Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания

где – общее количество впусков свежего заряда для всех цилиндров iц двигателя за 1 час. Для четырехтактных двигателей =30 iцn.

На полных нагрузках указанных двигателей gг=2–8 %, для частичных режимов величина gг карбюраторных двигателей – до 30–40 %. Большое отно

сительное количество остаточных газов в свежем заряде нежелательно, т.к. способствует ухудшению условий сгорания топлива, его перерасходу и повышению токсичности ОГ.

8.4 Сгорание топлива и токсичность отработавших газов

На рис. 11 показана схема индикаторной диаграммы типичного четырехтактного ДВС без наддува с краткой иллюстрацией процессов, происходящих в цилиндре и соответствующих им характерных точек и участков. Процессы наполнения, сжатия рабочего тела и очистки цилиндров от остаточных газов важны для организации и проведения процесса сгорания – превращения располагаемой теплоты топлива, подаваемого в цилиндры, в индикаторную работу. Совершенство этого превращения предопределяется полнотой и своевременностью сгорания топлива у ВМТ. При осуществлении реального цикла двигателя необходимо стремиться к тому, чтобы максимально возможное количество топлива, подаваемого в цилиндр, полностью сгорало у ВМТ.

Рис. 11. Схема развернутой индикаторной диаграммы двигателя с искровой системой зажигания горючей смеси

Один из способов количественной оценки параметров сгорания топлива в ДВС состоит в снятии на работающем двигателе и анализе развернутых индикаторных диаграмм в р--координатах ( – угол поворота коленчатого вала) с помощью специальных приборов – индикаторов различного типа.

На рис. 11 в качестве примера приведена такая диаграмма типичного двигателя с искровой системой зажигания (сплошные линии). Там же пунктиром показана диаграмма сжатие – расширение рабочего тела при выключенном зажигании. Характерные точки и участки данной диаграммы работающего двигателя: с – момент подачи искры между электродами свечи зажигания, сс´ – период задержки воспламенения топлива (I участок, первая фаза сгорания топлива); с´z – период видимого сгорания топлива (интенсивное выделение теплоты, повышение температуры и давления в цилиндре), II участок, вторая фаза сгорания. Условно принято, что конец сгорания соответствует точке z. Фактически полное выгорание топлива часто завершается позже на линии расширения.

Точке z соответствует максимальное давление pz и максимальная температура Тz. Скорость нарастания давления на участке II ∆p/∆ называется средней жесткостью сгорания, которая количественно характеризует динамичность процесса сгорания (тепловыделения) и соответственно силового нагружения поршня и деталей кривошипно-шатунного механизма. Чем больше величины pz и ∆p/∆, тем неблагоприятнее условия работы указанных деталей, в частности шатунных подшипников.

При нормальном протекании реакций сгорания топлива скорость распространения фронта пламени от электродов свечи к периферии КС достигает 30–40 м/с. Иногда эта скорость может аномально возрастать в десятки раз до 1500–2000 м/с. Такое явление называется детонацией. Ее сущность состоит в том, что часть горючей смеси в КС, удаленная от свечи, при неблагоприятных условиях (перегреве топливовоздушной смеси, недостаточной стойкости топлива против детонации и др.) самовоспламеняется с высокой скоростью сгорания до прихода основного фронта пламени от свечи. Детонационное сгорание в цилиндре недопустимо, т.к. ухудшает все эксплуатационные показатели двигателя, вызывает разрушение деталей, образующих КС: прогорание днища поршня, разрушение его колец и перемычек между ними и т.д.

Распространенные меры устранения детонации в цилиндрах: поддержание двигателя в исправном техническом состоянии; использование качественных топлив, соответствующих данному двигателю; уменьшение нагрузки на двигатель (например, путем прикрытия дроссельной заслонки системы питания) до выяснения причины детонации и ее устранения на всех рабочих режимах.

Другие возможные ненормальности сгорания топлива в КС двигателя с искровой системой зажигания и их проявления, обусловливающие ухудшение удельной топливной экономичности и экологических показателей ОГ: синее (голубое) дымление – из-за повышенного количества картерного масла, попадающего в КС, например через изношенные поршневые кольца (пониженная компрессия в цилиндрах); белое дымление – из-за попадания в ОГ несгоревшего топлива и его паров, в частности, на непрогретом двигателе или(и) при неработающей свече зажигания; так называемое преждевременное калильное воспламенение топлива не от искры, а от посторонних перегретых деталей КС, например, выхлопного клапана или свечи зажигания при интенсивном на них нагарообразовании.

Сгорание топлива в дизелях существенно отличается от рассмотренных процессов сгорания (тепловыделения) в двигателях с искровым зажиганием горючей смеси. Это обусловлено иным принципом воспламенения топлива в КС дизелей – его самовоспламенением от сжатия рабочего тела при высоких давлениях 3–5 МПа и температурах 600–700 оС. Топливо подается в КС с опережением до ВМТ с продолжительностью обычно не более 30о поворота коленчатого вала и высоким давлением впрыска форсункой до 100 МПа и более. При указанных относительно благоприятных условиях, а также вследствие организованного движения воздушных потоков в цилиндре топливо сравнительно тонко распыливается на мелкие капли, быстро испаряется, перемешивается с кислородом воздуха и окисляется – сгорает с выделением теплоты. Продолжительность смесеобразования в дизелях по углу примерно на порядок меньше, чем в двигателях с искровым зажиганием горючей смеси. Состав этой смеси по объему КС крайне неравномерен, например, по сечению капли топлива локальный (местный) коэффициент α изменяется от нуля (в жидкой фазе капли) до бесконечности на ее периферии. Поэтому средние значения α вынуждены принимать на полной нагрузке не менее 1,2. Эти величины существенно зависят от формы КС и других особенностей двигателя: в дизелях с разделенными на две части КС средняя величина α меньше, чем для неразделенных КС из-за более интенсивного перемешивания топливовоздушной смеси в первых из них.

На индикаторной диаграмме дизелей, аналогичной по виду диаграмме, показанной на рис. 11, выделяют четыре периода – фазы сгорания топлива.

Первый период – от момента начала поступления топлива в цилиндр в конце процесса сжатия до начала бурного сгорания. В этот период (i) задержки самовоспламенения топлива оно неравномерно распределяется по КС, перемешивается с воздухом, прогревается и частично испаряется. Наиболее прогретая его часть начинает относительно медленно реагировать с кислородом воздуха, что слабо влияет на приращение давления в цилиндре.

 Скачать реферат