Карбюратор - Процесс сгорания / горения, детонация

Процессы сгорания

Для обеспечения надежного воспламенения топливовоздушной смеси искровой разряд должен обладать достаточной энергией в пределах 15...30 мДж. При зазорах между электродами свечи в пределах 0,6...0,8 мм вторичное напряжение находится в пределах 10...20 кВ.

Оптимальный  угол опережения зажигания зависит от скорости сгорания рабочей смеси, определяемой интенсивностью турбулизации, значением n, составом смеси, количеством отработавших газов, степенью сжатия, формой камеры сгорания, давлением и температурой заряда, энергией искры, числом свечей и другими факторами. Наибольший эффективный коэффициент полезного действия, как правило, достигается когда точка максимального давления pz на цилиндре соответствует 12...20° поворота коленчатого вала после ВМТ.

При слишком позднем угле опережения зажигания процесс сгорания затягивается, ухудшаются мощностные и экономические показатели, увеличиваются потери теплоты с отработанными газами и соответственно температура выпускных клапанов.

Детонация, как процесс сгорания

При слишком раннем угле опережения зажигания давление в цилиндрах резко возрастает еще до ВМТ, а следовательно, возрастают непроизводительные потери. Кроме того вследствие, увеличения давления сгорания, происходит перегрев деталей двигателя, прогар выпускных клапанов и могут возникнуть аномальные процессы сгорания. Одно из них — детонационное сгорание (детонация): это почти мгновенное сгорание наиболее удаленной от свечи зажигания части заряда, вызывающее распространение по камере сгорания ударных волн со скоростью до 1200 м/с. Детонация возникает при малых и средних значениях n и высокой нагрузке, например во время разгона автомобиля. 

Детонация характеризуется звонкими металлическими стуками, которую водители ошибочно принимают за стук поршневых пальцев. Длительная работа с интенсивной детонацией приводит к перегреву двигателя, эрозии, оплавлению и задиру поршня, поломке перемычек между канавками поршневых колец, износу цилиндропоршневой группы. Однако больше всего следует опасаться самовоспламенения смеси (калильного зажигания), возникающего от перегретых деталей, чаще от центрального электрода свечи, намного раньше появления искры. Калильное зажигание возникает при установке слишком горячих свечей зажигания не соответствующих данному двигателю, или при работе со слишком ранними углами опережения даже при правильных выбранных свечах, а также при перегреве двигателя, например, в случае использования бензина с пониженным октановым числом и повышенной склонностью к самовоспламенению. Появление калильного зажигания сопровождается снижением мощности (на 5…10%) и появлением характерных стуков.

При работе двигателя с калильным зажиганием резко повышается давление и температура заряда в процессе сгорания. В лучшем случае оплавляется центральный электрод свечи, в худшем – происходит обгорание поршня и начинается задир цилиндров, причем для этого иногда бывает достаточно нескольких секунд.

Одним из важнейших параметров, определяющих мощностные и экономические показатели, является степень сжатия. Ее величина ограничивается главным образом двумя факторами: возникновением аномальных процессов сгорания (детонация, калильное зажигание и другие) и повышенного выброса оксидов азота с отработанными газами.

Повышение степени сжатия до определенных пределов приводит к росту индикаторного КПД, а следовательно, к улучшению мощностных и экономических показателей. Повышение степени сжатия приводит к увеличению механических потерь, росту относительной поверхности камеры сгорания (поверхность камеры к ее объему), увеличению температуры поверхности стенок цилиндра, головки блока и поршня, а следовательно, повышенной теплопередаче в охлаждающую среду. Поэтому наибольший эффект достигается при значении e в пределах 9…9,5.

У большинства современных двигателей степень сжатия выбрана так, чтобы при малом значении n 1000…1500 мин^-1 для высокооборотных двигателей, детонация начиналась не при оптимальных углах опережения зажигания, а при углах соответствующих некоторому падению мощности (до 10%). При средних и больших частотах вращения вала (2500 мин^-1 и выше)двигатель должен работать без детонации при оптимальных углах опережения зажигания.

Характеристика автомата опережения зажигания выбирается из следующих условий:

• при малом значении n и при полной нагрузке угол опережения должен находится в зоне начала детонации или на несколько градусов позднее с учетом эксплуатационных отклонений;
• на частичных нагрузках подбирается оптимальный угол опережения зажигания из условия обеспечения минимальных удельных расходов g e топлива, в зоне работы двигателя при испытании на токсичность устанавливаются несколько более поздние углы опережения зажигания для снижения выброса CH и No_x;
• при большом значении n и полной нагрузке угол опережения зажигания иногда ограничивается с целью предотвращения появления аномальных процессов сгорания.