Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Сгорание в дизелях

Подача топлива начинается до в. м. т. и может заканчиваться как до в. м. т., так и после нее.

В течение некоторого времени после начала впрыска горение еще не поступает; давление в этот период изменяется из-за продолжающегося сжатия, причем вначале несколько снижается температура, а соответственно и давление сжимаемого воздуха вследствие затраты теплоты на нагревание и испарение поданного топлива. В течение указанного периода развиваются предпламенные реакции, возникают первые очаги самовоспламенения, и давление начинает повышаться в результате выделения теплоты сгорания.

Точку 2, в которой лшшя повышения давлепия вследствие сго-рапия отрывается от линии сжатия при его отсутствий, условно принимают за начало сгорания, а интервал времени 0 { (в градусах поворота коленчатого вала) между точками 1 и 2 за период задержки воспламенения или период индукции. В результате сгорания значительной части испарившегося топлива, образовавшего с воздухом за этот период горючую смесь, а также вследствие сгорания продолжающего поступать через форсунку топлива давление и температура на участке 23 быстро повышаются.

Период е ь называемый фазой быстрого сгорания, первый период, в течение которого происходит собственно процесс сгорания и который следует за задержкой воспламенения и является как бы подготовительной фазой.

После фазы быстрого сгорания наступает фаза замедленного сгорания, в течение которой давление изменяется незначительно. Скорость сгорания в этой фазе в основном определяется скоростями смешения паров топлива с воздухом. Объем камеры сгорания в течение второй фазы непрерывно увеличивается из-за движения поршня, в связи с чем точка 4, соответствующая максимуму температуры цикла (средней по камере) лежит правее точки 3 максимума давления.

Тепловыделение продолжается и после достижения максимума температуры вследствие наличия догорания. Скорость процесса догорания определяется скоростью диффузии и турбулентного смешения с воздухом остатков находящегося в цилиндре иесгоревшего топлива и продуктов его неполного сгорания, образовавшихся в зонах местного переобогащения смеси.

За момент окончания фазы быстрого сгорания 6i условно принимают точку максимума давления на индикаторной диаграмме, а за момент окончания второй фазы 6 ц замедленного сгорания и начало фазы догорания 6ш точку максимума средней температуры цикла. Фаза догорания может составлять значительную часть такта расширения. При неблагоприятных условиях организации процесса сгорания полного тепловыделения вообще не происходит и в отработавших газах содержатся сажа, окись углерода и небольшие количества продуктов разложения жидкого топлива.

>, связанное с дополнительной турбулизацией заряда в начале нисходящего хода поршня (происходит как бы всасывание горящих газов в быстро увеличивающиеся зазоры между головкой цилиндра и кромками поршня). В третьей фазе сгорания скорость тепловыделения непрерывно снижается, причем процесс диффузионного догорания может охватывать значительную часть такта расширения.

на участке 23 не превышают 0,40,5, а максимальные не более 1,0 МПа/°.

Обычно в случае хорошо организованного рабочего процесса при работе двигателя на полной нагрузке количество теплоты, выделяющейся в течение первой фазы сгорания (до точки максимума давления), составляет примерно 1/3 от общей располагаемой теплоты сгорания вводимого в цилиндр топлива, и коэффициент активного тепловыделения составляет 0,3. В точке максимума температуры, т. е. к моменту окончания второй фазы сгорания, коэффициент активного тепловыделения достигает 0,70,8. Сгорание в третьей фазе характеризуется постепенным замедлением скорости тепловыделения, так как условия догорания топлива делаются все менее благоприятными: уменьшается количество неизрасходованного кислорода, заряд все более разбавляется продуктами сгорания, процесс протекает при увеличении объема и уменьшении температуры и давления. Продолжительность фазы догорания может соответствовать 7080° угла поворота коленчатого вала от в. м. т. При переносе значительной доли тепловыделения на такт расширения сильно снижается эффективность использования выделяющейся теплоты, уменьшается экономичность двигателя и повышается температура газов на выпуске.

Большое влияние на процесс сгорания в дизелях оказывают способ организации процесса смешения впрыскиваемого топлива с находящимся в камере сгорания сжатым нагретым воздухом и длительность периода задержки воспламенения.

а также интенсивностью испарения и смешения впрыснутого топлива с воздухом.

При большой длительности периода задержки возрастает количество введенного топлива к моменту его воспламенения, и одновременно улучшается однородность топливовоздушной смеси и степень ее химической подготовки к самовоспламенению взрывного типа, сходному с детонацией в двигателях с искровым зажиганием. Поэтому при больших задержках воспламенения, особенно в случае использования легко испаряющихся топлив, например при работе Дизелей на бензине, процесс воспламенения нередко сопровождается возникновением ударных волн, вызывающих вибрации давления (рис. 66).

На продолжительность задержки воспламенения влияет ряд факторов, а именно: а) химические свойства топлива его воспламеняемость, оцениваемая цетановым числом; б) температура и давление сжатого воздуха в цилиндре в момент начала впрыска топлива; в) мелкость распылнвания топлива; г) характер вихревого движения заряда; д) наличие в камере сгорания нагретых поверхностей.

Топливо, поступающее в камеру после того, как уже началось горение (в течение первой и начале второй фаз), в основном воспламеняется в результате смешения паров топлива с горячими продуктами сгорания и еще горящими газами. При этом необходимо, чтобы одновременно пары топлива смешивались также с достаточным количеством воздуха. Это достигается соответствующим сочетанием вихревого движения воздушного заряда с направлениями струй впрыскиваемого топлива. Например, создается вращательное (тангенциальное) движение воздуха, в то время как топливные струи 1 направлены радиально (рис. 67).

Очаги самовоспламенения возникают в наружных оболочках топливных струй со стороны, противоположной набегающему воздушному потоку, где концентрация паров топлива выше. Затем пламя распространяется по поверхности топливных факелов также преимущественно с задней их стороны. При этом продукты сгорания сносятся воздушным потоком, и последующие капли впрыскиваемого топлива снова встречают на своем пути чистый нагретый воздух. Испаряясь, они образуют горючую смесь, которая воспламеняется в результате контакта с уже горящей смесью, т. е. около каждой из топливных струй возникают как бы фронты стационарного пламени, в которые с одной стороны непрерывно поступает вновь образующаяся горючая смесь, а с другой вытекают продукты сгорания (как показано стрелками на рис. 67, б).

которые будут рассмотрены ниже.

Процесс сгорания в дизелях наряду с некоторыми недостатками имеет существенные преимущества по сравнению со сгоранием в двигателях с искровым зажиганием.

В связи с тем, что топливо подается в цилиндр в самом конце такта сжатия, полностью устраняется опасность преждевременного воспламенения и практически исключается детонация. Хотя в некоторых случаях процесс воспламенения в дизелях также может быть взрывным и может сопровонедаться стуком, возникающим вследствие появления ударных волн, сходных с детонацией, но при этом отсутствует тенденция их усиления. При повышенном нагреве камер сгорания дизеля, связанном с увеличенной теплоотдачей от горячих газов в стенки при наличии ударных волн, сокращаются задержки воспламенения и стук ослабевает.

Другим важным преимуществом дизелей является возможность практически неограниченного обеднения смеси (если условно рассматривать смесь как состоящую из всего количества поступающего в цилиндры воздуха и топлива). Это позволяет изменять мощность двигателя только путем уменьшения количества топлива, впрыскиваемого за один цикл, без изменения количества воздуха, т. е. применять чисто качественное регулирование мощности вплоть до холостого хода. В отличие от двигателей с искровым зажиганием скорость и полнота сгорания в дизелях по мере уменьшения количества подаваемого за цикл топлива до некоторых пределов, при которых общий коэффициент избытка воздуха а = 3 ч- 3,5, не только не уменьшается, а, наоборот, возрастает. Это связано с тем, что впрыскиваемое

жидкое топливо не успевает равномерно смешаться с находящимся в камере сгорания воздухом, и смесь в зонах горения оказывается значительно более обогащенной.

, зависящих от конструктивных особенностей дизеля и применяемой топливной аппаратуры. При этом полнота сгоранпя уменьшается, и в отработавших газах появляется дым (сажа).

В случае дальнейшего увеличения подачи топлива за цикл мощность дизеля не только перестает повышаться, но начинает падать, причем дымление резко усиливается, так как при низком а0бщ сильно затрудняется догорание образующейся сажи.

), соответствующем очень малым нагрузкам двигателя, полнота сгорания также обычно несколько уменьшается. Это связано с понижением температурного режима двигателя, а также с некоторым ухудшением качества распыливания, что приводит к возрастанию задержек воспламенения и соответственно к нарушению условий смесеобразования. При больших задержках значительная часть капель топлива успевает испариться и образовать зоны однородной переобедненной смеси, в которых горение сильно замедлено или вообще невозможно.

Реклама