4.1.2 Влияние угла опережения зажигания на продолжительность процесса сгорания топливно-воздушной смеси
Как показано в [121] УОЗ оказывает значительное влияние на продолжительность всех фаз сгорания. Для каждого режима работы двигателя и состава смеси существует свои оптимальные углы опережения зажигании, при которых достигаются наилучшие показатели по токсичности и мощности.
При этом, зачастую, значения УОЗ соответствующие наилучшим показатели по токсичности, не являются оптимальными по экономичности. По этому необходимо выявить влияние изменения УОЗ на скорость распространения пламени для всех фаз сгорания. Для оценки влияния угла опережения зажигания на продолжительность сгорания в первой, второй, и третьей фазах сгорания использованы относительные значения уровня скорости пламени. Относительная продолжительность протекания данной фазы сгорания от изменения УОЗ равна отношению времени t при исследуемом УОЗ к времени tn=>, соответствующего работе при угле опережения зажигания 13°, при сохранении всех других параметров влияющих на скорость сгорания ТВС, т.е.Для первой фазы:
Ti.ono уоз = Ti/xi, i3o. (4.4)
Для второй фазы:
h, о по уоз = hlh, и0 (4.5)
Для третьей фазы:
тз,0поуоз = Т3/ТЗ, 13°. (4.6)
Относительная продолжительность первой фазы сгорания по УОЗ возрастает с увеличением УОЗ, что показано на рисунке 4.2-а. Из рисунка так же следует, что влияние УОЗ на продолжительность первой фазы увеличивается с обеднением смеси. Так для а = 1.1 продолжительность первой фазы возросла относительно УОЗ = 13° ПКВ для УОЗ 16°, 19° и 26° ПКВ на 5%, 12% и 24% соответственно, а для а = 1.3 и УОЗ 16°, 19° и 26° ПКВ на 10%, 18% и 28% соответственно. Увеличение продолжительности первой фазы сгорания объясняется, более низкими значениями температуры и давления ТВС при воспламенении смеси. Увеличение относительной продолжительности первой фазы при обеднении смеси по УОЗ связано с уменьшением ламинарной скорости распространения пламени, что способствует увеличению толщины турбулентного
фронта пламени, уменьшает количество тепла выделяющегося в единицу времени в начальном очаге пламени.
Тем самым обеднение смеси увеличивает объем начального очага пламени, что соответственно и приводит к увеличению относительной продолжительности первой фазы.
а)
11 1 I 0 2 фаза, уоз-9 С у 5 — А л ? 2 фаза, уоз-16
а
б)
Рисунок 4.2 - Относительная продолжительность второй фазы сгорания от изменения УОЗ по составу смеси а, режим работы: п = 900 мин"1, без водорода, а) Для первой фазы сгорания; б) Для второй фазы сгорания.
Относительная продолжительность второй фазы сгорания по УОЗ, показана на рисунке 4.2-6. Из рисунка следует, что с увеличением УОЗ продолжительность второй фазы уменьшается, при этом обеднение смеси приводит к усилению влияния УОЗ на сокращение длительности второй фазы. Так для а = 1.1 продолжительность второй фазы возросла относительно УОЗ =13° ПКВ для УОЗ 16° и 26° ПКВ на 5,5% и 21% соответственно, а для а = 1.3 и УОЗ 16° и 26° ПКВ на 10%) и 24%) соответственно. Сокращение второй фазы при увеличении УОЗ, связано с тем, что увеличение УОЗ смещает вторую фазу сгорания в зону сжатия, поэтому сгорание основной части ТВС происходит при меньшем объеме, что увеличивает температуру и давление, что ускоряет процесс сгорания. В статьях [115, 118, 119] исследовано влияние УОЗ на максимальную температуру в цикле, которая определялась по тепловому расчету И.И. Вибе, и её значения сравнивались с концентрацией оксидов азота, основная часть которых является термическими, и зависит от температуры в камере сгорания. Эти исследования подтвердили увеличение температуры в камере сгорания при смещении второй фазы сгорания на сжатие, и её зависимость от УОЗ и скорости распространения пламени. Уменьшение относительной продолжительности второй фазы по УОЗ при обеднении смеси связано с уменьшением ламинарной скорости распространения пламени. Сгорание во второй фазе проходит уже не в ВМТ, а на расширении, при большем объеме, поэтому увеличение УОЗ позволяет провести вторую фазу ближе к ВМТ, поэтому влияние УОЗ на вторую фазу при обеднении смеси более заметно.
Относительная продолжительность третьей фазы сгорания по УОЗ, показана на рисунке 4.3. Где показано, что с увеличением УОЗ уменьшается продолжительность третьей фазы. Влияние состава смеси а на относительную продолжительность третьей фазы четко не прослеживается. Так для а = 1.1 продолжительность третей фазы возросла относительно УОЗ =13° ПКВ для УОЗ 16° и 26° ПКВ на 18% и 52% соответственно. А для а = 1.3 и УОЗ 16° и 26° ПКВ на 20% и 50% соответственно. Уменьшение третьей фазы сгорания при увеличении УОЗ, объясняется протеканием третьей фазы при меньшем объеме КС.
1 1,1 12 1,3 1,4 15
а
о третья фаза уоз-9 ? третья фаза уоз-16 д третья фаза, уоз-26
Рисунок 4.3 - Относительная продолжительность третьей фазы сгорания от изменения УОЗ по составу смеси а, режим работы: п = 900 мин'1, без водорода.