2.2. Процесс сгорания .

Для эффективного протекания горения топливо должно находится в парообразном состоянии, но из- за недостатка времени на смесеобразование часть топлива не успевает испариться и находится в начале горения в капельно-жидком состоянии.

Первые очаги пламени появляются одновременно в нескольких точках камеры сгорания. Возникновение этих очагов вызывает нагрев близлежащих участков смеси и общий рост температуры, что вызывает испарение остальных частиц топлива. многоочаговое воспламенение вызывает большую скорость сгорания в начальный период и образующееся пламя практически мгновенно воспламеняет часть поступившего топлива. Из-за недостатка кислорода условия горения этого топлива менее благоприятны.

Если учесть характер и интенсивность тепловыделения, изменение температуры и давления в цилиндре в разные моменты времени, то весь процесс горения можно условно разделить на четыре фазы рис.4:

- первая фаза (I) – задержка воспламенения (1 – 2);

- вторая фаза (II) – быстрое сгорание (2 – 3);

- третья фаза (III) – плавное изменение давления (3 – 4);

- четвертая фаза (IV)- догорание топлива.

Рис.4. Диаграмма давления и температуры в цилиндре дизеля.

Первая фаза горения (задержка воспламенения). Охватывает промежуток времени от начала впрыскивания (точка 1) до начала видимого сгорания (точка 2). Впрыск топлива происходит до прихода поршня в ВМТ. Угол опережения впрыска топлива находится в пределах 25 – 35⁰ поворота коленчатого вала. Период задержки воспламенения включает в себя время, необходимое для распада струй на капли, прогрева, частичного испарения и смешения топливных паров с воздухом. Количество выделяемого тепла при этом невелико, поэтому заметного повышения давления не наблюдается. За время этого периода в цилиндр поступает, как правило, 30 – 40% топлива от всего количества за цикл.

Продолжительность периода задержки оказывает большое влияние на развитие процесса сгорания и на работу дизеля в целом. Чем больше период задержки, тем больше топлива поступает в цилиндр до начала воспламенения. Это приводит к:

- резкому повышению давления в цилиндре;

- увеличению максимального давления сгорания;

- уменьшению моторесурса двигателя в связи с повышенным износом деталей.

При малом периоде задержки ухудшается качество смесеобразования, топливо не успевает равномерно распределиться в воздухе.

Факторы, влияющие на продолжительность первой фазы.

1.Воспламеняемость топлива. Цетановое число.

2. Давление и температура воздушного заряда. При увеличении Р и Т⁰ период задержки уменьшается.

3. Тип камеры сгорания.

4.Интенсивность направленного движения заряда в камере. Увеличение интенсивности несколько сокращает период задержки воспламенения.

5. Тип распылителя форсунки. Форсунка закрытого сокращает период задержки воспламенения.

6. Нагрузка. С ростом нагрузки увеличивается давление и температура, а это вызывает сокращение времени задержки воспламенения.

7. Частота вращения коленчатого вала. При её увеличении возрастают запаздывание и продолжительность впрыскивания топлива. В соответствии с этим в ещё большей степени запаздывает и удлиняется процесс сгорания.

Вторая фаза горения (II) протекает в период от начала видимого сгорания (точка 2) до момента окончания впрыскивания (точка 3), что примерно совпадает с моментом достижения максимального давления. В течение этой фазы сгорает топливо, поступившее в цилиндр за период первой фазы, и часть топлива, подаваемого за вторую фазу. Протекание процесса сгорания в начале второй фазы определяет жёсткость работы двигателя. В течении второй фазы выделяется 30 – 45% всей теплоты. Продолжительность второй фазы составляет 10 – 20⁰ поворота коленчатого вала.

Факторы, влияющие на продолжительность второй фазы.

1. Количество топливо. Чем больше подача топлива и мельче распыление, тем интенсивнее тепловыделение и рост давления.

2. Тип камеры сгорания. Влияние конструкции камеры на первую фазу горения приводит к определённому развитию и второй фазы.

3. Нагрузка. С уменьшением нагрузки продолжительность второй фазы горения сокращается, так как уменьшается величина впрыскиваемой порции топлива и время его подачи.

4. Частота вращения коленчатого вала. При росте частоты улучшается качество распыления, сокращается продолжительность впрыска, растёт давление и температура заряда. Всё это приводит к сокращению второй фазы сгорания.

Третья фаза горения (III) – характеризуется плавным изменением

давления. Началом этой фазы считается конец второй фазы (точка 3), а окончанием – момент, соответствующий достижению максимальной средней температуры газов в цилиндре (точка 4). К началу третьей фазы оставшееся топливо разлагается с образованием частиц углерода в виде сажи, которая, покидая цилиндр вместе с отработавшими газами, вызывает сильное дымление. Горение продолжается при увеличивающемся объёме камеры, поэтому давление плавно понижается.

За время третьей фазы выделяется 25 – 30% теплоты, поэтому температура продолжает повышаться, достигая в конце фазы 1800 – 2200 К. Продолжительность третьей фазы соответствует 15 – 25⁰ поворота коленчатого вала.

Факторы, влияющие на развитие третьей фазы.

1. Качество распыления и количество топлива. Чем меньше подано топлива до начала третьей фазы горения, тем меньше будет выделено теплоты в этой фазе, что характерно для работы дизеля на малых нагрузках.

2. Скорость движения воздушного заряда. При чрезмерном завихрении заряда тепловыделение в третьей фазе снижается, увеличивается неполнота сгорания.

3. Частота вращения коленчатого вала. Продолжительность третьей фазы сокращается.

Четвёртая фаза горения (IV) – догорание начинается в момент достижения максимальной температуры и продолжается в течение всего времени догорания топлива. В течение этой фазы догорает топливо, не успевшее сгореть в третьей фазе, причём происходит это в условиях недостатка кислорода, так как значительное его количество уже израсходовано. Поэтому догорание протекает медленно.

За время четвёртой фазы при полной нагрузке дизеля выделяется 15 – 25% теплоты. Продолжительность четвёртой фазы соответствует 50 – 60⁰ поворота коленчатого вала.

Факторы, влияющие на развитие четвёртой фазы.

1. Турбулентное движение заряда. Улучшает контакт топлива и воздуха и, следовательно, улучшает догорание.

2. Качество распыления в конце подачи топлива. Чем больше диаметр капель, тем продолжительнее процесс догорания.

3. Попадание топлива на холодные стенки внутрицилиндрового пространства приводит к увеличению времени догорания, поэтому увеличение нагрузки дизеля до его прогрева нежелательно.

4. Наддув. Используя наддув, увеличивают количество подаваемого топлива, в том числе и путём затяжного впрыска, что проводит к увеличению времени догорания.