Z E S Z YT Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L Ą S K I E J Seria: T R A N S P O R T z. 9
________ 1989 N r kol. 952
J ao ek M A Ć K O W S K I
E M P I R Y C Z N E M E T O D Y W Y Z N A C Z A N I A C Z A S U P O J A W I A N I A SIlJ S P A L A N I A S T U K O W E G O
S t r o s z c z e n i e . Z n a c ze n ie s p a l a n i a s t u k ow e go w s i l n i k a c h o z a p ł o n i e i s k r o w y m jako c z y n n i k a o r g a n i o z a j ą o e g o p o s t ę p w p r o j e k t o w a n i u d o c e ni o no już n a p o c z ą t k u r o z w o j u p r z e m y s ł u silnikowego. Pojawi an ie się s p a l a n i a s tu kowego w zna cz ne j m i er ze o gr a ni cz ał o p o d ni es i en ie s t o p n i a s p r ę ż a n i a do pe wnej w a r t o ś c i m a k s y ma ln ej , co u n i e m o ż l i w i a ł o o si ąg n i ę c i e w y ż s z y c h s p ra wn o ś o i teoretycznych. S p a la ni e stukowe ze w z g l ę d u n a p o w s t a j ą c e fale u d e r z e n i o w e p r o wa dz i do wibracji, a c h w i lo w e w y s o k i e t e m p e r a t u r y p r z y c z y n i a j ą się do z m ę c z e n i a m a t e r i a łu.
P o n i ew aż p r z y c z y n ą p o w s t a w a n i a s p a l a n i a stu k ow eg o m o ż e b yć sa mo zapłon, w p r a c y p o d a n o r ó żn e z a l e ż n o ś c i e mp ir y c z n e u m o ż l i w i a j ą c e o bl ic z e n i e c z a s u o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u m i e s z a n e k s t e o h i o m et ry oz - n yoh. P r z e a n a l i z o w a n o r ó w ni eż w p ł y w c h w i l o w y c h p a r a m e t r ó w stanu f iz yc z n e g o c z y n n i k a r o b o c z e g o b i o r ą c e g o u d z i a ł w p r z e m i a n i e n a r o z wój s a m o z a p ł o n u oraz z a p r o p o n o w a n o w y k o r z y s t a n i e z n a c z n y c h z a l e ż n o ś c i e m p i e r y c z n y c h do o k r e ś l a n i a c hw i lo we j te m pe r a t u r y nie s p a l o nej mi es z a n k i , p r z y c z y n i a j ą c się w ten s posób do w z r o s t u d o k ł a d n o ś ci dw u lub t r ó j st r ef ow eg o m o d e l u zerowymia r ow eg o.
1. W p r o w a d z e n i e
W y m a g a n i a d o t y cz ąc e t o k s yc zn oś c i s p al i n i z m n i e j s z e n i a z u ż y c i a p a l i w a p owodują, że z a k r e s y pra c w y s t ę p u j ą c e w obeo ni e e k s p l o a t o w a n y c h sil n ik ac h coraz b a r d zi ej z b l i ża ją się do wa r tości, p r z y k t ó r y c h m o ż e p o j a wi ć się spalanie stukowe. Je dn ą z przyozyn, k t ó r a p o w o du j e p ow st a w a n i e spalania- st u ko we go w s i l n i k u o z apłonie iskorwym, jest samozapłon, k t ó r y jak w i a domo, ze w z g l ę d u n a n i e p o r z ą d a n e s k u t k i p o w n i e n z o stać wyeliminowany.
Zn a oz en ie s am oz a p ł o n u w s i l n i k a c h o z a p ł on i e i s k r ow ym jest c z yn ni ki e m z nanym o d d a w n a i m i m o że z n a c zn ie o g r a n i c z a p o s t ę p w projekt o wa ni u, b o w i e m w p ł y w jogo jest i s t o t n y n i e tylko do o k r e ś l e n i a czasu, po jakim wystąpi, ale r ó w n i e ż do o k r e ś l e n i a oałej d y n a m ik i spalania, to je dnak w ię ks zo ś ć d os t ępnej aut o ro wi l i t e r a t u r y opis uj e samo z jawisko lub jego o b j a w y b e z w n i k a n i a w i st ot ę zagadnienia. S t a n ten s p o w o d o w a n y jest z ło żo n y m w p ł y w o m c z y n n i k ó w f i z y c z n y c h i c h e m i c z n y c h u n i e m o ż l i w i a j ą c y c h w sianie o kr eś l en ie np. o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u n a dr odze a n a l i t y o z n e j , Dlatego, j ak dotąd, n i e u d a ł o się st w or zy ć do s ta t e c z n i e d ok ładnej f o r m u ł y opartej n a m o d e l u teoretycznym, o h o o i a ż z a k ł a d a się, ze względu, n a c h a r a k ter z j a w i s k t o w a r z y s z ą c y c h o p ó ź n i e n i u samozapłonu, że n a l e ż a ł o b y w y ró ż ni ć w n i m o d d z i e l n i e w p ł y w o z y n n i k ó w f i z y c z n y c h i chemicznych.
J. M a ć k o w s k i
Obec ni e m e o h a n i z m z j a w i s k a w y j a ś n i a się jedynie op ie ra j ąc się n a o p i sie fenomen ol o gi cz ny m . Prób uj e się rów n ie ż w y j a ś n i ć go z g o d ni e z k i n e t y k ą r e a k c j i o h e m i o z n y c h uw zg l ę d n i a j ą c w y z w a l a n i e e n e rg ii w f azie p r z e d p ł o m i e n - nej. N a t o m i a s t czas o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u w y z n a c z a się z znanej z a l e żn o ś- oi empirycznej, w której o z l o n w y k ł a d n i c z y jest f u nk cj ą A r r h e n i u s a w yr a- ż ająoą w p ł y w t e m p e r a t u r y n a szybkość r e a k c j i ch em ieznyoh.
2. F e n o m e n o l o g i c z n y opis z j a w i s k a stuku
P o n i ew aż w k o m or ze s p a l a n i a s i l n i k a m i e s z a n k a n i g d y n i e b y w a j e d n o r o d n a ani p o d w z g l ę d e m t e m p e r a t u r y ani p o d w z g l ę d e m składu, w i ę o w s t ę p n e p r z e d p ł o m i e n n e r e ak cj e c h e m i c z n e p r z e b i e g a j ą n i e j e d n a k o w o w r ó ż n y c h jej ońszaraoh. J e ż e l i n a s k u t e k w z r o s t u c i ś n i e n i a ( na jc zęściej 3 ... 5 MPa) s p o w od ow a ne go s pa l an ie m m i e s z a n k i palnej, p r o m i e n i o w a n i e m c i e p l n y m lub ko n ce n t r a c j ą fa li a k ustycznej n a s t ą p i w z r o s t temperatury, to w m i e j s c a c h szczeg óŁ n ie p o d a t n y c h w p i er ws ze j k o le jn oś c i, a w p o z o s t a ł y c h n i e c o p ó ź niej m o g ą z ai st n ie ć w a r u n k i s pr zy ja j ąc e p o w s t a w a n i u o g n i s k samozapłonu.
V s i l n i k a c h o z a p ł o ni e iskrowym, p r z y z a s i l a n i u i c h p a l i w a m i h a n d l o w y mi, m i e j s o a m i s z c z e g ó l n i e p o d a t n y m i do w y s t ą p i e n i a s a m o z a p ł o n u są te o b szary, gdzie m i e s z a n k a o s i ą g n ę ł a s k ł a d ht= 0,8 ... 0,9 or az gdzie p r z e z d o s t at eo z ni e długi czas t e m p e r a t u r a ni e spa lo n ej m i e s z a n k i u t r z y m u j e się w o k o l i c y 8 0 0 ... 1000 K. J e ż e l i f ro n t p ł o m i e n i a r o z c h o d z ą c y się o d i skry ś w i e c y zapło no w ej n a s k u t e k n i e p s p r z y j a j ą o y c h w a r u n k ó w s p a l a n i a lub złej g e m o m e t r i i k o m o r y s p a l a n i a n i e z d ą ż y objąć tego n i e b e z p i e c z n e g o mi ejsca, n a s t ę p u j e u tw or z e n i e n o w e g o f r o n t u p ł o m i e n i a r o z p r z e s t r z e n i a j ą c e g o się w k i e r u n k u p r z e c i w n y m z p r ę d k o ś c i ą około 10 r a z y w i ę k s z ą n i ż c z o ł o płomie n i a p i er wotnego. N a s t ę p u j e d a l s z y g w a ł t o w n y w z r o s t ciśni en ia , k t ó r y p o w o duje p o w s t a n i e n a s t ę p n y c h o g n i s k sam oz a pł on u, a s p o w o d o w a n y p r z e z n i e p r z y r o s t c i ś n i e n i a p o w o d u j e p o w s t a n i e f a l i u d e rz en io w ej , k t ó r a u d e r z a j ą c o ścianki c y l i n d r a z a c z y n a o s c y l o w a ć z c z ę s t o t l i w o ś c i ą o ko ł o 5000 ...
7 0 0 0 IIzi z a l eż ną o d p o ł o ż e n i a t ł ok a w z g l ę d e m ZZP lub w e d ł u g nowszyct badań, z a l e ż n ą od i l o ś c i m a s y n i e spalonej m i e s z a n k i [i]. U d e r z e n i a te s ły szalne są n d zewn ąt r z różnie, z a l e ż n i e o d i n t e n s y w n o ś c i s t u k u oraz t łu mi ą o y o h w ł a s n o ś o i k o n s t r u k o y j n y o h s i l n i k a [8], [9].
3. P r ó b y w y j a ś n i e n i a z j a w i s k a n a drodze c he mi c z n e j
S a m o z a p ł o n Jest z j a w i s k i e m ohemic zn ym , o c z y m n a j l e p i e j ś w i a d c z y do
danie n a w e t m a ł y c h i l o ś c i ś r o d k ó w i n h i b i t uj ąc yc h , k tó re n i e zm i en i a j ą c p a r a m e t r ó w t e r m o d y n a m i c z n y c h m ie sz a nk i, z n a c z n i e z m i e n i a j ą jej skłonność samozapłonowe.
E m p i r y c z n e m e t o d y w y z n a c z a n i a . . 15
W i ę k s z o ś ć b a d acz y s z u k a w y t ł u m a c z e n i a z j a w i s k a s tu ku n a drodze k i n e t y ki r o a k o j i chem i cz ny ch . N i e s te t y, w p r z y p a d k u p r ó b w y j a ś n i e n i a z j a w is ka n a drod z e c he mi cz n ej okaz uj e się, że k i n e t y k a r e a k c j i c h e m i c z n y c h p r o w a d z ą c y c h do s a m o z a p ł o n u n a w e t d l a p r o s t y c h c z y s t y c h w ę g l o w o d o r ó w jest spra wą z ł o żo ną i n i e p o z w a l a o b e cn i e n a w y c i ą g n i ę c i e j e d n o z n a c z n y c h w n i o s ków. P ro wa dz o ne n a ten temat p r a c e ba da w cz e, np. w f irmie Sh el l [5]> s ku
p i ł y się n a o pisie u k ł a d u c h e m i c z n e g o z aw ie r a j ą o e g o w sumie tylko k i l k a p r o d u k t ó w pr z ej śc io w yo h, dając w efek ci e u k ł a d s z e ś c i u r ó w n a ń r ó ż n i c z k o wych. O b e cn ie n a j b a r d z i e j z a a w a n s o w a n e m o d e l e s t uk u są p r o p o n o w a n e w p r a c a c h [11]. U w z g l ę d n i a się w n i c h pięć r e a k o j i o h e m i c z n y c h o p i s u j ą c yc h z a i n i c j o w a n i e łańcucha, jego postęp, r o z g a ł ę z i a n i e oraz przerywanie.
W m o d e l a c h tyc h n i e z b ę d n e dąne d o t y cz ą ce k i n e t y k i r e ak oj i c h e m i c z n y c h z o s t a ł y u z y s k a n e w drod ze d o p a s o w a n i a m o d e l u do w y n i k ó w b e d a ń sa mo z a p ł o n u w y k o n a n y c h p r z y u ż y c i u m a s z y n y p o j e d y n c z e g o sprężu, d la r ó ż n y c h palili.
W l i t e r a t u r z e kra jo w ej p r z e b i e g p r z e d p ł o m i e n n y c h r e a k c j i c h o m i o z n y o h wys- t ę p u j ą o y c h w c za si e o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u n a j l e p i e j p r z e d s t a w i o n y jest w p r a c y H. Z a b ł o o k i e g o [13] i A . K o w a l e w i c z a [7].
J e d n a k ze w z g l ę d u n a z n a c z n ą liczbę związków, jakie n a l e ż a ł o b y u w z g l ę d ni ć w p r o c e s i e spalania, b o w i e m w p a l i w i e h a n d l o w y m zna j du je się o koło
200 r ó ż n y c h w ę g lo wo do r ów , n a w e t n a j a m b i t n i e j s i b a d a c z e m u s z ą n a razie ograni cz yć s woje s t ud ia do k il k u k l u c z o w y c h r e a k o j i k i n e t y c z n y c h o p i s u j ą c y c h p r o c e s y p r o w a d z ą c e do samozapłonu. D l at e go zr oz um i a ł e jest, że w i ę k szość b a d a c z y w c e l u o p i s a n i a s a m o z a p a l n y c h w ł a s n o ś o i daneg o p a l i w a ogrn- n i o z a swój opis do p r o s t e g o schematu, s tosując jedną u o g ó l n i o n ą globalną r e a k oj ę k inetyozną. Z a k ł a d a się p r z y tyra, że w p r z y p a d k u b r a k u w p a l i wi e d o d a t k ó w i nh ib i tu ją cy o h, k i n e t y k a r e a k o j i jest n a tyle duża, że o c zasie s a m o z a p ł o n u d e c y d u j ą w a r u n k i t e r m o d y n a m i c z n e p a n u j ą c e w k o mo r ze spalania.
h. L i t e r a t u r o w e z a l e ż n o ś c i u m o ż l i w i a j ą c e ob li oz e nl e c z a s u o p ó ź n i e n i a s am oz a p ł o n u
R e a k o j e c h e m i c z n e p r o w a d z ą c e do s a m o z a p ł o n u w y m a g a j ą o kr eś l o n e g o p r z e d z i a ł u czasu. U z a l e ż n i a j ą c czas ten od s t a n u fi zy o z n e g o m i e s z a n k i z d e t e r m i n o w a n e g o t e m p e r a t u r ą i c i ś n i p n i e m ora z c h e m i c z n y m i w ł a s n o ś c i a m i p a l i w a m o ż n a okre śl i ć go n a s t ę p u j ą c y m r ó w n a n i e m e m p i r y c z n y m
t = C . p ex p (jpj;)
N i e d o s t a t k i e m o m a wi an eg o r ó w n a n i a jest fakt, że u j m u j e ono w j e d n o li ty s p o s ó b zaró wn o p r o o e s y fizyczne, ja k i chemiczno. V tyra u j ę c i u o w i e l k o ś ci d e c y d u j ą jednyie r e a k c j o c hemiczne, k tóre z a le żą do fi zy cz n y c h w a r u n k ó w m i es z a n i n y . D l a t e g o w z a l e ż n o ś c i od w a r u n k ó w b a d a ń u r ó ż n yc h b a d a c z y w y s t ę p u j ą z n ac zn e r o z b i e ż n o ś c i w w a r t o ś c i a c h p o s z c z e g ó l n y c h parametrów.
1 6 J. M a ć k o ws k i
B . R i f k i n i C. Wa lc u tt [io] opisując czas z a j ś c i a r e a kc j i oheraicznyoh'C|1^
p r o w a d z ą o y o h do sa m oz a p ł o n u b a d al i s te oh l o m e t r y o z n ą m ie sz a n k ę i z o o kt an u z p o w i e t r z e m n a maszynie, w której ż ą d a n y st an k o ń c o w y os i ąg an o p rzez szybkie p r z e s u n i ę c i e tłoka.
P o d a n a p r ze z n i c h zal eż n oś ć
‘C 1 = 17,095 . 10-6 . p - 1 ’49 oxp ( ^ p - ) [ ™ ]
z o st ał a w y p r o w a d z o n a d l a c i ś n i e ń w zakr es i e 0,7 ... 3 M P a i t emperatur 6*10 ... 860 K.
tf.Burwell i D . O l s o n [2] o tr zy m al i za l eż no ść d l a o p ó ź n i e n i a c z a s u s am o
z a pł on u m i e s z a n e k i z o o kt a nu z p o w i e t r z e m zraieniająo w w ąs k im zakresie c iś nienie p = 0 ,125 ... 0,20 M P a i t em pe r a t u r y T = 85O ... 900 K, ale u w z g lę dn i aj ąc w p ł y w w s p ó ł c z y n n i k a s kł ad u p o w i e t r z a w z a k r e si e A. = 0,5 ...
... 2,2, O tr z ym al i oni zależność
t 2 = 0 , 9 1 6 . 10- 12 A - 1 ’0 * . p - 2 '52 exp ( s ą o o j [ms]
z której n ie wynika, ż e b y m i e s z a n k a s't'.'hiometryozna s p a l a ł a się n a j s z y b ciej. T ł u m a c z ą to w ten sposób, że o c zasie s p a l a n i a b ardzo silnie de cy duje p r z e p ł y w mieszanki, k t ó r y u j ę l i w p o s t a c i pie r ws ze j stałej mogąc ej zmieniać się w z n a o z n y o h granicach. T a k więc s t a ł a ta w y m a g a k a ż d o r a z o w e go d op as ow a ni a do a kt u al n y c h w a r u n k ó w badań.
D,Ve rmeer, J . Me ye r i A . O p p e n h e l m [i 2] b a d a l i s t e o h i o m et ry oz n e m i e s z a n ki i z o o kt a nu z tlenem w ob ec no ś ci argonu. T e m p e r a t u r y s p r ę ż a n i a w y n o s i ł y 1200 ... 1700 K, n a t o m i a s t c i ś n i e n i a s p r ę ż a n i a z m i e n i a ł y się w zakresie 0,1 ... 0,*ł MPa.
N a p o d s ta wi e p r z e p r o w a d z o n y c h d oś wi a d o z e ń d o b ra li n a s t ę p u j ą c ą zależność
S = 1 0 - 6 ( r a f 0 , 7 2 e x p ( - 9 ’ 3 8 ? + ) M
Zakres w y s o k i o h t emperatur m u si an o dobrać ze w z g l ę d u n a p oj aw i a j ą o e się p r o b l e m y z samozałponera.
N a t o m i a s t A . D a u a d i P . E y za t [3] u w z g l ę d n i l i w s w o i c h d o ś w i a d c z e n i a c h w p ł y w l l oz by oktanowej. O pr ao o w a n a p r z e z n i c h z a l e ż n o ś ć o k r e ś l a j ą c a c z a s , po jakim p o j a w i a się s a mo za pł o n
\ o " ’ 7 [ " ■ ]
^ V li teraturze X^ , X^ i 3»^ z a r ez e ro wa ne d l a o z n a o z e n i a op óź ni e n i a p ło mi e n i z i m n y c h X., b ł ę k i t n y c h X2 i g o r ą o y o h T-„. W a r tykule suma
tyoh c z a s ó w r ó w n a się c h e m i o z n e m u o p ó ź n i e n i u samozapłonu. N a t o m i a s t i n d e k s y 1,2 ... 5 o z na czają k o l ej ną zależność.
Erapiryozne m e t o d y wyznaczania.. 17
o p r a c o w a n a z o s t a ł a w w a r u n k a o h r z e c z yw is t yc h. E k s p e r y m e n t y ioh p o l e g a ł y n a r e j e s t r a o j i p r z e b i e g u c i ś n i e n i a s p a l a n i a s i l n i k a o za płonie iskorwyra pr a ou j ą c e g o ze stukiem.
O s t a t n i ą zależność, którą z de oy do w an o się za mi eśoić d l a porównania, zaoz e rp ni ęt o z p r a o y [7]
t5 = 0,41ł . 1 0 " 3 p~1 »19 e xp ( ^ 5 ° ) [ms]
W z al eż n o ś c i tej w ys tę p u j ą w s p ó ł o z y n n i k i p o da ne p r ze z H.Wolfera.
V y k r e s y p r z e d s t a w i a j ą c e oma wi an e z & l e ż n o ś o i oz a su o p ó ź n i e n i a samoz ap ło n u od o i ś n i e i i a i temp er a tury z a m i e s z c z o n o n a rys. 1 - 5.
Rys. 1, Z al eżność c z a s u o p ó ź n i e n i a s a m oz a pł on u od c i ś n i e n i a d l a zało
żone go p r z e d z i a ł u tempe ra tu r 700 . . . 1 1 0 0 K
Fig. 1. D e p e n d e n c e of the self - i g n i t i o n d e l a y ¡^¡Jon the p r e s s u r e f o r t h d a s s u m e d range of__temperatures 70.0 ... 1100 K
18 J. Maćkowski
Tj,-800<.
Ty gOOK
r4 .1000/c
łys. 2. Z al e żność c z a s u o p ó ź n i e n i a sa mo z a p ł o n u ^»2 od o l ś n i e n i a d l a z ało- łoneKO p r z e d z i a ł u te m pe r a t u r 7 0 0 ... 1100 K. W s p ó ł c z y n n i k s k ł a d u m i e s z a n
ki K = i
Fir 2. D e p e n d e n c e of the self - i g n i t i o n d e l a y t 2 on the p r e s s u r e for the [sfCnned temp er at ur e r an g e 7 00 ... 1100 K. M i x t u r e c o m p o s i t i o n r i a t i o ?W-
TS - H00 <
<0 5,0
Tl'QCOK
-Tą*900K
5 *1100 K
ttys. 3* Zal e żn oś ć c za su o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u «3 od c i ś n i e n i a dla z a ł o ż o n e g o p r z e d z i a ł u te mp er a t u r
7 0 0 ... 1100 K
Fig. 3* D e p e n d e n c e of the self - i g n i t i o n d e l a y ^ 3 o n the p r e s s ur e for the assumed tempe r at ur e range
7 0 0 ... 1100 K
ttys, *ł. Za le ż no ść c za s u o pó źn i e n i a s a m o z a p ł o n u ^ od c i ś n i e n i a d la z a ł o ż o n e g o p r z e d z i a ł u tempe ra tu r
7 0 0 ... 1100 K. l i c z b a o k t a n o w a 9^
Fig. k. D e p e n d e n c e of the self - i g n i t i o n d e l a y L* o n the pr es s u r e f or the ass um ed temper at ur e range
7 0 0 ... 1100 K. O c ta ne numb er s 9^
T,‘7c0*-
Empirycznemetody wyznaczania
20 J. Maćkowski
5. Pods um ow a ni e
Tt-700K
^•gooK
rĄ*ioooic
ts-m o o<
Rys.
Fig. 5.
o l ś n i e n i a d l a zało- 00 K
5. Zal eż no ś ć o z a s u o p ó ź n i o n i a s a m o p z a ł o n u ż o n e g o p r z e d z i a ł u t e m p e r a t u r 700 ..
D e p e n d e n c e of the self - i g n i t i o n d e l a y ^ 5 o n the p r e s s u r e f o r the a s s u m e d temper at ur e range 700 ... 1100 K
T2 :0OOIC
Poda ne w z o r y o k r e ś l a j ą c e czas o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u są f u n k cj ą t e mp e
r a t u r y i ciśnienia. Ogólnie, czas o p ó ź n i e n i a 'Cg rośni e ze z m n i e j s z a n i o m się tych para me tr ó w, co Jest z go dn e z z a ł o ż e n i a m i teorii cieplnej.
Empiry cz no m e t o d y w y z n a c z a n i a . . 21
W ra żl iw o ść c za s u o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u n a z m i a n y t e m p e r a t u r y Jest większa, n i ż n a z m i a n y c iśnienia. S z c z e g ó l n i e w y r a ź n i e widać to n a rys. 2 i 3. Choci a ż z m i a n y c i ś n i e n i a też is to tn i e są u j ę t e p rz ez p odane z a l e ż n o ś ci. Talc jak n a l e ż a ł o się spodziewać, w e w s z y s t k i c h z a l e ż n o ś c i a c h w p ł y w c i ś n ie n ia jest i s t o t n y p r z y n i ż s z y c h t e m p e r a t u r a c h i z a n i k a p r z y jej wzroście. Zakład aj ąc , że w y k o r z y s t y w a n i e z a l e ż n o ś c i A r r h e n i u s a z e m p i r y c z nie do br an ym i w s p ó ł c z y n n i k a m i do o k r e ś l e n i a c z a s u s a m o z a p ł o n u dlatego daje dość do br ą zgo d no ść z w y n i k a m i p o m ia ro wy m i, p o n i w a ż z a k r e s y c i ś n i e ń i t e mp e r a t u r n ie za p alonej miosza nk i , jakie w y s t ę p u j ą w s i l n i k u o z a p ł o nie i s k ro w ym w czas ie w y s t ę p o w a n i a sa mo zapłonu, p o k r y w aj ą się z p a r a m e t r a mi s t a n u f iz yc z n e g o c z y n n i k a roboczego, dla jakich w z ó r ton obowiązuje w edług teorii cieplnej. T o jedna k p o s z c z e g ó l n i b a da cz e podaj ąc b ardzo rozmaite w a r t o ś c i w y s t ę p u j ą c y c h tam ws pó łc z y n n i k ó w ' p o w o d u j ą , że opierając się n a tych s t a ły c h o t r z y n m j o m y d u ż y r o z rz ut w a r t o ś c i ‘Cg, z w y j ą t k i e m temperatury T ^ = 9 00 K, g d z i e w y s t ę p u j e d u ż a zgodność w s z y s t k i c h z a l e ż ności (rys. 6). Z n a c z n y r o z rz u t p o m i ę d z y wy n i k a m i p o d a w a n y m i przez r ó ż ny c h a u t o r ó w wskazuje, że u ż y t e c z n o ś ć i c h d la d e f i n i o w a n i a c za su o p ó ź n i a n ia s a m o z a p ł o n u *Cg jest o b a r c z o n a z n a c z ny m błędem, a z at em zgodnie z prostą g l o b a l n ą za l eż nością, pr ze wi d y w a n i e m o m e n t u w y s t ą p i e n i a s tu ku jest bardzo p r o b l em a ty cz ne . S t a n ton sposowdovro ny jest b a r d z o r ó ż ny mi w a r u n k a mi badań, p r z y j ę t y m i za ło ż e n i a m i u p r a s z c z a j ą c y m i ora z d o kł ad n o ś c i ą w y z n a czen ia w a r t o ś c i w i e l k o ś c i m i e r z o n y c h takich, Jak c i ś n i e ni e i czas o p ó ź n i e nia.
Poważną trudność s t a no w i też d o wo lność o k r e ś l a n i a ch wilowej tem p er at u
ry n i e spa lo n ej miesz an ki . P o n i ew a ż w s z y s t k i e z al eż n o ś c i są dużo bard zi ej czułe n a z m i a n y t e m p e r a t u r y n i ż c i ś n i e n i a , .m o ż n a w y k o r z y s t a ć je do o k r e ś lenia c h w il ow o j temperatury. T e m p e r a t u r a ta m o ż e b yć w a ż n y m k r y t e r i u m po
p ra wności p r o j e k t o w a n e g o m o d e l u t er mo dy namicznego. Wia do mo , że m od e le termod yn a mi cz ne s t a no wi ą w a r t o ś c i o w e n a r z ę d z i e p oz wa l a j ą c e wy z na cz yć c h w i lowo p a r a m e t r y s ta nu f i z y c z n e g o c z y n n i k a r o b o c z e g o b i o r ą c e g o u d z i a ł w' przemianie*, co z k o l e i u m o ż l i w i a p r z e w i d y w a n i e z a c h o w a n i a się silnika.
P o n i ew a ż t em p er a t u r ę nie sp al on e j m i e s z a n k i m o ż n a wyz n ac zy ć posług u ją c się różny mi mo d el am i, z k t ó r y c h m o d e l q u a s i - t ró js t r o f o w y u w a ż a się za w ys ta r c z a j ą c o dokładny, m i m o że dlr p o d n i e s i e n i a t em pe r a t u r y a d ia ba t y c z nego r d z e n i a p r z y j m u j e się jego iz o ntropowe ściskanie oraz inne z a ł o ż en i a upraszczające. M o ż n a sp ró b ow ać mie r zą c czas, po jakin w y s t ą p i samoza p ło n i r e j e s t r u j ą c p r z e b i e g _ ¡ilonia w y z n a c z y ć z du żą d o k ła dn o śc ią c h w il ow ą
temperaturę n i e spal ono j m i o s z a n k i o d p o w i a d a j ą c ą temu m o m e n t o w i i mi mo że r o z k ł a d jej w n ± o sp al o ne j m i e s z a n c e jest n i e r ó w no mi er n y, moż e być o n a miarą p r z y j ę t y c h z a ł o ż e ń w p r o j e k t o w a n y m m o d e l u t e r m o d y n a m i c z n y m s i l n i ka, W tyr. 'Olu n a l e ż y j e d n a k zdecydować- się, k t ó r a z al e żn oś ć najlepiej w iąże b a d a n e p a ra me tr y . Ob se r w a c j e p r z e p r o w a d z o n e p rz ez a utora wskazują, ze do d a l s z y c h b a d a ń n jlepioj u w z g l ę d n i a ć zal e żn oś ć % g podan ą przez A . D o u a d a i P.Eyzata, m i m o że p r z e w i d y w a n e pr ze z n i e opóźn ie ni e s a m o za p ło n u w y s t ę p u j e późni ej n i ż w e d ł u g i nn yc h zależności.
22 J. Maćkowski
D obrze widać to n a rys. 6, gdzie d la t e m p e r a t u r y T = 9 00 K z al e żn oś ć t 1 j p rz ew id u je w y s t ą p i e n i e s t u k u w c z e śn ie j n i * za leżność ^ y
P r z y innyc h te mp e r a t u r a c h z a l e ż n o ś c i to sf> jeszcze b a r d z ie j widoczne.
T= 900K
Rys, 6. Za l eżność c z a s u o p ó ź n i e n i a s a m o z a p ł o n u .od c i ś n ie ni a o bl ic z a n e g o r ó ż n ym i z a l e ż n o ś c i a m i d l a t e mp er a t u r y = 900 K
fig. ó. De p en de no e of the self — i g n i t i o n d e l a y on the p r e s s u r e c a l c u l a ted b y means of v a r i o u s d ep en de n co s fo r the tempe ra tu re = 900 K
p [M Pa]
Biipiryczne m e t o d y wyznaczania. 23
L I T E R A T U R A
[li D y A,, K e m p i ń s k i B. , Rxi o J.M.: K n o c k in Sparlc I gn it i o n Undines SAK T e c h n i c a l T ap er Bevies 810147, F e b r u a r y 1981.
[2J D u r w e l ł V.G., O lson D . R . : T h e S p o nt an eo u s I g n i t io n of I s oo ct an o A i r M i x t u r e s u n d e r S t e a d y F l o w C o nd it i on s S A E P a p e r 6 5O5 2O M a y 1965, P 3] Bo ua d A.M., Eyzat P.: F o u r - Ostano - N u m b e r M e t h o d for P re di c t i n g
the An ti - K n o c k B e h a v i o u r of Fuels and Engi ne s SAJJ P a p e r 7 8 0 08 0 Feb. 1979.
[4] D r a p e r C.S., L i Y.T. ; A H e w H i g h Perf ori.meno En gine I n d i c a t o r of the S t r a i n Ga ge Typ e Jour n al of A e r o n a u t i c a l Soien c e V o l 1 6, K o 10, Octo be r 1949.
f"5*1 H a l s t e a d M.P., T i r s c h E.J., Q u i n P.: T he A u t o i g n i t i o n of H y d r o c a r b o n Fuels at H i g h To mp er a t u r e s end Pres su re - K it in g of a M e t he m nt ic al Model, C o m b u s t i o n and Flame, V o l 30, 1977.
T ój K i r s c h L.J, Q u i n n C.P.: A f u n d a m e n t a l l y B as ed M o d e l of K n o c k in the G a s o l i n o Engine, X V T t h S y m p o s iu m I n t e r n a t i o n a l on Combustion, The C o m b u s t i o n Institute, P i t t s b u r g h P e n n s y l v a n i a 1976.
[7] K o w a l e w i c z A.: S y s t e m y 3p a l a n i n s z y b k o o b r o t o w y c h t ło ko w yc h s i l n i k ó w spalinowych. VKL, W a r s z a w a 1980.
[bJ M a ć k o w s k i J.: W y k o r z y s t a n i e s y g na łu w i b r o a k u s t y c z n e g o do d i ag n os ty ki p r o c e s u spalania. T o o h n i c z n e Z a p l oc z e M o t o r y z a c j i 1980, n r 1.
[9] M a ć k o w s k i J . : P r ó b a w y k o r z y s t a n i a me to d w i b r o a k u s t y c z n y c h do oc en y p r a w i d ł o w o ś c i d o b o r u n n s t a w ó w r e g u l a c y j n y c h s i l n i k ó w spalinowych.
Z e s z y t y Na u k o w e Pol. ś l . , s. T ra ns po r t, z . 3, G l iw i ce 19'36.
[10] R i f k i n E. , W a lc ut t C . : A Basie f o r U n d e r s t a n d i n g A n t i k n o c k A c t i o n S A E T r a n s a c t i o n s v o l 6 5, 1957.
Ql 1^] R y c h t e r T . , T e o d o r c z y k A.: M o d e l o w a n i e m a t e m a t y c z n e p r o c e s u sp alania w s i l n i k a c h tłokowych. " A u t o - T ec hn ik a -M ot or y za oy jn a " 1935, n r 3.
[12J V e r m e e r 1).J. , M o y e r J.W., O p p e n h e l m A . K . : A u t o - I g n i t i o n of H yd ro - oarb on s B e h i n d R e f l e c t e d S ho ok Waves, C o m b u s t i o n and Flame V o l 18, 1972.
[13] Zab ło ck i M . : W t r y s k i s palanie p a l i w a w s i l n i k a c h w ysokoprężnych.
WIOL, W a r s z a w a 1976.
Recenzent; Prof, dr hab. ini. C z e s ł a w K o r d z i ń s k i
U p ł y nę ło do R e d a k c j i 3 0 .1 1. 19 8 7 r.
J. M a ć k o w s k i
SMnHPHHECKHE METOAU OnPEjfEJlEifflH. BEEMEHH nOHBJIEHHfl CTYKOBOrO CrOPAHHil
P e 3 w m e
Y a e H a s a p e p a 3 H T H H A B H r a i e x b H O t i n p o M u n u i e H H O C T H M H o r o b h m u 3 h h h y A e A a a o c b n p o d A e x a x c i y n o B o r o a r o p a H H H b A B H r a T e a a x B H y i p e H H e r o o r o p a H H H c h o k p o b u m s a r o p a H H e x K a K $ a K X o p y o r p a H H H H B a n m e x y n p o r p e c c b n p o e K T n p o B a H n n • I l o H B x e H H e c i y K O B o r o o r o p a H H H b 3Ha H H i e J i i > H o f i x e p e o r p a H H k e B a x o n o B t i m e H H e o T e n e H H C X a i H H T O J I b K O A O H e K O T O p O f l X a K C H X a A b H O i t B e j I H H H H b l , qTTO H e H 0 3 B a A H X 0 H a A o c i H x e H H e C o A e e b u c k h x x T e o p e T H H e c K H X k h a . C i y i c o B o e c r o p a H H e , b c b h 3 h c
o f i p a s y n n e t t c a y A a p H o t t , B e A H O f t , B e A e i k B H 6 p a i | H H X a x r H O B e H H b i e b h c o k h 6 x e x n e - p a i y p u y x e a b m a o T y o T a j i o c T H y c n p o i H o c i b x a i e p a a j i a .
T a x K a K HpHHHHOft B 0 3 H H K H 0 B e H H H C T y K O B O r O o r o p a H H H XOJCOT (ShlTb OaXOBOCHJIO- x e H e H H e , b p a O o T e n p e A c x a B a e H H p a 3 A H H H x e 3x n a p H a e c k h e s a B H c n x o c T H , no3Bajia- u n H e , p a c a a i a T b a p e x a 3 a A e p x K H o a x o B o o n A o x e H e H H a c i e x H o x e i p H a e c K H X cxeceft.
Jtaa l a x x e a H a n H 3 b a h h h h h x r H O B e H H H X n a p a x e i p o B (JjHaKaecKoro c o c t o h h h k p a O o - a e r o ({aKiopa npHHHxaniAero y n a c T H e b n a x e H e H H H p a 3 B H T n a c a x o B o c n A o x e H e H H H . IlpeAAOxeKO H c n o A b s o B a H H e h 3 b c c t h h x o x n H p u H e c K H x aaBHOKXocieit a a h o n p « A e - A e H H a xraoBeHHoft r e x n e p a i y p u HeoropeBmeii c x e c K , 'ito n p H B e x o k p o c i y t o h - H O C T H A B y X H A H Tp«X3OHH0it X O A C A H C HyXbpaSXepBOCTbl).
EMPUIICAJ, M E T H O D S O F D E T E R M I N A T I O N O F T H E DET02IATI0N C O M B U S T I O N A P P E A R A N C E T I M E S u m m a r y
S ig ni f i c a n c e of the d e to na t i o n c o m b u s t i o n in the engines of s p a r k i g n i tion as a f a o t o r l i m i t i n g the p r o gr es s i n d e s i g n i n g has b e e n appr e ci at ed just in the b e g i n n i n g of the m o t o r i n d u s t r y development. Ap p ea r a n c e of the d e t o n a t i o n coraubstion has limited c o n s i d e r a b l y i n c r e a s i n g of the c o m p re ss i o n r atio to a c e r t a i n m a x i m u m va lu e w h i c h was m a k i n g the o b ta i nm en t of h i g h e r idoal e f f i c i e n c y impossible.
T he d e t o n a t i o n coraubstion loads to the v i b r a t i o n due to the s h o c k w a ves c r e at ed and h i g h inst an ta n eo us temperatures c o n t r i b u t e to the material f atigue.
Beca us e of the fa c t that self - i g n i ti on m a y be the r e a s o n of the de
tonation c o m b u s t i o n there hav e b e e n v a r i o u s e m p i r ic al depen de nc e s given in the w o r k that e na bl e to c al c ul at e the self - i g n i t i o n d e l a y for s t o i ch iometric mixtures.
A n i n fl ue nc e of th6 p h y s i c a l state ins ta nt an e ou s p a r a m e t e r of the w o r k i n g agent takin g par t i n the proc es s on the self - i gn it i o n p r o p a g a t i o n have b e e n also a n a l ys ed and it has b e e n su gg e st ed to use c o n s i de ra bl e em p ir ic al d ep e nd en ce s fo r d e t e r m i n a t i o n of u n b u r n t m i xt ur e i n s t a nt an e ou s temperaturoj it w o u l d c on t r i b u t e to the a c c u r a c y in crease of two or three - zone zero - d im en s i o n a l model.
