Фазы сгорания по индикаторной диаграмме

Характер тепловыделения, потери теплоты в среду охлаждения, утечки через поршневые кольца совместно со скоростью изменения объема при движении поршня определяют изменение давления в цилиндре, от которого зависят экономические и энергетические показатели дизеля, механические, тепловые нагрузки и шумоизлучение.

На рис.32, а приведены зависимости давления и средней по объему (термодинамической) температуры рабочего тела по углу

Рис. 32

Индикаторные диаграммы и характеристики ввода а и активного выделе­ния Х_х теплоты:

а — фазы сгорания; б — влияние формы характеристики впрыскивания на изменение давления

в цилиндре при сгорании

поворота коленчатого вала. Под зависимостями р, T=f(φ) приведены интегральные характеристики впрыскивания и активного тепловыделения. На рис. 32, б иллюстрируется влияние ступенчатой характеристики впрыскивания на зависимость p=f(q>).

Первая фаза сгорания, или период задержки воспламенения, определяется как интервал времени, или углов поворота коленчатого вала, от начала впрыскивания (φ_нвп) до момента, когда давление в цилиндре становится в результате выделения теплоты выше давления при сжатии заряда без впрыскивания топлива (точка а на диаграмме давления рис. 32, а).

Период задержки воспламенения при впрыскивании жидкого топлива включает в себя время, необходимое для распада струй на капли, некоторого продвижения капель по объему камеры сгорания, прогрева, частичного испарения и смешения топливных паров с воздухом, а также время саморазгона химических реакций.

На длительность второй фазы сгорания, влияют следующие факторы

Воспламеняемость топлива. Чем больше цетановое число, тем лучше воспламеняемость топлива.

2.Давление и температура заряда в начале впрыскивания топлива. Увеличение давления и особенно температуры, как правило, сокращает θ_i,

3. Тип камеры сгорания. Он оказывает влияние на θ_i, вследствие различий в распределении топлива по объему заряда и в пристеночной зоне, а также в температуре стенок камеры сгорания.

4.Интенсивность направленного движения заряда. Увеличение интенсивности движения заряда в дизеле, как правило, несколько сокращает длительность задержки воспламенения.

5.Характеристики впрыскивания и распыливания. Интенсификация впрыскивания и ускорение развития топливных струй до определенного предела способствуют небольшому сокращению θ_i,.

6.Изменение нагрузки. В зависимости от конструкции топливной системы θ_i, изменяется по-разному. Если начало подачи в зависимости от нагрузки не изменяется, то θ_i, незначительно удлиняется при уменьшении нагрузки в связи со снижением давления и температуры заряда в момент начала впрыскивания топлива. Если же при уменьшении нагрузки начало впрыскивания топлива запаздывает, то возможно сокращение θ_i, вследствие увеличения давления и температуры заряда в цилиндре в момент начала впрыскивания топлива.

7. Увеличение частоты вращения. Увеличение п приводит к возрастанию скорости сжатия заряда, улучшению распыливания топлива и повышению давления и температуры заряда в момент начала впрыскивания топлива.

Вторая фаза сгорания, или фаза быстрого сгорания, обозначенная на рис.32 a, 0_п, начинается с момента, определяемого как момент воспламенения, и продолжается до достижения максимума давления. Эту фазу можно разделить на две части: от начала сгорания до точки б и участок б — z. В течение первой сгорает часть смеси, подготовленная к воспламенению за θ- и происходит быстрое тепловыделение и нарастание давления. В течение этой части второй фазы имеет место максимальная величина скорости нарастания давления в цилиндре — (dp/dφ)_max.

На развитие и длительность второй фазы сгорания влияют следующие факторы

1.Количество и состояние топлива, поданного в цилиндр за 0, и подаваемого в течение второй фазы сгорания. При характеристике 1 впрыскивания (рис. 32 б, кривая а) меньше подача топлива за θ, и, как следствие, меньше (dp/d(φ)_max- Чем мельче распиливаются и быстрее охватывают объем заряда первые порции впрыскиваемого топлива, тем интенсивнее тепловыделение и нарастание давления во второй фазе.

2.Скорость движения заряда. Вплоть до некоторого значения увеличение скорости движения заряда способствует интенсификации тепловыделения в фазе быстрого сгорания.

3.Тип камеры сгорания. От типа камеры сгорания существенно зависит характер развития второй фазы сгорания в связи с влиянием его на длительность θ_i, а также на количество ТВС, подготовлен­ной к воспламенению за θ_i, и после начала воспламенения.

4.Нагрузка. При уменьшении нагрузки сокращается продолжительность второй фазы сгорания за счет заключительной ее части, что связано с уменьшением величины впрыскиваемой порции топлива и длительности ее подачи.

5. Частота вращения. При повышении частоты вращения i₂ сокращается в такой степени, что продолжительность @₂, выраженная в град ПКВ, возрастает в существенно меньшей степени, чем частота вращения.

Третья фаза сгорания, или фаза быстрого диффузионного сгорания, наиболее ярко выраженная при больших нагрузках и в дизелях с наддувом, начинается в момент достижения максимума давления и завершается в момент максимума температуры, который всегда достигается позже максимума давления. В третьей фазе имеет место диффузионное сгорание при интенсивном смешении.

На развитие третьей фазы сгорания оказывают влияние следующие факторы

1. Качество распиливания и количество топлива, впрыскиваемого после начала сгорания.

2. Скорость движения воздушного заряда. Увеличение скорости движения заряда до некоторого оптимального значения увеличивает тепловыделение в третьей фазе.

3. Наддув. Введение наддува увеличивает тепловыделение.

4. Увеличение частоты вращения. Подача и распиливание топлива интенсифицируются, а скорость движения заряда повышается вследствие увеличения п. Продолжительность третьей фазы по времени сокращается, а в градусах может возрасти.

Четвертая фаза сгорания (догорание) продолжается с момента достижения максимальной температуры цикла до окончания тепловыделения. В этой фазе также происходит диффузионное сгорание, но при малой скорости смешения, так как основная часть топлива и окислителя уже израсходована. При благоприятных условиях происходит достаточно полное выгорание сажи, образовавшейся и течение предыдущих фаз сгорания.

На развитие четвертой фазы сгорания влияют следующие факторы

1.Турбулентные пульсации заряда. Они увеличивают вероятность своевременного контакта между частицами топлива и окислителя. Высокочастотные пульсации обеспечивают относительную скорость между частицами сажи и заряда, необходимую для завершения сгорания.

2.Качество распыливания порций топлива, подаваемых в конце впрыскивания. Чем больше максимальный диаметр капель, чем длительнее процесс догорания топлива.

3.Попадания топлива на холодные поверхности внутрицилиндрового пространства. Это явление также может вызвать затянутое догорание.

Дата добавления: 2014-10-31