Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 3 Рабочие процессы действительного цикла двигателя внутреннего сгорания. Процессы сгорания и расширения

Учебные вопросы:

1. Процесс сгорания и его основные закономерности .

2. Процесс расширения.

1. Процесс сгорания и его основные закономерности .

В процессе сгорания скрытая химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию рабочего тела.

Основные требования к процессу сгорания могут быть сформулированы

тремя положениями:

1. Наиболее полное сгорание топлива.

2. Наилучшее использование кислорода воздуха.

3. Оптимальное протекание сгорания во времени.

Эти требования вызываются стремлением получить высокий КПД (малый удельный расход топлива) и большую удельную мощность двигателя.

Индикаторный КПД двигателя зависит от полноты, скоро­сти и своевременности сгорания топлива. Чем однороднее и силь­нее турбулизирована смесь, тем быстрее она горит. О полноте, скорости и своевременности сгорания можно судить, анализируя индикаторную диаграмму (рис. 1).

Рисунок 1 Индикаторная диаграмма двигателя с искровым зажиганием

Это индикаторная диаграмма процессов сгорания и расширения четырех-тактного карбюраторного двигателя. Для бистрого сгорания рабочей смеси вблизи в. м. т., при котором достигаетея наилучшее использование теплоты, необходимо в камеру сгорания подать злектрическую искру в тот момент, когда коленчатнй вал на несколько градусов не доходит до в. м. т. Угол повороте ко­ленчатого вала, соответствующий проскакиванию искрн до в. м. т., называют углом опережения зажигания и обозначают через φ_з. В зоне проскакивания искрн она оказнвает тепловое и злектрическое воздействие на рабочую смесь. Если рабочая смесь находитея в пределах воспламеняемости, возникает очаг воспламенения.

Опыты показали, что видимое пламя появляетея не мгновенно в момент проскакивания искрн, так как для его образования и химической подготовки смеси к сгоранию требуетея некоторнй промежуток времени, равннй тисячним долям секунди. При проведений зкепериментов, угол опережения бьіл внбран наивнгоднейший (20° до в. м. т.), которьш обеспечивает при данном скоростном режиме оптимальние показатели двигателя.

Анализ процесса сгорания по индикаторной диаграмме показивает, что максимальная температура цикла достигаетея не при наибольшем давлений, а несколько позже. Это обьясняетея тем, что интенсивннй процесе сгорания продолжаетея еще после того, как давление достигнет максимального значения. Однако вследствие движеиия поршня с возрастагощей скоростью и происходящего при этом расширения газов давление начинает уменьшаться, чему способствует также увеличивающаяся отдача теплоти от газов к стенкам

Процесе сгорания можно разделить на три фазы (рис. 1):

Первая фаза − от момента проскакивания злектрической искрн до начала резкого повншения давлення по индикатор-ной диаграмме характеризуется углом θ₁ и называетея начальной фазой сгорания. Она включает период, в течение которого возникает небольшой очаг горения в зоне високих температур между злектродами свечи (в момент разряда температура достигает при­мерно 10 000° К), и период появлення видимого начального очага воспламенения. За время, соответствующее первой фазе, сгорает 6 − 8% горючей смеси.

Вторая фаза − основная фаза сгорания характеризуетея уг­лом θ₁₁ от момента начала резкого повишения давлення до момента достижения максимального давлення Р_zmax (от точки 2 до точки 3). В течение зтого периода пламя распространяетея в большей части обгема рабочей смеси и вьіделяется наибольшее количество теп­лоти. За время второй фази сгорает около 80% горючей смеси.

Вторую фазу сгорания при наличии индикаторной диаграммн оценивают по скорости нарастания давлення на кажднй градус угла поворота коленчатого вала. Среднее значение зтой величини, называемой жесткостью процесса, определяется отношением:

При необходимости оценить величину наибольшего приращения давлення учитьівают только прямолинеиньш участок нарастания давлення в процессе сгорания (от точки к до точки l).

Третья фаза, обозначаемая θ₁₁₁, начинается в точке 3 индикаторной диаграммы и характеризует догорание топлива. Окончание зтой фазьі зафиксировать на индикаторной диаграмме затруднительно, поскольку не представляется возможньїм уста­новить момент, когда сгорает все топливо. В двигателях с искровьм зажиганием топлива продолжительность третьей фазн не­велика, и процесе сгорания при правильном его осуществлении заканчиваетея полностью на первой половине хода поршня в про­цессе расширения.

Величина ередней жесткости процесса в зтих двигателях со-ставляет 1 − 2 бар/град.