Процесс сгорания в дизеле

Процесс сгорания в дизеледелят на четыре периода:

1 - период задержки воспламенения;

2 - период быстрого (интенсивного) горения;

3 - период диффузионного (управляемого и основного) горения;

4 - период догорания.

На рис. 1 показана индикаторная диаграмма дизеля, работающего на номинальной частоте вращения, с номинальной цикловой подачей топлива, свойства которого соответствуют ГОСТ 305-82.

Точка А соответствует моменту начала впрыскивания топлива, определяется величиной установочного угла опережения впрыскивания топлива Θвпр, который, в свою очередь, устанавливается с учетом свойств топлива, давления и температуры в цилиндре.

Первая фаза (период задержки воспламенения). Промежуток времени от момента начала подачи топлива (т. А) до момента отрыва линии нарастания давления на диаграмме сжатия-расширения (т. В) составляет первый период процесса сгорания -период задержки воспламенения (ПЗВ). ПЗВ характеризуется тем, что первые порции топлива, поданные форсункой, воспламеняются не сразу, а после того, как претерпевают физико-химические изменения. В течение этого времени происходит распад струи на капли, перемещение капель по объему цилиндра.

При этом топливо испаряется, нагревается, изменяется его молекулярная структура. Пары топлива смешиваются с воздухом. В ходе химико-физических изменений получают развитие предпламенные реакции, возникают очаги самовоспламенения. Очаги возникают там, где для этого создаются наиболее благоприятные условия. ПЗВ зависит, прежде всего, от времени, которое необходимо данному топливу для прохождения физико-химических превращений. Для этого в цилиндре должна быть обеспечена необходимая для воспламенения температура свежего воздушногозаряда и давление. Период задержки зависит также от количества топлива, накапливающегося в цилиндре к моменту воспламенения. Если его много, то сразу после воспламенения быстро увеличивается давление в цилиндре, возрастают нагрузки на цилин-дропоршневую группу. Такая работа дизеля называется жесткой. Количественно жесткость оценивается отношением изменения нагрузки (давления) к углу поворота коленчатого вала. Кроме этого, период задержки воспламенения определяет образование наиболее токсичных для организма человека компонентов - окислов азота.

Второй период (фаза быстрого горения). Отрезок времени от момента воспламенения топлива (т. В) до момента достижения максимального давления в цилиндре (т. z) называют периодом быстрого (интенсивного) горения. Продолжительность этого периода зависит от положения точек А и В (установочного угла, свойств топлива, давления и температуры в цилиндре), а также закона топливоподачи (профиля кулачка и величины номинальной подачи). Давление и температура резко повышаются вследствие сгорания значительной части заряда (смеси испарившегося в течение периода задержки воспламенения топлива с воздухом) и топлива, впрыскиваемого во второй фазе. Второй период характеризуют (dp/dφ)max - максимальной скоростью нарастания давления (жесткостью процесса сгорания) и степенью повышения давления.

На развитие второй фазы влияют: продолжительность первой фазы, количество топлива, поданного в цилиндр в течение периода задержки воспламенения, характер топливоподачи, качество распыливания топлива, скоростной и нагрузочный режимы работы дизеля.

Максимальное давление сгорания рz, (dp/dφ)max тем выше, чем большее количество топлива подается в течение первой фазы, а также, чем интенсивнее испарение и смешение впрыснутого топлива с воздухом. При этом достигается экономичная работа дизеля. Однако при большой длительности первой фазы возрастает количество топлива поданного к моменту воспламенения и увеличивается вероятность более жесткой работы дизеля, а следовательно возрастающей нагрузки. Следовательно, мягкая или жесткая работа дизеля определяется характером протекания фазы 2, а та в свою очередь зависит от фазы 1. После этого (условно до достижения максимальной температуры) наступает период диффузионного (управляемого и основного) горения.

Третья фаза горения (фаза быстрого диффузионного горения). Она условно измеряется отрезком времени от точки достижения максимального давления газов в цилиндре дизеля до точки достижения максимальной температуры цикла. В течение управляемого горения в цилиндре имеются избыток воздуха, высокая температура и пламя из очагов возгорания легко распространяется на всю камеру сгорания (КС). А во время основного горения коэффициент избытка воздуха уменьшается. Основное внимание в это время уделяется возможности подвода к несгоревшему топливу неизрасходованного кислорода. Чем интенсивней в этот период диффузия (отсюда название периода), тем меньше образование сажи. Заканчивается этот период за 15…25° после ВМТ. Следовательно, продолжительность этого периода (при оптимальном протекании первых двух периодов) зависит от параметров движения заряда в цилиндре, которые определяются скоростным режимом работы дизеля и его конструктивными особенностями (формой и размерами впускного тракта и КС).

Четвертая фаза (фаза догорания). Последним, до момента открытия выпускных клапанов, является период догорания топлива. Он характеризуется малым выделением тепла, вялым горением из-за уменьшения кислорода, ухудшает экономичность дизеля, поэтому его желательно сократить. Сгорание в этот период характеризуется постепенным замедлением скорости тепловыделения, поскольку скорость процесса догорания определяется скоростью диффузии и турбулентного смешения остатков топлива и продуктов неполного сгорания с воздухом. В целом, период догорания топлива характеризует техническое состояние дизеля и уровень его конструкции или исполнения.

Таким образом, для организации экономичной работы дизеля необходимо:

- начать подачу в соответствии со свойствами топлива и режимом работы дизеля;

- в период задержки воспламенения подавать в цилиндр минимальное количество топлива, достаточное только для его воспламенения на любых режимах работы;

- обеспечивать качественное перемешивание частиц топлива с воздухом;

- максимально сократить период догорания.