Сгорание в дизельных двигателях

Особенности процесса сгорания, рис. 25:

- подача топлива начинается с опережением на угол θ до в.м.т. и заканчивается после в.м.т.;

- изменение давления от т.1 до т.2 происходит только вследствие сжатия.

- подъем давления вследствие тепловыделения при сгорании начинается с т.2. К этому моменту в цилиндр попало σ₁ топлива;

- φ₁ – задержка воспламенения;

- повышение температуры на участке 1΄ – 2΄ обусловлено сжатием заряда, при этом часть теплоты расходуется на испарение впрыснутого топлива;

- наибольшая интенсивность тепловыделения происходит в начальный период сгорания, но количество выделившейся теплоты δ₃ около 1/3 от общего количества тепла, выделившегося в цилиндре;

- мах значения температура т.4΄ достигает после мах давления т.3.

- Положение т.4΄ зависит от скорости сгорания. К этому моменту т. δ₄ выделилось 70-80% от всей теплоты;

- тепловыделение продолжается и после достижения мах Т, к моменту 5΄ количество выделивщейся теплоты составляет около 97%.

Процесс сгорания можно разделить на 4 фазы:

1 - фаза подготовки очагов воспламенения 1 -2;

2 - фаза развития очагов воспламенения и распространения пламени 2 – 3;

3 - фаза сгорания основной массы рабочей смеси 3 – 4;

4 - фаза относительно медленного догорания оставшихся горючих компонентов смеси 4 – 5.

Фаза 1 (задержка воспламенения) существенно влияет на процесс сгорания. Если процесс задержки велик и к концу его в цилиндр попадет большая часть дозы топлива, то ее сгорание вызовет резкое нарастание

давления и приведет к повышению максимального давления цикла. Экономичность цикла повысится, но нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма возрастут и наоборот. При увеличении вязкости топлива, доза его, попавшая в цилиндр за период задержки воспламенения увеличится за счет снижения утечек в насосе, что приведет к более резкому нарастанию давления и увеличению нагрузок на детали КШМ.

Рис. 25. Процесс сгорания в дизельном двигателе

На продолжительность 1-й фазы влияет:

- физико-химические свойства топлива;

- Т и р сжатого воздуха;

- вихревые движения в камере сгорания;

- содержание в рабочем теле инертных газов.

Фаза 2 определяет жесткость работы двигателя и его экономич-ность.(наилучшее положение т.3 (р_мах) 6 – 10⁰ после в.м.т.).

На продолжительность 2-й фазы влияют:

- продолжительность задержки воспламенения;

- величина подачи топлива за период задержки;

- равномерность распределения топлива в камере сгорания.

Фаза 3 – от р_мах до Т_мах. К началу 3-й фазы подача топлива обычно заканчивается. Несмотря на повышение температуры давление снижается за счет движения поршня (увеличения объема внутренней полости цилиндра).

Продолжительность 3-й фазы зависит от:

- величины избытка воздуха (α = (L_факт/L_теор; при α >1 – смесь обедненная; а при α < 1 смесь обогащенная).

- характеристики подачи топлива;

- скорости движения заряда в камере сгорания.

Оптимальным считается, когда Т_мах появляется 20 - 35⁰ после в.м.т.. Для лучшего перемешивания топлива с воздухом используют перетекание заряда из вспомогательной камеры в основную камеру сгорания (вихрекамерные и предкамерные ДВС)

Фаза 4 (период 4-5) характеризуется замедленным сгоранием (95 – 97% теплоты уже выделилось). Если период впрыска растянут, то в 4-й фазе может выделиться 10 – 30% теплоты. Продолжительность сгорания будет соответствовать 50 – 60⁰ поворота коленчатого вала. Условия сгорания в этом случае неблагоприятные. Перенос тепловыделения в 4 фазу понижает эффективность использования теплоты, т.к. повышает температуру выпуска и экономичность двигателя снижается.

На продолжительность 4-й фазы влияет:

- коэффициент избытка воздуха;

- продолжительность подачи топлива в 3-ей фазе.