Процесс сгорания в дизелях.

В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндра, в результате чего продолжительность этого процесса в 45... 70 раз меньше, чем у карбюраторных двигателей. Поэтому топливо не успевает равномерно распределиться по объему камеры сгорания. В связи с этим для нормального сгорания топлива в дизелях коэффициент избытка воздуха >1.

На рисунке 4 изображена развернутая индикаторная диаграмма дизеля в функции от угла поворота коленчатого вала. Процесс сгорания в дизеле условно делят на четыре периода.

Первый период. Топливо впрыскивается в точке 2, когда поршень не доходит до в.м.т. на угол (угол опережения впрыскивания). До точки 3 происходит подготовка топлива к сгоранию, и период от точки 2 до точки 3 называют периодом задержки воспламенения топлива. Его продолжительность должна быть по возможности меньшей, так как увеличение этого периода приводит к накоплению значительного количества топлива в цилиндре, что вызовет во втором периоде быстрого сгорания (участок 3—4) чрезмерно резкое увеличение давления и, как результат, повышенную жесткость работы дизеля.

Второй период. При нормальном протекании процесса сгорания отношение не должно превышать 0,4...0,6 МПа/град. Для уменьшения жесткости необходимо стремиться к сокращению первого периода за счет правильного выбора топлива, степени сжатия, качества распыливания, улучшения вихревого движения заряда и других факторов.

Рис. 4 Развернутая диаграмма процесса сгорания в дизеле

Подготовленное к сгоранию топливо в первом периоде самовоспламеняется горит с интенсивным выделением теплоты и повышением давления. Нарастание давления во втором периоде зависит в основном от продолжительности первого, а также от качества распыливания топлива, закона его подачи в первом втором периодах сгорания. Максимальное давление достигается к концу второго периода.

Третий период проходит при замедленном тепловыделении из-за недостатка кислорода и с незначительным изменением давления (участок 4—5) вследствие увеличения объема и его называют периодом медленного сгорания. Наибольшая температура цикла достигается при 20...35° п.к.в. после в.м.т. К этому времени сгорает 70...80 % топлива. На продолжительность этого периода сгорания в основном влияет интенсивность перемешивания горючих частей топлива с воздухом. Чем она больше, тем полно сгорание. Подача топлива, как правило прекращается в третьем периоде, но догорание его длится и дальше в процессе расширения.

Четвертый период - это догорание топлива, начинающееся при максимальной температуре цикла (точка 5) и заканчивающееся на линии расширение (70...80° п.к.в. после в.м.т.). Для достижения наилучших мощностных и экономических показателей дизеля необходимо стремиться к уменьшению периода догорания.

Процесс расширения

В результате расширения тепловая энергия преобразуется в механическую работу. На индикаторной диаграмме процесс расширения изображается линией zb (рис. 5). В отличие от теоретического цикла, где процесс расширения протекает по адиабате, в реальном двигателе этот процесс сопровождается интенсивным теплообменом между газами, стенками цилиндра и окружающей средой, т. е. протекает по политропе с переменным показателем .

В начале процесса расширения (участок zo) приток теплоты от догорающего топлива будет превышать тепловые потери, поэтому показатель политропы < . В точке о потери и приток тепла равны и = - При дальнейшем расширении, когда практически все топливо сгорает, тепловые потери превышают тепловой приток и > .

Так же, как и при расчете процесса сжатия, для упрощения расчетов показатель политропы расширения принят постоянным и равным среднему значению за процесс расширения. Для карбюраторных двигателей он находится в пределах 1,25... 1,33, а для дизелей 1,22...1,25.

Рис. 5. Диаграмма процесса расширения.

Давление и температуру конца расширения можно определить из уравнения политропного процесса . Для начала (точка z) и конца (точка b) процесса расширения.