Передчасне запалення

Джерелом передчасного запалення (калільного запалювання) можуть бути сильно нагріті гострі крайки клапанів, електроди свічі, а також тліючі частки нагару до моменту проскакування іскри між електродами свічі запалювання. Розвиток калільного запалювання відбувається і при запалюванні від іскри. Основна його відмінність у тім, що при калільному запалюванні має місце некероване запалення. Його ознаки:

1. Індикаторні діаграми в координатах p-V мають петлю. Петля на діаграмі з'являється при запаленні суміші розжареними поверхнями зі значним кутом випередження запалювання.

2. Глухі стукоти. На тлі загального шуму двигуна при його роботі на великих навантаженнях ці стукоти знайти практично неможливо. Калільне запалювання є найбільш небезпечним видом порушення згоряння. Протягом декількох хвилин після його появи звичайно прогорають поршні. Як правило, калільне запалювання виникає в одному з циліндрів.

3. Різко підвищується температура в циліндрі двигуна.

Для усунення калільного запалювання гострі крайки клапанів притупляють, установлюють свічі з великим калільним числом.

Наступне калільне запалення

Джерелом наступного калільного запалення є розпечені (тліючі) частки нагару. При роботі двигуна на режимах малих навантажень у камері згоряння (в основному на днищі поршня) утворюється нагар. У випадку, коли двигун переходить на режим великих навантажень, цей нагар тріскається, відшаровується від поверхні і попадає в КЗ у виді розпечених часток розміром 0,3-0,5мм. Ці частки викликають запалення робочої суміші. При наступному калільному запаленні на індикаторній діаграмі з'являються гострі піки і різко зростають p_z і dp/dj. Робота двигуна супроводжується характерним для цього виду порушення згоряння рокотом.

Запалення від стиску при виключеному запалюванні

Таке запалення спостерігається в двигунах з e > 9. При переході двигуна від режиму максимальної потужності до режиму холостого ходу після вимикання запалювання він продовжує працювати ще якийсь час. Це зв'язано з тим, що при холостому ході в нормально прогрітому двигуні робоча суміш запалюється від стиску.

ТЕМА 6 ПРОЦЕСИ СУМІШОУТВОРЕННЯ В ДИЗЕЛЯХ. ЗАПАЛЕННЯ І ЗГОРЯННЯ ПАЛИВА

6.1 Утворення пальних сумішей

Повнота і швидкість згоряння палива визначаються такими факторами, як однорідність суміші, швидкість, місце і час утворення суміші.

Однорідною називають суміш, у якій біля кожної молекули палива розташована однакова кількість молекул кисню, азоту й інших компонентів. Суміш, яка складається з компонентів, що знаходяться в різних агрегатних станах, завжди неоднорідна, і її називають двухфазною чи гетерогенною.

Змішування компонентів суміші відбувається в результаті молекулярної дифузії одного газу в іншій. У сучасних двигунах тривалість процесу сумішоутворення складає 0,0005—0,06 с. Інтенсифікація дифузійних процесів можлива підвищенням температури компонентів, збільшенням поверхонь змішання поділом потоків на окремі струмені, організацією турбулентної дифузії, що сприяє переходу з одного середовища в інше не тільки окремих молекул, але і визначених об'ємів компонентів.

У газових двигунах здійснюють головним чином зовнішнє сумішоутворення за допомогою змішувачів, які установлюються у впускній системі. Для поліпшення змішування використовують завихрювання повітря в процесі наповнення циліндрів, багатодирчасті форсунки і впуск газу з надкритичними швидкостями. Проте при внутрішньому сумішоутворенні суміш менш однорідна, чим при зовнішньому.

Утворення пальної суміші з повітря і легковипаровуючих рідких палив утрудняють різні агрегатні стани компонентів. Дифузійним процесам змішування повинен передувати випар палива. Це, поряд з великою масою молекул палива, сповільнює змішування в результаті молекулярної дифузії ще більшою мірою, ніж при змішуванні з повітрям газоподібних палив з високою теплотою згоряння.

Прискорення випару палива досягають збільшенням поверхні випару в десятки і сотні разів розпилюванням палива, що випливає з розпилювачів карбюраторів, на окремі краплі розміром у 100 - 300 мкм. При випарі палива зменшується температура суміші; це знижує тиск насичених пар палива і, отже, кількість палива, що випарувалося, в одиниці об'єму суміші. Для підтримки швидкості випару суміш підігрівають так, щоб на шляху проходження суміші до циліндрів випаровувалося 60—80% палива. Інше паливо попадає в циліндри з потоком пароповітряної суміші у виді крапель і плівки. При цьому кількість палива, що попадає в окремі циліндри в рідкій фазі, різне.

Рівномірність складу суміші по окремих циліндрах і однорідність її можна збільшити, забезпечуючи більш тонке розпилювання палива і більш інтенсивний прогрів двохфазної суміші у впускній системі двигуна. Однак зменшення розмірів крапель при карбюруванні і підігріві зменшують наповнення циліндрів. Тому карбюрування здійснюють при температурі 250-350К и невеликих швидкостях повітря в дифузорах карбюраторів (25 - 150 м/с).

Поліпшення сумішоутворення можливо при використанні замість карбюрування вприскування палива насосами і форсунками у впускні патрубки (під тиском 0,25 - 0,5 МПа) чи безпосередньо в циліндри. Застосування вприскування поліпшує наповнення циліндрів, розпилювання і дозування палива по циліндрах, регулювання паливоподачі в залежності від умов роботи двигуна. Використання внутрішнього сумішоутворення дозволяє застосовувати підвищені ступені стиску, тому що усуненням підігріву у впускній трубі і більш пізнім вприскуванням палива можна уникнути зайвого нагрівання палива.

Особливостями процесів сумішоутворення в двигунах із запаленням палива від теплоти стиснутого заряду є погана випаровуваність палива, їхній збіг, у значній частині, за часом із процесами згоряння, нерівномірність розподілу палива в об'ємі камери згоряння. Для прискорення випару дизельного палива необхідно забезпечити розпилювання і прогрівши крапель. Це в значній мірі визначає момент початку вприскування, його тривалість і тиск палива при упорскуванні.

Кут випередження вприскування палива θ у сучасних двигунах складає 10 - 30° до ВМТ, а тривалість вприскування дози палива, що відповідає повній потужності, θ₁=12 - 40° кута повороту колінчастого вала двигуна. Для забезпечення необхідної тонкості розпилювання доводиться застосовувати тиск вприскування не менш 7,5 МПа для розділених камер і 25 МПа для нерозділених камер на початку вприскування і, що доходить у процесі вприскування відповідно до 25 - 245 МПа.

При плині палива по каналах распилюючих отворів і його відділенні від крайок цих отворів потік дістає збурювання, що викликають поперечні і подовжні коливання тиску в струмені, що деформують струмінь і в окремих випадках розривають її на частині. При влученні струменя в щільний повітряний заряд камери згоряння в результаті взаємодії сил поверхневого натягу й аеродинамічних сил, сил тиску струмінь починає руйнуватися на окремі об'єми різної величини і форми.

Краплі продовжують зменшуватися в результаті випару і триваючого розпаду. У результаті монолітний спочатку струмінь, розпадаючись, утворить факел, що складається з окремих крапель, пар палива і газів, що заповнюють простір між краплями.

Будова факела распиленого і випаруваного палива міняється безупинно під час вприскування. Концентрація палива в перетинах факела нерівномірна (по осі розташовується так називаний стрижень факела); у міру видалення від осі розмір крапель і їхня швидкість швидко зменшуються, а кількість крапель і пар зростає. З крапель навколо стрижня утвориться так називана оболонка факела. За першими краплями утвориться спутний потік газу і пар, температура в якому у результаті випару крапель знижується.

В міру переміщення крапель їхня траєкторія відхиляється від осі, чому сприяють випадково спрямовані від осі факела результуючі аеродинамічних сил. У результаті перетин факела збільшується, що характеризується величиною тілесного кута факела φ.

Паливо може запалитися вже під час розвитку факела; у результаті місцевого виділення теплоти можуть утворитися високотемпературні (заповнені продуктами згоряння) зони з тиском, що локально підвищується. Це приведе до руйнування і перебудови факела, прискоренню прогріву і випару крапель. Після відсічення подачі палива швидкість струменів і крапель швидко знижується, факел коротшає, його перетини зменшуються.

Якість розпилювання палива характеризується двома параметрами:

1) тонкістю розпилювання;

2) однорідністю крапель (відхиленням їхніх діаметрів від середнього значення).

Тонкість розпилювання визначається середнім діаметром крапель. Якість розпилювання палива залежить від тиску вприскування, геометричних розмірів соплових отворів форсунки, частоти обертання вала двигуна, властивостей палива, тиски і температури стиснутого повітря, типу камери згоряння.

6.2 Процеси сумішоутворення в дизелі

Процес сумішоутворення здійснюється в результаті розпилювання палива за допомогою форсунки високого тиску, спрямованого вихрового руху заряду в камері, а іноді також регулювання температури деталей, на яких відбувається випар палива.

Типи сумішоутворення

У залежності від характеру вприскування палива розрізняють об'ємний, плівковий і об'ємно-плівковий (змішаний) типи сумішоутворення, що здійснюються в нерозділених камерах згоряння.

Об'ємне сумішоутворення – вприскування палива робиться в повітряне середовище. При цьому методі влучення палива на стінки камери згоряння не допускається. Таке сумішоутворення має місце в 2-тактних двигунах.

Плівкове сумішоутворення - основна частина палива попадає на стінки камери і розтікається у виді тонкої рідкої плівки. У цьому випадку для гарного запалення в стиснене повітря впорскується близько 5% палива, а інша його частина - на стінки.

- частина палива впорскується в повітряне середовище, а частина на стінки.

Один зі способів об'ємно-плівкового сумішоутворення запропонований Мойрером і розроблений фірмою MAN (ФРН). Він характеризується наступними особливостями:

- для кращого запалення і згоряння в стиснене повітря впорскується 5% палива, а основна маса палива (95%) наноситься на стінки у виді плівки товщиною 10-15мкм;

- впорснуте в нагріте повітря паливо самозаймається і потім підпалює пальну суміш, що утвориться в процесі випару плівки зі стінок циліндра і перемішування пар палива з повітрям;

- паливо з поверхні стінок на початку згоряння випаровується порівняно повільно і горіння починається повільно. Потім процеси прискорюються, при цьому поршень йде до НМТ і тому двигун працює м'яко і безшумно;

- такий процес згоряння дозволяє використовувати в двигуні різні палива: бензин, гас, лігроін, солярова олива й ін.

- камера згоряння має розвиті витискувачі, які створюють інтенсивний вихровий рух повітряного заряду, що сприяє гарному випару і сумішоутворенню.

Двигуни з подібним процесом називаються багатопаливними двигунами.

Сумішоутворення в розділених камерах згоряння

Для поліпшення сумішоутворення застосовують розділені камери згоряння. Розрізняють два типи сумішоутворення: передкамерне і вихрокамерне.

Передкамерне сумішоутворення характеризується такими способами:

1. Камера згоряння розділена на дві частини: передкамеру об'ємом (0,25-0,4)V_с і головну камеру, що з'єднані між собою вузькими каналами, що перешкоджають швидкому перетеканню газів з передкамери в циліндр. У результаті цього максимальні тиски згоряння невеликі і двигун працює дуже м'яко.

2. У процесі стиску в передкамері створюється неупорядкований турбулентний рух повітря за рахунок перетікання його з великою швидкістю (200-300 м/с) через вузькі канали з циліндра. У цьому випадку сумішоутворення визначається інтенсивністю руху потоку повітря в передкамері, а не якістю розпилювання палива, завдяки цьому двигун мало чуттєвий до сорту палива і має знижений тиск вприскування (10-13 МПа).

3. Наявність вузьких каналів і розвитої поверхні камери згоряння приводить до великих утрат тепла через стінки передкамери і втрат енергії при перетіканні газів у передкамеру і назад, що утрудняє пуск холодного двигуна і погіршує його економічність.

Для полегшення пуску підвищують ступінь стиску до 20-21, а в передкамері встановлюють калільні свічі, що включаються при пуску.

Вихрокамерне сумішоутворення на відміну від передкамерного характеризується:

1. Великим об'ємом вихрової камери (0,5-0,8)V_с, у якій у процесі стиску створюється організований обертальний рух повітря.

2. Великим прохідним перетином і, отже, великим тиском згоряння в циліндрі через швидке перетекання згорілих газів з вихрової камери в основну.

3. Завдяки великим прохідним перетинам втрати енергії заряду при перетіканні відносно невеликі. Для надійного пуску вихрокамерні двигуни мають e = 17-20.

Дата добавления: 2014-01-07