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.