Влияние мелкости распыливания и продолжительности подачи топлива
Мелкость распыливания заметно влияет на время сгорания поскольку мелкие капли топлива, перемешиваясь с воздухом равномерно распределяются по объему камеры сгорания и образуют более однородную смесь. Одной из причин увеличения угла опережения впрыска у двигателей с неразделенными камерами сгорания по сравнение с двигателями других конструкций являются образование неоднородной смеси по объему камеры и начало дымления при большем коэффициенте избытка воздуха. Мелкое распиливание скорее приводит к гомогенной реакции топлива с воздухом, так как скорость испарения топлива при данном давлении и температуре зависит, главным образом, от размеров капли и ее скорости относительно воздуха. Наконец, мелкораспыленное топливо менее склонно к нагарообразованию. Опытами установлено, что давление распиливания практически не влияет на период запаздывания самовоспламенения, но мелкость распиливания связана с давлением распиливания.
Влияние вихревого движения воздуха в цилиндре, создаваемое за счет тангенциального выхода из продувочных окон, подогрев воздуха от днища чугунного поршня и высокое давление распыливания приводят к углу опережения впрыска, равному 12,5°, что для двигателей с неразделенной камерой встречается редко.
Продолжительность впрыска топлива сильно сказывается на процессе сгорания и параметрах рабочего процесса. Изменяя продолжительность впрыска, можно получить разные индикаторные диаграммы при одной и той же подаче топлива на цикл Продолжительность подачи определяется по углу поворота коленчатого вала и зависит от профиля кулачка топливного насоса, диаметра плунжера, длины и диаметра топливного трубопровода, конструкции и регулировки форсунки. Подачу топлива можно охарактеризовать двумя способами, взяв за основу или количество топлива в граммах, впрыскиваемого через форсунку, на каждый градус поворота вала насоса, или суммарное количество топлива, поступившее в цилиндр от начала впрыска до рассматриваемого момента. Первый способ характеризует подачу топлива насосом в каждый момент времени; второй — суммарный закон подачи топлива в цилиндр за текущее время. Для выяснения вопроса, как влияет закон подачи по времени на работу двигателя, удобнее принять второй способ.
На рисунке представлены две индикаторные диаграммы двигателя при постоянном числе оборотов, постоянной подаче топлива на цикл, но с разной продолжительностью впрыска.
Продолжительность впрыска, а равно количество впрыскиваемого топлива не влияют на период запаздывания самовоспламенения, поэтому период запаздывания самовоспламенения τ s , для первого и второго случаев впрыска остается постоянным, количество же топлива, вступающего в реакцию сгорания по углу поворота коленчатого вала, различно. Работе двигателя с растянутым впрыском соответствует нижняя кривая подачи 1. Работе с сокращенным впрыском соответствует верхняя кривая подачи 2; в этом случае поступает большее количество топлива. Следовательно, при сокращенном впрыске после воспламенения большее количество топлива вступает в реакцию сгорания, выделяется большее количество теплоты, величины скорости нарастания давления и максимального давления сгорания возрастают Растянутый по времени впрыск не только снижает величину скорости нарастания давления и
максимальное давление сгорания, но приводит к догоранию по линии расширения, площадь индикаторной диаграммы уменьшается, индикаторный к. п. д. снижается. Сокращение продолжительности впрыска при одной и той же подаче топлива уменьшает величину наивыгоднейшего угла опережения впрыска. При изменении подачи топлива на цикл приходится изменять угол опережения впрыска Так, например, с уменьшением подачи, что соответствует частичным нагрузкам двигателя, условия подготовки топлива ухудшаются, поэтому угол опережения впрыска увеличивают. Устранить необходимость изменения угла опережения впрыска можно за счет закона подачи, подобрав конструкцию насоса так, чтобы с изменением подачи менялось начало впрыска. Последнее более выгодно с точки зрения подготовки топлива к воспламенению.
Влияние закона подачи топлива на вид индикаторной диаграммы дизеля.
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СМЕСИ
В транспортном дизеле изменение мощности по нагрузке осуществляется путем изменения подачи топлива на цикл. Вследствие этого изменяется соотношение между поданным в цилиндр количеством топлива и количеством находящегося там воздуха, что приводит к изменению коэффициента избытка воздуха а. Таким образом представляет практический интерес рассмотрение влияния а на мощность, экономичность и тепловое состояние двигателя.
Влияние а на мощность и экономичность
Работа действительного цикла определяется количеством теплоты, эффективно использованным за время нарастания давления и последующего расширения. В свою очередь нарастание давления и максимальное давление связаны со скоростью сгорания топлива, которая характеризует закон тепловыделения по времени или углу поворота коленчатого вала.
Продолжительность сгорания определяется временем полного превращения топлива в конечные продукты сгорания и находится в зависимости от коэффициента избытка
воздуха; соответственно скорость сгорания также зависит от а.
Время достижения максимального давления меньше, чем время полного сгорания. Несовпадение времени полного сгорания с временем от начала сгорания до максимального давления указывает на догорание топлива в период расширения.
К моменту, соответствующему максимальному давлению сгорает часть впрыснутого топлива, которая определяет скорость нарастания давления и фактически полноту индикаторной диаграммы.
Изменение подачи топлива на цикл равносильно изменению коэффициента избытка воздуха, так как количество воздуха поступающего в двигатель при постоянном числе оборотов, остается постоянным.
С уменьшением подачи на цикл увеличивается коэффициент избытка воздуха, улучшается индикаторный процесс. Это связано с возрастанием скорости сгорания за цикл и, следовательно, с более эффективным использованием теплоты, преобразуемой в работу.
Максимальное давление сгорания снижается по мере уменьшения подачи топлива вследствие уменьшения общего количества теплоты, вводимого за цикл. При этом величина относительного изменения pz происходит намного медленнее, чем относительное изменение количества топлива.
Среднее индикаторное давление изменяется приблизительно прямо пропорционально подаче на цикл. Что же касается удельного эффективного расхода топлива, то он находится в зависимости от механических потерь и потерь на перетекание из разделенных камер в случае наличия таковых. Эти потери при постоянном числе оборотов остаются почти постоянными, поэтому с уменьшением подачи относительная доля их возрастает, что приводит к увеличению удельного эффективного расхода в области больших коэффициентов избытка воздуха.
Влияние а на индикаторный к. п. д.
Совершенство рабочего процесса характеризуется индикаторным к. п. д., величина которого для данной конструкции двигателя может изменяться в результате изменения скорости сгорания, полноты сгорания и тепловых потерь в стенки. При постоянных условиях на впуске, постоянной продолжительности подачи и наивыгоднейшем угле опережения впрыска с увеличением коэффициента избытка воздуха время полного сгорания уменьшается, полнота сгорания увеличивается. Следовательно, индикаторный к. п. д. с увеличением а должен увеличиваться.
Наличие вихревого движения и подогрев воздуха от поверхностей вставки снижают период запаздывания самовоспламенения, что сказывается на своевременности и скорости сгорания, потери уменьшаются, соответственно увеличивается индикаторный к. п. д.
Улучшение наполнения и увеличение давления на впуске могут оказать заметное влияние на экономичность машины.
Влияние а на тепловое состояние двигателя
С изменением подачи на цикл изменяется и количество теплоты, выделяемое во время сгорания. Следовательно, тепловое состояние двигателя также меняется с изменением а. О тепловом режиме двигателя можно судить по температуре отработавших газов.
Поскольку при уменьшении подачи топлива коэффициент избытка воздуха а увеличивается, в связи с уменьшением количества выделившейся теплоты на единицу рабочего тела, температуры цикла снижаются. Соответственно количество теплоты,
отводимой с охлаждением и уносимое с отработавшими газами, уменьшается. В результате температура деталей камеры сгорания снижается, подогрев воздуха за время впуска и сжатия уменьшается и условия подготовки топлива к сгоранию заметно ухудшаются.
Таким образом, при увеличении а, что имеет место в дизеле на частичных нагрузках, приходится увеличивать угол опережения впрыска или уменьшать продолжительность подачи, чтобы обеспечить своевременность сгорания и получить более эффективную работу двигателя.
ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ, ЧИСЛА ОБОРОТОВ, ИНТЕНСИВНОСТИ
ОХЛАЖДЕНИЯ
Влияние нагрузки
Изменение режима работы двигателя происходит по мере изменения подачи топлива. С увеличением подачи топлива на цикл общее количество теплоты, выделяемой при сгорании, возрастает температуры цикла повышаются, детали камеры сгорания становятся более горячими. Условия подготовки топлива к воспламенению улучшаются, период запаздывания самовоспламенения сокращается.
Чем больше рабочий объем цилиндра, тем меньше период запаздывания самовоспламенения, что объясняется повышенной температурой деталей двигателя с большей размерностью цилиндра.
Влияние числа оборотов
Степень влияния числа оборотов на индикаторный процесс двигателя можно рассматривать с точки зрения изменения периода запаздывания самовоспламенения, скорости сгорания, а в связи с этим—влияния начальных условий на впуске, угла опережения впрыска, продолжительности впрыска и качества распыливания. Влияние данных факторов на параметры индикаторного процесса известно. Время, приходящееся на работу цикла, с увеличением числа оборотов уменьшается, поэтому выгодно сокращение периода запаздывания самовоспламенения и возрастание скорости сгорания топлива за цикл.
Период запаздывания самовоспламенения в градусах угла поворота коленчатого вала с увеличением числа оборотов двигателя увеличивается. Работа двигателя становится более жесткой, поскольку скорость нарастания давления повышается, хотя период запаздывания самовоспламенения по времени и сокращается. Заметное влияние здесь оказывает вихревое движение воздуха, улучшающее распределение топлива по объему камеры сгорания. Снижение максимального давления сгорания с оборотами можно объяснить следующими обстоятельствами. При постоянной подаче топлива состав смеси меняется из-за уменьшения подачи воздуха по оборотам. Фактически действительный угол опережения впрыска также меняется, поскольку с оборотами наблюдается увеличение отставания подъема иглы форсунки от момента начала подачи топлива. Кроме того, наблюдается удлинение подачи топлива по углу поворота кривошипа: количество топлива, которое подается на каждый градус угла поворота кривошипа, становится меньше.
Влияние интенсивности охлаждения
Тепловое состояние двигателя и в особенности деталей камеры сгорания зависит не только от режима работы, но и от температуры охлаждающей воды или воздуха. Опыты показали, что повышение температуры охлаждающей воды от 65° до 150й при одном и том же угле опережения впрыска сокращает период запаздывания самовоспламенения, снижает скорость нарастания давления и максимальное давление сгорания. Процесс
сгорания развивается более плавно, работа двигателя становится мягче. Понижение максимального давления сгорания происходит по причине снижения скорости сгорания, так как изменяется коэффициент избытка воздуха, поскольку коэффициент наполнения двигателя уменьшается из-за большего подогрева воздуха за время наполнения.
В целях улучшения сгорания на частичных нагрузках в современных дизелях предусмотрена постановка термостата, который поддерживает температуру охлаждающей воды во время работы почти на одном и том же уровне при изменении как нагрузки, так и числа оборотов. Установка термостата на двигатель повышает срок службы двигателя.
ВЛИЯНИЕ СОРТА ТОПЛИВА
В условиях эксплуатации существенным вопросом является пуск в ход дизеля при пониженных температурах окружающей среды. В холодное время года на обычных сортах топлива дизели пускаются в ход с большим трудом. Затрудненный пуск объясняется тем обстоятельством, что температура сжатия оказывается недостаточной для самовоспламенения топлива.
Наиболее важным фактором, определяющим пуск двигателя в ход при низких температурах, является период запаздывания самовоспламенения, который характеризуется цетеновым числом топлива.
С повышением цетенового числа топлива двигатель пускается в ход при более низких температурах. Продолжительность пуска связана также с цетеновым числом. Дизельные топлива с цетеновым числом более 70 при низких температурах становятся настолько вязкими, что прокачка их через форсунку почти невозможна. Разжижение дизельных топлив при низких температурах керосином не улучшает пусковых качеств. Добавка к дизельному топливу специальных присадок (этилнитрат, амилнитрат и др.) не только улучшает пусковые качества топлива, но и оказывает влияние на индикаторный процесс двигателя.
Наиболее эффективно содействует облегчению пуска холодных дизелей при низких температурах окружающей среды применение в качестве пусковых топлив различных эфиров.
Перед пуском во впускной трубопровод через специальное приспособление вводится эфир, проникающий во время прокрутки двигателя в камеру сгорания. В результате происходят сильные вспышки двигатель в короткое время набирает обороты и затем переводится на основное топливо. Более короткий пуск осуществляется на диэтиловом эфире.
Обычно при низких температурах окружающей среды масло в картере становится очень вязким, что затрудняет прокрутку и вызывает сильный износ двигателя. Поэтому перед пуском масло разжижают легко испаряющимся топливом. Двигатель быстро приобретает нормальную компрессию; тем самым создаются более выгодные условия пуска.
При работе дизелей кроме дымления на выпуске наблюдаются отложения нагара и смолообразных остатков в виде клеевидной массы на поршне, кольцах и других деталях двигателя.
Как следует из результатов испытаний, с уменьшением цетенового числа топлива количество нагара и клеевидная масса возрастают. Таким образом, при прочих равных условиях, имеется связь между периодом запаздывания самовоспламенения и отложениями в дизеле; с уменьшением цетенового числа коэффициент полноты сгорания уменьшается. Кроме того, повышенные отложения приводят к более быстрому
износу двигателя: проникая в картер, они снижают смазывающую способность масла.
© 2005–2010 sarft.spb.ru