Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания

Второй период – с момента начала интенсивного нарастания давления в КС до сгорания основной массы поданного в цилиндр топлива характеризуется высокой скоростью сгорания по всему объему КС в зонах, где созданы условия для бурного окисления топлива. Средняя скорость нарастания давления – жесткость сгорания ∆р/∆ – не долж

на превышать 0,6 МПа на 1о угла поворота коленчатого вала с целью ограничения силовых нагрузок на поршень, другие детали КШМ и снижения шумоизлучения двигателя. Величина ∆р/∆ зависит от многих особенностей двигателя и свойств топлива, в частности, от формы КС, угла опережения впрыска топлива (Өº) до ВМТ и цетанового числа топлива – его склонности к самовоспламенению. Один из простейших и эффективных способов снижения жесткости сгорания – уменьшение угла Өº. При этом топливо подается в сжатый воздух КС с повышенной температурой (до 700 ºС), меньшее его количество накапливается в цилиндре в индукционный период i и, как следствие, более плавно протекает кривая р=f() во второй период. Однако снижение жесткости сгорания таким способом часто сопряжено с ухудшением топливной экономичности двигателя из-за менее своевременного тепловыделения в цилиндре относительно ВМТ.

Третий условный период начинается у ВМТ при движении поршня к НМТ и продолжается при р ≈ const, когда топливо, ранее поданное в КС, сгорело, а продолжает гореть топливо, подаваемое форсункой в конце впрыска в пламя при неблагоприятных условиях в цилиндре из-за образования большого количества инертных продуктов сгорания и уменьшении текущего значения α. В современных дизелях продолжительность третьего периода часто близка к нулю вследствие того, что к началу этого периода топливоподача в КС завершена.

Иногда по различным причинам, например из-за неисправностей системы топливоподачи (грубого распыливания топлива на крупные капли, закоксовывания сопловых отверстий форсунки и т.д.), сгорание топлива не завершается у ВМТ и продолжается на линии расширения. Этот период называется четвертой фазой сгорания – догоранием топлива. Естественно, чем продолжительнее эта фаза, тем хуже эксплуатационные показатели двигателя.

Возможные ненормальности сгорания топлива в дизеле и их признаки во многом аналогичны ненормальностям двигателей с искровой системой зажигания горючей смеси: жесткое сгорание топлива при величинах ∆р/∆>0,6 МПа на 1º угла , что проявляется резкими стуками в цилиндре, напоминающими детонационное сгорание; черное дымление ОГ из-за неисправностей систем питания топливом и воздухом (например, вследствие грубого распыливания топлива на крупные капли и чрезмерного загрязнения воздушного фильтра); белое дымление, чаще всего, на непрогретом двигателе, когда часть топлива, впрыснутого в КС, не воспламеняется, а лишь испаряется и выбрасывается с ОГ в виде белого топливного пара; синее дымление, аналогично двигателям с искровым зажиганием горючей смеси, из-за чрезмерного попадания в КС картерного масла, которое в ней не успевает сгореть и выбрасывается с ОГ, придавая им указанный цвет. При полном сгорании углеводородного топлива – нефтепродуктов – их ОГ почти бесцветны, слегка серого цвета. Различные интенсивные цвета ОГ косвенно отражают неисправности двигателя, его ухудшенные экономические и экологические показатели.

Токсичность отработавших газов. Наряду с индикаторными вели-чинами gi(i), важным показателем совершенства протекания рабочего процесса ДВС является токсичность ОГ, обусловленная выделениями вредных для окружающей среды веществ: СО, СnНm, NOx, C (сажи) и др. Относительное количество этих выделений, образующихся в цилиндре, предопределяется типом и другими особенностями двигателя.

К существенным особенностям двигателей с искровой системой зажигания относится использование на многих режимах работы богатых топливовоздушных смесей при коэффициенте α<1, т.е. неравенстве Lд<Lо.

Например, при запуске и холостом ходе двигателя этот коэффициент может составлять 0,9–0,7 и менее. Из-за относительного недостатка воздуха при α<1 неизбежно неполное сгорание топлива с повышенным образованием СО и СnНm. Количество этих выделений дополнительно возрастает при отрицательном влиянии на рабочий процесс различных конструктивных и эксплуатационных факторов: неравномерности распределения по цилиндрам и неоднородности горючей смеси, неисправностей систем питания топливом и зажигания, некачественного топлива и др.

Максимальная температура газов в камере сгорания может достигать 2000 оС и более. При таких высоких температурах образуется значительное количество окислов азота NO, NO2 и др., обозначаемых обычно в сумме как NOx. Относительная вредность для здоровья человека указанных веществ СО, СnНm и NOx выражается распространенным соотношением, соответственно, 1:0,67:20. В ОГ может находиться также множество других ядовитых веществ, токсичность которых в десятки и сотни раз выше, чем у перечисленных. Однако из-за большой сложности измерения особо опасных токсичных веществ, например бензапирена, в эксплуатационных условиях эти вещества обычно не контролируются.

При техосмотрах автомобильных бензиновых двигателей до 2005 г. токсичность ОГ в России определялась по ГОСТ 17.2.2.03–87 (изменение № 1 от 12.10.98 г.). По данному стандарту, в частности, для автомобилей без каталитических нейтрализаторов и с ними, для минимальных n=nmin холостого хода допустимая объемная доля СО в ОГ соответственно 3,5 и 1 %, выделения СmНп для двигателей с числом цилиндров до четырех (включительно) 1200 и 400 млн- Измерение указанных токсичных веществ производится приборами – газоанализаторами различных типов.

С 2005 г. введен в действие ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами». По данному стандарту выбросы СО и СnНm нормируются в зависимости от категории автомобиля, оснащенности его нейтрализатором ОГ и года выпуска (до или после 010.1986 г.). Так, для всех категорий автомобилей, изготовленных до 010.1986 г., на холостом ходу работы двигателя при частоте nmin допускаются выбросы СО до 4,5 %, а выделения СnНm не нормируются.

В дизельных двигателях в основном из-за резкой локальной неоднородности состава топливовоздушной смеси (например, по сечению капель топлива местный (локальный) коэффициент α изменяется от нуля до бесконечности) и относительно малой продолжительности процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания создаются условия для глубокого крекинга (разложения) углеводородов топлива вплоть до выделения сажи (С), которая вызывает повышенное черное дымление ОГ. Чистая сажа не представляет большой опасности для здоровья человека. Однако в условиях цилиндра она пропитывается токсичными веществами и ее вредность резко возрастает.

 Скачать реферат