Характеристика процесса сгорания топлива в цилиндре дизеля по индикаторной диаграмме

Если замерить изменение давления в цилиндре дизеля по времени (или углу поворота коленчатого вала), то можно получить так называемую «развернутую индикаторную диаграмму». На рисунке ниже дан примерный вид такой диаграммы с нанесенными характерными точками:

  • d — момент начала подачи топлива;
  • у — начало воспламенения топлива;
  • z1 — конец резкого нарастания давления в цилиндре (достижение максимального давления Pz);
  • z — конец подачи топлива;
  • z’ — условная точка конца догорания.
Рис. 1 Развернутая индикаторная диаграмма

В соответствии с характерными точками, процесс воспламенения и сгорания топлива можно условно разбить на 4 фазы:

I фаза — от начала впрыска до начала воспламенения топлива — носит название “период задержки самовоспламенения”:

Tii/6n

  • τi — время задержки самовоспламенения в сек;
  • φi — угол поворота коленчатого вала в град;
  • n — частота вращения, об/мин.

Эта фаза определяется необходимостью физико-химической подготовки топлива к воспламенению и сгоранию (прогрев, испарение, предпламенные реакции). Она оказывает значительное влияние на развитие всего последующего процесса сгорания. Фаза должна быть возможно меньшей. Обычно τi лежит в пределах: τi=1-5 мсек (большие значения — в малооборотных дизелях) или по углу поворота коленчатого вала φi=3-50°пкв (большие значения — в высокооборотных двигателях).

II фаза — от начала сгорания (точка у) до достижения давления Pz (т.Z1) — называется периодом резкого нарастания давления в цилиндре. Практически все топливо, поступившее в цилиндр до точки Z1, вовлекается в горение. В качестве критерия, оценивающего интенсивность горения за фазу, принимается скорость нарастания давления W (или “жесткость индикаторного процесса”):

W=(dp)/(dφ)

Величина средней скорости нарастания давления обычно принимается равной:

Wcp≈△P/△φ≈(Pz-Pc)/(φz1y)

Этот параметр характеризует плавность (мягкость) индикаторного процесса. При больших ΔP / Δφ двигатель работает со стуками, жестко. Такая работа недопустима. Обычно ΔP / Δφ = 1 — 6 кг/см2 / 0пкв.

III фаза — кривая z1z — сгорание при примерно постоянном давлении. В районе точки z обычно заканчивается подача топлива, а температура в цилиндре достигает максимального значения. Задержка воспламенения топлива, подаваемого в этот период, минимальна (так как высоки давление и температура в цилиндре), однако к концу фазы сгорание может замедлиться — уменьшается количество кислорода. Давление сгорания за III фазу чаще всего незначительно увеличивается, но может и уменьшиться — все зависит от работы топливной аппаратуры и от относительного положения точки z и ВМТ. Чем дальше т. z от ВМТ, тем меньше давление в этой точке при той же цикловой подаче топлива. В качестве параметров, оценивающих III фазу горения, могут быть приняты максимальное давление Pz и угол поворота коленчатого вала φpz, при котором это давление достигается. Угол φpz косвенно характеризует экономичность рабочего процесса — чем ближе сгорание к ВМТ (меньше φpz) — тем меньше догорание, более эффективно используется энергия газов в цилиндре. II-я и II-я фазы носят название “видимого процесса сгорания”.

IV-я фаза — кривая zz‘ — носит название “догорание топлива” и наблюдается в большей или меньшей степени у всех дизелей. У малооборотных дизелей эта фаза меньше; у высокооборотных двигателей на номинальной нагрузке эта фаза может наблюдаться на всем ходе расширения. На долевых нагрузках догорание сокращается. Догорание на линии расширения увеличивает температуру газа в точке b цикла и температуру отработавших газов, повышает потери тепла в охлаждающую воду. Все это понижает термический КПД цикла.

Приведенный выше анализ с делением процесса сгорания на фазы является в какой-то степени условным. Однако он нагляден, часто используется при экспериментальных исследованиях ДВС и при анализе работы двигателя в эксплуатационных условиях.

Смотрите также:

а) Общая схема физических явлений при сгорании топлива

в) Факторы, влияющие на фазы процесса сгорания

г) Критерии оценки характера сгорания

Март, 02, 2015 1782 0
Читайте также