Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf

и увеличением интенсивности охлаждения двигателя, наоборот,

Степень сжатия карбюраторных двигателей должна быть такой, чтобы температура рабочей смеси в конце сжатия ие была больше температуры самовоспламенения топлива. У дизелей температура в конце сжатия воздуха должна быть на 200—300° выше темпера­ туры самовоспламенения топлива, что обеспечивает надежный

Давление в конце сжатия (в точке с) можно определить из урав­ нения политропы p V n‘ == const.

Для политропы сжатия можно написать, равенство

PaV2‘= РсК',

откуда

пли

Ре = ЪП‘Ра-

Ниже приведены значения давления в конце сжатия (в МН/м2):

Температуру в конце сжатия можно определить из уравнения полптропического процесса ГУ'1-1 = const.

Для политропы сжатия можно написать равенство

Температура в конце сжатия у карбюраторных двигателей ко­ леблется в пределах 600—750 К, а у дизелей — в пределах 750— 900 К.

Давление и температура в конце сжатия зависят от степени сжа­ тия, угловой скорости коленчатого вала двигателя, количества поршневых колец и степени их износа.

§ 3. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Сгорание свежего заряда и последующее расширение продуктов сгорания являются основными процессами цикла двигателя внут­ реннего сгорания. В течение этих процессов происходит преобра­

27

зование химической энергии топлива в теплоту и затем частично теплоты в механическую работу. От характера протекания про­ цесса сгорания в значительной степени зависят мощиостные и эко­ номические показатели, а также износ основных деталей двига­ теля. В свою очередь, протекание процесса сгорания зависит от целого ряда факторов и главным образом от способов смесеобра­ зования п воспламенения топлива. Поэтому процесс сгорания для карбюраторных двигателей и дизелей рассматривают раздельно.

Процесс сгорания в карбюраторных двигателях

В двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламе­ нением смеси электрической искрой процесс сгорания соверша­ ется не при постоянном объеме, как в теоретическом цикле, а начи­

выключенном зажигании. Некоторая несимметричность кривых сжатия 1—6 и расширения 6—7 вызвана теплообменом между газами и стенками цилиндра, а также частичной утечкой газов через зазоры между поршневыми кольцами и стенками цилиндра.

Процесс сгорания смеси начинается с момента проскакивания искры между электродами свечи зажигания, отмеченного на диа­ грамме точкой 2, т. е. с опережением, угол которого равен 0.

После проскакивания искры давление в цилиндре в течение некоторого времени продолжает оставаться таким же, как и при выключенном зажигании (участок 2—3). Это происходит вследствие того, что количество сгоревшей смеси на указанном участке не­ значительно и имеет место теплоотдача от продуктов сгорания к свежей смеси, в стенки камеры сгорания и днище поршня. Затем давление в камере сгорания резко повышается (участок 3—4).

Распространение фронта пламени в камере сгорания пе закап­ чивается в тот момент, когда давление достигает максимального

28

значения, так как на отдельных участках происходит догорание смеси и выделение теплоты. Однако это догорание сопровождается уменьшением давления из-за увеличения объема цилиндра при пере­ мещении поршня вниз. Выделение теплоты, связанное с догоранием смеси в цилиндре, обычно рассматривают как явление, относящееся к процессу расширения.

На развернутой индикаторной диаграмме можно отметить три характерные фазы процесса сгорания смеси в цилиндре двигателя.

Первую фазу / называют начальной фазой сгорания. В течение этой фазы происходит предпламеииое окисление топлива с незна­ чительным увеличением температуры без повышения давления. Скорость сгорания смеси в этой фазе зависит в основном от химиче­ ских факторов (свойств топлива и состава смеси).

Первая фаза, определяемая на развернутой индикаторной диа­ грамме углом Да, и точками 2 и 3, представляет собой период за­ держки повышения давления. На продолжительность этой фазы оказывают влияние коэффициенты избытка воздуха и остаточных газов, структура молекул топлива, энергия источника зажигания, степень сжатия и нагрузка двигателя. Во время первой фазы сго­ рает около 6—8% смеси, находящейся в камере сгорания. Про­ должительность первой фазы составляет 4 —6° угла поворота ко­ ленчатого вала.

Вторую фазу 1Г называют периодом видимого или эффективного сгорания. В течение этой фазы сгорает около 90% смеси и проис­ ходит резкое возрастание скорости сгорания и давления в цилин­ дре. Эту фазу характеризует угол Да2. Она начинается в момент начала повышения давления (точка 3) и заканчивается в момент, когда давление в цилиндре достигает максимального значения (точка 4). Продолжительность этой фазы составляет 20—30° угла поворота коленчатого вала и зависит от состава смеси, степени сжатия, угла опережения зажигания, формы камеры сгорания, степени завихрения смеси, нагрузки двигателя.

Если снята индикаторная диаграмма, то вторую фазу сгорания можно оценить степенью нарастания давления, т. е. увеличением давления, отнесенным к одному градусу угла поворота коленча­ того вала. Среднее значение этой величины называют жесткостью

(в точке 4) и давлением в начале видимого сгорания (в точке 3), а Да2 — угол поворота коленчатого вала, соответствующий вре­ мени, прошедшему от момента начала видимого сгорания до мо­ мента, когда давление цикла достигает максимального значения. При нормальном протекании процесса сгорания в цилиндре авто­ мобильного карбюраторного двигателя средняя величина степени нарастания давления находится в пределах 0,12—0,20 МИ/(м2 °). Эта величина зависит от степени сжатия, степени завихрения смеси, угла опережения зажпганпя и других факторов.

29

Если отношение да2 < 0 ,1 , то сгорание может продолжаться при расширении, что ухудшает топливную экономичность двигателя.

Если же отношение - ^ - > 0 , 2 6 , то работа двигателя становится ДС&2

«жесткой», т. е. нарастание давления в цилиндре в этом случае происходит чрезмерно резко. Это увеличивает нагрузки, восприни­ маемые кривошипно-шатунным механизмом, и вызывает повышен­ ные износы, а иногда и поломки его деталей.

Опытным путем установлено, что наибольшая полезная площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и максимальная мощ­ ность двигателя получаются втом случае, когда наибольшее давле­ ние цикла соответствует углу, равному 10—15° угла поворота ко­ ленчатого вала после в. м. т.

Третью фазу называют догоранием смеси, которое совершается при расширении по линии 4—5. В карбюраторных двигателях про­ должительность третьей фазы невелика и определить ее окончание па индикаторной диаграмме весьма трудно, так как для этого не­ обходимо знать момент полного сгорания смеси. Продолжитель­ ность третьей фазы зависит от состава смеси, угла опережения за­ жигания и степени завихрения смеси.

Продолжительность сгорания (в с) смеси можно определить по формуле

где Да — угол поворота коленчатого вала в °; (йе — угловая скорость коленчатого вала в рад/с.

Для карбюраторных двигателей продолжительность сгорания смеси тс составляет 0,001—0,002 с.

Продолжительность сгорания смеси в цилиндре двигателя зависит главным образом от скорости распространения фронта пламени (скорости сгорания). Скорость сгорания в различные периоды процесса сгорания не остается постоянной, а изменяется в довольно широких пределах. В среднем ее значения при нормаль­ ном протекании процесса сгорания в карбюраторном двигателе находятся в пределах 20—30 м/с. Часто среднюю скорость сгорания условно определяют как отношение длины пути, проходимого пламенем от свечи зажигания до наиболее удаленной от нее точки камеры сгорания, ко времени, прошедшему от момента зажигания до момента, когда давление цикла достигает максимального зна­ чения.

Факторы, влияющие на процесс сгорания

Скорость сгорания зависит от состава и степени завихрения рабо­ чей смеси, степени сжатия, формы камеры сгорания, угла опереже­ ния зажигания, расположения свечи зажигания, нагрузки двига­ теля.

30