Факторы, определяющие возникновение и усиление детонации, следующие: I
1. Степень сжатия. Увеличение степени сжатия приводит к по- \ вышению давления и температуры к концу сжатия. Это создает благоприятные условия для возникновения детонации. Поэтому для каждого топлива существует определенная наибольшая допустимая степень сжатия.
2. Форма камеры сгорания и расположение свечи зажигания. Конфигурация камеры сгорания и расположение свечи оказывают весьма существенное влияние на появление детонации. Различные по конструкции камеры сгорания для одн )го и того же сорта топлива допускают различные степени сжатия.
3. Угол опережения зажигания. При раннем зажигании в начальный период сгорания после задержки воспламенения наблюдается быстрое нарастание давления и, следовательно, температуры. Это ускоряет предпламенные реакции в части смеси перед фронтом пламени, что способствует возникновению детонации.
4. Состав смеси. Так как скорость сгорания зависит от состава смеси и наибольшая ее величйна*7:оотвётствует а. = 0,8 0,9, то именно при этом составеТмесь становится наиболее склонной к детонации, -
5. Раз.меры и число цилиндров. При заданном расположении свечи чем больше диаметр цилиндра, тем длиннее путь пламени до наиболее удаленной точки камеры и тем благоприятнее условия возникновения детонации. При уменьшении диаметра цилиндра сокращается путь пламени и увеличивается относительная величина поверхности охлаждения, так как последняя возрастает с уменьшением диаметра. Это позволяет повысить степень сжатия в двигателе.
В многоцилиндровом двигателе при внешнем смесеобразовании обычно возникает детонация даже при степени сжатия, допустимой в одноцилиндровом двигателе. Причиной этого является неодинаковый состав смеси по цилиндрам. Детонация возникает раньше в тех цилиндрах которых смесь приближается" к составу с а7),б~ч-{),9.
6. Материал поршня и головки цилиндра. Допустимая степень сжатия зависит от материала поршня и головки. Поршни из алюминиевого сплава позволяют повысить степень сжатия на 0,4-0,7 по сравнению с чугунными поршнями. .
Замена чугунной головки головкой из алюминиевого сплава дополни- \ тельно позволяет увеличить степень сжатия на 0,5-0,6. Возможность * повышения степени сжатия при выполнении этих деталей из алюминиевого сплава объясняется его высокой теплопроводностью. Поэтому температура газов в конце сжатия ниже, чем при чугунных поршне и головке, и склонность двигателя к детонации уменьшается.
7. Число оборотов. Увеличение числа оборотов вала двигателя, сопровождающееся усилением вихревого движения заряда в камере сгорания, приводит к повышению скорости сгорания, а также к повышению теплоотдачи и некоторому увеличению количества остаточных газов. .Всео снижаем склонность двигателя к детонации с повышением числа оборотов"."
На фиг. 49 изображена зависимость допустимой степени сжатия от максимальных чисел оборотов, развиваемых коленчатым валом при полном открытии дроссельной заслонки, для автомобильных двигателей различных гипов.
На фигуре видно, что при увеличении числа оборотов на 500 в минуту степень сжатия можно повысить примерно на 0,7-0,9.
8. Свойства-топлива. Склонность топлив к детонации оценивается по шкале октановых чисел (см. гл. HI). Приближенная зависимость между
7 Орлин и др. 2146
www. vokb-la spb.ni
степенью сжатия и необходимым октановым числом топлива для автомобильных двигателей приведена на фиг. 50.
9. Условия на впуске и выпуске. При дросселировании на впуске 1гл[1 увеличении сопротивления на выпуске KjQjiH4ecTBo остатоу ны2С газс)в повышается и склонность двигателя к детонации снижается. При повы-шении давления и температуры на впуске склонность двигателя к де
2500
3000
3500noS/Mun
Головка и поршень чугунные о Гол о Ш чугунная,поршень алюминиевый Гол едка и поршень алюминиебые
Фиг. 49. Влияние числа оборотов п коленчатого вала на допустимую степень сжатия в двигателях различных конструкций:
/ - двигатель работал на бензине с октановыл» числом 55 > -лсигагель работал иа автомобильном бензине А70. и А74; /-ЗИС-5; 2 и 3 - ЗИС-15; 4 - ГАЗ-1Г 5 ~ ЗИС-16; 6 - ГАЗ-ПА; 7 - ГЛЗ-51; 8 - МЗМА-400." 9 ~ М-20; 10 - ЗИЛ-120; - ЗиЛ-110; /2 - ЗИЛ-120-Э: /3 -ЗИМ.
60 70 80 90 Октановое число
Фиг. 50. Влияние октанового числа топлива на допустимую степень сжатия в автоыобплъных двигателях.
тоиации, наоборот, усиливается. Поэтому прицаддуве]. тр.ебуются топлив?* с повышенным октановым числом.
*~ 10. Интенсивность охлаждения. Недостаточное охлаждение наиболее нагретых частей камеры сгорания и головки, как-то: выпускных клапанов, перемычек между клапанами и т. п. , способствует возникновению детонации..
Сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия
В двигателях с воспламенением от сжатия топливо вспрыскивается в нагретый до высокой температуры в результате сжатия воздух. Обычно» топливо начинает подаваться до в. м. т.; подача может заканчиваться как после в. м. т., так и до в. м. т.
На фиг. 51 изображена развернутая индикаторная диаграмма давлений и температур в координатах р - 9 и Т - ср однокамерного двигателя с непосредственным распыливанием топлива, а также показан характер изменения подачи топлива о, величины тепловыделения & и скорости тепловыделения dbldt.
Подача топлива начинается до в. м. т. с опережением 6° у.гла поворота вала; подача заканчивается после в. м. т.
Изменение давления от точки / до точки 2 происходит только вследствие сжатия заряда. Подъем давления, вызванный тепловыделением при сгорании, начинается от точки 2. К этому моменту времени в цилиндр поступает количество топлива, равное oi.
Задержкой воспламенения называют период, соответствующий угл\ 9 (точнее, угол 9, представляет собой задержку нарастания давления).
При сгорании топлива давление резко растет на участке 2-3, достигая максимума после в. м. т., и далее, вследствие увеличения объема, снижается по ходу поршня.
Средняя быстрота нарастания давления по линии сгорания 2-3, как и-в двигателе с искровым зажиганием, определяется отношением Д/о/А9, а быстрота нарастания давления в данной точке, соответственно, производной dp/d(. Работа двигателя считается нежесткой, если средняя скорость нарастания давления не превышает 3-5 кг/см на 1° поворота коленчатого вала.
Повышение температуры на участке /-2 обусловлено сжатием заряда. При этом часть теплоты затрачивается на испарение впрыснутого топлива и поэтому температура будет несколько меньше той, которая могла бы быть при сжатии без впрыска топлива.
Наибольшая интенсивность тепловыделения, характеризуемая величиной db/dt, наблюдается в начальный период сгорания до момента достижения максимума давления, но количество выделившейся теплоты Ьз (фиг. 51) составляет окоЛо одной трети от общего количества тепла, введенного с топливом. Максимум относительной скорости тепловыделения обычно не совпадает с максимумом давления, так же, как и максимум температуры. Максимальная температура развивается в камере сгорания после достижения максимума давления. Положение точки 4 максимума температуры по углу поворота вала зависит от скорости сгорания Количество теплоты, выделенное к моменту достижения максимальной температуры, составляет 0,7-0,8 общего количества теплоты, поступающего в цилиндр топлива
Тепловыделение продолжается и после достижения максимальной температуры. При неблагоприятных условиях протекания процесса сгорания-полного тепловыделения не происходит: в отходящих газах появляются сажа, окись углерода н даже небольшое количество жидких продуктов разложения топлива.
Как видно из фиг. 51, основное тепловыделение при сгорании приходится на период после достижения максимума давления. Процесс сгорания затягивается по времени и частично переносится на линию расширения.
Условный момент конца сгорания (около 70° угла поворота вала после «. м. т.), к которому успевает выделиться 97»/о теплоты, отмечен на фиг. 51 ординатой 5.
Период сгорания в двигателе с воспламенением от сжатия может быть разделен на следующие четыре фазы:
1) фаза подготовки очагов воспламенения;
2) фаза развития очагов воспламенения и распространения пламени;
3) фаза сгорания основной массы рабочей смеси;
4) фаза относительно медленного догорания оставшихся горючих компонентов смеси.
Фиг. 51. Диаграмма изменения давления и температуры в зависимости от угла «р поворота гюленчатого вала в двигателе с воспламенением от сжатия.
