Факторы, влияющие на фазы процесса сгорания в дизеле

Факторы, влияющие на все фазы процесса сгорания, и в первую очередь на период задержки самовоспламенения τi можно подразделить на физико-химические, конструктивные и эксплуатационные.

К физико-химическим факторам можно отнести физические свойства и химический состав топлива, давление и температуру заряда воздуха, концентрацию кислорода и остаточных газов в камере сгорания, наличие в топливе катализаторов в виде присадок, улучшающих горение. Физико-химические свойства топлива находят свое выражение в цетановом числе. Чем больше цетановое число, выше концентрация кислорода и меньше содержание отработавших газов, тем меньше период задержки самовоспламенения. При наличии катализаторов, стимулирующих горение, а также с ростом давления и температуры в камере сгорания τi также уменьшается, что делает процесс сгорания «мягче», жесткость работы ΔP/Δφ и максимальное давление Pz уменьшаются.

К числу основных конструктивных факторов, влияющих на процесс воспламенения и сгорания, можно отнести степень сжатия ε, конструкцию камеры сгорания, конструкцию топливной аппаратуры, материал поршня и характер его охлаждения.

Увеличение ε повышает давление Pc и температуру Tc в конце сжатия, что уменьшает τi. Однако, как об этом говорилось ранее, с увеличением Pc растет и Pz, что повышает механическую напряженность деталей двигателя.

Конструкция камеры сгорания и топливной аппаратуры, определяющая качество смесеобразования — тонкость и однородность распыливания топлива, его испарение, однородность перемешивания частиц топлива и воздуха по всему объему камеры сгорания, — определяют интенсивность подвода тепла к топливу и период задержки самовоспламенения τi. Любое улучшение качества смесеобразования приводит к уменьшению τi снижению Pz, ΔP/Δφ и сокращению IV-й фазы (догорания).

В том же направлении влияет наличие неохлаждаемых поршней и накладок на поршни. У чугунных поршней коэффициент теплопроводности меньше, чем у алюминиевых; поэтому выше температура их поверхности. В 2-тактных дизелях и в форсированных 4-тактных приходится, однако, заботиться не о повышении температуры поршня, а о ее понижении. Поршни обычно охлаждаются маслом или водой, что увеличивает период τi.

Конструкция элементов топливной аппаратуры определяет не только качество смесеобразования и через смесеобразование — качество сгорания. Большое влияние на фазы процесса сгорания оказывает закон впрыска топлива — весовое или объемное распределение подаваемого в цилиндр топлива по времени (или углу поворота коленчатого вала q(φ) см. рис. ниже). При прочих равных условиях закон впрыска определяется скоростью впрыскиваемого топлива.

Обычно стремятся осуществить впрыск с возрастающей скоростью с тем, чтобы уменьшить динамические показатели цикла Pz и ΔP/Δφ, а также более рационально использовать воздушный заряд, находящийся в дальних «углах» камеры сгорания (последние порции топлива, имеющие максимальную скорость, проникают в самые отдаленные углы). Динамические показатели цикла будут тем меньше, чем меньшее количество топлива будет подано за время τi.

Рис. 1 Связь закона впрыска топлива q(φ) с характером изменения давления в цилиндре P(φ)

К числу эксплуатационных факторов можно отнести угол опережения подачи топлива φнп, продолжительность впрыска φп, текущее техническое состояние топливной аппаратуры, органов воздухоснабжения и газовоздушного тракта.

Угол опережения подачи топлива φнп является наиболее гибким фактором, позволяющим в условиях эксплуатации влиять на характер процесса сгорания. Слишком раннее опережение подачи, когда впрыск осуществляется при низкой температуре сжимаемого в цилиндре заряда, увеличивает τi, что повышает Pz, ΔP/Δφ (см. рис. ниже, кривая 1). Слишком поздняя подача (кривая 3) приводит к переносу процесса сгорания на линию догорания, повышению давления и температуры отработавших газов, что увеличивает температуру цилиндропоршневой группы и снижает термический КПД.

Рис. 2 Характер изменения развернутой индикаторной диаграммы при изменении угла опережения подачи топлива

Увеличение продолжительности впрыска топлива φп„ в условиях эксплуатации является средством повышения мощности дизеля. Если опережение подачи неизменно, то при увеличении φп, относительная длительность III-ей и IV-ой фаз процесса сгорания увеличивается, возрастает температура отработавших газов, повышается температура стенок цилиндра. При этом термический КПД может повысится, если относительное приращение полезной мощности больше относительного приращения тепла, переданного холодному источнику (уносимого с отработавшими газами).

Любое ухудшение технического состояния топливной аппаратуры, органов воздухоснабжения и газовоздушного тракта — засорение сопловых отверстий или загорание распылителя, зависание иглы форсунки, разработка сопловых отверстий, повышение гидравлического сопротивления газовоздушного тракта, снижение КПД и мощности турбокомпрессора — приводит в конечном итоге к ухудшению процесса сгорания, переносу сгорания на линию догорания, снижению термического КПД и перегреву цилиндропоршневой группы.

Смотрите также:

а) Общая схема физических явлений при сгорании топлива

б) Характеристика процесса сгорания по индикаторной диаграмме

г) Критерии оценки характера сгорания

Март, 02, 2015 1015 0
Читайте также