2-1 Sagorevanje u Oto Motorima

8/16/2019 2-1 Sagorevanje u Oto Motorima

1/23

2.2 Sagorevanje u oto motorima

125

2.2 SAGOREVANJE U OTO MOTORIMA

2.2.1 Uvod

Vatra je čovekov najveći prijatelj o kojoj se toliko malo zna. Po legendiPrometej je ukrao vatru od bogova i dao čoveku. To je početak civilizacije.Sagorevanje je veoma složena i teško dostupna nauka. Ono je u teoriji trenutanproces, a u praksi motora pojava koja traje nekoliko milisekundi. U francuskoj literaturisu motori sa unutrašnjim sagorevanjem ranije nazivani eksplozivnim zato što jeproces u njima za ljudske osećaje brz i bučan.

Ukupno vreme trajanja procesa sagorevanja sastoji se od sledećih faza:1. vremena potrebnog za obrazovanje prvih jezgara reakcije (pretplamene

reakcije i pojava plamena),2. vremena potrebnog za rasprostiranje zone reakcije po celoj zapremini

komore za sagorevanje i

3. vremena potrebnog za potpuno završavanje oksidacija koje se odvijaju uzapreminama ve ć prebrisanim zonama reakcije.

Trajanje prvog i trećeg perioda određeno je brzinama hemijskih reakcijaoksidacije w , koje se mere količinom radne materije, u kojoj su završene reakcijeoksidacije, u jedinici vremena i jedinici zapremine tj. hemijskom kinetikom procesaoksidacije. Drugi period definišu brzine prostiranja plamena v sag (m/s) koje ne zavisesamo od brzine hemijske reakcije već i od drugih fizičkih veličina pre svega odintenziteta turbulentnog kretanja radnog tela u komori za sagorevanje.

Reakcije oksidacije su povezane sa brojem molekula koji stupaju umeđusobno dejstvo. Kod motora SUS se najčešće javljaju reakcije drugog reda –bimolekularne reakcije- kada međusobno reaguju dva molekula iste ili različitematerije, na primer:

2 2 2 2

12 2

Q O H 2 O H 2

Q CO O C

+→+

+→+

(2.1)

Prosečna brzina hemijske reakcije, koja se meri količinom materije koja sepreradi u jedinici zapremine i jedinici vremena, može se predstaviti jednačinom:

3mskmol

2 O g 2 1

C C k C C k d dC

w ⋅⋅=⋅⋅=−=τ

(2.2)

gde su:C 1 i C 2 - trenutne koncentracije polaznih reagenasa,k - konstanta brzine reakcije koja zavisi od temperature,C g i C O 2 - trenutne koncentracije goriva i kiseonika u zapaljivoj smeši.

Negativni znak u jednačini govori da se u procesu reakcije količine materije

koje reaguju smanjuju.Treba imati na umu da se proces sagorevanja odvija samokada su reagensi u gasnoj fazi. Da bi se reakcija sagorevanja odvijala sa dovoljnovelikom brzinom potrebno je tečno gorivo prvo prevesti u parno stanje, a zatim paregoriva pomešati sa vazduhom. Najbrže se odvijaju procesi sagorevanja u homogenimsmešama, kada su molekuli goriva ravnomerno pomešani sa molekulima kiseonika iz


2/23

2 Oprema vozila sa oto motorima

126

vazduha. Kako je za potpuno sagorevanje jednog molekula benzina potrebno oko 60

molekula vazduha, a za molekul dizel goriva oko 120 molekula vazduha (kiseonika jesamo jedna petina!) u praksi je relativno teško ostvariti homogene smeše. Sa aspektaodnosa zapremina vazduha i para goriva (gorivo potpuno isparilo ) odnos je 5.8 zametanol i 65 za benzin.

U nehomogenim gasnim smešama brzine sagorevanja se, uglavnom,određuju brzinama uzajamne difuzije para goriva i vazduha. Brzine hemijskih reakcijatada imaju manji značaj. Pojam samoupaljenja je vezan za proces upaljenja smešegoriva i vazduha bez stranog izvora paljenja isključivo usled visoke temperaturesredine u kojoj se ta smeša nalazi. Samoupaljenje rasprašenih tečnih goriva koja seubrizgavaju u zagrejani vazduh, ima odlučujući značaj za sagorevanje kod dizelmotora. Ono ne samo da određuje početak sagorevanja već i karakter i osobenostidaljeg odvijanja tog procesa. Samoupaljenje nesagorelog dela smeše ispred frontaplamena koji se rasprostire od varnice svećice, je uzrok nastajanja detonacije i drugihvidova nenormalnog sagorevanja u oto motorima.

U procesu sagorevanja umotorima SUS odvijaju se veoma složenefizičko-hemijske i toplotne pojave zbogčega mehanizam sagorevanja ni dodanas nije potpuno objašnjen. Postojeviše hipoteza od kojih ćemo pomenutisamo teoriju aktivnih centara N. N.Semenova. U toj teoriji aktivni centripredstavljaju raspadnute deliće složenihnizova – molekula goriva koji su sklonisjedinjavanju sa kiseonikom, slika 2.10.Proces sagorevanja se odvija tako što seu zonama reakcije formiraju aktivni centrikoji reaguju sa kiseonikom.

Na slici 2.11 prikazana je šemaprostiranja laminarnog, a na slici 2.12 turbulentnog fronta plamena. U prvom slučajusu zona sveže smeše i zona produkata sagorevanja podeljene jednom uskom zonomreakcije u kojoj nastaju aktivni centri. Oni zatim reaguju sa kiseonikom i stvarajuprodukte sagorevanja. Tu zonu zovemo front plamena. Debljina laminarnog frontaplamena, zone reakcije, je mala i iznosi oko 1 mm.

Slika 2.10 : Aktivni centar molekulaheptana, C 7 H 14

δδδδt

Produktisagorevanja

Sveža

smeša

ΩΩΩΩ

Produktisagorevanja

Svežasmeša

Slika 2.11: Laminarni front plamena Slika 2.12: Turbulentni front plamena


3/23


127

Eksperimenti u laboratorijskim bombama pokazuju da je prostiranje fronta

plamena po zapremini moguće samo pri određenim sastavima smeše. Graniceobogaćenja i osiromašenja smeše su različite kod raznih goriva i pri različitimuslovima sagorevanja (temperatura, pritisak, koli č ina inertnih gasova ...).

U tabeli 2.5 date su granice obogaćenja i osiromašenja pri ispitivanju u bombipod atmosferskim uslovima.

Tabela 2.5 : Granice oboga ć enja i osiromašenja smeša i brzine prostiranjalaminarnog fronta plamena

Brzina v h m/s,u smešama za λ =1

Gorivo Granicaoboga ć enja

λ min

Granicaosiroma-

šenja λ max

Gorivo - vazduh

Gorivo- kiseonik

Vodonik 0.22 4.00 2.50 9.0Ugljen monoksid 0.17 2.30 0.42 1.10Metan 0.78 1.50 0.37 -Benzin 0.30 1.30 0.12 -

Kod ugljovodoničnih goriva brzina prostiranja laminarnog fronta plamenanajviše zavisi od sastava smeše. Najveće vrednosti se ostvaruju sa nešto bogatijomsmešom: koeficijenta količine vazduha 0.85-0.9. Pri standardnim uslovima okolinebrzina prostiranja laminarnog fronta plamena za ugljovodonična goriva iznosi0.35-0.55 m/s. Ove vrednosti brzine prostiranja laminarnog fronta plamena su isuvišemale u poređenju sa brzinama sagorevanje u cilindrima motora SUS. Zato jepotrebno pronaći načine za stimulisanje bržeg odvijanja procesa sagorevanja.

Putevi za povećanje brzine prostiranja plamena su:- pove ć anje temperature sveže smeše (kompresija pre sagorevanja),- pove ć anje pritiska sveže smeše (kompresija pre sagorevanja) i- stvaranje intenzivnog, usmerenog i kontrolisanog strujanja, odnosno,

turbulencije smeše u toku sagorevanja.

Isuviše visoke temperature mogu dovesti do disocijacije produkatasagorevanja uz utrošak toplote, a takođe i do stvaranja veće količine oksida azota.

U realnom cilindru motora SUS uvek postoji izvesno turbulentno kretanjesmeše u toku sagorevanja. Pod dejstvom turbulentnog strujanja (Ω) brzina prostiranjafronta plamena višestruko raste. Plamen se razuđuje i višestruko mu se povećavazapremina (u kojoj se nalaze aktivni centri), a samim tim je moguće za isti vremenskiperiod preraditi veću količinu smeše, slika 2.12. Debljina fronta plamena može iznositi20 mm do 25 mm. Brzina prostiranja fronta plamena raste sa povećanjem intenzitetaturbulencije ali preterano povećanje turbulencije može dovesti do kidanja i gašenjaplamena. Kod motora SUS pri turbulentnom sagorevanju srednje brzine prostiranjafronta plamena su od 30 do 50 m/s pri normalnom sagorevanju i do 2000 m/s prinenormalnom detonacionom sagorevanju.

Oto motori - za razliku od dizela - koriste strani izvor upaljenja . Električna

varnica na određenom mestu (sve ć ica ) i u određenom trenutku (momenat paljenja )stvara stabilno žarište plamena. Prostorna i vremenska određenost procesa prvogupaljenja su bitni uslovi za odvijanje normalnog sagorevanja: mesto, vreme istabilnost prvog upaljenja smeše.


4/23


128

Normalni proces sagorevanja počinje krajem takta sabijanja u momentu

preskakanja varnice. Završava se na početnom delu takta širenja kada plamen prođeprogresivno rastućom brzinom (č ije su srednje vrednosti 30 m/s do 50 m/s) kroz celuzapreminu komore.

2.2.2 Analiza procesa sagorevanja preko indikatorskog dijagrama

Na bazi dosadašnjeg iskustva u razvoju, usavršavanju i metoda ispitivanjamotora pokazalo se kao vrlo efektno istraživanje procesa sagorevanja analizomindikatorskih dijagrama. Dijagrami pritiska se danas snimaju sa velikom preciznošću.Tok temperatura možemo proceniti približnim eksperimentalnim metodama iliizračunati korišćenjem snimljenih pritisaka i odgovarajućih matematičkih modelaradnih procesa. Analizom karaktera promena pritisaka i temperatura možemo pronaćiključne odrednice toka procesa sagorevanja: početak, kraj, zakonitost, težište ...

2.2.2.1 Normalno sagorevanje u oto motorima

Na slikama 2.13 i 2.14 prikazani su otvoreni indikatorski dijagramičetvorotaktnog oto motora na kojima su naznačena tri perioda sagorevanja. U prvomperiodu sagorevanja smeša se priprema za upaljenje. U drugom periodu imamoprostiranje plamena kroz komoru, a u trećem dogorevanje.

320 340 360 380 400 420 440 460

Ugao KV, stepeni

0

10

20

30

40

50Pritisak, bar

500

1000

1500

2000

2500

3000Temperatura, K

1

3

4

2

T e m p e r a t u r a

P r i t i s a k P r i t i s a k b e z s a g o r e v a n j a

∆p=1 bar

SMT

ΘΘΘΘ pp

Motor: 128 A 064

Vh=1116 cm3

εεεε=9.2Pe=40 kWn=6000 o/min

Slika 2.13: Otvoreni indikatorski dijagram oto motora

(prora č unski model)


5/23


129

U tački 1 varnica pobuđuje smešu u kojoj dolazi do stvaranja stabilnog

žarišta. Od tačke 2 započinje vidan porast pritiska (do tog trenutka pritisak je samousled sagorevanja dela smeše porastao za 1 bar). Tu genezu rađanja plamenazovemo prvom fazom sagorevanja , periodom pritajenog sagorevanja, indukcionimperiodom ili drugim sličnim terminima.

320 340 360 380 400 420 440 460

Ugao KV, stepeni

0

6

12

18Pritisak, bar

500

1000

1500

2000

2500

3000Temperatura, K

T e m p e r a t u r a

P r i t i s a k

Zakon sagorevanja

Motor: LOA 450Vh=450 cm3

εεεε=9.1

we=0.2 kJ/dm3

n=1600 o/min

3

1

2

4

SMT

I II III

Po

č etak

Sredina-teži š

te

Krajsagorevanja

Varnica

Slika 2.14: Snimljeni indikatorski dijagram oto motora

i zakoni sagorevanja

Druga faza sagorevanja obuhvata prostiranje fronta plamena kroz zapreminukomore od tačke 2 do dostizanja maksimalne vrednosti pritiska u cilindru, tačka 3 .

Širenje počinje od momenta dostizanja maksimalnog pritiska u cilindru.Proces sagorevanje ide po taktu širenja, razvlači se i dovršava negde u tački 4 , utrenutku ostvarivanja maksimalne temperature u cilindru. To je tre ć a faza sagorevanja i nju zovemo dogorevanje.

Unutrašnje mehanizme sagorevanja u oto motorima opisuje nomogramfizičko-hemijskih fenomena, slika 2.15. Pod pretpostavkom da su sve fizičke operacijemešanja, isparavanja i homogenizacije završene do tačke preskakanja varnice ondaelektrični šok može da razlaže molekule. Aktivni centri su sposobni za hemijskereakcije. Posle inicijalnih pretplamenih procesa raste koncentracija aktivnih centara-prva faza sagorevanja, I.

Lančane reakcije se odvijaju sve brže, a žarište plamena je stabilno. Plamense uspešno širi kroz smešu. Od tog momenta imamo drugu fazu ili period intenzivnogsagorevanja. Plamen se ponaša kao pokretni izvor aktivnih centara, temperature ipritiska- druga faza, II.

Dok za pritiske možemo pretpostaviti da se trenutno uspostavljaju u celojkomori dotle za temperature takve tvrdnje ne stoje. Kada se steknu uslovi za potpunosagorevanje onda imamo ekonomičan i niskotoksičan proces (1-2-3-4-5-6-7-9-12).


6/23


130

Slika 2.15 : Šematski prikaz toka sagorevanja u oto motorimaNa početku sagorevanja imamo nepovoljne uslove. Najveći deo toplote se

gubi u okolinu -van reakcije. Kasnije uslovi postaju sve povoljniji. U jednom momentusu optimalni i stepen efikasnosti sagorevanja je maksimalan. Pri kraju opet imamonepovoljne uslove, dogorevanje- treća faza, III. Visoki pritisci i temperature mogudovesti do disocijacije i termičkog raspada goriva i produkata sagorevanja. Sa drugestrane uz hladne zidove ne postoje uslovi za opstanak plamena pa se lančanereakcije sagorevanja prekidaju. Složeni ugljovodonici se raspadaju uz čestu pojavučađi, dima i produkata nepotpunog sagorevanja. Disocirane komponente ne mogu dapronađu korespodentne sastavke i toplotne gubitke prate visoke emisije toksičnihmaterija.

Prva faza sagorevanja. U prvoj fazi sagorevanja poželjna je što većakoncentracija aktivnih centara. Električna varnica hemijski aktivira neznatnu količinu

smeše. Ako su procesi rasipanja i disipacije jaki aktivni centri i lanci se kidaju i gubeu okolnoj smeši. U početnom trenutku je poželjna što manja razmena materije ienergije sa okolnom smešom. Tek kada oslobođena energija nadmaši gubitkemožemo govoriti o stabilnom izvorištu plamena i uspešnom završetku prve fazesagorevanja.


7/23


131

Osnovni uticajni faktori na trajanje i uspešnost prve faze su:

- vrsta i priroda goriva,- temperaturski koeficijent goriva (veza izme đ u temperature i stepenaubrzanja oksidacionih procesa) i

- sastav smeše, temperatura, pritisak, strujni i drugi fizi č ki uslovi u komori.

Za većinu ugljo-vodonika su prva dva uticaja jednaka i stalna. Najbitnijaveličina je sastav smeše.Minimalno trajanje prve faze je direktno funkcija sastavsmeše i uslova u komori:stepena kompresije,momenta paljenja, prisustva

inertnih gasova (zaostaliprodukti sagorevanja),termičkih i strujnih pojava ienergije varnice. U oblastibogate smeše, oko 0.9,trajanje prve faze jeminimalno, slika 2.16. Upreterano bogatoj ili

siromašnoj smeši nema uslova za nastanak ili opstanak plamena, pa su to poznategranice upaljenja, van kojih izostaje paljenje. Na dijagramu je uneta i maksimalnatemperatura sagorevanja koja zavisi kako od sastava smeše tako i od hemijskogsastava goriva.

Veći stepen kompresije, mala količina inertnih gasova, fizički, termički ihemijski pripremljeno gorivo i smeša su faktori koji olakšavaju upaljenje. Skoro većinaovih atributa nije stimulativna za drugu fazu sagorevanja. Kompromisno rešavanjeovih antagonizama uz stalno držanje u vidu cele radne oblasti motora i svih mogućihuslova eksploatacije od starta i niskih temperatura do trkačkih staza su preokupacijeistraživača. Jedan od važnih uticaja na trajanje prve faze sagorevanja jeste prisustvoinertnih gasova iskazanih preko količine zaostalih produkata sagorevanja. Na slici2.17 prikazan je univerzalni dijagram po količini zaostalih produkata sagorevanja zamotor BMW radne zapremine 2.3 dm3 i stepena kompresije 9.3. Vidimo da količinazaostalih produkata sagorevanja najviše zavisi od opterećenja i broja obrtaja motora.Od vrednosti 0.06, na punom opterećenju, ona raste do 0.4 na niskom opterećenju.

Simultano sa ostalim uticajima to se preslikava na trajanje prve fazesagorevanja u toku koje sagori 2% do 5% smeše. Na slici 2.18 prikazano je trajanjeprve faze sagorevanja za isti motor BMW-a. Zapaža se povećano trajanje prve fazesagorevanja kada su uslovi nepovoljni na niskim opterećenjima i brojevima obrtaja.

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Sastav smeše

2300

2400

2500

2600

2700

2800

Tempera

tura,K

0

1

2

3

4

5

V r em e pr v ef az e ,m s

Temperatura

Vreme prve faze

Slika 2.16 : Zavisnost maksimalne temperaturesagorevanja i trajanja prve faze sagorevanja od

sastava smeše

sagorevanja


8/23


132

0 .1 5

1 2 3 4 5 6

n (o/min) x1000

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

We(kJ/dm^3)

0 .0 5

γ γγ γ ρ ρρ ρ = 0 .1 0 = 0 .1 0 = 0 .1 0 = 0 .1 0

0 .2 5 0 .2 0

0 .4 0

0 .3 0

λλλλ=1

Slika 2.17 : Univerzalni dijagram po koli č ini zaostalih produkata sagorevanja

1 2 3 4 5 6

n, o/min x1000

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2We, kJ/dm^3

15 o

Θ ΘΘ Θ I = 2 0 o

λλλλ=1

Θ ΘΘ Θ I = 1 8

o

2 2 .5 o

Θ ΘΘ Θ I = 1 8

o

25 o

27.5 o Θ ΘΘ Θ I

= 2 0

o

Slika 2.18: Univerzalni dijagram po trajanju prve faze

sagorevanja

Druga faza sagorevanja. Najispravniji naziv za ovaj deo sagorevanja jeperiod prostiranja plamena. Treba imati u vidu da je brzina prostiranja laminarnogfronta plamena veoma mala, par metara u sekundi. Takođe se ne sme ispustiti iz vidada motor radi od 500 o/min do 800 o/min na praznom hodu do 6000 o/min nanominalnom režimu. Slične odnose imamo i kod trajanja sagorevanja. Za najboljeizlazne parametre motora moramo upravljati tokom sagorevanja, ono ne sme biti nisuviše brzo ni suviše razvučeno. Stepen porasta pritiska po uglu kolenastog vratila(gradijent pritiska u radnom procesu ) je mera brutalnosti procesa. Kod oto motora, pri

normalnom sagorevanju, on je manji od 0.3 MPa/ o

KV.Mehanizam zbivanja u zoni reakcije je jako komplikovan i još uveknerazjašnjen. Sa inženjerskog stanovišta važnije je ukupno vreme trajanja


9/23


133

sagorevanja u odnosu na brzinu hemijskih reakcija u laminarnom frontu plamena (vh).

Ukupno vreme trajanja sagorevanja određuje se brzinom sagorevanja:tr tr h sag v v v v ≈+= (2.3)

Kao što je već rečeno brzinu sagorevanja možemo višestruko povećatirazuđenim plamenom i organizovanim usmeravanjem smeše prema plamenu. Takvurazuđenu, umereno iskidanu, ali stabilnu zonu reakcije zovemo turbulentnimsagorevanjem, slika 2.12.

Neodmereno strujanje može ugasiti plamen. Samo dozirana brzinasagorevanja stimuliše mikro (prenošenje aktivnih centara u smešu ) i makro pulzacije(unošenje oblaka vrelih produkata sagorevanja u smešu radi njenog upaljenja ).Kontrolisano strujanje igra ključnu ulogu u komešanju graničnih zapremina produkatasagorevanja i nesagorele smeše.

Kultivisano sagorevanje u oto motoru iskazuje svoje kvalitete: umerenezahteve prema oktanskom broju, prihvatanje povećanog stepena kompresije, nižu

potrošnju goriva, umereniju toksičnost i sl.Organizovano strujanje možemo izazvati tokom usisavanja, sabijanja i samog

sagorevanja. Na slici 2.19 su pokazane načelne varijante:A- ravan klip bez jasnog strujnog polja,B- klip sa ekscentri č nom komorom i naglašenim radijalnim strujanjem,C- cilindarska glava bez uticaja na strujnu sliku iD- cilindarska glava sa usmerenim vrtlogom tokom usisavanja.

Ispitivanja na opitnom motoru pokazuju da je sagorevanje najduže kod

kombinacije A-C, a najkraće kod B-D. Pri tome veći stepen kompresije daje kraćesagorevanje, a sve za iste kvalitete goriva.Među stručnjacima još uvek traju rasprave o tome da li je veći uticaj usisne

turbulencije (D) ili kompresione (B). Uglavnom sve novije konstrukcije motora koriste

AC BC AD BD

Kombinacija komora i vrtloga

0

2

4

6

8

10

Brzinasagorev

anja

ε1

ε2

ε1>ε2

A

B

Ω=0Ω=0Ω=0Ω=0

IV UV

Ω>0Ω>0Ω>0Ω>0

IV UV

C

D

Slika 2.19 : Uticaj organizovanog strujanja na brzinu sagorevanja


10/23


134

oba fenomena. Kod direktnog ubrizgavanja benzina vrlo uticajna je kinetička energija

mlaza goriva.Komora za sagorevanje je zatvoren prostor čiju geometriju menja hod klipa.Brzina sagorevanja je u početku vrlo mala, da bi pri kraju postigla maksimum od oko200 m/s. Uz zidove komore opet pada na nulu. Srednje vrednosti se kre ću između 30i 50 m/s.

Trajanje druge faze sagorevanja -perioda prostiranja plamena- bitno zavisi odintenziteta turbulencije, broja obrtaja i opterećenja motora. Na slici 2.20 prikazan jeuniverzalni dijagram trajanja druge faze sagorevanja za motor BMW. Na niskimopterećenjima je bitan uticaj velike količine zaostalih produkata sagorevanja jerprodužavaju trajanje druge faze. Na visokim brojevima obrtaja slabi uticaj promeneopterećenja a raste uticaj broja obrtaja preko turbulencije punjenja u cilindru. Zatotrajanje prve i druge faze, slika 2.18, do 4000 o/min brzo opada i dalje ostaje približnokonstantno u vremenskim jedinicama. Dok mereno uglovima kolenastog vratila na4000 o/min dostiže minimum, zato što dalje povećanje broja obrtaja više ne prati

adekvatno povećanje turbulencije smeše.

1 2 3 4 5 6

n, o/min x1000

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2We, kJ/dm^3

3 0 o

λλλλ=1

Θ ΘΘ Θ I I = 4 0 o

3 5 o

Θ ΘΘ Θ I I = 3 5

o

Θ ΘΘ Θ I I =

4 0 o

Θ ΘΘ Θ I I =

3 5

o

Θ ΘΘ Θ I I = 4 5 o

Θ ΘΘ Θ I I =

5 0 o

Slika 2.20: Univerzalni dijagram po trajanju druge faze sagorevanja

Treća faza sagorevanja. Završni deo sagorevanja je ustvari dogorevanje.Zbog jasnog uočavanja položaja maksimalnog pritiska na indikatorskom dijagramu,mnogi autori smatraju da ova faza počinje u tom trenutku. Međutim, ako pogledamozakon sagorevanja na slici 2.14, onda vidimo u cilindru još uvek intenzivno dovođenjetoplote, odnosno, prostiranje plamena. Tako se može reći da je početak dogorevanjau momentu maksimalnog pritiska, kada sagori oko 85% do 90% goriva. Nije jasnokada prestaje sagorevanje i gde je tačan položaj tačke 4 na indikatorskom dijagramu.U analizama indikatorskih dijagrama prilikom određivanja zakona sagorevanja kaokraj sagorevanja se uzima trenutku do koga sagori 95% do 98% goriva u cilindru.Neki autori predlažu za kraj sagorevanja trenutak kada se izjednače trenutnevrednosti oslobođene toplote sa količinama toplote koja se predaje zidovima komore.


11/23


135

Ukoliko se druga faza sagorevanja odvija sa visokim temperaturama (preko

2000 K) i pritiscima iznad 50 bar, onda su gubici na disocijaciju do 10% od unetekoličine toplote. Zato tokom širenja dolazi do rekombinacije i ponovne asocijacije.Disocirane komponente tek delimično uspevaju da se ponovo sjedine, pa vraćajumanje toplote i emituju jake otrove. Po teoriji je disocijacija povrativ procese, ali umotorskoj praksi nije ni približno.

2.2.2.1.1 Uticajni parametri na sagorevanje

Uticaj stepena kompresije. Stepen kompresije je konstruktivna veličina kojavišestruko utiče na tok sagorevanja. Pre svega, stepen kompresije utiče natemperature i pritiske pri kojima započinju procesi sagorevanja, slika 2.21. Manjevrednosti stepena kompresije vode prvi period sagorevanja po uslovima niskihtemperatura i pritisaka. To se preslikava u duže trajanje prvog, drugog i trećeg

perioda sagorevanja. Pored toga za svaki tip komore za sagorevanje postoji direktnaveza između stepena kompresije, traženog oktanskog kvaliteta goriva i radnih uslova.

300 320 340 360 380 400 420

Ugao KV, stepeni

0

10

20

30

40

50

60Pritisak, bar

Motor 128 A. 064V hu=1116 cm 3

λλλλ=0.9Puno opterećenjen=6000 o/min

SMT

ΘΘΘΘ p=28o

ΘΘΘΘ I2222

ΘΘΘΘ I3

10 o

14 o

ΘΘΘΘ I1


12/23


136

pritiscima i temperaturama, nepotpunom i nesavršenom sagorevanju u zatvorenom

krugu uzroka i posledica.

1 2 3 4 5 6

n x1000, o/min

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2We, kJ/dm^3

Slika 2.22 : Stepen kompresije u radnom polju klasi č nih oto motora

Povećanje nominalnih vrednosti stepena kompresije dovodi do povećanjarealnog stepena kompresije i na niskim opterećenjima. To poboljšava uslova zasagorevanje na niskim opterećenjima (ve ć e su temperature i pritisci, a manje koli č inezaostalih produkata sagorevanja). Sa druge strane imamo poraste zahteva zaoktanskim kvalitetima goriva.

1 2 3 4 5 6

n x1000, o/min

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2We, kJ/dm^3

Slika 2.23 : Vrednosti stepena kompresije u radnom polju oto motora sakontinualnom promenom stepena kompresije za isti oktanski broj goriva


13/23


137

Budućnost je u primeni motora sa automatskom - kontinualnom promenom

stepena kompresije. Takvi motori na svim režimima, u celom radnom polju (slika2.23), realizuju optimalne stepene kompresije, tj. najbolje uslove za potpunosagorevanje: optimalne temperature i pritiske. Sumarno, to se preslikava u proširenjepola minimalne potrošnje goriva i minimalne emisije na čitavo radno polje. Ukombinaciji sa natpunjenjem motori sa promenljivim stepenom kompresije, poredproširenja polja minimalne potrošnje i minimalne toksičnosti ostvaruju i maksimalnesnage.

Uticaj ugla pretpaljenja. Ugao pretpaljenja definiše uslove u kojimazapočinje i u kojima se odvija prva faza sagorevanja. Suviše rano paljenje, zbogniskih temperatura i pritisaka u cilindru u momentu varnice, dovodi do produženjatrajanja prve faze sagorevanja. Ranije pretpaljenje vuče i izdiže maksimalni pritisakprema SMT. Isto se događa sa maksimalnom temperaturom temperaturama na krajusagorevanja, slika 2.24. Visoke temperature i termičko preopterećenje delova preti

havarijom.

300 320 340 360 380 400 420

Ugao KV, stepeni

0

10

20

30

40

50

60

70Pritisak, bar

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Motor 128 A. 064Vhu=1116 cm

3

εεεε=9.2λλλλ=0.9Pe=40 kWn=6000 o/min

SMT

ΘΘΘΘp1=42o

ΘΘΘΘp1=42o

ΘΘΘΘp2=28o

ΘΘΘΘp2=28o

ΘΘΘΘp3=28o

ΘΘΘΘp3=16oΘΘΘΘp4=3 o

ΘΘΘΘ I1

ΘΘΘΘ I2222

ΘΘΘΘ I3 ΘΘΘΘ I4

ΘΘΘΘp4=3o

4o

13 o

24 o

36 oΘΘΘΘ I1>ΘΘΘΘ I2>ΘΘΘΘ I3>ΘΘΘΘ I4

Slika 2.24 : Indikatorski dijagrami za razli č ite uglove pretpaljenja

Ti uslovi su pogodni za stvaranje azotovih oksida i pojave nenormalnogsagorevanja. Suviše rano pretpaljenje sledi tvrd proces sagorevanja, pad snage i rastpotrošnje goriva. Ugao pretpaljenja je inače indikator regularnosti sagorevanja. Akosa njegovim povećanjem raste intenzitet karakteristične buke (u č estanosti 6 kHz do8 kHz) onda proces sagorevanja prelazi u detonaciju.

Suviše kasno pretpaljenje, u blizini SMT, zbog viših temperatura i pritisaka

daje kraću fazu prvog perioda sagorevanja. Međutim, zbog kasnog početka drugefaze, sagorevanje se razvlači i prelazi na liniju širenja. Opet snaga opada, a potrošnjaraste. Pokazatelji motora su pogoršani ali nema opasnosti od pojava nenormalnogsagorevanja. Goriva niske oktanske vrednosti traže manje uglove pretpaljenja. Radi


14/23


138

bržeg zagrevanja katalizatora i njegovog izlaženja na radni režim često se koristi

smanjenje ugla pretpaljenja. Tada se dobijaju više temperature gasova u toku širenjai izduvavanja, slika 2. 25.

0 90 180 270 360 450 540 630 720

Ugao KV, stepeni

0

500

1000

1500

2000

2500Temperatura, K

Motor 128 A. 064Vhu=1116 cm 3

εεεε=9.2prazan hodn=850 o/min

ΘΘΘΘp=0oΘΘΘΘp=10

o

SMT

∆ ∆ ∆ ∆ T

Slika 2.25 : Indikatorski dijagram motora na praznom hodu za dva ugla pretpaljenja

Na bazi iskustava i teorijskih analiza utvrđeno je da motori imaju najvećesnage i najmanje potrošnje goriva kada se maksimalni pritisci nalaze 12÷15° posleSMT. Pošto se sa promenom radnih režima i regulacionih parametara motoramenjaju sva stanja u cilindrima, to je neophodno menjati i ugao pretpaljenja u ciljuostvarivanja željenih performansi.

Uticaj sastava smeše. Brzina prostiranja turbulentnog plamena ima najvećevrednost pri sagorevanju bogatih smeša, sastava 0.8÷0.9. Kako sa osiromašenjemsmeše, isto tako i sa preteranim obogaćenjem, raste trajanje svih faza sagorevanja,slika 2.26. Pri tome se dužina druge faze relativno malo menja. Zbog toga je potrebnomenjati ugao pretpaljenja sa promenom sastava smeše, kako bi motor radio poizabranom režimu: sa maksimalnom snagom, minimalnom potrošnjom goriva,minimalnom toksičnošću, manjom bukom itd.

Već smo zaključili da ukupno trajanje sagorevanja, raste u radu sasiromašnim i u radu sa preterano bogatim smešama. Tada su maksimalne vrednostipritiska niže i udaljuju se od SMT. Glavni razlog su manje količine toplote koja sedovodi po jedinici mase radnog tela u cilindru. Ekonomičniji rad sa siromašnimsmešama je posledica manje goriva za isto punjenje cilindra.

Ako se pretera sa osiromašenjem smeše, znači da dovodimo manje količinetoplote, onda dolazi do prekida u prostiranju plamena i do njegovog gašenja. Kod

preterano bogatih smeša samo deo goriva delimično sagori i oslobodi odgovarajućukoličinu toplote.


15/23


139

300 320 340 360 380 400 420

Ugao KV, stepeni

0

10

20

30

40

50Pritisak, bar

Motor 128 A. 064Vhu=1116 cm 3

εεεε=9.2n=6000 o/min

SMT

ΘΘΘΘ

p=28 o

ΘΘΘΘ I-0.8 =ΘΘΘΘ I-1.0

ΘΘΘΘ I-1.1

13o

18 o

ΘΘΘΘ I-0.9


16/23


140

stepena korisnosti. Direktno ubrizgavanje benzina sa odgovarajućom komorom radi

sa veoma siromašnim smešama, povećanim stepenom kompresije i sledstveno tomeradikalno povećanim stepenom korisnosti.

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Sastav smeše

0

2

4

6

8

10

12

14

16Sastav izduvnih gasova, %

100

200

300

400

500Potrošnja, g/kWh

M a k s i m a l n a s n a g a

M i n i m a l n a p o t r o š n j a CO 2

NO x

CxHy

CO

λλλλ

ge

Slika 2.28 : Uticaj sastava homogene smeše na toksi č nost motora

Uticaj sastava smeše se preko toka sagorevanja preslikava na toksičnostizduvnih gasova, slika 2.28. Nepotpuno sagorevanje bogatih smeša rezultiranesagorelim ugljovodonicima (C x H y ), ugljenmonoksidom (CO ) i velikom potrošnjomgoriva (g e ). Prekid i gašenje plamena u siromašnoj smeši, i pored prisustva viškakiseonika, takođe generiše nesagorele ugljovodonike i ugljenmonoksid

Potpuno sagorevanje, homogenih smeše 1.05÷1.1, prati najveća količinaugljen dioksida, kao produkta potpunog sagorevanja, i minimalna potrošnja goriva.Izvestan višak kiseonika i maksimalne temperature pri potpunom sagorevanjupogoduju stvaranju najveće količine azotovih oksida (NO x ).

Uticaj opterećenja motora. Oto motor ima kvantitativni način promeneopterećenja. Smanjenje snage se vrši prigušivanjem u usisnom vodu. Prigušivanjedovodi do smanjenja pritiska u toku usisavanja i sabijanja, kao i do povećanja količinezaostalih produkata sagorevanja. To, pre svega, stvara pogoršane uslova zaupaljenje smeše i za razvijanje stabilnog žarišta plamena. Saglasno raste dužinatrajanja prve faze sagorevanja, slika 2.29, pa je neophodno korigovati ugaopretpaljenja pri promeni opterećenja. Kod niskih opterećenja motora inertni gasovi -zaostali produkti sagorevanja- dovode do nestabilnog sagorevanja i povećanevarijacije radnih ciklusa. Tada je neophodno izvršiti izvesno obogaćenje smeše kakobi povećali stabilnost rada motora. Ali je i u tom slučaju sagorevanje razvučeno dužširenja i postoji realna opasnost izostanka upaljenja u uslovima velikih uglova

paljenja, kada su temperature i pritisci radnog tela u toku sabijanja još uvek niski.


17/23


141

300 320 340 360 380 400 420

Ugao KV, stepeni

0

10

20

30

40

50Pritisak, bar

Motor 128 A. 064Vhu=1116 cm

3

εεεε=9.2λλλλ=0.9n=6000 o/min

SMT

ΘΘΘΘp=28o

ΘΘΘΘ I2222

ΘΘΘΘ I3

13o

16 o

ΘΘΘΘ I1


18/23


142

istovremeno ili posle varnice sa svećice. Na indikatorskom dijagramu se pojava

takvog opasnog površinskog paljenja pre varnice vidi kao visok špic pritiska iznadnormalnog sagorevanja koji je sasvim blizu spoljnje mrtve tačke, slika 2.30.Naredni procesi sagorevanja se progresivno povlače, sve više ispred SMT,

uz povećanje negativnog rada ciklusa. U jednom trenutku se menja smer obrtanjakolenastog vratila ( jer negativni rad ciklusa postaje ve ć i od pozitivnog ), slika 2.30!Kod višecilindričnih motora cilindar sa progresivnim jačanjem površinskog paljenjapokušava da promeni smer okretanja kolenastog vratila pa motor gubi snagu i/ilidolazi do havarije.

0 1 2 3

Zapremina, m3x (1E-4)

0

20

40

60

80

100Pritisak, bar

Motor 128 A. 064Vhu=1116 cm 3

εεεε=9.2λλλλ=0.9

n=6000 o/min

SMT UMT

Površinsko paljenje

Normalno sagorevaje

Negativan rad

Pozitivan rad

Slika 2.30 : Indikatorski dijagram površinskog paljenja

U američkoj literaturi se takav fenomen naziva "dizeling" : paljenje je izazvanointenzivnim toplim mestom u komori nezavisno od svećice, kao u dizel motoru.(Gradijent porasta pritiska u oto motoru sa normalnim sagorevanjem je 2 bar do3 bar po stepenu ugla kolenastog vratila, a pri površinskom paljenju je preko 10 bar po stepenu tj. kao kod dizel motora ).

Detonacija. Do detonacije dolazi posle paljenja svećicom, u trećoj fazi, prikraju sagorevanja. Neka količina smeše se pali (nezavisno od sve ć ice ) sama od sebe jer ima malu otpornost na termičko zračenje od već sagorele količine goriva i nafizičko-hemijske uslove u komori. Koncentracija aktivnih centara u nesagoreloj smešitoliko poraste da ta smeše odjednom eksplozivno sagori. Znači taj deo smeše nesagoreva ni postupno niti frontom plamena.

Na indikatorskom dijagramu, slika 2.31, se javljaju testeraste linije u toku

pritisaka i vrlo visoke temperature (koje probijaju zaštitne gasne grani č ne slojeve idovode do reakcije hemijski aktivnih gasova sa atomima metala komore, klipa, glave,ventila ). Sve to prati intenzivna metalna buka, promenjen sastav i miris izduvnihgasova itd. Jaka detonacija stvara užarena mesta po komori motora od kojih počinjepovršinsko paljenje, i obrnuto, jako površinsko paljenje redovno prelazi u detonaciju.


19/23


143

Najčešći uzroci nenormalnog sagorevanja su:

- komora za sagorevanje (razu đ ena, razvu č ena i bez dobre strujne slike),- gorivo (loših oktanskih kvaliteta ili bez aditiva),- loše podešeno pretpaljenje,- star motora sa puno taloga u komori i po svim delovima, i- nestru č na i pogrešna tehnika vožnje.

315 360 405 450 495

Ugao KV (stepeni)

0

10

20

30

40

50Pritisak (bar)

360 370 380 390

Ugao KV (stepeni)

30

35

40

45

50Pritisak (bar)

Slika 2.31: Indikatorski dijagram sagorevanja sa detonacijom

Konstrukcija komore za sagorevanje. Razuđene i/ili razvučene komore bez

dobre strujne slike pogoduju detonaciji. "Komore brzog sagorevanja" sa intenzivnimvrtlogom mogu raditi sa većim vrednostima stepena kompresije, istim oktanskimkvalitetom goriva i saglasno manjom potrošnjom goriva. Zahtevi koje mora ispunitidobra komora su:

- kompaktnost, minimalan odnos površine i zapremine komore,- što kra ć i put plamena,- što ve ć a kompresiona turbulencija smeše,- dovoljni proto č ni preseci ventila,- pogodan položaj sve ć ice (bliže izduvnom ventilu),- intenzivno hla đ enje najudaljenijih mesta komore itd.

Gorivo je inicijator detonacije kada vozač ne prilagodi tehniku vožnjebenzinu: „traži više oktana“ od preporuke proizvo đ a č a . Detonacija nije opasna kada jekratkotrajna i slaba. Dakle, ako motor za trenutak "zaklik ć e" slično radu ventila savelikim zazorom (u momentu naglog dodavanja gasa pri prelasku iz nižeg u višistepen prenosa, npr. iz III u IV stepen prenosa ) onda to nije opasno. Čim jedetonacija jaka i dugotrajna, vozač oseća da motor gubi snagu. Detonacija pri velikimbrzinama vožnje se teško zapaža (ne č ujemo!), a trebalo bi zaustaviti vozilo radipregleda u servisu.


20/23


144

Karakteristike goriva kojim opisujemo njegovu otpornost na nenormalno

sagorevanje zovemo oktanskim kvalitetima goriva .To je relativna ocena o ponašanju benzina (kao mešavine brojnihugljovodonika ) u standardnim laboratorijskim motorima u poređenju sa čistimhemijskim komponentama: izo-oktan (100 - oktana; toplotne mo ć i 44 715 kJ/kg) inormalni heptan (0 - oktana; toplotne mo ć i 44 757 kJ/kg):

X(oktanski broj)=> 100%(mešavine) = X% (izooktana) + (100-X)% (n-heptana)

Pretpaljenje je dijagnostički pokazatelj toka sagorevanja. Ako pri povećanjuugla pretpaljenja motor jače detonira, a pri smanjivanju ugla detonacija iščezava ondasmo skoro sigurni da je gorivo uzrok detonaciji u motoru.

Starost komore za sagorevanje je u pitanju kada motor ne reaguje napromenu momenta paljenja ili nastavlja sa okretanjem posle isključenog paljenja. Ukomori se nalaze talozi; ili je neko mesto u njoj pregrejano; ili svećica nema dovoljnu

"toplotnu" vrednost (pa je njena elektroda užarena i pali smešu pre elektri č nevarnice ). Tokom vremena u komori se stvaraju talozi na čelu klipa, po ventilima icilindarskoj glavi. Talozi nastaju od sagorelog ulja, smola iz goriva, prljavštine izgoriva i vazduha. Kod benzina sa olovom jedna trećina unetog olova ostaje u komori, jedna trećina izlazi sa izduvnim gasovima, a ostatak se taloži po izduvnom sistemu.

Posle određenog broja sati rada motora talozi i lakovi u tolikoj meri obložekomoru da se poveća stepen kompresije motora. Sa druge strane oni su lošiprovodnici toplote te podižu temperaturu u komori uz nepovoljno katalitičko dejstvo natok sagorevanja. Sve to rezultira u porastu zahteva motora prema kvalitetu goriva.Ovi efekti su naročito opasni kod dugotrajne vožnje pri punom opterećenju motora.Vozač nije u stanju da razluči nove šumove u motoru od buke vozila u pokretu.Nenormalno sagorevanje (detonacija i površinsko paljenje ) može biti dugotrajno i jakosa katastrofalnim posledicama po motor. Postoje propisani testovi za praćenjenenormalnog sagorevanja u režimima:

- ubrzavanja vozila i- velikih brzina.

Drugim rečima, prema specifičnostima svake konstrukcije motora i vozila,prema vrsti pogonskih materijala (pre svega goriva i maziva ) treba sastaviti i poštovatiuputstva o načinu korišćenja koja garantuju očuvanje tehničke i ekološke ispravnosti.

Tehnika vožnje bitno utiče na detonaciju. Neveštom vožnjom (naglododavanje gasa ) svako gorivo može dovesti do detonacije, slika 2.32. I obrnuto,veštom vožnjom i dobrim održavanjem možemo koristiti svaku vrstu komercijalnoggoriva bez opasnosti od detonacije (prema prikazanom primeru za moderno vozilo:pri brzini od 60 km/h na blagom usponu u IV stepenu-ta č ka 1- potrebno je 86, u III- ta č ka 2- 85, a u II stepenu prenosa - ta č ka 3- 84 oktana ). Ako ne vršimo naglaubrzanja i na usponima vozimo u nižim stepenima prenosa, onda će zahtevi zaoktanskim kvalitetima biti umereni. Kod neopreznog vozača, vozilo sa automatskomtransmisijom, sa dobrom zvučnom izolacijom, sa prikolicom (i preglasnom muzikom )može dugo vremena raditi u zoni detonacije i površinskog paljenja.

Po američkim ispitivanjima na punom gasu manje obučeni vozači traže do 5oktanskih jedinica više od obučenih, a na delimičnom gasu oko 2 jedinice. Moderni


21/23


145

sistemi za paljenje imaju dava č detonacije koji automatski smanjuje ugao pretpaljenja

čim se ona pojavi. Inteligentni softveri sa adaptivinim funkcijama pamte tehnikuvožnje i biraju regulacione parametre prema svakom vozaču. Za vozila sa klasičnimsistemima paljenja je redovna kontrola momenta paljenja daleko jeftinija od zamenezdrobljenih delova.

1 2 3 4 5 6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2We (kJ/dm^3)

IOB=95

IOB=93

IOB=90

IOB=84

IOB=78

30 60 90 120 150 180 km/h

20 40 60 80 100 120 km/h

12 24 36 48 60 72 km/h

8 16 24 32 40 48 km/h

IV

IV

III

III

II

I

II

I

n x1000 o/min

1 2

4

3

Ubrzanje

IOB=100

Naglim dodavanjem gasa oktanski zahtevi vozilarastu sa 86 na 100 oktana

Slika 2.32: Uputstva za vožnju bez detonacije

Velike firme imaju posebnu obuku za ekonomičnu vožnju. Kod putničkihvozila se takvom tehnikom -uz puno uvažavanje saobra ć ajnih propisa - postiže nižapotrošnja goriva od 4 do 13 % i niža emisija do 20 %.

2.2.2.3 Optimalno sagorevanje u oto motorima

Proces sagorevanja, faza pretvaranja potencijalne-hemijske energije goriva uunutrašnju energiju radnog tela, ima presudan uticaj na ekonomičnost i toksičnostizduvnih gasova motora SUS.

U poglavlju „1.2.22.2.2 Bilans eksergije prora č unskog ciklusa za motore SUS“zaključeno je da se lokalni maksimum, za eksergijski stepen korisnosti ostvaruje kodkombinovanog dovođenja toplote, što je teorijski uzor za sagorevanje kod realnihmotora sa neadijabatskim zidovima cilindara.

Prevedeno na realan motor, koji ima konačnu dužinu trajanja procesasagorevanja, to znači da se optimalno sagorevanje ostvaruje kada se veća količina

toplote dovede posle SMT. Odnosno, ako uvedemo pojam „sredina procesasagorevanja“ koji je definisan trenutkom kada u cilindru sagori polovina od ukupnekoličine goriva, to znači da se sredina procesa sagorevanja, kod optimalnogsagorevanja mora nalaziti posle SMT.


22/23


146

Autori ove knjige vršili su odgovarajuća teorijsko-eksperimentalna istraživanja

optimalnog procesa sagorevanja u motorima SUS i došli do odgovarajućih zaključakakoji su potpuno saglasni sa istraživanjima drugih autora (Knut Hockel: Einfluβ derzeitlichen Energieumsetzung auf den Wirkungsgrad beim Ottomotor, Automobilindustrie, 3/81, itd.).

Na efikasnost procesa sagorevanja utiču:1. položaj sredine procesa sagorevanja u odnosu na SMT,2. dužina trajanja procesa sagorevanja i3. oblik zakona sagorevanja.

Najmanji uticaj ima oblik zakona sagorevanja, koji u širokom opsegupromene oblika, za isti položaj sredine i dužine trajanja sagorevanja ima uticaj manjiod 0.5%. Dužina procesa sagorevanja ima veći uticaj i kraće sagorevanja daje većuefikasnost. Najveći uticaj na efikasnost sagorevanja ima položaj sredine procesasagorevanja u odnosu na SMT.

Efikasnost procesa sagorevanja u adijabatskom motoru se može odreditiprema sledećem empirijskom izrazu:

( )d oto t oto t

2 t

3

oto t

d 4

a s 0003 .0 082 .0 1

10 110

1 α η η

α

η

α η −

−−

−−=

−−

(2.4)

gde je:ηt

oto – stepen korisnosti oto ciklusa (stepen kompresije kao kod motora, dokse eksponent adijabate ra č una kao srednja vrednost za radno telo napo č etku i na kraju sagorevanja)

α d - dužina trajanja procesa sagorevanja u stepenima,α t - položaj sredine procesa sagorevanja posle SMT u stepenima,

Analizom eksperimentalnih rezultata za motor 128A.064 definisan jeempirijski izraz za vrednost optimalnog položaja sredine sagorevanja posle SMT za

realni motor:

( ) 8 .73 20

1000 / n 55 .7 7 66 d topt −+−−= α

κ κ α (2.5)

gde je:κ - eksponent adijabate koji se ra č una kao srednja vrednost za radno telo na

po č etku i na kraju sagorevanja in – broj obrtaja motora u minuti.

Efikasnost procesa sagorevanja u realnom cilindru možemo odrediti prekosledećeg empirijskog izraza, koji su postavili autori ove knjige:

( ) 2 topt 2 t d

oto t

oto t

3 opt s

r s 0003 .0 082 .0

1

10 α α α η

η

η η −−−

−=−

(2.6)


23/23


147

gde je:

ηs opt

- efikasnost procesa sagorevanja izra č unata prema (2.4) kada se u njegauvrsti izra č unata vrednost za optimalni položaj sredine sagorevanjaprema (2.5).

Ove analize se rade nakon snimanja indikatorskog dijagrama i modeliranjaprocesa sagorevanja odakle se određuju svi parametri procesa sagorevanja.

8 10 12 14 16

Stepen kompresije

340

360

380

400Ugao KV, stepen i

0,94

0,96

0,98

1Efikasnost sagorevanja

SMT

We= 0.2 kJ/dm3, n= 1600 (rpm),

λ= 1.0, α = 20

Pocetak sagorevanja

Kraj sagorevanja

Efikasnost sagore vanja

Sredina sagorevanjaOptimana sredina

o

Slika 2.33 : Parametri procesa sagorevanja

Na slici 2.33 prikazani su parametri procesa sagorevanja, dobijeni analizomniza snimljenih indikatorskih dijagrama, a takođe i položaj optimalne sredinesagorevanja (2.5) i efikasnost sagorevanja (2.6). Slika 2.33 prikazuje uticaj stepena

kompresije na parametre i efikasnost procesa sagorevanja. Vidi se da povećanjestepena kompresije dovodi do skraćenja trajanja procesa sagorevanja i dopribližavanja stvarne sredine sagorevanja optimalnoj, što rezultira u bitnom povećanjuefikasnosti procesa sagorevanja.

Na kraju možemo reći da je optimalno sagorevanje oto motora definisano sa:1. dovoljno velikom brzinom sagorevanja, kako bi se dužina sagorevanja

skratila, ali ne i suviše velikom koja bi mogla da pre đ e u detonaciju i2. takvom raspodelom dovedene koli č ine toplote sagorevanje, da se sredina

sagorevanja nalazi na mestu optimalnog položaja posle SMT koji jedefinisan izrazom (2.5).

Documents

2-1 Sagorevanje u Oto Motorima