Файл: Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник.pdf

60 до 360е С, вязкость при 20° С равную 1,7—1,8сСт и температуру вспышки ниже минус 5° С. Применение таких смесей позволит увели­ чить ресурсы дизельного топлива на 30—40%.

Второе направление связано с повышением температуры конца кипения (выкипания 96% топлива) для зимних и арктических топлив до 360° С, т. е. до температуры конца кипения летнего топлива. Это мероприятие позволит увеличить выпуск наиболее дефицитных сортов дизельного топлива на 5—10%. Оба указанных направления находятся в стадии исследований и окончательного решения по их реализации не принято.

На процесс смесеобразования влияет способность паров топлива диффундировать в окружающий воздух. Однако в дизельных двига­ телях, имеющих более высокую степень сжатия и сильную турбулизацию воздуха, этот показатель имеет меньшее значение в процессе смесеобразования, чем в карбюраторных двигателях. Дизельные топ­ лива имеют коэффициент диффузии 0,04—0,05 г/см2-с (бензины —

0,09 г/см2 • с).

Скрытая теплота испарения и теплоемкость дизельных топлив так­ же влияют на процесс смесеобразования. Однако роль этих свойств топлива в дизельных двигателях проявляется в меньшей степени, чем в карбюраторных. Это связано, в первую очередь, с большим перепадом температур при впрыскивании топлива в дизельном двигателе. Вели­ чина скрытой теплоты испарения дизельных топлив имеет значение главным образом в период пуска двигателя при относительно невысокой температуре воздуха в конце такта сжатия.

очень ограничены.

§ 3. СГОРАНИЕ

Общие вопросы сгорания топливо-воздушных смесей в двигателях рассмотрены ранее при изложении процессов сгорания бензинов. Здесь мы остановимся лишь на особенностях процесса сгорания в ди­ зельных двигателях и на свойствах топлив, определяющих течение этого процесса.

На рис. 46 показана типичная диаграмма изменения давления р

характер изменения средней температуры газов в камере сгорания t и скорости подачи топлива vT.

Подача топлива начинается за 10—20° поворота коленчатого вала до в. м. т и может заканчиваться как до в. м. т., так и после нее. Угол между началом впрыскивания топлива и в. м. т. называют углом опе­ режения впрыска фвп. В течение некоторого времени после начала впрыска топлива в камеру сгорания воспламенения топливо-воздуш­

118

кает в две стадии. Собственно воспламенению (образованию очагов горячего пламени) предшествует появление холодного пламени.

Появление очагов горячего пламени сопровождается ростом дав­ ления и температуры газов в камере сгорания. Точку 2 на рис. 46, в которой линия повышения давления отрывается от линии сжатия чистого воздуха, условно принимают за начало сгорания, а интервал времени т, (в градусах поворота коленчатого вала) между точками /

и2 — за период задержки воспламенения, или период индукции.

Вслучае двухстадийного самовоспламенения общий период задерж­ ки тг состоит из двух частей: периода задержки холодного пламени

ивторого периода задержки т2.

Топливо-воздушная смесь в камере сгорания дизельного двигателя никогда не бывает однородной по температуре, поэтому развитие предпламенных реакций всегда протекает неодинаково в отдельных ее ча­ стях. Это приводит к тому, что самовоспламенение возникает не одно­ временно во всей массе смеси, а, в первую очередь, в отдельных очагах, от которых оно затем распространяется на смежные объемы. В связи с этим время общей задержки воспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испа­ рение и смешение паров топлива с воздухом (физическая составляющая тфиз) и из времени, необходимого для завершения предпламенных ре­ акций и формирования очагов самовоспламенения (химическая со­ ставляющая тхим). Естественно, что физическая составляющая времени задержки воспламенения существенно зависит от конструкционных осо­ бенностей двигателя, поэтому одно и то же топливо в различных двига-' телях может показать разную длительность периода задержки воспла­ менения.

Период задержки воспламенения является как бы подготовитель­ ной фазой процесса сгорания. Собственно процесс сгорания начинается в точке 2. Условно его разделяют на три фазы.

119

К моменту окончания периода задержки значительная часть впрыс­ нутого топлива успевает испариться и начавшийся процесс сгорания охватывает все новые и новые порции смеси. Продолжающее поступать топливо быстро сгорает по мере его испарения и смешения паров с воз­ духом, причем воспламенение в этот период происходит главным об­ разом за счет смешения с горячими продуктами сгорания ранее подан­ ного топлива. Этот период, называемый периодом быстрого сгорания, характеризуется быстрым нарастанием давления и температуры в ка­ мере сгорания.

За момент окончания первой фазы процесса сгорания условно при­ нимают точку максимума давления на индикаторной диаграмме (точка 3).

После фазы быстрого сгорания наступает фаза замедленного го­ рения, в течение которой давление меняется незначительно. В этот период времени прекращается подача топлива, однако процесс сгора­ ния продолжается и температура газов растет. Некоторое снижение давления в течение второй фазы объясняется увеличением объема ка­ меры сгорания вследствие движения поршня. Момент окончания второй фазы принято определять по точке максимума температуры цикла (точка 4).

Процесс сгорания не заканчивается в точке 4. Уже на линии рас­ ширения происходит догорание остатков несгоревшего топлива и про­ дуктов его неполного сгорания, образовавшихся в зонах местного переобогащения смеси. Скорость догорания определяется скоростью диф­ фузии и турбулентного смешения остатков топлива с воздухом. Фаза догорания захватывает значительную часть такта расширения ( до 70— 80° угла поворота коленчатого вала после в. м. т.). Характер проте­ кания фазы догорания в значительной мере определяет дымность и ток­ сичность отработавших газов двигателя.

Свойства применяемого топлива оказывают влияние практически на все фазы сгорания. Но в наибольшей мере свойства топлива опре­ деляют подготовительную фазу — период задержки воспламенения. Влияние свойств топлива на одну из составляющих общего периода задержки тфия мы рассмотрели выше. Здесь рассматривается влияние свойств топлива на вторую составляющую тхпм.

Длительность периода задержки воспламенения в значительной мере определяет последующее течение всего процесса сгорания. При большой длительности периода задержки возрастает количество введен­ ного топлива к моменту его воспламенения, увеличивается количество испарившегося топлива, улучшается однородность топливо-воздушной смеси и степень ее химической подготовки. Поэтому начавшийся про­ цесс сгорания в этом случае идет весьма интенсивно с участием боль­ шого объема хорошо подготовленной смеси. В этом случае в первой фа­ зе сгорания резко возрастает скорость нарастания давления на каждый градус поворота коленчатого вала двигателя — появляются характер­ ные стуки. Такую работу двигателя называют жесткой. Если давление в камере сгорания увеличивается при повороте коленчатого вала на один градус не более чем на 4—6 кгс/см2 (для различных двигателей

120

эта величина не одинакова), то двигатель работает мягко. Большие величины приращения давления соответствуют жесткой работе.

При жесткой работе возникают ударные нагрузки на поршень, увеличивается максимальное давление на подшипники, вызывая их ускоренный износ, а иногда и механическое разрушение. Жесткая ра­ бота дизельного двигателя может сопровождаться деформацией порш­ невых колец (вплоть до их поломки) и прорывом в картер значительного количества газов.

При прочих равных условиях уменьшение длительности задержки воспламенения обусловливает более плавное изменение давления, т. е. более мягкую работу двигателя. Однако чрезмерное сокращение периода задержки воспламенения ведет к уменьшению полноты сгора­ ния. При коротких задержках воспламенения процесс сгорания начи­ нается сразу же после начала подачи и большая часть топлива впрыски­ вается не в воздух, а в продукты сгорания. Капли топлива при этом бы­ стро испаряются, не успевая достигнуть тех зон камеры сгорания, в ко­ торых кислород воздуха еще не израсходован. Процесс смесеобразо­ вания резко ухудшается, падает мощность и экономичность двига­ теля.

Топлива в зависимости от их состава, могут существенно различать­ ся по длительности периода задержки воспламенения. Для обеспечения нормального течения процесса сгорания необходимо применять топ­ лива, имеющие оптимальную длительность периода задержки воспла­ менения.

Для стандартной характеристики топлив по длительности периода задержки воспламенения пользуются специальной установкой с одно­ цилиндровым двигателем—ИТ 9-3. Двигатель установки с переменной степенью сжатия работает с постоянной частотой вращения коленча­ того вала (900 об/мин) при впрыске топлива под давлением 106 кгс/см2 за 13° поворота коленчатого вала до в. м. т.

Сущность определения воспламеняемости дизельных топлив на установках ИТ 9-3 по методу совпадения вспышек заключается в сравнении испытываемого образца топлива с эталонными топливами, воспламеняемость которых известна. В качестве эталонных топлив применяют два индивидуальных углеводорода: цетан (н-гексадекан Q«H 34) и а-метилнафталин (СПН40), которые резко отличаются по вос­ пламеняемости. Цетан имеет малый период задержки самовоспламе­ нения, и его воспламеняемость принята за 100 единиц, а а-метилнаф- талин имеет большой период задержки, и его воспламеняемость при­ нята за 0. Смеси цетана с а-метилнафталином в различных соотноше­ ниях обладают разной воспламеняемостью.

Оценка воспламеняемости топлива проводится следующим образом. При работе на испытуемом топливе изменением степени сжатия дви­ гателя добиваются такого положения, чтобы при начале впрыска за 13° поворота коленчатого вала (ПКБ) до в. м. т. сгорание смеси на­ чиналось ровно в в. м. т., т. е. период задержки воспламенения рав­ нялся 13°. Затем подбирают такую смесь цетана и а-метилнафталина, которая при этой же степени сжатия обладала таким же периодом задержки воспламенения (13°). Процентное (по объему) содержание це­

121