Ukazujące się aktualnie publikacje [18, 85] świadczą, że m odele jednostrefow e dzięki krótkim czasom obliczeniow ym ciągle znajdują zastosowanie do oceny procesu spalania. Przykładem analiz wykorzystujących zasadę zachow ania energii w m odelu jednostrefow ym są rów nież prace [20, 58].
Badania autora nad dynam iką w ydzielania się ciepła w silniku przeprow adzono przy całkow itym otw arciu przepustnicy, dobierając poprzez zm ianę obciążenia prędkość obrotową. W tabeli 5.1 zam ieszczono wyniki pom iarów m aksym alnych W pływ paliw a n a param etry rejestrowanego ciśnienia
Paliwo przypadku założenia spalania całkowitego i zupełnego oraz uw zględnienia w pływu strat chłodzenia, osiąga wartość x = 1. N iepew ność oceny strat spow odowanych w ym ianą ciepła ze ściankam i kom ory spalania spowodowała, że za podstaw ę analizy procesu spalania przyjęto ciepło pochłonięte przez sam czynnik roboczy. Tak obliczoną w ielkość jednostkow ego ciepła w ydzielonego podczas spalania oznaczono q,. W ielkość ta przed zakończeniem spalania przechodzi przez m aksim um i zm niejszając się w czasie rozprężania daje obraz strat chłodzenia i procesów zachodzących w czasie dopalania.
Rys.5.1. Przebieg ciśnienia p , obliczonej temperatury T oraz szybkości i ilości wywiązanego ciepła w funkcji OWK, n = 1500 obr/min
Fig.5.1. The course of p pressure , calculated T temperatures as well as velocity and amount of received heat in CA (deg) function, n = 1500 rpm
Przy zasilaniu silnika m ieszanką BEM nachylenie krzywej przejm ow ania ciepła przez czynnik roboczy q, je st bardziej strome niż przy zasilaniu etyliną. Szczególnie w yraźnie w idać to przy m niejszej prędkości obrotowej. Praw dopodobnie przyczyną je st w iększe obniżenie tem peratury m ieszanki przez parujący m etanol i w iększy czas trw ania pierw szego okresu spalania, po którym następuje bardziej gw ałtow ny przyrost szybkości spalania. Jednak proces spalania nie je st zakończony, na co w skazuje zw iększenie kąta pom iędzy w ielkościam i (ppmax a cpTmax (rys.5.1).
P rzy w yższej prędkości obrotowej (rys.5.2) nieznaczna różnica pom iędzy kątem
<$pmax dla m aksym alnego ciśnienia a kątem cp/mor dla m aksym alnej tem peratury wskazuje na popraw ę procesu spalania. D alszy w zrost q„ szczególnie na rys.5.2, świadczy o znacznym przyroście pracy w tych warunkach, a zatem o bardziej praw idłow ym przebiegu spalania. Poziom y odcinek krzywej q, św iadczy o rów nowadze
29
pom iędzy ilością ciepła przyjętego przez czynnik roboczy a ilością ciepła oddanego do ścianek kom ory spalania.
N a uw agę zasługuje, szczególnie przy zasilaniu m ieszanką BEM , szybsze opadanie krzywej q, . W skazuje ono na w iększe pobieranie ciepła przez ścianki kom ory spalania, m oże rów nież wskazywać na skrócenie okresu dopalania.
Rys.5.2. Przebieg ciśnienia p, obliczone temperatury T oraz ilości i szybkości wywiązywania się ciepła w funkcji OWK, n = 3000 obr/min
Fig.5.2. The course of p pressure, calculated T temperatures as well as velocity of received heat in CA (deg) function, n = 3000 rpm
A naliza szybkości przejm ow ania ciepła przez czynnik roboczy dq/dę m oże być w ykorzystana przy doborze param etrów regulacyjnych silnika zasilanego paliwam i alternatywnym i. Szybkość przejm ow ania ciepła zależy od szybkości spalania, a zatem świadczy zarów no o tw orzeniu m ieszaniny palnej, ja k i kinetyce chem icznej reakcji spalania. M aksim um dq/dę zależy od szybkości reakcji chem icznej, zatem od współczynnika nadm iaru powietsza, w łaściw ości paliw a czy intensywności zawirowania. Przy zasilaniu silnika m ieszanką BEM m aksim a są wyższe, co wskazuje na popraw ę procesu spalania w głównej fazie. M im o że początkowo na skutek dużego
ciepła parow ania tem peratura była niższa niż przy m ieszankach benzynow ych. N a taki przebieg praw dopodobnie w płynęło zw iększenie kąta w yprzedzenia zapłonu, który dla mieszanki m etanolow ej m ógł być nieco w iększy niż dla etyliny.
Przebieg d q /d ę na początku łagodny, a później coraz bardziej strom y jest zgodny z obszarem rozszerzania się reakcji spalania, która w pierw szym okresie spalania (szczególnie przy niniejszej prędkości obrotowej) przebiega pow oli, a później system atycznie przyspiesza, osiągając przy m etanolu w iększe wartości.
Praktyka w skazuje, że w silnikach sam ochodów PF 126p 50% ciepła w ydziela się, w chw ili gdy tłok znajduje się w położeniu, którem u odpow iada kąt 20° obrotu wału korbowego po zw rocie zewnętrznym . Przeprow adzone przez autora badania i obliczenia wykazały, że w om aw ianym silniku istnieją znaczne rezerw y, um ożliw iające poprawę przebiegu procesu spalania.
Bardzo łagodne procesy zachodzące na początku spalania m ieszanki BEM i opóźnienie osiągnięcia m aksym alnej w artości dq/dtp sugerują celowość ich intensyfikacji, np. przez zw iększenie kąta w yprzedzenia zapłonu. Niestety, w ystępujący wtedy w iększy rozrzut pom iędzy przebiegam i i bardziej gw ałtow nie przebiegający proces spalania BEM w głównej fazie m oże doprow adzić w tedy do nadm iernego przeciążenia m echanizm u korbow ego i spalania stukowego. Popraw ę procesu spalania m ożna osiągnąć przez zm ianę charakterystyki regulatora odśrodkow ego kąta w yprzedzenia zapłonu, która przy m niejszych prędkościach obrotow ych pow inna dawać nieco w iększe kąty w yprzedzenia zapłonu niż stosowana obecnie. Przy wyższych prędkościach kąt w yprzedzenia zapłonu je st właściwy, a m oże naw et zbyt duży, o czym św iadczy cytow ana na początku zw iększona niepow tarzalność kolejnych obiegów pracy, chociaż analiza w ydzielania się ciepła w silniku nie potw ierdza tego wniosku, ale były to w arunki ustalone.
Przeprow adzone badania i w yniki obliczeń przebiegu w yw iązyw ania się ciepła (pom im o konieczności przyjęcia założeń) udowodniły, że m etoda ta nadaje się do oceny stosowanych paliw oraz um ożliw ia określenie siły w pływ u param etrów operacyjnych na przebieg spalania. O becnie jednak częściej korzysta się z m odelu dwustrefowego.