反馈在热自燃中的作用
来源:WOP in Engineering and Science Research, Vol.23 Issue 2, 2020. p256-262. | 作者:段勇 | 发布时间: 2021-10-11 | 1727 次浏览 | 分享到:
本文通过对热自燃理论的详细分析,找出内燃机缸内着火的充分必要条件。通过对放热曲线和散热曲线的三种位置关系的分析,可得出正反馈是着火的充分必要条件。当放热曲线与散热曲线相交时,有一个交点是负反馈的吸引子,另一个交点是临界点燃温度,很多文献对这两个交点的分析是错误的。当放热曲线与散热曲线相切时的容器壁温度是自燃温度。反馈在内燃机很多工作过程中都扮演着重要角色。
关键词:内燃机;反馈;热自燃理论;自燃温度
中图分类号:TK464 文献标识码:A

Tc。如果这些都不能使温度达到Tc,就需要采用其他措施,例如在冬天加热水,以提高环境温度,或使用助燃剂,降低Tc

《内燃机原理》(蒋德明主编)认为,在相交时由于温度不能自动上升至C点,因而该点无物理意义[7]。《汽车拖拉机发动机》(董敬等编)[8]和《内燃机构造与原理》(陆耀祖主编)[9]这两本书讲得比较简单,没有具体讲上述3种情况,只简单介绍着火的临界条件是反应放热曲线和散热曲线相切,反之,如果达不到这一条件便不能着火。《汽车发动机原理》(程晓章主编)没有分析交点C[10]

根据“零维”模型的假定,容器的壁温T0及外界环境的温度在反应过程中保持不变,对于内燃机的工作过程来说,就是在一个工作循环当中不变,但在各个循环之间有可能变化。如果容器壁温度变化,散热曲线平移,使两条曲线由相交变为相切和相离,系统由不能着火变为可着火,这时切点有意义。但是,在发动机一个工作循环的点燃或压燃过程中,容器壁温度没有变化,散热曲线没有平移。如果两条曲线没有从相交变为相切,这时切点就没有意义了,起作用的只有交点C

在分析放热曲线与散热曲线相切的状态时,蒋德明称T0为自燃点,而陈家骅认为B点的温度Tb是自燃温度,而且陈家骅认为TbT0相差很少,所以为了方便才会把T0定义为自燃温度[5]36。陈家骅的这种说法是不合适的。TbT0的差别绝对不能忽略,把T0定义为自燃温度完全是因为T0 Tb更重要。因为T0是比较稳定的,而Tb是不断变化的,T0是容易测量和控制的,而Tb是几乎无法测量和控制的。在汽油机工作时,可以控制气缸壁温度T0以避免表面点火。Tb的重要性在于它具有一定的理论意义,但不应夸大这种理论意义。

三、反馈在内燃机中的其他影响和应用

正反馈和负反馈在内燃机的很多机构、系统的工作过程中都扮演着重要的角色。下面列举一些比较重要的反馈影响和应用。

1)汽油机的化油器中有一个浮子,用于保持浮子室的油面稳定。当油面上升时,浮子上浮,浮子上的针阀顶住进油口,这时浮子室当中的油只出不进,油面就会下降。当油面下降到一定位置,浮子受到的浮力减小,浮子下降,打开针阀,油从进油口流入,使浮子室油面上升。这个过程是负反馈原理的应用。在电控汽油机中依靠传感器控制喷油量也是负反馈过程。

2)柴油机的调速器是应用负反馈原理调节柴油机转速的机构。当转速上升时,调速器中的飞锤离心力增大,使旋转半径增大,这个变化通过一组杠杆传递给供油拉杆,以便减小每循环的供油量,使转速下降。当转速下降时,飞锤离心力变小,使供油量增加。

3)如果柴油机没有调速器,就容易飞车。当转速增加时,喷油器的柱塞运动速度加快,柱塞的有效行程会加大,从而使每循环的供油量加大。供油量加大使柴油机转速上升,而转速上升会使循环供油量更大,这样形成正反馈。这个正反馈使柴油机转速不断上升,失去控制,导致飞车。所以柴油机必须安装调速器,或用电子控制使转速稳定。

4)爆震是汽油机最主要的一种不正常燃烧现象,严重爆震不仅会使发动机出现敲缸、功率下降和冒烟等现象,还会使冷却系统和燃烧室表面温度升高。温度升高容易导致表明点火,而表面点火会反过来加剧爆震,形成正反馈,这个正反馈的结果是使汽油机发生激爆,即剧烈爆震。

在内燃机中还有很多反馈的影响和应用。现有的各种文献在讲述以上这些内容时,多数都没有提到反馈的概念。应用反馈原理和系统理论研究内燃机的工作过程并实施有效控制是提高内燃机性能的有效途径。

参考文献:

[1] [苏]H.H.谢苗诺夫.燃烧与爆炸[M].夏树森,顾林根译.北京:国防工业出版社,1956:14-15.

[2] 岑可法等.燃烧理论与污染控制[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3] 段勇.自组织生命哲学[M].北京:中国农业科学技术出版社,2009,46-49.

[4] 张斌全.燃烧理论基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990:102-105.

[5] 陈家骅等.内燃机燃烧[M].哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1986:33-36.

[6] 魏象仪.内燃机燃烧学[M].大连:大连理工大学出版社,1992:27-30.

[7] 蒋德明.内燃机原理[M].北京:机械工业出版社,1992第2版:84-87.

[8] 董静,庄志,常思勤.汽车拖拉机发动机[M].北京:机械工业出版社,1999第3版:57-59.

[9] 陆耀祖.内燃机构造与原理[M].北京:中国建材工业出版社,2004:138-140.

[10] 程晓章.汽车发动机原理[M].合肥:合肥工业大学出版社,2011:141-144.