Вивчення характеристик детонаційних властивостей бензину. Розрахункове та експериментальне визначення октанового числа і чутливості бензину.
Закономірності процесів займання і горіння
Займистість - експлуатаційна властивість, що характеризує особливості і результат процесу займання. Займання - виникнення вогнища полум'я за рахунок окислення паливо-повітряної суміші під впливом зовнішнього тиску, температури, джерела запалювання, розряду статичної електрики або за рахунок прискорення екзотермічних хімічних реакцій - самозаймання.
Горючість - експлуатаційна властивість, що характеризує особливості і результат процесу горіння парів палива з повітрям, що протікає в камері згоряння двигунів. Горіння - комплекс фізико - хімічних перетворень суміші палива з повітрям, що супроводжується інтенсивним виділенням тепла і випромінюванням світла.
Займистість і горючість зумовлюють головне функціональне призначення палив - енергетичне забезпечення двигуна.
Процеси запалення і горіння нерозривно пов'язані між собою. Займання є початковою стадією процесу горіння - поширення полум'я.
В основі процесу горіння палив лежать хімічні реакції, що розвиваються в умовах прогресивного самоускорения, пов'язаного з накопиченням тепла, і каталізують процес проміжних продуктів окислення. Процес займання і горіння визначається умовами передачі тепла і речовини із зони реакції в свіжу горючу суміш.
Горіння в ДВС - періодичний і циклічний процес. Окремі його акти тривають тисячні частки секунди. Кожен одиничний акт горіння розвивається в умовах прогресуючого самоускорения, пов'язаного з підвищенням температури і накопиченням активних проміжних продуктів окислення.
Займання і поширення полум'я відбуваються тільки за певних умов:
• горюча суміш повинна перебувати в паро- або газоподібному стані;
• концентрація палива повинна знаходитися в межах, в яких займання і поширення зони горіння можливо;
• накопичення в реагує суміші теплоти і активних проміжних продуктів повинні забезпечувати прогресивне самоускорением реакції.
Межі займання і поширення полум'я.
Верхня межа - така концентрація палива в горючої суміші, вище якої займання не відбувається і полум'я не поширюється.
Нижня межа - така концентрація палива в горючої суміші, нижче якої займання не відбувається і полум'я не поширюється.
Припинення горіння поза межами поширення полум'я пояснюється охолодженням зони горіння внаслідок енергетичного обміну з навколишнім середовищем.
У бідних і багатих горючих сумішах хімічна реакція окислення розвивається повільно і активних проміжних продуктів утворюється недостатньо для швидкого розвитку реакції, а відведення тепла із зони реакції перевищує тепловиділення.
Залежно від того, які причини викликають прогресивне самоускорением реакції в процесі запалення, розрізняють теплове, ланцюгове і ланцюговий - теплове займання.
Теплове займання - причиною є накопичення тепла.
Ланцюгове займання - причиною є накопичення активних центрів реакції, обумовлене розгалуженим ланцюговим механізмом, що призводить до швидкого наростання швидкості реакції.
Ланцюговий - теплове займання має місце в тому випадку, коли повільно розвивається ланцюгова реакція самоускоряющіхся спочатку за рахунок утворення активних продуктів, а потім за рахунок накопичення тепла, що виділяється.
У поршневих автомобільних двигунах займання і горіння протікають по ланцюговий-тепловому механізму.
При искровом запалюванні ініціатором ланцюгових реакцій є активні атоми і іони, які виникають при електричному розряді. Розвиток хімічних реакцій відбувається за рахунок екзотермічних реакцій окислення. Виділення тепла збільшує швидкість ланцюгових реакцій і народження нових активних центрів.
Детонаційне поширення полум'я відбувається під час займання горючої суміші внаслідок стиснення її в ударній хвилі. Ударна хвиля, проходячи по горючій суміші, викликає її нагрівання. Ступінь нагріву суміші залежить від швидкості ударної хвилі, температури і тиску. Якщо ступінь стиснення достатня для запалення суміші, то виникає детонаційна хвиля. Детонационная хвиля являє собою спільне поширення механічної ударної хвилі з фронтом полум'я. Швидкість поширення детонаційних хвиль в залежності від умов становить від 1200 до 3500 м / с. Детонаційне згоряння викликано накопиченням нестабільних проміжних продуктів предпламенной окислення вуглеводнів і швидким їх згорянням у фронті ударної хвилі (рис. 5.1). Характеристики ударних хвиль показані в таблиці 5.1.
Мал. 5.1. Схема детонаційного згоряння в двигуні:
а-а - положення фронту полум'я до початку детонації;
А - вогнище самозаймання; 1-3 - миттєві поло-
вання поширення зони горіння вогнища А; 01-04 -
ударні хвилі; 1 '-4' - відбиті ударні хвилі.
Характеристика ударних хвиль.
Ефективне використання тепла при згорянні бензину можливо лише при нормальному згорянні.
Нормальне горіння супроводжується плавним підвищенням тиску в камері згоряння і відносно невисокою швидкістю поширення фронту полум'я - 40-50 м / с внаслідок передачі тепла шляхом теплопровідності і випромінювання.
В процесі нормального згоряння бензину виділяють три основні фази:
• початкова I- період затримки займання від моменту подачі іскри до виникнення полум'я;
• основна II- від виникнення полум'я до максимального тиску;
• завершальна III- період догорання горючої суміші в окремих обсягах, що утворюються при руйнуванні фронту полум'я.
Детонаційне горіння супроводжується високою швидкістю поширення полум'я, сумірною зі швидкістю ударної хвилі, спільне поширення якої з фронтом полум'я утворює детонационную хвилю. При роботі двигуна з детонацією виникає металевий стукіт, який є результатом багаторазових періодичних відображень ударних хвиль від стінок камери згоряння. При цьому на індикаторних діаграмах в кінці згоряння реєструються вібрації тиску у вигляді ряду затухаючих піків (рис. 5.2).
Мал. 5.2 Індикаторна діаграма робочого процесу
бензинового двигуна при нормальному і детонаційному
згоранні: φ3 -кут випередження запалювання; Р-тиск;