7. Процессы горения в двигателях внутреннего сгорания.

Типы современных двигателей. Классификация.

Двигатели с искровым зажиганием.

Двигатели с компрессионным зажиганием.

Цикл работы четырехтактного двигателя с искровым зажиганием.

Различные методы впрыска топлива в бензиновых двигателях с искровым зажиганием:

карбюраторная система;

двигатели с прямым впрыском топлива.

Преимущества прямого впрыска топлива

Двигатели с прямой инжекцией и стратификацией топливной смеси

Нарушение работы ДВС c искровым зажиганием. «Стук»

Шкала характеристики топлива по отношению к «стуку» - октановое число.

нормальный гептан (n-C₇H₁₆) имеет октановое число, равное 0 , а изооктан (C₈H₁₈) - 100.

Методика измерения октанового числа

4-х-тактный двигатель с компрессионным зажиганием

(Дизель, СI-Engine )

Горение в CI-двигателе

Задержка зажигания (ab) – топливо инжектируется непосредственно в

цилиндр на заключительном этапе компрессионного такта. Жидкость

распыляется в виде мельчайших капель и проникает в камеру сгорания.

Топливо испаряется и смешивается с воздухом, находящимся при

высоком давлении и температуре.

Фаза горения образовавшейся смеси (bc) – горение топлива,

смешавшегося в период задержки зажигания с воздухом

в концентрациях, лежащих внутри пределов воспламенения.

Фаза, контролируемая скоростью смешения (cd) – после расходования

топлива, участвовавшего в предыдущей фазе, скорость горения

определяется скоростью смешения оставшейся части топлива с воздухом.

Фаза сгорания (de) – тепловыделения происходят с меньшей скоростью,

во время расширительного такта. Горят остатки жидкого топлива и сажа.

Типы CI-двигателей: прямая инжекция, непрямая инжекция (форкамера)

Задержка зажигания

Задержка зажигания – время (или интервал углов поворота коленвала, от начала инжекции до включения горения.

Характеристика воспламеняемости топлива

Воспламеняемость топлива определяется его сетановым числом (cetane number, CN).

У топлив с низким CN задержка зажигания велика и большая часть топлива впрыскивается до самовоспламенения и быстрого горения, что в экстремальных случаях приводит к резкому стучащему звуку, называемому «дизельным стуком».

У топлив с высоким CN задержка зажигания коротка и скорость тепловыделений контролируется скоростью инжекции топлива и его смешения с воздухом. В этом случае работа двигателя более равномерная..

Сетановое число

По определению, изосетант (гептаметилнонан, HMN) имеет сетановое число СN = 15 а сетан (n-гексадекан, C₁₆H₃₄) имеет CN= 100.

Двигатели с гомогенной смесью и компрессионным зажиганием

Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI)

Предварительно приготовленная бедная смесь инжектируется в цилиндр как в двигателе с искровым зажиганием, но воспламенение происходит спонтанно в конце цикла сжатия.

7. Горение в псевдоожиженном (кипящем) слое

Природа псевдоожиженного слоя (ПС)

Определение минимальной скорости псевдоожижения Umf

Классификация систем твердых частиц и режимы псевдоожижения (классификация Гелдарта)

Группа A

При продувке газа со скоростью ³ Umf (при нормальных условиях) начинается беспузырьковое (однородное) кипение, которое при увеличении скосрости газа переходит в пузырьковое кипение.

Группа B

При ³ Umf происходит только пузырьковое кипение.

Группа C

Очень мелкие порошки, характеризуются слипанием. Ожижаются плохо, в виде отдельных струек.

Группа D

Порошки крупных частиц, для которых характерен фонтанирующий режим псевдоожижения.

Переходы между различными режимами ПС

Критерии подобия ПС

Р ежимы псевдоожижения в плоскости Re-Ar

Преимущества сжигания в ПС

• Высокая эффективность сгорания топлива:

высокая степень перемешивания газа и твердых частиц;

высокая скорость горения при рекордно низких температурах 800-900 ^оС.

• Удаление SO₂ путем введения известняка (доломита); поглощается до 90% SO₂ .

• Низкие выбросы NOx:

50-150 ppm NO₂; 100-200 ppm N₂O

• Слабая чувствительность с типу топлива

Наилучшими показателями обладают CFB и PCFB