Первая фаза охватывает период задержки воспламенения и занимает промежуток времени, соответствующий углу 9,., от момента начала впрыска топлива до начала повышения давления в результате воспламенения. Как отмечалось выше, за это время протекают процессы физико-химической подготовки к горению некоторой доли поступившего в цилиндр топлива в отдельных зонах.
Подготовка топлива к сгоранию происходит постепенно, по мере его поступления. Поэтому продолжительность задержки воспламенения существенно влияет на протекание процесса сгорания. Если период задержки воспламенения велик и к концу его в цилиндр поступит большая часть дозы топлива, то сгорание этой части вызовет резкое нарастание давления и приведет к повышению максимального давления цикла.
При этом экономичность цикла повысится, но детали кривошипно-шатунного механизма окажутся более нагруженными резко возрастающим давлением газов. При малой задержке воспламенения и, следовательно, умеренной подаче топлива к концу этого периода сгорание проходит с менее резким нарастанием давления. Последующая подача также не вызывает такого повышения давления, так как впрыскиваемое топливо сгорает быстрее в среде, нагретой до высокой температуры. При этом весь процесс сгорания развивается несколько медленнее, максимальное давление сгорания снижается, работа двигателя становится более плавной (мягкой), но экономичность цикла ухудшается. При слишком малом периоде задержки воспламенения и одновременно растянутой подаче топлива сгорание может стать неудовлетворительным: в отработавших газах появляются продукты неполного сгорания. Такое ухудшение сгорания связано с ухудшением смесеобразования, так как быстро воспламеняющееся топливо не успевает равномерно распределиться в воздушном заряде.
На продолжительность задержки воспламенения влияет ряд факторов, в том числе:
1) физические и химические свойства топлива;
2) температура и давление сжатого воздуха;
3) вихревые движения заряда в камере сгорания;
4) содержание в рабочем теле инертных газов.
Вторая фаза сгорания, соответствующая развитию очагов воспламенения и распространению пламени, при наиболее интенсивном тепловыделении начинается с момента воспламенения и продолжается до момента достижения максимального давления цикла. Процесс сгорания во второй фазе довольно быстро распространяется по всему объему ка.меры сгорания. В этой фазе относительная скорость тепловыделения достигает максимальной величины. В результате быстрого увеличения тепловыделения резко возрастают давление и температура.
Интенсивное тепловыделение во второй фазе сгорания является результатом как предварительной подготовки топлива, впрыснутого за период задержки воспламенения, так и частичного сгорания поступающего топлива. Поступление топлива в цилиндр может продолжаться в течение всей второй фазы горения или закончится ранее конца второй фазы. Очевидно, что величина нарастания давления по углу поворота коленчатого вала будет зависеть не только от продолжительности периода задержки воспламенения, ио и от быстроты подачи и количества подаваемого топлива. При большой задержке воспламенения и коротком впрыске быстрота нарастания давления (жесткость работы двигателя) получается наибольшей, так же, как и максимальное давление цикла.. Топливо, поступающее во второй фазе в среду, охваченную пламенем, при малом периоде задержки воспламенения и местном недостатке кислорода обращается в продукты неполного сгорания и продукты термического распада.
Протекание процесса сгорания во второй"фазе определяет жесткость работы двигателя и экономичность рабочего процесса. Рабочий процесс протекает наиболее экономично при достижении максимального давления цикла при повороте коленчатого вала на 6-10° после в. м. т.
Основное влияние на протекание второй фазы сгорания оказывают следующие факторы:
1) продолжительность периода задержки воспламенения;
2) величина подачи топлива за период задержки воспламенения;
3) быстрота подачи и количество подаваемого топлива во второй фазе;
4) равномерность распределения топлива в камере сгорания. Третья фаза сгорания начинается в момент достижения максимального
давления и заканчивается при угле поворота коленчатого вала, при котором достигается максимальная температура газа. К началу третьей фазы подача топлива обычно заканчивается.
Протекание процесса сгорания в третьей фазе происходит с пониженной скоростью тепловыделения. Снижение скорости сгорания происходит в результате уменьшения концентрации кислорода и разбавления горючей смеси продуктами сгорания.
Продолжительность третьей фазы сгорания определяется в основном диффузионными процессами. Общее количество выделенной теплоты к концу третьей фазы сгорания значительно увеличивается, температура газа достигает максимума. Несмотря на непрерывное повышение температуры в третьей фазе сгорания, давление уменьшается вследствие расширения газа, вызванного перемещением поршня.
Продолжительность третьей фазы зависит от следующих факторов:
1) величины среднего коэффициента избытка воздуха (нагрузочный режим);
2) скорости движения заряда в камере (скоростной режим);
3) характеристики подачи топлива.
При правильно подобранной характеристике топливоподачи и рйти-мальных условиях протекания процесса сгорания наибольшая температура цикла достигается при повороте коленчатого вала в. м. т на 20-35° после в. м. т. Для лучшего перемешивания топлива и воздуха используют перетекание горящего заряда из вспомогательной камеры в основную (в вихрекамерных и предкамерных двигателях).
Дальнейшее сгорание в четвертой фазе, от момента достижения максимальной температуры цикла до момента выделения 95-97% тепла от введенного с топливом, протекает замедленно. Скорость тепловыделения убывает, приближаясь к нулю. В двигателях с растянутым по времени впрыском, а также при больших подачах топлива на цикл за период четвертой фазы может выделиться 10-30% теплоты. Продолжительность сгорания в четвертой фазе, нередко занимает промежуток времени, соответствующий 50- 60° угла поворота вала, а иногда и более.
Условия для сгорания в четвертой фазе весьма неблагоприятны, так как в цилиндре содержится большое количество конечных продуктов сгорания. Весь процесс протекает при увеличении объема и уменьшении температуры. Перенос значительной доли тепловыделения на линию расширения сильно понижает эффективность использования выделяющейся теплоты. Экономичность двигателя резко понижается. Температура на выпуске повышается.
Для увеличения скорости сгорания и сокращения продолжительности четвертой фазы применяют те же мероприятия, которые были указаны для третьей фазы.
На продолжительность четвертой фазы сгорания оказывают влияние:
2) продолжительность подачи топлива в третьей фазе. .;
Влияние свойств топлива. Групповой химический состав топлива существенно влияет на продолжительность периода задержки .воспламенения и изменение давления в цилиндре. Чем больше в топливе содержится парафиновых углеводородов, тем короче период задержки воспламенения.
На фиг. 52 изображены две совмещенные индикаторные диаграммы, снятые при испытаниях двигателя на топливе различного группового состава. Кривая / получена при работе двигателя на топливе, содержащем главным образом углеводороды нафтенового и парафинового рядов; кривая 2 - на топливе с большим содержанием ароматических углеводородов. Как видно.
80 60 60 W
Ар Acf>
<
Фиг. 52. Изменение давления в цилиндре двигателя ЯАЗ-204 в зависимости от сорта топлива {п = 1600 об/мин; полная подача; насос-форсунка 80 мм на цикл):
/ - парафиновое топливо; 2 - топливо с большим содержанием ароматических углеводородов
Фиг. 5S. Зависимость задержки воспламене-ния <Р/, быстроты нарастания давления щ и
максимального давления р сгорания от фракционного состава (двухтактный двигатель; п = 1000 об/мин; полная подача; рк = 1.12 кг(см.
при работе двигателя на парафиновом топливе (кривая /) получается •меньшая задержка воспламенения, более плавное нарастание давления по углу поворота коленчатого вала и меньшее максимальное давление сгорания.
Из числа физических характеристик топлив на протекание процесса сгорания влияют вязкость, поверхностное натяжение и испаряемость топлива. Первые два свойства определяют мелкость распыливания. От испаряемости зависит скорость испарения капель и, следовательно, скорости образования горючей смеси. На фиг. 53 в качестве примера показана зависимость задержки воспламенения и быстроты нарастания давления от количества фракций топлива £?зоо (в процентах), выкипающих до 300° С (при неизменном цетановом числе). Из кривых следует, что по мере увеличения количества легких фракций задержка воспламенения уменьшается, а быстрота нарастания давления возрастает.
Влияние степени сжатия. При увеличении степени сжатия давление и температура к моменту впрыска повышаются. Это приводит к улучшению теплообмена между каплями впрыснутого топлива и воздухом. С повышением степени сжатия уменьшается задержка воспламенения, снижается скорость нарастания давления и работа двигателя становится более мягкой.
Влияние конструкции камеры сгорания. Различные схемы камеры сгорания двигателей с воспламенением от сжатия и осуществляемые в них способы смесеобразования рассмотрены ниже, в гл. XI.
