+ All Categories
Home > Documents > Analiza Procesului de Ardere La MAS Si MAC

Analiza Procesului de Ardere La MAS Si MAC

Date post: 14-Jul-2015
Category:
Upload: liviu-ciuca
View: 621 times
Download: 10 times
Share this document with a friend

of 14

Transcript

ANALIZA PROCESULUI DE ARDERE LA MAS IMACViteza de ardere a amestecurilor de combustibil i aer n motoare.Procesul de transformare a energiei chimice a combustibilului n energie calorica prin reacii de oxidare, respectiv prin ardere, nu se produce instantaneu cum s-a presupus la analiza ciclurilor ideale, ci n timp finit, respectiv printr-o naintare treptata a frontului de ardere n masa de amestec de combustibil i aer.Propagareafrontului flcrii nprocesul arderii, adicdeplasareazonei de reacie, se poate face cu diferite viteze n funcie de influena ce 0 manifest factorii chimici i fizici ce nsoesc arderea.Viteza de propagare a flcrii mpreun cuviteza reaciilor de oxidare a moleculelor de combustibil determin durata arderii masei de amestec aflat n camera de ardereDurata total a arderii ntregii cantiti de amestec se compune din urmtoarele elemente:- timpul necesar pentru producerea primelor reacii de ardere ('apariia flcrii);- timpul necesar pentru propagarea zonei de reacie n ntregul volumal camerei de ardere;- timpul necesar pentrudesvrireareaciilor dearderecareseproducn volumul de gaze deja strbtut de flacr (n pungile de gaze ncercuite de frontul flcrii).Durata primei i ultimei faze de ardere depinde de viteza reaciilor chimice de oxidare Wr exprimat prin cantitatea de substan ce reacioneaz n unitatea de timp pe unitatea de volum, adic de cinetica procesului de oxidare (n kg/cm3sau mol/cm3).Durata celei de a doua faze a arderii este determinat de viteza de propagare a flcrii unm/scaredepindenunumai devitezareaciilorchimice, ci i deali factori ca, spre exemplu, de turbionarea amestecului n camera de ardere.Viteza masic de ardere sau pe scurt, viteza de ardere este un parametru foarte important al ciclului, deoarece mrimea sa determin viteza de degajare a cldurii i mpreun cu aceasta presiunea i temperatura gazelor n perioada arderii.Lamotoarele cucicluri diferite, procesul de ardere se desfoar diferit, deoarece caracterul sudepinde de oserie de factori ca:modul de formarea amestecului i procedeul de aprindere a acestuia.Lamotoarele cu carburator cu aprindere prin scnteie amestecul este practic omogen. Amestecul pregtit n prealabil este caracterizat de coeficientul de exces de aer X. Arderea acestui amestec n stratul frontului flcrii care se propag n camera de ardere de la punctul de aprindere n direcia amestecului nears, este foarte intens i se caracterizeaz n acest caz nu prin viteza reaciilor chimice, care la temperatura flcrii este suficient de ridicat, ci prinviteza de propagareaflcrii, care la motoarele cu aprindere prin scntei este de ordinul 40 m/s, valoare destul de ridicat.La motoarele cu aprindere prin comprimare arderea decurge mai puin intens, ceea ce se explic prin lipsa unei pregtiri prealabile foartebune a amestecului de compoziie determinat i prin lipsa unei surse suplimentare de aprindere. In acest caz are loc o autoaprindere, arde un amestec eterogen de combustibil i aer, de compoziie variabil, ntimpi cadispunere nvolumul camerei de ardere.Laacestemotoarevitezadeardereacombustibilului injectat ncilindruse limiteaz nude ctrevitezade propagare a flcrii,cide alifactori ca: viteza de pregtire pentru autoaprindere a primelor cantiti de combustibil injectat(la nceputul procesului)i viteza de amestecare a combustibilului cu aerul(n ultima parte a procesului). Viteza de amestecare a combustibilului cu aerul depinde de viteza de difuzie dintre moleculele de combustibil i oxigen i intensitatea transportului turbionar de mas n timpul arderii.Prin urmare arderea n motoarele cu aprindere prin scnteie este foarte diferit deardereadinmotoarelecuaprindereprincomprimareceeace impuneanaliza separat a arderii n aceste tipuri de motoare.ARDEREA NORMAL I FAZELE SALE PRINCIPALE (MAS)Pentrudezvoltareaoportunaprocesului dedegajareaclduriicusocotirea timpului deardereaamestecului, aprindereaseefectueaznaintecapistonul s ajungnp.m.s.ncursadecompresie. Unghiul manivelei corespunztor acestui moment fadep.m.s.senumeteunghi deaprindere( )si pentrumotoarele moderne cu carburator se afl la limitele( )02 35 RAC nainte de p.m.s.Infigura4.4searatdiagramaindicatdesfuratncoordonatep-a,care permite s se urmreasc caracterul variaiei presiunii gazelor n cilindru n funcie de unghiul de rotaie a arborelui cotit.Dup cum se vede, ntre momentul producerii scnteii (1) i punctul 2 nu se produceo cretereapr eci abi l a presiunii,respectivcretereapresiuniipr act i c nuse deosebete de cazulcompr i mr i i cu aprindere deconectat(linie ntrerupt). Dup punctul 2 presiunea crete rapid pn la valoarea maxim (3), iar apoi n cursa de destindere descrete (punctul 4).TIMPUL ARDERII LA MAS ARETREI FAZE: faza I de iniiere a arderii,(1-2) faza a II-a de propagare a flcrii (2-3) faza a III-a de desvrire a arderii n timpul destinderii ( )030 50 RAC ,(3-4)FazaIestefazainiialsauperioadadeinducie. naceastfazseardeo cantitate redus de amestec n jurul bujiei (6-8%), iar presiunile i temperaturile nu cresc vizibil deoarece cldura degajat abia compenseaz pierderile de cldur prin pereii camerei de ardere. Aceast faz se desfoar pe( )05 7 RAC i se mai numete ntrziere la aprindere.Faza a II-a care este faza principal de ardere i se desfoar pe(10-25RAC), determinmersul linitit al motorului, adiccaracterul creterii presiunii carese apreciaz prin creterea de presiune pe 1RAC, respectiv pdd (fig.4.4,b). Pentru perioada de la nceputul arderii pn la atingerea presiunii maxime, la motoare cu 6,5 8 viteza medie de cretere a presiunii este:03 2, /vp p pMPa RAC 1 ]Acestaesteunindicefoarteimportant deoarecemanifestinfluenasupra uzurii motorului i prin urmare asupra durabilitii motorului n ansamblu.Practica a artat c motoarele au o funcionare corespunztoare dac :( )0, 8 1, 8pdd ( )0, 2, 5 3MPa piarRAC 0MPaRAC ,deoarece la valori mai mici arderea se prelungete n destindere, iar la valori mai mari motorul are o funcionare dur. De asemenea encienta maxim se obine dac presiunea maxim de ardere se atinge la( )010 15 RAC dup p.m.s.Faza a III-a este faza final i ncepe dup atingerea presiunii maxime (punctul 3), ncheindu-se n destindere (punctul 4). n aceast faz de postardere sauardere ntrziat, se desvrescreaciile de ardere a combustibilului care nu s-a ars n fazele precedente.Figura 4..5 Schema propagrii arderii n camera de ardere la p.m.s.: 1-zon strbtut de flacr ; 2-zon neaprins ; 3-frontul de flacr ; 4-amestecul care arde la urm .Viteza de ardere n acest caz are valori reduse , iar aria frontului de flacr se micoreaz . Durata acestei faze sete de (30-50 RAC) , iar sfritul arderii este greu de precizat , putndu-se aprecia numai dup cantitatea da combustibil ars, respectiv dup cldura degajat n raport cu cldura furnizat ciclului .ARDEREA N MOTORUL CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE(MAC)Arderea amestecului neomogen se deosebete esenial de arderea amestecului omogen. Procesul formrii amestecului i pregtirea sa pentru aprinderea n motorul cuaprindereprincomprimare, ncepedinmomentul injectrii combustibilului n camera de ardere, adic de la 10-40 RAC nainte de a ajunge pistonul n p.m.s.(fg.4.23).Timpul disponibil pentru toate procesele de pregtire a amestecului pentru autoaprindere este foarte scurt i n motoarele cu aprindere prin comprimare aceste procese se realizeaz n (0,04-Fig. 4.23. Camera de ardere cu prindere prin flacr0,001)s , valorile mari referindu-se la motoarele lente ,iar cele mici la motoarele rapide . Timpul disponibil pentrupregtireai formareaamestecului pentru aprindere la motoarele cu carburator este de cteva ori mai mare dect la motoarele cu aprindere prin comprimare. Fazele de formare i pregtire a amestecului pentru autoaprindere la motoarele cu aprindere prin comprimare (pulverizareacombustibilului din injector i proiectareasa ncameradeardere, nclzireapicturilor i vaporizarea lor, formarea prodigelor intermediare deoxidare i n final, aprinderea) se suprapun n timp una cu alta i se prelungesc pn dup aprindere. n aceasta const particularitatea i n acelai timp complexitatea studierii proceselor de ardere n aceste motoare.Combustibilul injectat n cilindru ajunge n mediul comprimat i prin urmare nclzit, aerul avnd n general presiuni de (3-4) MPa i temperaturi de 800-1000K.FAZELE ARDERII N MACnfigura4.24,aseprezintdiagramaindicatdesfurat, unde 12 este perioada de ntrziere la autoaprindere,2-3 perioada de cretere brusc a presiunii, 3-4 perioada dezvoltrii temperaturii maxime a ciclului i apoi perioada desvririi arderii din momentul atingerii temperaturii maxime a ciclului zT pn la sfritul arderii. Fig. 4.24.(a)nfigura4.24,bseprezintcaracteristicadeinjeciei de degajare a cldurii. Curba( )1i f descrie legea de injecie a combustibilului, curba( )2X f reprezintvariaiafraciunilor de cldur degajat, ( )( )3 np f arat variaia presiunii de injecie ixdd viteza de degajare a cldurii n funcie de timp sau de unghiul de rotaie al arborelui cotit.Fig. 4.24.(b)Fazele de ardere sunt reprezentate n fraciunidin timpulde desfurare a ciclului (fig.4.24,b) sau pot fi delimitate ntr-o diagram p-a n RAC .TIMPUL ARDERII LA MAC ARE PATRU FAZE: I - faza pregtirii zonelor de autoaprindere (ntrzierea la autoaprindere);(1-2) II -faza dezvoltrii zonelor de autoaprindere ipropagrii flcrii denumit i faza arderii rapide;(2-3) III- fazadeardereamasei debazaamestecului(arderea moderat); (3-4) IV-fazaarderii relativncetiniteacomponentelor de amestec rmase din faza precedent (postarderea cu ardere n destindere)(4-5).Faza a I-a- se desfoar n intervalul de timp din momentul nceperii realeainjectrii combustibilului (1) pnnmomentul creterii rapide de presiune (2). n timpul acestei faze ptrunde n cilindru 30-40% din ntreaga cantitate decombustibilpentruunciclu(launelemotoarerapide cantitatea de combustibil injectat poate fi chiar de 100%). Durata primei faze, este de (0,002-0,006) s sau 10-30RAC, i determincaracterul desfurrii fazelor urmtoarenfunciede diferii factori. Faza a II-a - se observ o foarte intens degajare de cldur max.xdd _ ,i o cretere brusc de presiune, corespunztoare perioadei (2-3)aceast faz injecia de combustibil continu mrind concentraia acestuia n amestec. n aceast faz se degaj 30-50% din ntreaga cldur furnizat ciclului. Faza a III-a- injecia de combustibil de obicei nceteaz i arde masa de baz a amestecului de combustibil i aer. Se mai numete i faza arderii progresive, deoarece menine (p=ct.) pe o anumit perioad de timp. n afar de aceasta, faza a treiasecaracterizeazprintemperaturi naltealegazelormax zT T (sfritul fazei a treia). Faza a IV-a- ncepe dinmomentul atingerii temperaturii maxime de ardere n cilindru zT.Se socotete c limita sfritului arderii poate fi momentul cnd degajarea de cldur atinge 95-97% din cldura total degajat de ciclu. Fazaestecaracterizatdemicorareavitezei dedegajarea cldurii0xdd _ ,i de micorarea vitezei de ardere. Injecia de combustibil i cretereacantitii deprodusefinaledearderenu mai are loc. O mare durat a fazei de postardere poate provoca o ridicareatemperaturii gazelor arsei apierderilor termiceprin sistemul de rcire precum i mrirea solicitrii termice a pieselor. Pentru micorarea duratei fazei a patra este necesar o intensificare a turbionarii amestecului i a duratei injeciei combustibilului n faza a treia.ANALIZA COMPARATIV A CAMERELOR DE ARDERE ALE MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN COMPRIMAREDup cum se vede n figura 4.25 exist multiple posibiliti de realizare a camerelor de ardere unitare. Figura 4.25. Camere de ardere unitareCamerele unitare sunt acele camere n care arderea se desfoar ntr-un compartiment unic, delimitat de suprafa chiulasei, capul pistonului i pereii cilindrului, compartiment n care se injecteaz combustibil la sfritul compresiei .Omare varietate de soluii constructive exist i ncazul camerelor de ardere compartimentate, cteva dintre cele mai reprezentative fiind reprezentate n figura 4.32.Figura 4.32. Schemele unor camere de ardere divizate: (a-d) - cu camer de turbulen; (e-g) - cu anticamer.CONCLUZII: Din punctul de vedere al rezervelor pentru forarea motoarelor prin supraalimentare, cele mai puin convenabilesunt celecucameredivizate, deoarecela creterea presiunilor n cilindru cresc pierderile termice i gazodinamice. Dinpunctul devedereal economicitii celemai bine situate sunt motoarele cu camer unitar la care nu apar pierderi gazodinamice importante la transferul gazelor n diversezonealecamerei i ausuprafeelerelativede rcire cele mai mici, deci pierderi de cldur minime. Lamotoarelecucameredeardereunitarecalitilede porniresunt mai bunedect lamotoarelecucamere compartimentate. Sarcinile dinamice la care sunt supuse piesele mecanismului biel-manivel i nivelul zgomotului n funcionare sunt mai mici n cazul motoarelor cu camere de ardere compartimentate , acestea comportndu-se bine i la regimuri tranzitorii de funcionare, la nrutirea calitii combustibilului, la scderea presiunii de injecie. nczul camerelor dearderecompartimentaterezult concentraii mai mici ale substanelor nocive n gazele de ardere fa de nivelul concentraiei acestora la motoarele cu injecie direct.


Recommended