостатком топлива в воздухе, т. е. таким состоянием смеси, при котором продолжение обеднения делает ее невоспламеняемой. Верхний предел воспламеняемости, например, бензиновоздушной смеси наступает при = 0,45...0,5; нижний — при = 1,35...1,4. На воспламеняемость смеси оказывают влияние температура и давление: с возрастанием их значений пределы воспламеняемости увеличиваются.

Нормальное и детонационное сгорание

От совершенства процесса горения топлива в цилиндре зависят основные технико-экономические показатели двигателя.

При нормальном сгорании рабочей смеси воспламеняются отдельные ее части и фронт пламени перемещается за счет передачи теплоты посредством теплопроводности и лучеиспускания. В результате сгорания давление повышается и несгоревшая часть смеси перемещается перед фронтом пламени. Скорость распространения фронта пламени составляет 25... 40 м/с и увеличивается с повышением давления и температуры рабочей смеси. Максимальное значение скорости горения смеси соответствует коэффициенту избытка воздуха = 0,93 ...0,95.

Возрастание частоты вращения коленчатого вала двигателя вызывает усиление вихревых движений рабочей смеси, что приводит к увеличению поверхности фронта пламени и скорости горения. Это обстоятельство очень важно для эксплуатации двигателей, так как иначе их работа на переменных режимах была бы невозможна.

При нормальном сгорании топлива в цилиндре двигателя давление нарастает плавно (рис. 2а), однако в результате повышения температуры и давления нормальное сгорание может нарушиться и перейти в детонационное (взрывное).

При детонационном сгорании скорость распространения фронта пламени нарастает скачкообразно и достигает 1500...2500 м/с. Для детонационного сгорания топлива характерно появление волн, которые, ударяясь о стенки камеры сгорания и многократно от них отражаясь, вызывают вибрацию.

Рис. 2. Индикаторные диаграммы работы двигателя при сгорании топлива:

а — нормальном; б — детонационном; Р — давление; V -объем; ВМТ и НМТ – соответственно верхняя и нижняя мертвые точки.

При вибрации возникает характерный металлический стук. На рисунке 2 б видны пики повышения давления, которые являются следствием возникновения ударных волн.

В результате взрывного горения рабочей смеси часть топлива не успевает полностью сгореть, что обусловливает появление дымного выхлопа. За счет ударного действия горячих газов на стенки камеры сгорания увеличивается теплоотдача, что приводит к перегреванию двигателя и вызывает снижение мощности. Двигатель работает неуравновешенно, прогорают поршни и клапаны, пригорают поршневые кольца, резко повышается изнашивание деталей цилиндропоршневой группы и вкладышей подшипников коленчатого вала.

Факторы, влияющие на детонационное сгорание

Основными факторами, влияющими на процесс сгорания топлива, являются давление, температура, время сгорания рабочей смеси и качество топлива. Эти факторы следует учитывать как при конструировании двигателя, так и при его эксплуатации.

К конструктивным факторам относятся: степень сжатия, наддув, охлаждение, металл деталей цилиндропоршневой группы и т. п.

К эксплуатационным факторам относятся: угол опережения зажигания, частота вращения коленчатого вала двигателя, коэффициент избытка воздуха, влажность и атмосферное давление воздуха, тепловой режим и нагрузка двигателя, нагарообразование в камере сгорания и т. п.