Невоспроизводимость последовательных циклов.

При работе поршневого двигателя внутреннего сгорания протекание соседних циклов всегда отличаются. При индицировании это выглядит как беспорядочные отклонения протекания процессов сгорания (циклов) от их средних значений. Такое явление в большей или меньшей степени присутствует при работе любых поршневых двигателей. В некоторых случаях происходят даже пропуски вспышек. Причины отклонений заключаются в колебаниях угла опережения зажигания, состава и качества гомогенизации смеси, скоростного и нагрузочного режимов, коэффициента наполнения и т.д. Наличие отклонений ухудшает мощностные и экономические показатели двигателей т.к. наряду с оптимальными циклами существуют неоптимальные. Уменьшение отклонений от средних значений возможно при обеспечении более стабильной работы агрегатов и систем, связанных с возникновением указанных выше причин.

Вспышки во впускной системе (Обратные вспышки)

При некоторых условиях работы двигателя, особенно при использовании переобедненных смесей, процесс сгорания затягивается и может происходить даже в процессе выпуска. В таком случае при открытии впускного клапана свежая смесь, поступающая в цилиндр, может воспламениться горящей смесью предыдущего цикла. Фронт пламени проникнув во впускной тракт вызывает выброс пламени из впускной системы.

Вспышки в выпускной системе

Это явление сопровождается звуками, похожими на выстрелы. Такие вспышки происходят вследствие воспламенения накопившейся в выпускном тракте горючей смеси при пропуске вспышек в цилиндре или сажи, выносимой с нагретых стенок, при резком нагружении двигателя (открытии дроссельной заслонки). Поджигание здесь происходит продуктами сгорания последующих, состоявшихся циклов.

Организация смесеобразования и сгорания (в т.ч. послойное)

Правильная организация процесса сгорания является одним из решающих факторов, влияющих на энергетические и экономические показатели двигателя и на его надежность. Качество организации сгорания оценивают по максимальной скорости нарастания давления в цилиндре (dp/dφ)_max, средней скорости нарастания давления (p_z – p₂)/φ_сгор, моменту достижения максимального давления в цилиндре, количеству тепла выделяющегося на линии расширения. При организации сгорания стремятся к тому, чтобы топливо сгорало быстро, достаточно полно, вблизи в.м.т., а максимальная скорость нарастания давления не должна быть чрезмерной с точки зрения динамических нагрузок газовыми силами поршня и КШМ (не должна быть чрезмерной жесткость сгорания).

Средствами управления качеством сгорания в двигателях с принудительным воспламенением однородных смесей являются: состав смеси (α), угол опережения зажигания (θ) и форма камеры сгорания.

Оптимальный состав горючей смеси для каждого из режимов работы двигателя определяется в период его экспериментальной доводки. Программы управления составом смеси вводятся в соответствующие агрегаты двигателя. При наличии нейтрализатора?

Программы управления углом опережения зажигания также определяются при доводке двигателя и закладываются в соответствующее автоматическое устройство.

Решающее влияние на возможность достижения необходимого качества сгорания горючей смеси оказывает форма выбранной камеры сгорания. Выбор формы камеры сгорания осуществляется на стадии проектирования двигателя, при этом учитываются влияния формы на качество газообмена, тепловые потери и на вероятность возникновения детонационного сгорания. Требования к форме камеры сгорания следующие:

минимальные гидродинамические потери при газообмене;

минимальные тепловые потери в стенки;

возможность использования максимальной степени сжатия при заданном сорте топлива;

обеспечение быстрого нежесткого сгорания;

технологическая и конструктивная простота.

Минимальные гидродинамические потери достигаются при использовании максимального сечения клапанов или окон, организацией течения рабочего тела с минимальными потерями полного давления при изменении направления движения. В настоящее время в двигателях, как правило, используются многоклапанные головки цилиндров с верхним расположением клапанов.

Тепловые потери в стенки зависят от отношения площади внутренней поверхности камеры сгорания к ее объему. С целью минимизации этого отношения камера сгорания должна быть компактной.

Детонационная стойкость камеры сгорания определяется скоростью распространения фронта пламени, расстоянием от свечи зажигания до наиболее удаленных объемов камеры, материалом стенок. С целью снижения вероятности возникновения детонационного сгорания камеру сгорания стремятся делать компактной, соответствующим образом располагать свечу зажигания, принимают меры к увеличению скорости распространения пламени путем дополнительной турбулизации заряда. Вихревое движение заряда может быть обеспечено формой впускного канала (тангенциальный подвод свежего заряда), установкой специальных ширм на впускном клапане, устройством разного вида вытеснителей, обеспечивающих вихреобразование в конце хода сжатия. Следует иметь в виду, что инициирование вихреобразования в процессе впуска ведет к снижению коэффициента наполнения.

Жесткость сгорания, определяемая текущим значением скорости нарастания давления в цилиндре, зависит от текущей площади фронта пламени, которая также зависит от формы камеры сгорания. Проиллюстрировать это можно следующим рисунком.

Таким образом, регулируя с помощью формы камеры сгорания скорость тепловыделения, можно добиться организации быстрого и не жесткого сгорания. Этим способом широко пользуются при проектировании двигателей. К настоящему времени сложилось большое разнообразие форм камер сгорания, которые выбираются в зависимости от назначения двигателя. Основные типы камер сгорания приведены ниже.

а – полусферическая, б – шатровая, в – клиновидная, г – овальная,

г – с нижним расположением клапанов.

Расслоение заряда преследует цель улучшения экономических и экологических показателей двигателей с принудительным воспламенением на частичных нагрузках путем использования в среднем существенно обедненных (α =.1,5 – 2,5) смесей. При этом снижается максимальная температура цикла, что дает снижение образования токсичных компонентов при сгорании, в связи с наличием избыточного воздуха повышается полнота сгорания. Предельными возможностями сжигания расслоенного заряда является создание бездроссельного двигателя с принудительным воспламенением, т.е. использовать в двигателе с принудительным воспламенение качественное регулирование мощности..

Расслоение заряда может осуществляться двумя основными способами:

с разделением камеры сгорания;

без разделения камеры сгорания.