ТОП 10:

Воспламенение и сгорание топлива



При термодинамическом рассмотрении идеальных циклов принимают, что процесс сгорания в дизелях протекает сперва при V = const, а затем при Р = const, т.е. по циклу со смешанным подводом тепла.

В реальных двигателях ощутимой границы между подводом тепла при V = constи Р = const нет.

Если в основу рассмотрения реального процесса сгорания положить изменение давлении и температур цикла по углу поворота коленчатого вала (Р = f(φ0) и Т= f(φ0), то весь процесс воспламенения и сгорания топлива можно условно разбить на четыре фазы.

ФАЗА I - охватывает период от начала подачи топлива в цилиндр (т.СI ) до начала резкого нарастания давления (т.С).

Первая фаза, следовательно, охватывает период задержки
воспламенения, в течение которого происходит физико-химические
процессы подготовки топлива к самовоспламенению - /период подготовки топлива от начала до появления пламени называется периодом задержки самовоспламенения и зависит от температуры и давления газов в цилиндре, сорта топлива, качества распыла, завихрения и перемешивания.

Продолжительность периода задержки воспламенения изменяется в градусах угла п.к.в. (φ°)или в секундах

;

и лежит в пределах 0,001 - 0,005 сек.

В период фазы I в цилиндр поступает 20-40% всего топлива, которое почти полностью испаряется и образует ряд очагов воспламенения.

Фаза I оказывает существенное влияние на развитие всего последующего процесса сгорания и должна занимать возможно короткий промежуток времени.

ФАЗА II - охватывает период от начала самовоспламенения отдельных очагов /т.С./ при положении к.в. у В.м.т. до момен­та наибольшего давления сгорания Pz (m. Z) и характеризуется воспламенением и сгоранием топлива с резким нарастанием давления, тепловыделением и скорости сгорания при продолжающейся подаче и увеличении концентрации топлива в смеси.

Основным критерием интенсивности процесса сгорания за вторую фазу принимают скорость нарастания давления.

;

т.е. отношение прироста давления к соответствующему приросту угла поворота коленчатого вала.

Скорость нарастания давления определяет плавность процесса сгорания. При малой скорости нарастания давления /ω = 2 ÷ 6 бар на 1° п.к.в./ двигатель работает мягко, без явно слышимых стуков. При большой скорости нарастания /8-10 бар на 1° п.к.в./ давления, двигатель, наоборот, работает жестко, со стуком. Жесткая работа двигателя сопровождается обычно высоким давлением сгорания Pz и стуками, в эксплуатации недопустима, т. к. ведет к повышенному нагружению деталей "движения", разрушению подшипников и другим вредным последствиям. Скорость нарастания давления зависит от периода задержки самовоспламенения топлива, качества распыла топлива, его сорта, вихреобразования. Рабочий процесс протекает наиболее экономично, если Pzmax достигается за в.м.т. /5 ÷ 10 п.к.в./.

ФАЗА III - является наиболее интенсивного горения во всем объеме камеры сгорания с наибольшим выделением тепла и охватывает период от момента достижения наибольшего давления Pz (m.Z) до момента достижения максимальной температуры цикла Tzmax (m.Z1). За время третьей фазы обычно заканчивается подача топлива, полностью сгорает топливо, поступившее за вторую фазу, и частично поступившее за третью фазу. Благодаря высоким давлению и температуре, период задержки воспламенения топлива, поступившего в этой фазе, значительно сокращается.

ФАЗА IV - является периодом полного сгорания топлива, поданного в третьей фазе, и охватывает период от окончания наиболее интенсивного сгорания и max T (m.Z1) до полного окончания горения /Т. /. В этот период поршень движется со все ускоряющейся скорость от в.м.т. Давление и температура падает, подачи топлива нет, скорость горения и выделения тепла уменьшаются.

Период догорания, продолжающийся 40-60° п. к. в. наблюдается у всех дизелей, причем у малооборотных двигателем он короче, а у быстроходных - длиннее.

Догорание на линии расширения вызывает повышение температуры отработавших газов и увеличение потерь топлива в охлаждающую воду. Для уменьшения потерь тепла за четвертую фазу необходимо активизировать процесс смесеобразования и сгорания путем распыла рабочей смеси.

Определенное влияние на процесс сгорания оказывает закон подачи топлива qm = f(φ), выражающий зависимость количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр, по углу поворота коленчатого вала, который непосредственно связан с изменением давления впрыскивания. По опытным данным видно, что при крутом кулаке за время φ1; топлива будет подано больше, что приводит к возрастанию , но зато сокращается период догорания и расхода топлива. Наоборот, при пологом кулаке величина уменьшается, но зато увеличиваются догорание и расход топлива.

Момент подачи топлива Θ˚ п. к. в. оказывает значительное влияние на период задержки самовоспламенения и сгорания топлива. Как слишком ранний, так и слишком поздний впрыск топлива приводит к увеличению задержки самовоспламенения.

Для каждого двигателя опытным путем подбирается оптимальный угол впрыска топлива, причем стремятся обеспечить начало и плавный характер протекания кривой давления процесса, а также получить минимальные значения и не превзойти максимальное давление сгорания .

Параметры процесса сгорания

Таким образом основным процессом рабочего цикла дизеля является горение распыленного жидкого топлива, впрыскиваемого под большим давлением в цилиндр.

Расчет процесса горения ведется по основным элементам топлива, содержание которых в топливах различного происхождения изменяется по весу в следующих пределах: С ≈ 84 ÷ 88% ; H ≈ 11 ÷ 14% ; S ≈ 0,01 ÷ 5% и O ≈ 0,004 ÷ 3%.

Обычно для расчета принимают средний весовой состав топлива: С = 0,87; Н = 0,126; O = 0,004.

Процесс сгорания топлива состоит в окислении его составных частей с выделением тепла.

Теоретическое необходимое количество воздуха L0 для полного сгорания 1 кг топлива

;

где – мольное содержание 02 в воздухе;

– число кг-молей О2 содержащихся в самом топливе.

В дизелях полное сгорание топлива возможно только при избытке воздуха, вследствие трудности осуществления смеси механически распыленного жидкого топлива.

Коэффициентом избытка воздуха для сгорания α – называется отношение действительного количества молей воздуха L, находящегося в цилиндре, к теоретически необходимому L0 для сгорания 1 кг топлива:

;

Действительное количество молей воздуха, необходимых для сгорания 1 кг топлива:

;

Согласно опытным данным, коэффициент избытка воздуха для сгорания на номинальном режиме для дизелей лежит в следующих пределах:

малооборотных…………………………………..1,8 - 2,2

средне- и многооборотных……………………...1,7 - 1,3

с наддувом………………………………………..1,7 - 2,2

Критерием оценки изменения числа молей газов в процессе химической реакции сгорания топлива является теоретический коэффициент молекулярного изменения β0.

Количество молей продуктов сгорания 1 кг топлива

;

Расчетным (действительным) коэффициентом молекулярного изменения называется отношение:

;

В котором приняты во внимание, помимо свежего заряда и продуктов сгорания топлива, и остаточные газы γz; у дизелей β ≈ 1,03 ÷ 1,04

Степень повышения давления

;

Средняя изохорная мольная теплоемкость воздуха в конце сжатия

= 19,3 + 0,0025 Тс кДж/к моль ˚Т ;

Выразим среднюю мольную изохорную и изобарную теплоемкость продуктов сгорания при максимальной температуре сгорания:

Для остаточных: газов в конце сжатия средняя мольная изохорная теплоемкость выразится формулами:

;

Определяем максимальную температуру цикла по уточненному уравнению сгорания, если γг> 5%

;

где Qн - 42,4 х 103 кдж/кг ≤ /42,4 Мдж/кг/

Коэффициент использования тепла в точке Z – ξz лежит в пределах от 0,6 для многооборотных быстроходных до 0,86 малооборотных.

Если количество остаточных газов не превосходит 5%, т.е. γг < 0,05 максимальная температура остаточных газов определяется уравнению сгорания в упрощенном виде:

;

После подстановки известных параметров, входящих в формулу, получаем квадратное уравнение относительно максимальной температуры Тz.

 

Максимальная температура цикла Tz ˚K в современных дизелях:

малооборотных 1700 - 1900

средне и высокооборотных 1800 - 2000

с высоким поддувом 1900 - 2200

Давление Рz бар:

малооборотных 50 - 70

средне и высокооборотных 60 - 120

с высоким поддувом 100 – 150







Последнее изменение этой страницы: 2016-04-08; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.77.252 (0.01 с.)