Материал: 1968
Процесс сгорания топлива в координатах Р – φ показан на рис. 2.5 (φ – угол поворота коленчатого вала). Примерно за 20 – 300 до верхней мёртвой точки (ВМТ) подаётся искра при помощи свечи (в центре искры температура достигает 10 000 0С), горючая смесь воспламеняется, кривая сгорания отделяется от кривой сжатия.
У двигателя с искровым зажиганием процесс сгорания можно условно разбить на три фазы: I – начальный период сгорания начинается от точки 1 и протекает до точки 2 (сгорает 6 – 8% топлива от начала подачи искры до начала сгорания топлива и повышения давления); II – основ-
ная фаза горен |
я нач нается от точки 2 и заканчивается в точке 3 |
|
(80% топл ва); |
III – догорание топлива [2]. На диаграмме Т – φ, где |
|
температура дост гает максимального значения, заканчивается процесс |
||
С |
||
сгорания топл ва. |
||
|
При нормальном процессе сгорания воспламенение свежих порций |
|
рабочей смеси |
перемеш вание фронта пламени по камере сгорания про- |
|
исходит вследств передачи тепла под действием теплопроводности |
||
и |
|
я. |
|
лучеиспускан |
|
|
бА |
|
|
|
Д |
|
|
И |
Рис. 2.5. Изменение давления газов в цилиндре Pг
итемпературы Т в бензиновом двигателе:
1– начало подачи искры; 2 – отрыв линии сгорания от линии сжатия; 3 – максимальное
давление сгорания
16
По анализу изменения давления во второй фазе сгорания судят о жесткости процесса сгорания (скорости повышения давления). Двигатель должен работать мягко, без стуков с плавным повышением давления в процессе сгорания топлива.
Для бензиновых ДВС жёсткость процесса сгорания (С = Р/ φ,
Слограмме процесс сгоран я (в зоне третьей фазы) наблюдается в виде затухающих острых п ков. Частота вибрации давления равна частоте слышимых стуков. Звонк е металлические стуки являются результатом отражения ударных волн от стенок цилиндра и камеры сгорания.
МПа/град) = 0,1 – 0,2 МПа/град. Жесткость сгорания – это приращение давления за один градус поворота коленчатого вала двигателя.
Нормальный процесс сгорания протекает со скоростью 20 – 50 |
м/с. В |
процессе детонац скорость сгорания достигает 2 – 3 тыс. м/с. На |
осцил- |
На р с. 2.6 показаны рисунки нормального и детонационного сгорания топл ва в ц л ндре двигателя. На рис. 2.7 приведены графики изме-
сильной детонац .
нения давлен я в ц л ндре |
нормальном процессе сгорания, слабой и |
при |
|
бА |
|
Д Рис. 2.6. Нормальное и детонационное сгораниеИтоплива (бензина)
Нормальное сгорание |
Слабая детонация |
Сильная детонация |
Рис. 2.7. Изменение давления в цилиндре в процессе сгорания топлива
17
На детонационное сгорание топлива влияют [2]:
1. Степень сжатия (повышение степени сжатия ускоряет детонацию). 2. Угол опережения зажигания (раннее зажигание – усиливает).
3. орт топлива (октановое число меньше, детонация больше).
4. Частота вращения коленчатого вала (с уменьшением – возрастает детонация).
Причиной детонации является образование перекисей. Кислород при высокой температуре внедряется в углеводородную молекулу топлива, повышая её способность к самовоспламенению. Детонационному (взрыв-
ному) сгоран ю подвергается та часть горючей смеси, которая должна |
|
сгореть в последнюю очередь (рис. 2.8). Перекиси накапливаются в несго- |
|
ревшей части рабочей смеси и при достижении критической концентра- |
|
С |
|
ции распадаются с сопровождением взрыва и выделением большого ко- |
|
личества теплоты, акт в |
всю рабочую смесь. |
Детонац я – процесс очень ыстрого завершения сгорания в резуль- |
|
волн, распространяющ хся со сверхзвуковой скоростью.
зируя тате самовоспламененбАя части ра очей смеси и образования ударных
При детонац резко повышается температура в камере сгорания, что приводит к прогоран ю поршней и выпускных клапанов, перегреву и выходу из строя свечей, а при длительной интенсивной детонации – к выходу из строя двигателя.
Д И
Рис. 2.8. Схема детонационного сгорания топлива:
1 – воспламенение смеси искрой свечи; 2 – фронт горения; 3 – сгоревшая смесь; 4 – несгоревшая смесь; 5 – места повышенной концентрации
перекисей; 6 – очаг самовоспламенения; 7 – образование детонационной волны; 8 – детонационная волна; 9 – отраженные волны
18
Внешним признаком детонации является чёрный дым. Его причина заключается в забросе несгоревшего топлива в зону горения, где нет кислорода. При детонации ударная волна отражается от стенок цилиндра с частотой 2000 – 3000 Гц, при этом возникают металлические стуки. Давление в цилиндре резко повышается, мощность двигателя падает. Для устранения детонации зажигание устанавливают позже. В современных автомобилях это выполняется автоматически.
В блоке цилиндров установлен датчик с пьезокерамическим чувствительным элементом (р с. 2.9), на обкладках которого при детонации (ре-
зонансе) появляется напряжение. При появлении детонации сигнал с дат- |
|
чика передается на электронный блок управления двигателем, который |
|
позже подает напряжен е на первичную обмотку катушки зажигания. |
|
С |
|
Вторичное напряжен (25 – 30 тыс. вольт) катушки зажигания позже по- |
|
дается на электроды свечи. Угол опережения зажигания уменьшается, что |
|
снижает давлен е, |
температуру в камере сгорания и детонацию. |
Широкополосный датчик детонации представляет собой два корпуса |
|
– металл ческ ( |
) и пластиковый (внешний), между которы- |
внутренний |
|
ми наход тся пьезокерам ческий чувствительный элемент и инерционная |
|
масса, повышающая чувствительность. Между инерционной массой и |
|
пьезоэлементом, а также пьезоэлементом и внутренним корпусом имеется |
|
контактная шайба, защищающая от ударных нагрузок. Пьезоэлемент име- |
|
ет вывод к электрическому разъему датчика детонации. Вся эта конструк- |
|
ция через тарельчатую пружину соединена с внешним пластиковым кор- |
|
пусом, который крепится к блоку цилиндров двигателя при помощи болта. |
|
Пьезо – слово греческоеАи означает «давлю». Известной областью |
|
применения пьезоэлементов являются датчики давления. При действии |
|
давления или вибрации на пьезоэлемент на его обкладках возникает раз- |
|
ность потенциалов, которую можно измерить. Это явление называется
пьезоэлектрическим эффектом. |
Д |
|
|
Прямой пьезоэффект используют в технике для преобразования меха- |
|
нических напряжений или деформаций в электрические сигналы (датчики |
|
давления, датчики детонации). |
|
В пьезоэлектрическом преобразователе активными элементами явля- |
|
ется пластина, изготовленная из природного кварца. Возможно примене- |
|
|
И |
ние пьезокерамического материала, например ЦТБС-8 (цирконат ZrO2, титанат бария BaTiO3, окись свинца PbO). Широкое применение нашли титанат бария BaTiO3, титанат бария и кальция с добавкой кобальта (ТБК-3), титанат бария, кальция и свинца (ТБКС).
19
С |
|
|
||
и |
||||
|
|
требования |
||
|
Р с. 2.9. Устройство крепление широкополосного датчика детонации |
|||
|
|
|
|
Содержание отчета |
1. |
Название, цели |
А |
||
задачи ра оты. |
||||
2. |
Общие |
|
|
к ензинам. |
3. |
Формула и определение по ней нео ходимого количества воздуха для сгорания |
|||
1 кг бензина. |
|
|
|
|
4. |
Для бензинового двигателя с ра очим объёмом 0,5 л определить количество |
|||
|
|
|
|
Д |
поданного топлива в цилиндр, чтобы обеспечить коэффициент избытка воздуха, |
||||
равный 1. |
|
|
|
|
5. |
Индикаторная диаграмма (см. рис. 2.1) с описанием характерных точек и |
|||
участков. |
|
|
|
|
6. |
Указать причины детонационного сгорания бензина и способы их устранения. |
|||
7. |
Выводы по работе. |
|
||
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задания |
1. |
Укажите главные эксплуатационные требования к бензинам. |
|||
2. |
Как протекает процесс сгорания бензина? |
|||
3. |
Поясните составляющие формулы (2.1), по которой определяют теорети- |
|||
ческое количество воздуха, необходимого для сгоранияИ1кг бензина.
4.Что называют жесткостью процесса сгорания, определите её среднюю величину по анализу индикаторной диаграммы (см. рис. 2.1).
5.Что называют детонационным сгоранием бензина?
6. Укажите основные причины детонации.
7. Устройство и принцип работы датчика детонации.
20