Аналіз процесів згоряння в дизелі

У дизелі паливо впорскується в стиснене повітря, що має тиск 3-4 МПа і температуру 800-1000 ºС. Для аналізу процесу згоряння використовують індикаторну діаграму в координатах p-j.

Малюнок 6.1 – Індикаторна діаграма в координатах p-j

Позначені: точка 1- початок вприскування палива; точка 2- точка відриву лінії підвищення тиску (лінії згоряння) від лінії стиску; точки 3 і 4 - моменти досягнення максимальних тисків і температури циклу; j_вп- кут випередження вприскування палива.

 

 

У дизелі весь процес згоряння складається з власне трьох періодів (фаз) згоряння q_1,q_2,q₃ і одного підготовчого періоду q_i.

Підготовчий період q_i - період затримки запалення. Він займає проміжок часу від точки 1 до точки 2. Затримка складається з фізичної (розпад струменя, прогрів і частковий випар крапель палива) і хімічної (реакцій попереднього окислювання). Швидкість тепловиділення в цьому періоді мала і навіть переважає витрата теплоти на випар палива, унаслідок його підвищення тиску не спостерігається.

На тривалість q_i впливають наступні фактори:

1. Хімічні властивості палива (цетанове число). Чим більше цетанове число, тим більше паливо схильне до окислювання і тим q_i коротше.

2. Ступінь стиску. З її ростом період затримки запалення скорочується, тому що тиск і температура в процесі стиску при збільшенні ступеня стиску підвищується.

3. Якість розпилювання. Чим дрібніше розпилене паливо, тим коротше q_i унаслідок більш швидкого випару крапель.

4. Рух повітряного потоку в камері згоряння. Турбулізація приводить до швидкого випару крапель палива і їхньому перемішуванню з повітрям, що зменшує підготовчий період.

Перша фаза q₁ - період швидкого згоряння (від точки 2 до точки 3). За цей період виділяється велика кількість теплоти.

Як критерій інтенсивності згоряння в першій фазі приймають середню швидкість зростання тиску W_ср = Dp/Dj.

Швидкість зростання тиску характеризує твердість роботи дизеля. Якщо W_ср=0,3-0,6 МПа/град.п.к.в., то роботу двигуна вважають м'якою; при W_ср>0,6 МПа/град.п.к.в. – твердою. Зі збільшенням твердості зростають навантаження на деталі двигуна.

Тривалість q₁ залежить від наступних факторів:

1. Конструкції камери згоряння. Більш короткий період q₁ у нерозділених камер згоряння, а самий довгий період у двигунів з передкамерою.

2. Навантаження двигуна. З ростом навантаження тривалість q₁ зростає, тому що в цьому випадку кількість палива, що впорскується, збільшується і потрібно більше часу для згоряння.

3. Закон подачі палива. Паливо можна подати в камеру швидко чи повільно. Ніж коротше тривалість вприскування q_вп, тим менше q₁.На практиці прагнуть q_вп зробити мінімальним. Це поліпшує економічність, але при цьому твердість роботи двигуна підвищується.

На малюнку 6.1 показані теоретична і дійсна характеристики вприскування палива. Крива 1 показує, що подача палива на початку вприскування відбувається повільно, а потім різко зростає. Однак у реальних умовах таку криву одержати складно.

Подача палива закінчується наприкінці q₁ чи на початку другої фази q_2.

Друга фаза θ₂ - період уповільненого згоряння від точки 3 до точки 4.

У цій фазі температура газів безупинно підвищується, тому що паливо ще згоряє, а тиск різкий падає внаслідок збільшення об'єму циліндра при русі поршня від ВМТ до НМТ.

На тривалість q₂ впливають закон подачі палива, інтенсивність вихрового руху заряду, коефіцієнт надлишку повітря.

Третя фаза q₃ - період догоряння палива: від точки 4 до моменту, коли тепловиділення досягає 95-97%. Завжди прагнуть скоротити q₃. Велика тривалість q₃ приводить до росту температури відпрацьованих газів, і до підвищення теплового стану двигуна. У результаті погіршуються потужність і економічність. Для зменшення q₃ скорочують подачу палива в другому періоді q₂ і підсилюють турбулізацію повітря в камері згоряння.

ТЕМА 7 ТЕРМОДИНАМІЧНІ СПІВВІДНОШЕННЯ В ПРОЦЕСІ ЗГОРЯННЯ

Процес згоряння

Ціль розрахунку - визначення температури і тиску наприкінці згоряння, а також об'єму V_z для циклів зі змішаним підведенням теплоти і з підведенням теплоти при постійному тиску.

У загальному випадку відповідно до першого закону термодинаміки можна записати наступне рівняння

чи

де x_z - частка нижчої теплоти згоряння палива;

U_z, U_c - внутрішня енергія газу після і до згоряння;

L_cz - теплота, еквівалентна роботі газу в процесі згоряння.

Чисельне значення x_z лежить у межах 0.8...0.95 для карбюраторних двигунів, 0,65...0,88 для дизелів.

Для двигунів з підведенням теплоти при V = const

Для двигунів зі змішаним підведенням теплоти

де l = p_z /p_c - ступінь підвищення тиску.

В обидва ці рівняння входять дві невідомі величини - (mc_v’’)^tz_to чи (mc_p’’)^tz_to і шукана температура t_{z .}. Вирішити ці рівняння вдається або методом послідовних наближень, або з рівняння другого порядку виду

Для розрахунку температури згоряння t_z дизельних двигунів рекомендується приймати значення l у межах 1,5...2,5.

Значення l для карбюраторних двигунів визначається після обчислення температури t_z. і звичайно лежить в інтервалі 3…5

Після визначення t_z знаходиться тиск наприкінці процесу згоряння.

1. Для двигунів з підведенням теплоти при V = const

2. Для двигунів зі змішаним підведенням теплоти

Звичайно в дизельних двигунах r = 1.2...1.7.