Скорост на изгаряне на гориво, теория
В действителните цикли на двигателя работният флуид се нагрява чрез горене, което започва в края на компресията и се случва главно през началния период на разширение. В този случай химическата енергия на горивото се превръща в топлина, която от своя страна частично се превръща в механична работа.
Продуктите от рафинирането на нефт, които са различни въглеводородни съединения, се използват широко като гориво за бутални двигатели с вътрешно горене. В този случай процесът на горене е химическа реакция на комбинацията от въглерод и водород с кислород. Този процес има няколко етапа и е придружен от образуването на различни междинни продукти, които в някои случаи допринасят за по-нататъшното развитие на реакциите, действайки като катализатори.
За запалване на горивото е необходимо да се увеличи кинетичната енергия на молекулите до ниво, при което скоростта на реакцията рязко се увеличава, което ще доведе до възникване на верижна реакция на окисление. В зависимост от метода за увеличаване на енергията на реагиращите молекули се разграничават принудително запалване и самозапалване.
При принудително запалване се образува пламък поради силното нагряване на малък обем от работната смес от външен източник на топлинна енергия, като електрически разряд, пламък и др.
При самозапалване се образува пламък в резултат на нагряване на цялата работна смес до определена температура. Това се постига чрез предварително компресиране на работната течност, така че този вид запалване се нарича компресионно запалване.
Въпреки разликите в методите на запалване, механизмът на запалване е един и същ и се състои в прогресивно самоускоряване на химичните реакции, което в крайна сметка се свежда до достигане на температурата на запалване.отделни огнища в горивната камера.
От появилите се огнища на първоначално запалване пламъкът се разпространява в целия обем на горивната камера. Разпространението на пламъка се разбира като словесно принудително запалване на слоевете свеж заряд на работната смес. Процесът на горене на всеки слой протича в тясна зона, която разделя неизгорялата смес от продуктите на горенето. Тази зона се нарича фронт на пламъка. Пътят, който изминава фронтът на пламъка за единица време, се нарича скорост на разпространение на пламъка.
Скоростта на разпространение на пламъка в горивната камера в много случаи зависи от състава на горимата смес, която се характеризира с коефициент на излишък на въздух.
Коефициентът на излишък на въздух е съотношението на действителното количество въздух в сместа към количеството въздух, което е теоретично необходимо за пълното изгаряне на цялото гориво в нея:
, където Gw е часовата консумация на въздух; l0 е количеството въздух, теоретично необходимо за изгарянето на един килограм гориво (за петролните горива е приблизително 14,8 kg); GT - часов разход на гориво.
Най-високата скорост на горене в сместа бензин-въздух се постига при коефициент на излишък на въздух от 0,85 до 0,9, тъй като в този случай температурата на газовете във фронта на пламъка става максимална и допринася за ускоряване на нагряването и запалването на съседните слоеве на прясната работна смес.
При силно обедняване на сместа (a> 1), както и при силно обогатяване (a