книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

тов давление распиливания (см. рис. 39) уменьшается, качество смесеобразования ухудиается, увеличиваются тепловые потери

и уменьшается индикаторный к. п. д.

Увеличение числа оборотов сверх оптимального значения также приводит к уменьшению riL . Причина - ухудшение сме­ сеобразования и сгорания вследствие сокращения времени на эти процессы.

Рис. 53. Изменение индикаторного к. п. д. в зависи­ мости от числа оборотов двигателя при o( = const |20J.

Значение оптимального числа оборотов зависит от кон­ структивных особенностей дизеля (в том числе от особен­

IB0

л о в ы х п о д а ч а х т о п л и в а о п т и м а л ь н ы е ч и с л а о б о р о т о в р а з л и ч н ы ,

В л и я н и е р а з л и ч н ы х ф а к т о р о в н а д и н а м и к у п р о ц е с с а

с г о р а н и я

К а к уж е г о в о р и л о с ь выш е , д и н а м и к а п р о ц е с с а с г о р а н и я

м ож ет б ы т ь о ц е н е н а в е л и ч и н а м и с к о р о с т и н а р а с т а н и я д а в л е ­ н и я в ц и л и н д р е в о в т о р о м п е р и о д е ( с м . р и с . 4 9 ) и с т е п е н ь ю п о в ы ш е н и я д а в л е н и я п р и с г о р а н и и .

П р и о ц е н к е с р е д н е й и л и м г н о в е н н о й м а к с и м а л ь н о й с к о р о ­

с т е й н а р а с т а н и я д а в л е н и я ц е л е с о о б р а з н о п о л ь з о в а т ь с я з н а ­

Степень повышения давления обычно определяется отно­

шением

г д е р с - м а к с и м а л ь н о е д а в л е н и е п р и ч и с т о м с ж а т и и б е з п о ­ д а ч и т о п л и в а . И но гда вместо р с б е р е т с я в е л и ч и н а р ' , с о ­

ответствующая давлению в момент воспламенения топлива

(рис. *»9).

С увеличением средней схорости нарастания давления увеличивается динамическая (ударная) нагрузка на детали двигателя и одновременно возрастает степень повышения

Из сказанного легко сделать заключение, что с точки зрения увеличения срока службы и надежности работы двига­ теля необходимо стремиться к достижению "мягкой" работы, соответствующей умеренным скоростям нарастания давления в процессе сгорания. Однако при этом процесс сгорания мо­

Таким образом-, одновременное обеспечение высокой на­ дежности и экономичности работы двигателя решается кон­ структорами с учетом этих двух противоречивых обстоя­ тельств.

Впрактике эксплуатации ДВС динамика процесса сгорания не остается постоянной и зависит от многих факторов, кото­ рые инхенер-ыеханик должен четко представлять.

В§ I говорилось, что для выполненного двигателя ско­ рость нарастания давления во втором периоде сгорания оп­ ределяется количеством одновременно воспламенившегося топлива, которое успевает поступить в цилиндр дизеля за период задержки воспламенения. Таким образом, показатели динамики процесса сгорания зависят от периода задержки воспламенения, о чем свидетельствует графическая зависи­ мость на рис. 50.

Лроф. A. U. Толстов н а основании многочисленных жепериментов получил эм пирические срормули, уст а -

182

навлтающие зависимости показателей динам ики сгорания от периода задержки воспламенения и конструктивных факторов;

Рассмотрим, от каких факторов зависит величина периода задержи воспламенения, оказывающая столь значительное влияние на динамику процесса сгорания.

5 § 30 приведена формула, позволяющая качественно оце нить влияние физических и химических факторов на Т ; ,

(129')

Юля быстроходных двигателей с наддувом проф. Толстов предложил эмпирическую зависимость f2.0J, по своей ст рук­ туре напоминающую фюрииулу(129),но содержащую коэффици­ енты,устанавливающие количественную зависимость от конструктивных и. эксплуат ационны х ф акт оров,

Здесь

В=12'10'^(l- i,6 ’iO'j4nAe') - коэффициент ,учитывающ ий число оборотов в а л а дизеля;

с - -i- [i+0,5 8 (е - i) J - коэффициент, учитывающий влияние ст епени сж атия е и коэффициента

; -[('+т^ -(“»^+^ смгоС”)] •

который в свою очередь учитывает соотношения между р а ­ диусом. кривошипа Иши длиной шатуна Ьш,Хш=— -^ а такж е

183

величину действительного угла опережения подачи топлива.

Ы оп ( с м - Р и с - 3 9 ) ;

Е - энергия активации (см . формулу ( i 2 8 ));

A R = U9&5 нал/л1оль - универсальная газовая постоянная; it{ - показатель политропы сжатия.

Таким образом, величина Tj, (оС°) зависит от большого числа факторов, которые можно условно разбить на четыре группы:

1)физические,

2)химические,

3)конструктивные,

4)эксплуатационные.

товки топлива к воспламенению(нагревание и испарение ка­ пель, соударение молекул, химические превращения) происхо дят энергичнее и период задержки уменьшается (формула (129)). Уменьшается и с ростом давления р 1 , так как с ростом плотности среды улучшается качество распилива­ ния, увеличивается коэффициент теплоотдачи от воздуха к капле, ускоряются процессы нагрева и испарения частиц топ лива. Зто обстоятельство также учитывается формулой (129)

Наличие больших относительных скоростей движения ча­ стиц топлива и воздуха, завихрений способствует лучшему смесеобразованию, нагреву и испарению частиц топлива и по тому также вызывает уменьшение Т i .

Химические факторы. Под химическими факторами понима-

184

стоя химический состав топлива, концентрация кислорода и

дит к уменьшению концентрации кислорода и возрастанию пе­ риода задержки самовоспламенения.

Конструктивные факторы. К ним относятся: степень сжа­ тия, конструкция камеры сгорания, материал поршня, давле­ ние распыливания топлива, давление наддува, температура воздуха перед цилиндром дизеля и т.д .

Перечисленные и многие другие факторы влияют на вели­ чину периода задержки самовоспламенения через физические

1 8 5

счете, изменение периода задержки самовоспламенения. Одновременно с изменением формы камеры сжатия изменя­

ются направление и интенсивность воздушных потоков, каче­ ство смесеобразования, условия нагрева и испарения капе­ лек топлива (т .е . физические факторы) и, как следствие, изменяется %i .

Эксплуатационные факторы. 6 процессе эксплуатации порознь или одновременно могут изменяться очень многие факторы: нагрузка и число оборотов вала дизеля, темпера­ тура и давление атмосферного воздуха, температура и дав­ ление наддувочного воздуха, противодавление за цилиндра­ ми, температура охлаждающей воды, угол опережения подачи топлива, сорт топлива и т.д .

Естественно, что подробный анализ влияния всех этих факторов здесь невозможен. Поэтому мы ограничимся рассмот­ рением нескольких примеров. По мере надобности будем об­

угла опережения подачи топлива от рекомендуемого заводомизготовителем. Если произошло увеличение установочного (статического) угла оС ^ , то увеличивается и действи­ тельный угол опережения подачи топлива Ы.*п (см. рис. 39). Подача топлива начнется в момент, когда давление р и тем­ пература Т воздуха в цилиндре будут иметь меньшие зна­ чения (точка 1'на рис. 54). В результате физико-химиче­ ские процессы подготовки топлива к самовоспламенению будут происходить более вяло.о^г, (Т^) возрастет доoC i(t[) и за период задержки самовоспламенения успеет поступить боль­ шая часть цикловой подачи топлива (& / вместо 0 / ). Воспламенение и сгорание этой увеличенной порции топлива

136

лива, так как цикл приближается к и зохорн ои у, потери теп­

и в выпускном патрубке (непосредственно измеряется термо­

т ит ь, что при увеличении ос*П уменьшаются cos2o<*n и.

воспламенением и увеличением отрицательной работы во вре­ мя сгорания при ходе пориня к ВМТ.

индикаторного к . п . д ., максимального давления сгорания и

окружающей среды, является причиной возрастания тем перату­ ры и давления в момент начала подачи топ ли ва . В этом слу­ чае физико-химические процессы подготовки топлива к вос­ пламенению протекают более акти вн о , период задержки само­ воспламенения сокращ ается, скорость нарастания давления,

188

ных потоков в цилиндре дизеля и максимальное давление рас­ пиливания топлива, т .е ., в конечном счете, на интенсив-

V e = c o n s t , n M = c o n st

ность предпламенных процессов. С увеличением числа оборо­ тов физико-химические процессы подготовки топлива к само­ воспламенение протекает быстрее и %i , выраженным в еди­ ницах времени, уменьшается (рис. 5в). Это обстоятельство учитывается коэффициентом В в формуле (136). Что касает­ ся периода задержки самовоспламенения в угловых единицах, то его увеличение в данном примере объясняется еще более быстрым ростом числа оборотов вала топливного насоса

с с [ = X i ' Ь П " .

189