М.В. Фролов, начальник отдела автоматики и регулирования, Д.И. Коныгин, начальник отдела перспективных разработок, В.В. Денисенко, первый заместитель генерального директора – технический директор
Представлены результаты анализа существующих положений теории зажигания, электрических явлений при горении углеводородных топлив, рассмотрены технические аспекты реализации рабочего процесса газового двигателя с форкамерно-факельным зажиганием, предложен метод измерения коэффициента избытка воздуха в цилиндре двигателя датчиком ионизации.
Ключевые слова: газовый двигатель, искровое зажигание, рабочий процесс газового двигателя, коэффициент избытка воздуха, ионизация, воспламенение, начальный очаг горения, время сгорания.
Введение
Для обеспечения экологических показателей в газовом двигателе необходимо обеспечить работу на обедненной газовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха (α) более 1,4. Известно, что проблемы использования бедных топливовоздушных смесей в газовых двигателях во многом связаны с трудностями их воспламенения, определяемыми более высоким уровнем потребной для этого энергии [1]. Для воспламенения обедненной смеси в основной камере сгорания, в конструкции двигателя с диаметром цилиндра более 170 мм применяют форкамеру, в которой состав смеси, как правило, делается более богатым [2]. Такая схема организации рабочего процесса известна как форкамерно-факельное зажигание. Принцип форкамерно-факельного зажигания для автомобильных двигателей был разработан в 1936-1938 гг. Институтом химической физики АН СССР [3]. Помимо основной камеры сгорания, являющейся непосредственным продолжением внутрицилиндрового пространства, такой двигатель имеет дополнительную предварительную камеру (форкамеру), соединяющуюся с основной камерой. Объем форкамеры составляет 2-5 % объема основной камеры. В форкамере расположена свеча зажигания. Основная камера и форкамера имеют раздельные системы питания. Благодаря этому, а также подбору параметров форкамеры, в последней создается обогащенная смесь, наиболее благоприятная для воспламенения.
Выбрасываемый из форкамеры в основную камеру факел горящих газов является значительно более интенсивным и энергоемким, чем искра, источником зажигания. Это существенно изменяет характер рабочего процесса и создает новые возможности его организации в других условиях и с другими параметрами. При этом проводились исследования [4], которые показали, что скорость, с которой факел из форкамеры пронизывает основную камеру сгорания, составляет 200...400 м/с, тогда как скорость распространения пламени в камере сгорания – 25...40 м/с [5]. Также констатируется, что ускорение сгорания при форкамернофакельном воспламенении приводит к заметному увеличению максимального давления сгорания в цилиндре двигателя [4].
Принципиальные особенности форкамерно-факельного процесса (или, точнее, способа организации процесса сгорания обедненной газовоздушной смеси) заключаются в том, что можно создать различные (близкие к оптимальным) условия для каждого из трех этапов сгорания: образование начального очага; воспламенению основного заряда; сгорания основного заряда [4]. Это позволяет выделить форкамерно-факельный способ организации рабочего процесса в отдельную разновидность.
Полная версия публикации: скачать PDF.
Источник: "Транспортные системы" ("Transport systems") № 4|6|2022.
29.12.2022
