3.1.2 Продолжительность основной фазы сгорания и особенности ее протекания при добавке водорода.
В работе определено время распространения пламени от свечи зажигания до датчика ионизации. Т.к. датчик находится в наиболее удаленной от свечи зажигания области КС, т.е. диаметрально противоположно ей, то промежуток времени до появления импульса ионного тока соответствует выгоранию основной части заряда.
Как показали исследования и анализ литературы [15, 28, 49, 93, 107, 108, 126], продолжительность основной фазы, при одинаковом искровом разряде, и форме КС зависит от различных факторов:
химического состава смеси - влияющего на ламинарную скорость распространения пламени в ТВС, продолжительность первой фазы и концентрацию активных радикалов в ТВС и фронте пламени;
турбулентности потока - обеспечивающей интенсивный подвод в зону горения свежей смеси, нагрев свежей ТВС, и толщину турбулентного фронта пламени;
температуры и давления в момент воспламенения - определяющие начальные условия распространения пламени.
Влияние турбулентности смеси оценивалось через влияние изменения скоростного режима, влияние температуры и давления в момент воспламенения оценивалось через изменения УОЗ, а влияние химического состава смеси определялось по изменению а и количеству добавляемого водорода. На рисунке 3.5а представлена продолжительность основной фазы по времени для УОЗ = 13° ПКВ, при изменении скоростного режима с 600 до 900 мин*1 и добавки 5% водорода по массе топлива. С увеличением частоты вращения продолжительность основной фазы по времени уменьшается. Так для 600 мин*1, УОЗ = 13° ПКВ, для а = 1 и 1.3 продолжительность основной фазы составит 7.12 и 10.63 мс, а для 900 мин"1 составляет 5.54 и 8.13 мс, соответственно. Это связано с увеличением турбулентности заряда при увеличении частоты вращения, и, следова-тельно, турбулентной скорости распространения пламени. Что составляет сокращение продолжительности основной фазы при увеличении частоты вращения на 22.2% для а = 1 и 23.5% для а = 1.3.
Добавка 5% водорода значительно увеличивает число активных центров во фронте пламени, а также как показано в работе [10, 89], атомы водорода активно диффундируют к фронту пламени, тем самым, повышая число химических реакций во фронте пламени. Что увеличивает интенсивность тепловыделения во фронте пламени и повышает температуру сгорания, что еще ускоряет процесс сгорания. Это подтверждается при рассмотрении влияния увеличения частоты вращения (турбулентности потока) на продолжительность основной фазы при добавке 5% водорода. Так для 600 мин"1, при а = 1 и 1.3 продолжительность первой фазы составит 6.32 и 7.88 мс, а для 900 мин"1 составит 4.77 и 5.76 мс, соответственно. Что составляет сокращение продолжительности основной фазы при увеличении частоты вращения на 24.5% для а = 1 и 26.9% для а = 1.3. Таким образом, добавка 5% водорода сокращает продолжительность основной фазы.На рисунке 3.5-6 приведена продолжительность основной фазы по углу поворота коленчатого вала, УОЗ = 13° ПКВ при изменении скоростного режима с 600 до 900 мин'1 и добавки 5% водорода. Показано что продолжительность основной фазы по углу поворота коленчатого вала, при увеличении частоты вращения, увеличивается. Это связано с тем, что угловая скорость кривошипа с увеличением частоты вращения с 600 до 900 мин"1, увеличивается в 1.5 раза, а средняя скорость распространения пламени в основной фазе увеличивается не столь значительно. Так для 600 мин'1 без водорода, при а = 1 и 1.3 продолжительность основной фазы составит 25.76 и 38.3 градусов ПКВ, а для 900 мин"1 составит 28.4 и 44.5 градусов ПКВ, соответственно. А при добавке 5% водорода для 600 мин"1, при а = 1 и 1.3 продолжительность основной фазы составит 22.75 и 28.4 градусов ПКВ, а для 900 мин"1 составит 25.8 и 31.1 градусов ПКВ, соответственно. Что составляет увеличение продолжительности основной фазы по углу ПКВ при увеличении частоты вращения на 9.3% для а = 1 и 14%) для а = 1.3 без водорода и 10.3% для а = 1 и 12.1% для а = 1.3 с 5% добавкой водорода.
Показано добавка 5% водорода, позволяет проводить основную фазу при увеличении частоты вращения за меньший угол ПКВ.Влияние УОЗ на продолжительность основной фазы показано на рисунке 3.6. Из рисунка видно, с увеличением УОЗ продолжительность основной фазы уменьшается, это связано с тем, что сгорание основной части заряда смещается
76
14 -
а
а)
на линию сжатия и протекает при меньшем объеме камеры сгорания, что увеличивает давление и температуру в прочесе сгорания. Так для 900 мин"1, а = 1 для УОЗ = 13, 19 и 26° ПКВ продолжительность основной фазы составляет 5.97, 5.69 и 5.32 мс, а для а = 1.3 - 9.22, 8.74 и 7.8 мс, соответственно. Добавка водорода не вносит существенного влияние на изменение продолжительности основной фазы при изменении УОЗ.
б)
Рисунок 3.5 - Продолжительность основной фазы сгорания по составу смеси а, для п = 600 и 900 мин"1, УОЗ = 13° ПКВ, без водорода и при добавке 5% водорода: а) По времени в мс, б) По углу поворота KB в градусах.
Влияние состава смеси на продолжительность основной фазы сгорания показано на рисунках 3.5 и 3.6. С обеднением смеси, начиная от а = 0,85 - 0.95 продолжительность основной фазы увеличивается за счет уменьшения ламинарной скорости распространения пламени, что и сказывается на продолжительности основной фазы сгорания. Так для 900 мин"1, УОЗ=19° ПКВ, при а = 0.9 и 1.3 продолжительность основной фазы составит 5.69 и 8.74 мс соответственно.
Рисунок 3 6 - Продолжительность основной фазы сгорания при изменении УОЗ по составу смеси а, без водорода и при добавке 5% водорода, п = 900 мин'1, УОЗ = 13°, 19° и 26° ПКВ.
Влияние добавки водорода на продолжительность основной фазы сгорания проявляется при обеднении смеси, это связано с тем, что при обеднении смеси сгорание основной части заряда смещается в зону расширения, где тур-
а
Влияние добавки 5% водорода на продолжительность основной фазы сгорания показано на рисунках 3.5 и 3.6. Так при добавке 5% водорода для 900 мин'1 а = 1 и УОЗ = 13, 19, 26° ПКВ продолжительность основной фазы составляет 5, 4.77 и 4.49 мс, а для а = 1.3 - 6.05, 5.67 и 5.15 мс, соответственно. Что составило сокращение основной фазы для а = 1 и УОЗ = 13, 19, 26° ПКВ на 16%, а для а = 1.3 - 34%. Добавление водорода увеличивает концентрацию активных радикалов во фронте пламени, которые очень быстро диффундируют в несгоревшую смесь, ускоряя тем самым протекание сгорания, увеличивая турбулентную скорость распространения пламени, что сокращает основную фазу сгорания.
булентность потока уменьшается, и оказывает меньше влияния на скорость сгорания. Таким образом, в фазе расширения влияние ламинарной скорости распространения пламени на турбулентную скорость распространения пламени, становится больше. Согласно работам [94] добавка водорода значительно увеличивает ламинарную скорость распространения пламени, что и приводит к увеличению влияния добавки водорода на продолжительность сгорания при обеднении смеси.