正常燃烧过程是指电火花点燃均匀的可燃混合气,形成火焰中心,火焰从此中心按一定的速度50~80m/s,连续传播到整个燃烧室,在此期间火焰传播的速度与火焰前峰面的形状均没有发生急剧的变化,称之为正常燃烧。
人们可以通过多种方法与手段研究燃烧过程,其中利用示功图法研究是常见的一种,图8-3是甲醇(或汽油)正常燃烧过程所测试的示功图。甲醇汽油机实际燃烧过程的进程,为分析研究方便,在示功图上人们把它分为三个阶段,着火延迟期、明显燃烧期、后燃期。
1.着火延迟期
为了使缸内压力在上止点附近达到最大值,点火必须在上止点前进行,因此,电火花在上止点前跳火的时刻以曲柄转角度数表示,称为点火提前角θ,如图8-3所示。
着火延迟期——从火花塞开始跳火到明显的火焰中心形成这段时间,图8-3中的Ⅰ(1~2)。
火花塞放电时两极电压达10~15kV,击穿电极间的混合气,造成电极间电流通过,电火花能量多在40~80mJ,局部温度高达3000K,使电极附近的混合气点燃,形成火焰中心。
压缩使混合气的压力、温度提高,为下一步着火后的迅速氧化反应创造了条件,由于汽油机压缩比较低,汽油、甲醇的热稳定性较高,所以不能自然着火,只有在火花塞跳火后,火花塞电极间的混合气温度急剧升高,极大加速了氧化反应的进行,经过一段时间,即形成了火焰中心,火焰开始向四周扩散传播,气缸压力脱离压缩线开始急剧上升,燃烧转入第二个时期。
着火延迟期的特点:无火焰传播,示功图上压力线未离开压缩压力线。
图8-3 甲醇汽油的正常燃烧过程
2.明显燃烧期
自混合气中火焰核心形成(示功图上为缸内压力线离开压缩线)开始,到缸内出现最高压力为止,如图8-3中Ⅱ(2~3)。
这一阶段是燃烧过程的主要阶段,这一阶段进行的好坏直接影响发动机的功率和效率。(www.daowen.com)
在此时间内,火焰迅速传遍整个燃烧室,混合气的绝大部分在此时期内完成燃烧(80%以上),燃料的热能绝大部分在此时间内放出(这与柴油机不同,柴油机随喷随燃,在上止点以后还在向缸内喷入燃料)。缸内压力、温度迅速升高,表现为压力升高比迅速升高,可达0.2~0.4MPa/℃A。
明显燃烧期的特点:
1)燃烧速度快,火焰迅速地从火焰中心向四周传播,表现为压力升高比Δp/Δϕ高。
2)混合气的绝大部分在此时期内燃烧(80%以上),因而热能绝大部分在此时期放出。
3.后燃期
示功图上超过最高压力止点以后的时期,图8-3中Ⅲ(3点后),到什么时候为结束点,不能准确确定,也可能到排气开始还有燃烧。
本时期主要燃烧的部分是:
1)因为在第Ⅱ阶段高温作用下使燃烧产物CO2、H2O分解为H2、O2、CO,在Ⅲ阶段随着温度下降,它们又继续氧化(燃烧)为最终产物。
2)在上阶段有少部分混合气,如附在缸壁表面上的混合气,继续燃烧,主要为火焰前锋以后的一部分未燃混合气。
后燃时期的特点:严重缺氧,燃烧速度很慢,压力、温度开始下降。
由于膨胀开始,后燃时期已进入膨胀的中后期,所得热能不能充分利用,故希望后燃量愈少愈好,甲醇比汽油少,汽油机比柴油机少。为了保证汽油机工作柔和,动力性良好,一般2点应在上止点前12℃A~15℃A,最高压力点3应在上止点后12℃A~15℃A。
以上三个时期是为了便于完整分析燃烧过程而人为划分的,实际上燃烧过程是很复杂的,不是一张示功图三个阶段所能反映清楚的,要深入的研究燃烧过程,还得借助高速摄影、光谱分析等现代实验设备。
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