6.3. Фазы процесса сгорания и жесткость работы в дизелях

Длительность I фазы (задержка самовоспламенения) определяют по индикаторной диаграмме от начала впрыскивания топлива (подъема иглы форсунки) в точке 1, до момента отклонения кривой давления при сгорании от кривой давления сжатия в точке 2 (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Индикаторная диаграмма изменения давления р и

температуры Т в цилиндре дизеля при сгорании и расширении

В фазе II (быстрого горения) сгорает большая часть топлива, впрыснутого за время задержки самовоспламенения, а также часть топлива, впрыснутого во время второй фазы (впрыскивание топлива обычно заканчивается).

От очага воспламенения горение быстро распространяется в зоны, в которых топливо успело испариться, и была образована горючая смесь необходимой концентрации.

Сгорание в III фазе происходит при почти постоянном и даже несколько снижающемся давлении, поэтому начало третьей фазы определяется положением максимума давления (точка 3), а конец – положением максимума температура газов в цилиндре (точка 4 на индикаторной диаграмме).

Догорание топлива и продуктов его неполного сгорания происходит в IV фазе сгорания. Образование горючей смеси в фазе догорания происходит относительно медленно, поскольку количество неиспользованного воздуха в камере сгорания мало. Кроме того, в зонах горения и вокруг них находятся продукты сгорания, что снижает скорость взаимной диффузии паров топлива и воздуха. Сгорание заканчивается в точке 5.

Процесс сгорания в дизелях происходит при высоком давлении и относительно больших значениях α в камере сгорания. В этих условиях продукты сгорания практически не диссоциируют.

Несмотря на большой избыток воздуха (α существенно больше 1,0) по отношению к цикловой дозе топлива, полное сгорание не всегда удается, особенно при высоких частотах вращения коленчатого вала. Этим объясняется образования сажи при работе дизеля без наддува на смесях с α < 1,3, а дизелей с наддувом при α < 2,0. Регулируя угол θ опережения впрыскивания топлива, можно изменять вид индикаторной диаграммы (положение р_z) для установления оптимальной мощности и экономичности дизеля (рис. 6.13).

Рис. 6.13. Индикаторные диаграммы дизеля при различных углах θ:

1 – θ = 10^о до В.М.Т.; 2 – θ = 15^о до В.М.Т.; 3 – θ = 20^о до В.М.Т.

4 – линия сжатия.

Меньшей жесткостью работы обладают дизели с пленочным смесеобразованием, в которых желательные скорость испарения топлива и скорость смесеобразования поддерживаются регулированием температуры стенки камеры сгорания, на которую впрыскивается топливо и образуется пленка, и относительной скоростью вихревого движения заряда (см. рис. 5.6). В разделенных камерах сгорания (рис. 5.5) ограничение скорости сгорания во второй фазе сгорания, а, следовательно, и скорости нарастания давления dp/dφ, достигается тем, что воспламенение и начало сгорания осуществляется при недостатке воздуха (α < 1,0) в камере небольшого объема – предкамере или вихревой камере, поэтому скорость нарастания давления и максимальное давление в цилиндре в двигателях с разделенными камерами сгорания существенно ниже, чем в дизелях с объемным смесеобразованием (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Индикаторные диаграммы дизелей:

───── – с неразделенной камерой сгорания;

─ ─ ─ ─ – с предкамерой; ─ ∙ ─ ∙ ─ – с вихревой камерой

Скорость потока воздуха и продуктов сгорания, истекающих из соединительных каналов разделенных камер сгорания при сжатии и расширении, однозначно связаны с частотой вращения коленчатого вала. При увеличении n возрастают скорости диффузионного переноса паров топлива и воздуха, что особенно заметно в третьей и четвертой фазах процесса сгорания. Поэтому в дизелях с разделенными камерами сгорания эффективное сгорание без дымления возможно при значительно более высокой частоте вращения (n до 5000 мин^-1) и при меньшем коэффициенте избытка воздуха α, по сравнению с дизелями с неразделенными камерами, что делает целесообразным их использование на легковых автомобилях.Скорость нарастания давления при сгорании в ДВС с принудительным зажиганием ≤ 0,2 МПа/град. (при отсутствии детонации), а в дизелях достигает 0,3 – 0,6 МПа/град. (в высокооборотных дизелях более 1,5 МПа/град.), поэтому уровень шума при работе дизеля (более 100 дБ) превосходит уровень шума при работе ДВС с искровым зажиганием (70 – 85 дБ).

В комбинированных ДВС давление и температура в конце сжатия тем больше, чем больше давление наддува р_к. В соответствии с этим будет сокращаться задержка самовоспламенения и уменьшаться скорость нарастания давления. Тем не менее, организация эффективного процесса смесеобразования и сгорания в них требует внимания для исключения чрезмерного увеличения продолжительности сгорания при повышенной цикловой подаче топлива и ограничении максимального давления р_z.