ћосква +7 495 545 6936
E-mail: написать
YouTube Instagram
Ќаш опыт в двигател€х Ч с 1990 года!
—ѕ≈÷»јЋ»«»–ќ¬јЌЌџ… ћќ“ќ–Ќџ… ÷≈Ќ“–
јЅ-»нжиниринг
√Ћј¬Ќјя

«агадки процесса сгорани€ (публикуетс€ в сокращении)


јЋ≈ —јЌƒ– ’–”Ћ≈¬, кандидат технических наук

— детонацией сталкивалс€, пожалуй, каждый водитель. » каждый знает, что это дл€ двигател€ плохо. » что по€вл€етс€ она чаще всего из-за низкооктанового бензина и на слух воспринимаетс€ стуками (Ђклапановї и даже Ђпальцевї). “олько вот проблема: оказываетс€, не все детонацию слышат, а если и слышат, то нередко воспринимают ее как нечто, от них не завис€щее, и даже путают ее с другими видами нарушени€ процесса сгорани€.

»нтересующий нас процесс начинаетс€ в самом конце такта сжати€, когда поршень, сжима€ топливовоздушную смесь, приближаетс€ к верхней мертвой точке (¬ћ“). »скровой разр€д на свече зажигани€ вызывает мгновенный разогрев смеси до температуры более 10000o— в очень малом объеме между электродами свечи. ‘актически за очень короткий промежуток времени, примерно равный длительности разр€да (около 10-5с или одной сотой доли микросекунды), в этом объеме происход€т нагрев, термическое разложение, ионизаци€ молекул топлива и кислорода и воспламенение смеси. ¬озникает очаг горени€, насыщенный продуктами сгорани€, и поверхность раздела между ним и несгоревшей смесью (фронт пламени).

≈сли объем очага достаточен дл€ прогрева и воспламенени€ соприкасающихс€ с ним слоев смеси (это зависит в основном от мощности искрового разр€да и температуры смеси в конце такта сжати€), то процесс сгорани€ начинает распростран€тьс€ по объему камеры сгорани€ от свечи в сторону еще не горевшей смеси.

¬начале скорость распространени€ пламени невелика - менее 1 м/с. Ќо длитс€ этот период недолго. ¬ процесс вмешиваютс€ турбулентные пульсации, другими словами, вихри, возникающие в цилиндре и камере сгорани€ при наполнении и сжатии смеси. ¬ихри искривл€ют и разрушают четкие границы фронта пламени: объемы гор€щих компонентов внедр€ютс€ в негор€щую смесь. ѕлощадь поверхности фронта резко возрастает, а вместе с ней повышаетс€ и скорость распространени€ фронта - до 50-80 м/с.

”скор€ющеес€ движение фронта вызывает все более быстрое воспламенение и сгорание новых порций смеси. ¬ результате температура и давление в камере сгорани€ резко увеличиваютс€. Ќо как только плам€ достигнет стенок камеры сгорани€ (этот момент примерно совпадает с максимумом давлени€ в 3-6 ћѕа), количество смеси, вступающей в реакцию, станет уменьшатьс€ - слишком мало ее осталось, да и отвод тепла от газов к более холодным стенкам камеры сгорани€ играет здесь не последнюю роль. ƒогорание последних порций смеси идет медленно, при этом температура продуктов сгорани€, достигнув максимума (более 20000—) несколько позже, чем давление, начинает падать вместе с началом движени€ поршн€ вниз. ¬се, процесс горени€, зан€вший 30o-: 40o поворота коленчатого вала (ѕ ¬), закончилс€. Ќачинаетс€ процесс расширени€ или, как прин€то говорить, такт рабочего хода.

 ак мы уже отметили, на упрощенно описанный процесс вли€ет немало факторов. Ќапример, температура стенок камеры. „ем она ниже, тем медленнее идет процесс, особенно на последней стадии - ведь снижение температуры замедл€ет химические реакции.

ќчень важен и состав топливовоздушной смеси, точнее говор€, коэффициент избытка воздуха. ≈сли топлива слишком много (Ђбогата€ї смесь) или, напротив, мало (Ђбедна€ї смесь), то Ђлишниеї вещества, не участвующие в реакци€х, забирают на себ€ теплоту и тем самым охлаждают смесь и продукты сгорани€.

—реди прочих факторов отметим такие, как давление и температура смеси в начале сжати€, степень сжати€, режим работы двигател€ (частота вращени€ и нагрузка), угол опережени€ зажигани€, мощность искры, конструкци€ камеры сгорани€ и ее размеры, количество нагара на стенках и, конечно, октановое число бензина.

Ѕольшое число нарушений в работе двигател€, св€занных с процессом горени€, возникает из-за переобеднени€ топливовоздушной смеси, когда возникают пропуски воспламенени€, вспышки во впускной и выпускной системах.

ƒвигатель при этом, естественно, не развивает мощности. ѕравда, пропуски воспламенени€ возможны и из-за неисправности системы зажигани€. Ќапример, когда слишком мала мощность искры или искрообразование носит нерегул€рный характер.

¬спышки во впускной системе обычно по€вл€ютс€ именно тогда, когда топливовоздушна€ смесь горит слишком медленно. ѕри этом смесь способна продолжать гореть даже на такте выпуска. ј поскольку в любом двигателе существует перекрытие клапанов (период, когда в начале впуска открыты оба клапана), продукты сгорани€ получают возможность поджечь свежую смесь, начавшую поступать в цилиндр. “огда быстрое распространение пламени из цилиндра во впускные каналы создает характерный Ђхлопокї - своеобразный взрыв на впуске.

 стати, при слишком Ђпозднемї зажигании, нередко €вл€ющемс€ причиной подобных Ђхлопковї, мощность двигател€ заметно падает. ѕочему это происходит, видно по индикаторной диаграмме: при позднем зажигании пик давлени€ в цилиндре резко уменьшаетс€ и сдвигаетс€ в сторону фазы выпуска.

≈ще более сильный взрыв возможен на выпуске - в глушителе. ѕри пропусках воспламенени€ в отдельных цилиндрах там может скапливатьс€ горюча€ смесь, котора€ способна воспламен€тьс€ с характерным Ђвыстреломї, к примеру, при резком открытии дроссельной заслонки.

ќписанные отклонени€ от нормального протекани€ процесса горени€ дл€ механической части двигател€ никакой опасности не представл€ют. ќднако хлопки во впускной системе способны вывести из стро€ расположенные там датчики, разорвать воздушный фильтр, а то и вызвать пожар под капотом.

—овсем другое дело, если при работе двигател€ возникает преждевременное самовоспламенение смеси (калильное зажигание). ќчевидно, преждевременное это значит - до момента искрообразовани€ на свече зажигани€. “акое возможно, если какие-либо поверхности или элементы камеры сгорани€ нагреты до слишком высокой температуры (700o— и более).

 алильное зажигание, в отличие от нормального, возникает сразу на большой поверхности - к тому же раньше, чем искровой разр€д на свече. ѕоэтому данный процесс, хот€ и похож по своей физической сущности на нормальное горение, не только начинаетс€ раньше, но и идет быстрее. ј значит, возрастает максимальное давление в цилиндре при горении.

¬се это вызывает рост нагрузок на детали шатунно-поршневой группы, увеличение шумности работы двигател€, в том числе стуки глухого тона, которые довольно сложно выделить из р€да звуков мотора. Ќо главное - калильное зажигание приводит к значительному росту тепловых нагрузок на поверхности, образующие камеру сгорани€. ќсобенно страдают алюминиевые детали: днище поршн€, поверхность головки блока около выпускного клапана. Ќу и, конечно, свечи зажигани€, которые быстро выход€т из стро€ из-за оплавлени€ электродов.

 оварство калильного зажигани€ состоит в том, что его по€вление почти не слышно. »з-за этого водитель может заметить неладное только тогда, когда, например, поршень уже прогорел, и ремонт двигател€ неминуем. ƒл€ борьбы с этим €влением наиболее действенны профилактические меры.

»ногда калильным зажиганием называют и самопроизвольную работу двигател€ после выключени€ зажигани€. ќбычно это происходит, если в двигатель продолжает поступать топливо (подобное случаетс€ обычно при наличии карбюратора). Ќо этот режим скорее непри€тен, чем опасен - нет нагрузки на двигатель, а топлива слишком мало, чтобы сжечь поршни. Ѕоротьс€ с таким самовоспламенением нетрудно - обычно бывает достаточно заменить электромагнитный клапан в карбюраторе, свечи зажигани€ и отрегулировать все, что требуетс€ по инструкции, включа€ зазоры в приводе клапанов.

¬ целом же все описанные отклонени€ в протекании процесса горени€ объединены тем, что физическа€ картина процесса почти не мен€етс€: горение начинаетс€ от сильно нагретого источника или поверхности, а далее с большей или меньшей скоростью распростран€етс€ в виде фронта пламени по всему объему камеры сгорани€, замедл€€сь и угаса€ у стенок.

—овершенно друга€ картина наблюдаетс€ при детонации - одном из самых загадочных €влений в двигател€х внутреннего сгорани€, над которым бьетс€ не одно поколение ученых и конструкторов.

ƒругие наши статьи...


фото
- продукты сгорани€;
- несгоревша€ топливовоздушна€ смесь;
uЌ, u - скорость распространени€ пламени;
—ћ, “ѕ— - температура топливовоздушной смеси и продуктов сгорани€; — - концентраци€ топлива.
‘ронт пламени вначале имеет довольно простую форму (а), но быстро искривл€етс€, а его четкие границы разрушаютс€ (б).
фото
«ависимость давлени€ и температуры в цилиндре от угла поворота коленчатого вала (индикаторна€ диаграмма):
1 - момент зажигани€;
I - образование начального очага пламени;
II - фаза быстрого сгорани€;
III - фаза догорани€;
Q - угол опережени€ зажигани€.
фото
"ѕозднее" зажигание заметно уменьшает максимум давлени€ в цилиндре и сдвигает его в сторону выпуска:
- нормальное опережение зажигани€ (Q1);
- "позднее" зажигание (Q2).


—ћ÷ "јЅ-»нжиниринг"© 2001. ¬се права защищены