Процессы сгорания и тепловыделения в дизеле.

17.1. Дайте общую характеристику процесса сгорания в дизеле. Назовите преобладающую разновид­ность горения и ее взаимосвязь со смесеобразованием.

В дизеле воспламеняется гетерогенная смесь с разделенными компонентами в пространстве фронтом горения и диффузией в эту зону компонентов с обеих сторон. В этом случае процесс сгорания лимитируется более медленным по сравнению с химическим реагированием – диффузией, идущими последовательно. При сгорании турбулизация увеличивает встречный перенос компонентов в зону горения диффузионного пламени. Процесс смешения продолжается и после выгорания образовавшейся к этому моменту смеси и перехода в диффузионный режим. При воспламенении струи топлива одновременно имеет место подвод теплоты от горячего источника, которым является окружающий заряд, к наружной оболочке струи, где химические реакции протекают наиболее быстро, и отвод теплоты из этой зоны в холодную центральную часть топливной струи. По мере прогрева топливной струи скорость отвода теплоты снижается до критического значения, при котором происходит воспламенение наружной оболочки струи.

17.2. Рассмотрите три фазы тепловыделения и четыре фазы сгорания, определяемые по индикаторной диаграмме дизеля. Дайте характеристику каждой из них.

Процесс тепловыделения можно разделить на три фазы. В первой из них длительностью q_TI выделение теплоты идет одновременно с интенсивным прогревом, испарением топлива и перегревом его паров. До определенного момента (т. а) затраты теплоты преобладают над выделением. За конец первой фазы принимается точка, в которой выделение теплоты компенсирует затраты на подогрев. В течении второй фазы значимая часть этой ТВС сгорает, также как и часть топлива, подаваемого в цилиндр уже после завершения первой фазы. Начиная с т. в, т.е. с конца второй фазы а начала третьей сгорание идей по диффузионному процессу. Фазы сгорания – на рис. 11.5. Первая фаза сгорания, или период задержки воспламенения, определяется как интервал от начала впрыскивания до момента, когда давление в результате выделения теплоты становится выше, чем оного. Вторая фаза сгорания, или фаза быстрого сгорания, продолжается до достижения максимума давления. Эта фаза делится на две части: от начала сгорания и до момента, в котором сгорает все топливо, приготовленное в первой фазе; и от этого момента до начала диффузионного горения. Третья фаза, быстрого диффузионного сгорания, идет от максимума давления до максимума температуры, который достигается позже из-за того, что изменение температуры менее чувствительно к изменению объема. При третьей фазе имеет место диффузионное горение со смешением, топливо подается в пламя. Четвертая фаза, догорание, продолжается с максимума температуры до окончания тепловыделения. Происходит медленное диффузионное догорание, т.к. почти все реагенты уже израсходованы.

17.3. Какие основные факторы и как влияют на период задержки воспламенения?

Первая фаза сгорания, или период задержки воспламенения, определяется как интервал от начала впрыскивания до момента, когда давление в результате выделения теплоты становится выше, чем оного. На длительность этого периода влияют: 1) Воспламеняемость топлива. Чем больше цетановое число, тем лучше воспламеняемость, а следовательно и короче t_i. 2) Давление и температура заряда в начале впрыскивания топлива. Увеличение давления и особенно температуры сокращает t_i. Поэтому применение наддува (особенно без промежуточного охлаждения), повышение e, уменьшение f_оз до определенного значения способствуют уменьшению t_i. 3) Тип КС. Оказывает влияние вследствие различий распределения топлива по объему. 4) Интенсивность движения заряда. Ее увеличение несколько сокращает t_i. 5) Характеристики впрыскивания и распыливания. Интенсификация впрыскивания способствует небольшому сокращению t_i. 5) Изменение нагрузки. Если при уменьшении нагрузки начало впрыскивания запаздывает (из-за конструкции), то возможно сокращение t_i из-за увеличения р и Т в момент начала впрыскивания. 6) Увеличение n. Приводит к возрастанию скорости сжатия заряда, улучшению распыливания и повышению р и Т в момент начала впрыскивания топлива.

17.4. Какие основные факторы и как влияют на фазу «видимого» сгорания? Какой величиной харак­теризуется обычно «жесткость» процесса горения?

Вторая фаза сгорания, или фаза быстрого сгорания, продолжается до достижения максимума давления. Эта фаза делится а две части: от начала сгорания и до т. б, в которой сгорает все топливо, приготовленное в первой фазе; и от б до в – начало диффузионного горения. На ее развитие влияют: 1) Количество и состояние топлива, поданного в цилиндр за t_i и подаваемого в течении второй фазы. Чем мельче распыливание и большая охватываемость заряда пламенем, тем интенсивнее происходит горение. 2) Скорость движения заряда. До некоторого значения ее увеличение способствует интенсификации тепловыделения. При перезавихривании уменьшается количество теплоты за вторую фазу (диффузионного горения). 3) Тип КС. От него существенно зависит характер развития второй фазы в связи с влиянием его на длительность t_i и на количество ТВС, приготовляемой к воспламенению за t_i. Чем больше подача топлива в пристеночную зону, тем ниже скорость тепловыделения. 4) Нагрузка. При ее уменьшении сокращается продолжительность второй фазы за счет второй части, что связано с уменьшением впрыскиваемой порции топлива. 5) Частота вращения. При повышении n t_II сокращается в такой степени, что продолжительность q_II в ПКВ почти не возрастает. Что связано с улучшением распыливания, уменьшением продолжительности впрыска, повышением р и Т заряда.

17.5. Какие основные факторы и как влияют на фазу быстрого диффузионного сгорания?

Третья фаза, быстрого диффузионного сгорания, идет от максимума давления до максимума температуры. При третьей фазе имеет место диффузионное горение со смешением, топливо подается в пламя. Не ее развитие влияют: 1) Качество распыливания и количество топлива, впрыскиваемого после начала сгорания. Если впрыскивание завершается до начала третьей фазы, то количество теплоты не велико. 2) Скорость движения воздушного заряда. До некоторого значение увеличение улучшает тепловыделение, при перезавихривании заряда тепловыделение снижается. 3) Наддув. Введение наддува увеличивает тепловыделение. С повышением степени наддува длительность третьей фазы и тепловыделение возрастают. 4) Увеличение n. Подача и распыливание топлива интенсифицируются, а скорость движения заряда повышается. Продолжительность по времени сокращается, а в ПКВ может и возрасти.

17.6. Какие основные факторы и как влияют на фазу медленного диффузионного сгорания?

Четвертая фаза, догорание, продолжается с максимума температуры до окончания тепловыделения. Происходит медленное диффузионное догорание, т.к. почти все реагенты уже израсходованы. На развитие четвертой фазы влияют: 1) Турбулентные пульсации заряда. Они увеличивают вероятность своевременного контакта между частицами топлива и окислителя. 2) Качество распыливания порций топлива, подаваемых в конце впрыскивания. Чем больше диаметр капель, тем дольше будет идти процесс догорания топлива. 3) Попадание топлива на холодные поверхности внутрицилиндрового пространства. Это явление также вызывает затянутое догорание. 4) Наддув. Приводит к некоторому затягиванию процесса догорания вследствие увеличения продолжительности впрыскивания.

17.7. Как влияет режим работы дизеля на эффективность горения? Какие способы применяются для оптимизации момента воспламенения при изменении режима работы дизеля?