Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

1 ... 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 ... 20

С увеличением содержания в смеси инертных газов (остаточные газы) эти пределы сближаются.

Верхний предел распространения пламени у большей части топлив неимеет практического значения, так как ему соответствуют весьма малые значения коэффициента избытка воздуха, не реализуемые в двигателях. Нижний предел распространения пламени в смесях для топлив, применяемых в двигателях, как можно видеть из табл. 6, ограничен также довольно низкими значениями (х.. Это обстоятельство не позволяет применять качественное регулирование в двигателях с внешним смесеобразованием, в которых сжигаются однородные смеси, так как при малых нагрузках двигателя смесь становится более бедной, чем нижний предел распространения пламени.

Для неоднородш.х (двухфазн]з1х) смесей понятие концентрационных пределов распрО: странения пламени условно, так как вокруг капли жидкого топлива образуется

Продуты сгорания-


23. Схема ламинарного-фронта пламени.

£аждои

ереский слрй (оболрчка) смеси, в котором п£и соответству1ощей температуре и упругости пар^в топлива 11меются зоны горючей смеси^

Процесс горения однородной смеси при принудительном зажигании осуществляется путем распространения в горючей смеси от источника зажигания зоны реакции-фронта пламени. В пространстве достаточно большого объема фронт пламени в неподвижной смеси имеет форму сферической поверхности с центром в точке зажигания. Фронт в неподвижной или ламикарно движущейся смеси представляет собой относительно узкую зону (при атмосферном давлении шириной Ь порядка десятых или нескольких миллиметров), в которой происходит повышение температуры и протекают химические реакции; фронт пламени (фиг. 23) является границей, разделяющей области несгоревшей смеси и продуктов сгорания. Фронт пламени состоит из зоны прогрева в которой свежая горючая смесь разогревае1х:я вследствие передачи теплоты теплопроводностью до температуры начала реакций со значительным тепловыделением и из зоны химических реакций Ъ^. Одновременно происходит диффузия активных продуктов промежуточных реакций из химической зоны в свежую смесь. В химической зоне Ьх концентрация топлива уменьшается от первоначальной почти до нуля, т. е. происходит превращение горючей смеси в продукты сгорания, состав которых при наличии диссоциации зависит от температуры. В этой зоне температура возрастает в результате экзотермичности реакций окисления. Максимальная температура горения может быть получена, если нет отвода теплоты из зоны горения. Значение максимальной температуры горения определяется тепловыделением при реакциях, зависящим от теплотворности горючей смеси и степени диссоциации, и теплосодержанием продуктов сгорания. Количество выделяющейся теплоты, температура горения и состав продуктов сгорания взаимосвязаны условиями равновесия прямых реакций окисления топлива и обратных реакций диссоциации продуктов сгорания. На фиг. 24 в качестве примера показано с учетом диссоциации изменение расчетной температуры горения окиси углерода и бензина при различных коэффициентах избытка воздуха.

В реальных условиях сгорания смесей в камере двигателя температуры горения не достигают максимального значения вследствие теплообмена со-стенками камеры и диссоциации. Следует, однако, отметить, что протекание-химических реакций горения возможно лишь при высоких температурах в относительно небольшом диапазоне их изменения. Усиленный теплоотвод



С 2000

1800

1600

к

А

Ч

0.t 0.6

Фиг. 24. Зависимость расчетной температуры горе-вия смесей от коэффициента избытка воздуха а с учетом диссоциации:

/ - окись углерода, начальная температура смеси 20*; 2 - бензин Б70, начальная температура смеси 100°.

ИЗ ЗОНЫ реакции может вызвать прекращение горения, например, вблизи холодных стенок камеры сгорания.

Последовательный прогрев свежей горючей смеси и ее сгорание приводит к-перемещению фронта пламени в направлении несгоревшей смеси. Скорость перемещения фронта пламени называется нормаль ной (в направлении нормали к поверхности фронта) скоростью пламени. Нормальная скорость показывает, таким образом, объемное количество горючей смеси, сгорающей в единицу времени на единице поверхности фронта Величина нормальной скорости определяе1х:я свойствами топлива и окислителя и составом смеси. Максимальные значения для некоторых топлив при сгорании в воздухе и кислороде приведены в табл. 7.

Из табл. 7 видно, что смеси с кислородом имеют значительно более высокие нормальные скорости распространения пламени, чем воздушные. Выше было отмечено, что скорости реакций зависят от концентрации реагентов, причем наличие в смеси компонентов, не участвующих в реакции, замедляет реакцию Этим объясняе1х:я зависимость скорости u ОТ концснтрации кислорода в окислителе и от состава

смеси. На фиг. 25 показано изменение нормальной скорости распространения пламени для смесей некоторых топлив в зависимости от коэффициента избытка воздуха. Кривые и„ имеют максимум в области значе1адй а < 1, соответствующий опти-мальному сочетанию влияния темпера-турь1 процесса и концентрации реагентов. Для бензино-воздушных смесей этот максимум лежит в пределах а = 0,850,90,..

Приведенные в табл. / максимальные значения нормальной скорости пламени показывают, что в течение того короткого промежутка времени, который предоставляется для сгорания в рабочем цикле двигателя, невозможно осуществить, сжигание неподвижной или ламинарно движущейся однородной смеси. Необхо- димое ускорение процесса, можётГ.быть получено лрц турбулентном дви-жении смеси.

Механизм воздействия турбулентных пульсаций на протекание процесса горения зависит от масштаба пульсаций. Если этот масштаб меньше толщины фронта пламени, то такие пульсации ускоряют подготовку смеси к горению в результате замены кондуктивной теплопроводности турбулентной, а молекулярной диффузии активных центров из химической зоны в свежую смесь - турбулентной диффузией. Крупномасштабные пульсации изгибают фронт пламени, вследствие чего его поверхность увеличивается, что приводит к уве-

Таблица 7

Нормальные скорости пламени при атмосферных давлении и температуре

ы„ в м]сек

п

Топливо

Водород ....

Окись углерода

0,42

(влажная)......

и

Метан ......

0,37

Бензин .....

0.12



личению скорости сгорания (фиг. 26, а). Интенсивная крупнсшасшгабнад турбулентность приводит к разрыву изогнутого фронта и образованию многое-Численных объемов смеси, горящих по своей поверхности, что значительно увелич11вает .скорость 1:гарлни51 В эгом случае (фиг. 26, б) турбулентным фронтом пламени условно называют всю зону, в которой происходит горение (толщиной порядка десятков миллиметров), хотя собственно фронты пламени образую1х:я на поверхности горящих объемов. Вследствие сильного увеличения скорости сгорания скорость турбулентного фронта пламени и-р значительно больше нормальной скорости й в основном определяется турбулентными характеристиками смеси в период сгорания (масштабом и интенсивностью пульсаций).

Перемещение фронта пламени в однородной смеси, горящей в замкнутом

объеме камеры сгорания, определяется не только нормальной или турбулентной скоростью пламе1ш. Продукты сгорания, образующиеся во фронте пла-


/,5 (К

Фиг. 25. Зависимость нормальной скорости Ufi распространения пламени в одно-родны.х воздушных смесях от коэффициента избытка воздуха а.

Горючая

[Лрод1/кт.

Горючая


Фиг. 26, Схемы турбулентного фронта пламени.

мени, расширяются вследствие разогрева примерно в 7-8 раз сравнительно с объемом сгоревшей смеси Поэтому наблюдаемые скорости фронта пламени



в замкнутой камере определяются не только распространением пламени, но и перемещением фронта вследствие сжатия еще несгоревшей горючей смеси перед фронтом. Кроме того, скорость фронта относительно стенок камеры сгорания зависит от общего движения всего заряда.

Характеристики турбулентности в камере сгорания однокамерного-двигателя в основном определяются скоростью горючей смеси при проходе через органы впуска, а также формой камеры сгорания и длительностью периода сжатия, в течение которого происходит затухание турбулентных пульсаций. Для увеличения турбулентности заряда выполняют разделенные камеры. При увеличении числа оборотов коленчатого вала скорость распространения пламени растет, а время сгорания уменьшается. Длительность периода сгорания, выраженная в углах поворота кривошипа, при этом возрастает незначительно, что и обеспечивает возможность осуществления рабочего процесса при высоких числах оборотов.

Воспламенение однородной горючей смеси в большинстве современных двигателей производится электрической искрой. При пробивании искрового промежутка свечи высоковольтным разрядом образуется небольшой объем газа, нагретого до температуры в несколько тысяч градусов. От этого объема в окружающую смесь распространяется температурная волна, разогревающая прилегающие слои горючей смеси. Если ближайший слой смеси толщиной, близкой к ширине фронта пламени, успеет прогреться до такой температуры, что вследствие начавшихся экзотермических реакций количество и скорость выделения теплоты будут достаточны для появления пламени, то в результате прогрева следующего слоя пламя начнет распространяться по смеси, т. е. произойдет воспламенение. Если энергия искрового разряда не достаточна для прогрева, или если количества теплоты, выделяющейся в слое, недостаточно, или выделение ее происходит медленно и теплота успевает рассеиваться в окружающей среде, то первичный фронт пламе1П1 не может возникнуть, и смесь не воспламеняется.

На формирование первоначального очага горения затрачивается определенный период времени, в течение которого протекают предпламенные реакции. Этот период называется задержкой воспламенения, так как в течение этого периода не наблюдается заметного выделения теплоты и, соответственно, повышения давления в цилиндре. Практически длительность задержки воспламенения определяют не как период от момента проска-кивания искры до момента появления первого очага пламени, а как период от момента проскакивания искры до начала быстрого повышения давления в цилиндре. Длительность задержки воспламенения выражают или в градусах поворота кривошипа, или в миллисекундах. Величина задержки восш1 а-менения зависит от структуры молекул тoIЩig эиeJmiyиcкp6вoгo разряда, состава, температуры и давления смеси. Обеднение смеси и понижение температуры увеличивают задержку воспламенения. Нормальные парафиновые углеводороды (алканы) дают наименьшую задержку воспламенения.

На фиг. 27 показаны последовательные положения при различных углах поворота кривошипа усредненного фронта пламени (турбулентные пульсации не показаны) в камере сгорания карбюраторного двигателя при малой скорости общего движения смеси в камере. Период задержки воспламенения в данном случае составляет около 5° угла поворота кривошипа, т. е. примерно 15% от полного периода распространения пламени, равного 35°. Образовавшийся фронт пламени движе1х:я почти равномерно; некоторое уменьшение скорости наблюдается около стенок в результате охлаждения. При наличии вращательного движения смеси в цилиндре форма фронта и скорость распространения пламени существенно изменяются (фиг. 28). Скорости распространения пламени в карбюраторных двигателях обычно составляют 15- 40 м/сек.



При горении однородных смесей реакции сгорания почти полностью^ завершаются во фронте пламенн и позади фронта происходит лишь рекомби- нация продуктов диссоциации. В период сгорания рабочее тело в различных частях камеры сгорания неодинаково по составу: перед фронтом находится топливо-воздушная смесь, содержащая большее или меньшее количество продуктов предпламенных реакций, а позади фронта - продукты сгорания. Состав этих продуктов (после завершения рекомбинации) определяется коэффициентом избытка воздуха в горючей смеси, причем в случае смесей более богатых, чем стехиометрическая, в продуктах сгорания кислород практически


Искра-го

15м/сек^ 15п/сек

28MfieK

20м/сек


32м/сек

Э8м/сек

Фнг 27. Распространение фро.чта пламени при малой скорости движения смеси в цилиндре (по данным А. Н. Воинова).

Фиг. 28. Распространение фронта пламени при вращении смеси в цилиндре (по данным А. Н. Воинова).

отсутствует, а при более бедных смесях отсутствуют продукты неполного сгорания (СО), даже при коэффициенте избытка воздуха весьма близком к единице.

Отмеченное ранее дополнительное сжатие смеси перед фронтом пламени вследствие расширения продуктов сгорания приводит к повышению температуры еще несгоревшей смеси. Это вызывает последовательное увеличение скорости сгорания слоев смеси, непосредственно прилегающих к фронту пламени.

Одновременно рост температуры всей несгоревшей смеси ускоряет протекание в ней предпламенных реакций. При достаточно сильном сжатии скорость этих реакций в некоторой зоне несгоревшей смеси может настолько возрасти, что до прихода фронта пламени в эту зону в ней возникнет очаг воспламенения (самовоспламенения), который начнет расширяться в результате последовательного воспламенения соседних слоев смеси, также уже под-jготовленных к сгоранию прошедшими предпламеиными реакциями. Скорость j распространения такой волны воспламенения смеси весьма высока и может превосходить скорость звука в данной среде. В результате возникают мощные ударные волны, распространяющиеся по несгоревшей смеси и продуктам (сгорания со скоростью 1200-2300 м/сек. Эти волны, перемещаясь в камере сгорания и отражаясь от стенок, могут вызвать новые очаги воспламенения, а при определенных условиях (большие концентрации активных продуктов предпламенного окисления) ударная волна может перейти в детонационную, когда химические превращения полностью протекают в самой ударной волне.




- 600 м/сек

тОн/сек С

Схема распространения фронта пламени и воспламенения перед фронтом показана на фиг. 29. Положения фронта пламени при различных углах поворота кривошипа от момента зажигания (-20°) до момента появления очага воспламенения А перед фронтом (-4°) показаны штриховыми линиями. Мгновенные положения волны воспламенения, нанесенные сплошными линиями, помечены цифрами условной шкалы, одно деление которой соответствует 0,66-10 сек., так как весь процесс распространения воспламенения заканчивается в течение времени, соответствующего десятым долям градуса угла поворота кривошипа. Скорость распространения воспламенения от очага А и возникающего несколько позже очага В значительно больше скорости фронта пламени и в зоне С достигает 1200 м1сек. Положения возникшей ударной волны показаны штрих-пунктирными линиями. Скорость распространения этой волны составляет 1250 м/сек. При отражении ударной волны от стеики в зоне D возникает отраженная волна большей интенсивности, распространяющаяся в камере сгорания со скоростью 1300- 2300 м/сек (дальнейшие положения этой волны на схеме не показаны).

При таком протекании процесса сгорания полнота сгорания значительно ухудшается. Реакции сгорания не успевают завершиться в волне воспламенения. Кроме того, местные резкие по- вышения температуры приводят к термическому разложению углеводородов и диссоциации продуктов сгорания, бJpeзyлbтaтe эгого в продуктах о1.ордния наблюдается значительное коли-Зество сажи. Такое протекание процесса сгорания в двигателе называют д е - т о н а ц и о н н ы м, хотя образование действительной детонационной волны т. е. ударной волны, в которой полиостью протекают химические превращения, наблюдается не всегда. Внешние признаки детонации в двигателе и влияние детонации на его работу, а также нарушения процесса сгорания, связанные с несвоевременным зажиганием смеси, рассмотрены ниже в гл. V.

Увеличение скорости горения бедных однородных смесей достигается в так называемых предкамерных двигателях с внешним смесеобразованием применением мощного источника зажигания - факела пламени. В таких двигателях основное пространство камеры сгорания заполняется бедной смесью, а соединенная с этим пространством небольшая предкамера - богатой смесью. Богатая смесь зажигается электрической искрой и образовавшееся пламя выбрасывается в основное пространство сгорания в виде факела, зажигающего бедную смесь и увеличивающего скорость ее горения вследствие роста температуры, введения активных продуктов и турбу-лизации.

Протекание процесса сгорания неоднородной смеси существенно отли-j чается от сгорания однородных смесей. Зажигание неоднородных смесей в двигателях обычно производится не от постор01шего источника, а происходит в результате воспламенения смеси, вызываемого разгоном экзотермических реакций окисления до появления пламени. Этот разгон реакций осуществляется в основном вследствие тепловой активации. Такое воспламенение

/ZOM/гр/,

Фиг. 29. Распространение фронта пламени при воспламенении перед фронтом, распространение воспламенения и ударных волн (по данным А. Н Воинова)




можно получить при образовании горючей смеси в воздухе, нагретом до высокой температуры, например в результате сжатия. Двигатели, в которых используется этот принцип воспламенения горючей смеси, получили наименование двигателей с воспламенением от сжатия (дизели).

Выше было указано, что скорость химических реакций находится в экспоненциальной зависимости от температуры. Поэтому в области низких температур скорость реакции очень мала, но по достижении определенной области температур скорость реакции быстро растет (фиг. 22). При сжигании неоднородных смесей процессу сгорания должен предп1ествовать процесс испарения топлива и смешение его паров с воздухом для образования горючей смеси. Поэтому скорость сгорания неоднородных смесей зависит не только от скорости химических реакций горения, но и от скорости образования горючей смеси или подвода ее в зону горения. Скорость диффузии, определяющая процессы смешения, зависит от температуры значительно слабее, чем скорость реакций. Как известно, скорость сложного процесса определяется протеканием его наиболее медленной стадии. Поэтому в области низких температур скорость сгорания определяется в основном химической кинетикой (кинетическая область). При высоких температурах, когда скорость реакций сильно возрастает, лимитирующим процессом становится процесс диффузии реагентов в зону горения

и продуктов горения из этой зоны (диффузионная область). В результате зависимость от температуры скорости сгорания и, соответственно, количества теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, принимает вид,пока-занный на фиг. 30.

Возможность повышения температуры смеси до появления пламени определяется, с одной стороны, количеством теплоты Q выделяющейся в результате химических реакций, а с другой - отводом теплоты Qj- из зоны реакций в окружающую среду. Если Q.r>Qr температура смеси ;в зоне реакций будет расти, что вызовет дальнейшее быстрое увеличение количества теплоты Qj, и произойдет воспламенение. Наоборот, если Qj< Qp, то температура в зоне будет понижаться и, соответственно, замедляться реакции. Тепловой поток Q-p из зоны реакций в окружающую среду пропорционален разности температур в зоне Т и окружающей среды Tq (первоначальной температуры смеси).

Значения для различных условий теплоотвода и температур окружающей среды показаны на фиг. 30,

Если количество теплоты, отводящейся из зоны реакций, определяется линией Q}-, то в зоне реакций возможны две установившиеся температуры Tj и Тз, при которых количества выделяющейся Qj и отводящейся теплоты Qj-равны. Если первоначальная температура смеси Т^<1\, то Qx> Qt смесь будет разогреваться до тех пор, пока ее температура ие достигнет дальнейший разогрев смеси невозможен, так как Q, становится меньше Q\.. То же самое наблюдается соответственно для температуры Tg, так как в области от Тч до Тз Q> Q\, а при температуре больше Tg Qj,< Q. Температура Tj

Фиг. 30. К определению температур воспламенения и потухания.



соответствует весьма медленному протеканию реакций, без горения; Ts - температура горения. Температура Т? соответствует неустойчивому режиму, так как небольшое увеличение теплоотвода приводит к замедлению реакций с понижением температуры до Tj, а небольшой добавочный разогрев - к разгону реакций с повышением температуры до Tg. При более высокой температуре среды (начальной температуры смеси) линия теплоотвода будет проходить ниже и точки и Ti будут сближаться.

В предельном случае, когда линия Q (фиг. 30) станет касательной к линии Q, точка касания определит температуру Т4, ту наинизшую температуру, при которой в данных условиях Qjc= При этой температуре в зоне реакций хотя и возможно протекание медленных реакций, но небольшое превышение этой температуры сразу приводит к разогреву смеси, так как становится больше Q, и, следовательно, происходит воспламенение смеси. Температура Г4 называется температурой самовоспламенения. Зависимость температуры самовоспламенения от условий теплоотвода и начальной температуры Т^, т. е. от условий ее определения, показывает, что эта температура не является физико-химической характеристикой топлива. Например, при начальной температуре смеси То и менее интенсивном тепло-отводе, характеризуемом линией Q, температура самовоспламенения рав-

на Т,.

Таким же образом изменение протекания линии выделения теплоты Q. вследствие изменения состава смеси также изменит положение точки касания линии теплоотвода и, следовательно, значение температуры самовоспламенения. Наконец, при практическом определении температуры самовоспламенения фактически измеряется не температура Tg, а температура среды Tq. Различие между этими температурами определяется наклоном линии Q , т. е. условиями теплоотвода.

Если при установившемся процессе горения при температуре Tg понижать температуру свежей смеси, поступаюш.ей в зону реакций, то линия теплоотвода сдвигается влево (фиг. 30). Когда температура смеси снизится до Т', линия теплоотвода Q становится касательной к линии выделения теплоты Qj и в точке касания, соответствующей температуре в зоне реакции, Qx= = Q\. При всех более низких температурах Q<Q и, следовательно, при небольшом дальнейшем понижении температуры произойдет прекращение горения, и температура в зоне реакций уменьшится до Г... Температура называется температурой потухания. Значение этой температуры также зависит не только от свойств горючей смеси, но и от условий теплообмена. Температура потухания (при охлаждении) выше температуры самовоспламенения (при разогреве). Таким образом, в объемах смеси, воспламенившихся вследствие высокой температуры в средней части камеры сгорания двигателя, реакции горения могут прекратиться при приближении к охлажденным стенкам камеры.

Воспламенение неоднородной смеси естественно происходит в тех зонах, в которых состав горючей смеси около испаряющихся капель обеспечивает наибольшую скорость тепловыделения, что соответствует коэффициенту избытка воздуха, несколько меньшему единицы. Расстояние этих зон от поверхности капель зависит от упругости паров топлива. Кроме того, расположение зон воспламенения зависит от температурного поля вокруг капли, определяемого температурой окружающей среды и температурой поверхности капли (температурой испарения), от тепловых свойств смеси и тепловыделения при предпламенных реакциях. Форма полей концентраций паров топлива и температурных полей зависит также от скорости движения капли в воздухе и меняется во времени.




в начальный период испарения, когда относительная скорость капли велика, пары топлива, образующие след за каплей, смешиваются с окружающим воздухом. Однако вследствие быстрого торможения капель количество паров, образующихся в этом периоде, незначительно. При прекращении относительного движения капли поверхности равных концентраций и температур вокруг капли принимают сферическую форму (фиг. 31). Температура около капли уменьшается от температуры окружающей среды То до температуры испарения Т„. Концентрация с„ паров топлива наибольшая на поверхности капли и соответствует температуре испарения. По мере удаления от поверхности капли концентрация паров уменьшается. Область горючей смеси, ограниченная верхним и нижним пределами распространения пламени, находится на некотором расстоянии от поверхности капли.

Расположение зоны воспламенения в области горючих смесей определяется оптимальным сочетанием влияния температур и концентрацией на скорость реакций. Если неподвижная капля топлива испаряется и поля концентраций и температур сферические, то оптимальная для воспламенения зона, в которой скорость реакций W достигает максимума, располагается на расстоянии двух-трех диаметров от поверхности капли. В дальнейшем, после образования пламени вокруг капли, фронт пламени удаляется от поверхности, а скорость испарения возрастает вследствие увеличения температуры. Скорость горения капли определяется диффузией паров топлива от поверхности капли и кислорода из окружающего воздуха в зону горения и диффузией продуктов сгорания из этой зоны в окружающую среду.

Смесь в пространстве между каплями, находящимися на периферии факела топлива, обычно не достигает горючей концентрации. Но в центральной части факела, где капли движутся близко одна от другой, концентрация паров топлива настолько возрастает, что смесь становится негорючей вследствие перехода за верхний концентрационный предел. Одновременно внутри факела температура уменьшается в результате испарения.

В наиболее благоприятных для воспламенения условиях находятся капли малого диаметра, движущиеся вместе с воздухом в наружных частях факела. Место образования одного или нескольких очагов воспламенения определяется длительностью предпламенных реакций, скоростью движения факела и условиями теплообмена со стенками. При наличии сильно нагретых частей стенок камеры сгорания (например, поверхности поршня и выпускного клапана) первый очаг воспламенения обычно возникает в наружной части факела, ближайшей к наиболее нагретой части камеры.

Появлецие очагов горения приводит к общему повышению температуры в камере, что ускоряет процессы испарения капель и протекание предпламенных реакций в образующейся топливо-воздушной смеси. Одновременный рост давления вызывает дополнительное сжатие смеси и повышение температуры. В результате этого пламя от первоначально возникших и вновь образующихся очагов распространяется по всей смеси. При этом сгорание неоднородной смеси может происходить как в результате перемещения фронта пламени в тех участках, где смесь горючая, так и вследствие распространения

5 Орлин и др. 214С

Фиг. 31. Схема полей температур и концентраций у поверхности неподвижной капли.



ПО негорючей смеси тепловой волны от горящей к еще невоспламенившейся капле или зоне горючей смеси.

Процессы образования горючей смеси и протекание предпламенных реакций занимают определенный промежуток времени, и воспламенение неоднородной смеси происходит не в момент образования горючей смеси, а несколько позже. Этот промежуток времени называется задержкой воспламенения. Практическое значение имеет не момент появления первого очага воспламенения, а характер изменения давления в камере сгорания. Поэтому на практике задержкой воспламенения называют период (выраженный в градусах угла поворота кривошипа или миллисекундах) между началом впрыска топлива и началом быстрого повышения давления в цилиндре двигателя вследствие уже значительного выделения теплоты сгорания. Таким образом, в период задержки воспламенения включается также время, в течение которого происходит распад струи топлива на капли, образование факела, прогрев капель, их испарение, вызывающее небольшое понижение давления вследствие затраты теплоты, и период предпламенных реакций, сопровождающийся слабым повышением давления (холодное пламя).

Воспламеняемость характеризуется цетановым числом топлива (см. гл. П1). Улучшение воспламеняемости можно получить добавлением в топливо небольших количеств специальных веществ (нитраты, перекиси), ускоряющих протекание предпламенных реакций.

Величина задержки воспламенения существенно влияет на протекание процесса сгорания в цилиндре двигателя. Чем больше задержка воспламенения, тем больше количество топлива оказывается впрыснутым в камеру сгорания к моменту воспламенения, тем большее количество горючей смеси успевает образоваться, и тем глубже протекают предпламенные реакции. В результате возникает большее число очагов воспламенения, и одновременное горение большого количества прошедшей предпламенную подготовку горючей смеси приводит к быстрому тепловыделению, сопровождающемуся резким повышением давления в камере сгорания. Характер изменения давления в цилиндре двигателя и влияние задержки воспламенения на показатели рабочего процесса двигателя рассмотрены ниже в гл. V.

Кроме структуры молекул топлива на величину задержки воспламенения влияют также другие его свойства, определяющие мелкость распыливания, так как с уменьшением диаметра капель скорость испарения возрастает. Повышение температуры воздуха в камере сгорания в результате подогрева всасываемого воздуха, повышения степени сжатия или наличия горячих стенок камеры приводит к уменьшению задержки воспламенения вследствие ускорения как физических процессов образования горючей смеси, так и химических процессов подготовки топлива к сгоранию. Повышение давления при наддуве или повышении степени сжатия также уменьшает задержку воспламенения в результате увеличения концентрации реагентов, несмотр5£ на некоторое уменьшение скорости испарения.

Выше было отмечено, что при образовании неоднородной топливо-воздушной смеси распыливанием капли топлива распределяются в воздухе неравно.мерно. В средней части факела соотношение между количеством воздуха и количеством топлива значительно меньше стехиометрического. Поэтому при возникновении очагов воспламенения в наружной части факела пламя не может распространяться внутрь факела, где концентрации паров топлива в смеси выше верхнего предела распространения пламени. Образование переобогащенных участков смеси, так же как и образование паровых оболочек вокруг капель, определяет диффузионный характер горения, когда скорость сгорания зависит от скорости диффузии паров топлива и кислорода в зону горения. Значительное повышение температуры внутри этих переобогащенных участков при одновременном недостатке кислорода




1 ... 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 ... 20