Analiza Procesului de Ardere la MAS și MAC

Viteza de ardere a amestecurilor de combustibil şi aer în motoare.

Procesul de transformare a energiei chimice a combustibilului în energie calorica prin reacţii de oxidare, respectiv prin ardere, nu se produce instantaneu cum s-a presupus la analiza ciclurilor ideale, ci în timp finit, respectiv printr-o înaintare treptata a frontului de ardere în masa de amestec de combustibil şi aer.

Propagarea frontului flăcării în procesul arderii, adică deplasarea zonei de reacţie, se poate face cu diferite viteze în funcţie de influenţa ce 0 manifestă factorii chimici şi fizici ce însoţesc arderea.

Viteza de propagare a flăcării împreună cu viteza reacţiilor de oxidare a moleculelor de combustibil determină durata arderii masei de amestec aflat în camera de ardere

Durata totală a arderii întregii cantităţi de amestec se compune din următoarele elemente:

- timpul necesar pentru producerea primelor reacţii de ardere ('apariţia flăcării);

- timpul necesar pentru propagarea zonei de reacţie în întregul volum al camerei de ardere;

- timpul necesar pentru desăvârşirea reacţiilor de ardere care se produc în volumul de gaze deja străbătut de flacără (în pungile de gaze încercuite de frontul flăcării).

Durata primei şi ultimei faze de ardere depinde de viteza reacţiilor chimice de oxidare Wr exprimată prin cantitatea de substanţă ce reacţionează în unitatea de timp pe unitatea de volum, adică de cinetica procesului de oxidare (în kg/cm3 sau mol/cm3).

Durata celei de a doua faze a arderii este determinată de viteza de propagare a flăcării u în m/s care depinde nu numai de viteza reacţiilor chimice, ci şi de alţi factori ca, spre exemplu, de turbionarea amestecului în camera de ardere.

Viteza masică de ardere sau pe scurt, viteza de ardere este un parametru foarte important al ciclului, deoarece mărimea sa determină viteza de degajare a căldurii şi împreună cu aceasta presiunea şi temperatura gazelor în perioada arderii.

La motoarele cu cicluri diferite, procesul de ardere se desfăşoară diferit, deoarece caracterul său depinde de o serie de factori ca: modul de formare a amestecului şi procedeul de aprindere a acestuia.

La motoarele cu carburator cu aprindere prin scânteie amestecul este practic omogen. Amestecul pregătit în prealabil este caracterizat de coeficientul de exces de aer X. Arderea acestui amestec în stratul frontului flăcării care se propagă în camera de ardere de la punctul de aprindere în direcţia amestecului nears, este foarte intensă şi se caracterizează în acest caz nu prin viteza reacţiilor chimice, care la temperatura flăcării este suficient de ridicată, ci prin viteza de propagare a flăcării, care la motoarele cu aprindere prin scântei este de ordinul 40 m/s, valoare destul de ridicată.

La motoarele cu aprindere prin comprimare arderea decurge mai puţin intens, ceea ce se explică prin lipsa unei pregătiri prealabile foarte

bune a amestecului de compoziţie determinată şi prin lipsa unei surse suplimentare de aprindere. In acest caz are loc o autoaprindere, arde un amestec eterogen de combustibil şi aer, de compoziţie variabilă, în timp şi ca dispunere în volumul camerei de ardere.

La aceste motoare viteza de ardere a combustibilului injectat în cilindru se limitează nu de către viteza de propagare a flăcării, ci de alţi factori ca: viteza de pregătire pentru autoaprindere a primelor cantităţi de combustibil injectat (la începutul procesului) şi viteza de amestecare a combustibilului cu aerul (în ultima parte a procesului).

Viteza de amestecare a combustibilului cu aerul depinde de viteza de difuzie dintre moleculele de combustibil şi oxigen şi intensitatea transportului turbionar de masă în timpul arderii.

Prin urmare arderea în motoarele cu aprindere prin scânteie este foarte diferită de arderea din motoarele cu aprindere prin comprimare ceea ce impune analiza separată a arderii în aceste tipuri de motoare.

ARDEREA NORMALĂ ŞI FAZELE SALE PRINCIPALE

(MAS)

Pentru dezvoltarea oportună a procesului de degajare a căldurii cu socotirea timpului de ardere a amestecului, aprinderea se efectuează înainte ca pistonul să ajungă în p.m.s. în cursa de compresie. Unghiul manivelei corespunzător acestui moment faţă de p.m.s. se numeşte unghi de aprindere şi pentru motoarele moderne cu carburator se află la limitele înainte de p.m.s.

In figura 4.4 se arată diagrama indicată desfăşurată în coordonate p-a, care permite să se urmărească caracterul variaţiei presiunii gazelor în cilindru în funcţie de unghiul de rotaţie a arborelui cotit.