Характер процессов смесеобразования и сгорания в двигателе с принудительным воспламенением

С поверхности капель и пленки топливо испаряется при сравнительно небольших температурах. Капли находятся во впускной системе двигателя примерно в течение 0,002 .0,05 с.

За это время успевают полностью испариться лишь самые мелкие из них. Низкие скорости испарения капель определяются главным образом молекулярным механизмом переноса теплоты и массы, поскольку большую часть времени капли движутся при незначительном обдуве воздухом. Поэтому на испарение капель заметно влияют мелкость распыливания и начальная температура топлива, влияние же температуры воздушного потока незначительно.

Существенную роль играет испарение с поверхности пленки, которая интенсивно обдувается потоком. Большое значение для испарения пленки имеет теплообмен со стенками впускного тракта, поэтому при центральном впрыскивании и карбюрации впускной трубопровод обычно обогревается охлаждающей двигатель жидкостью или отработавшими газами.

В зависимости от конструкции впускного тракта и режима работы карбюраторного двигателя и при центральном впрыскивании на выходе из впускного трубопровода содержание в горючей смеси паров топлива может составлять 60 .95% [ 3 ]. Процесс испарения топлива продолжается в цилиндре во время тактов впуска и сжатия, к началу сгорания топливо практически испаряется полностью.

Особенно интенсивно испаряется пленка с поверхности впускного клапана, однако продолжительность этого испарения невелика, поэтому при распределенном впрыскивании на тарелку впускного клапана и работе двигателя с полным дросселем до поступления в цилиндр испаряется лишь 30 .50% цикловой дозы топлива [ 3 ].

Доля топлива, испарившегося перед поступлением в цилиндр, на режимах холодного пуска может уменьшаться до 5 .10%.

Неравномерность состава смеси по цилиндрам. Скорости движения воздуха и паров топлива во впускном тракте равны, а скорость капель на 2 .6 м/с меньше, чем скорость воздуха. Из-за неодинакового сопротивления ветвей впускного тракта наполнение отдельных цилиндров воздухом может отличаться, но не более чем на 2 .4%.

Распределение топлива по каналам разветвленного впускного трубопровода, а значит, и по цилиндрам карбюраторного двигателя или при центральном впрыскивании может характеризоваться значительно большей неравномерностью главным образом за счет неодинакового распределения пленки. Это означает, что и состав смеси в цилиндрах будет неодинаковым.

Степень неравномерности состава смеси оценивается показателем

Di = (2.1.1)

где αi – коэффициент избытка воздуха в i – ом цилиндре.

Для более равномерного распределения состава смеси по цилиндрам необходимо обеспечить возможно более полное испарение топлива до зон разветвления впускного трубопровода. В этой связи, например, улучшение распыливания уменьшает степень неравномерности состава смеси.

Индикаторный коэффициент полезного действия (КПД) двигателя ηi зависит от полноты, скорости и своевременности сгорания топлива. Чем однороднее и сильнее турбулизирована смесь, тем быстрее она горит. В соответствии с индикаторной диаграммой в процессе сгорания можно выделить три фазы.

Первая фаза θI , начинающаяся в момент проскакивания электрической искры и заканчивающаяся, когда давление в цилиндре становится в результате выделения теплоты выше, чем при сжатии смеси до верхней мертвой точки (ВМТ) без сгорания, называется начальной фазой сгорания или фазой формирования фронта пламени. В этот период времени очаг горения, формирующийся в зоне высоких температур между электродами свечи, постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени. Развитие сгорания в течение этой фазы в основном определяют закономерности мелкомасштабного турбулентного горения. Доля топлива, сгорающего в период θI меньше 2 .3%, поэтому индикатор не регистрирует увеличение давления относительно давления сжатия. На длительность θI в градусах ПКВ влияют следующие факторы:

Состав смеси. Наименьшее значение θI соответствует составу смеси, при котором скорость сгорания имеет наибольшее значение (α = 0,8 .0,9). При сильном обеднении смеси не только заметно увеличивается θI, но и резко ухудшается стабильность воспламенения, вплоть до появления пропусков в отдельных циклах.