26 Процесс сгорания в дизеле рассматривается на развернутой индикаторный диаграмме

Момент впрыска топлива в сжатый воздух (точка 1) принимают за начало процесса сгорания. Момент впрыска характеризуется углом опережения впрыска топлива (УОВТ).В процессе сгорания дизельного двигателя выделяют четыре периода:I — период задержки воспламенения, когда осуществляются физико-химические процессы подготовки топлива к сгоранию;II — период быстрого сгорания, способствующий резкому нарастанию давления в цилиндре и заканчивающийся уже после ВМТ (участок 2—3), воспламенение топлива в дизеле происходит за счет повышения температуры воздуха при сжатии;III — период медленного сгорания, характеризующийся незначительным изменением давления (участок 3—4) в связи со снижением скорости химических реакций из-за уменьшения количества кислорода и увеличения количества продуктов сгорания; IV — период догорания топлива (участок 4—5), который должен быть возможно меньшим за счет создания завихрения смеси в цилиндре и правильного выбора характеристик топливоподачи.Период быстрого сгорания характеризуется скоростью нарастания давления на каждый градус поворота коленчатого вала, которая определяет жесткость протекания процесса и жесткость работы двигателя. Среднее значение этой скорости (см. участок 2—3) определяется отношениемгде— угол поворота коленвала, град.Жесткость работы дизеля не должна превышать 0,4...0,6 МПа/град. (для бензинового двигателя — 0,1...0,2 МПа/град.). Жесткая работа дизеля сопровождается стуком и недопустима в эксплуатации, так как вызывает быстрый износ и поломки деталей КШМ, хотя экономичность при этом несколько улучшается.Длительность второй фазы зависит от продолжительности первой фазы сгорания, качества распределения топлива по объему камеры сгорания и от закона подачи топлива в течение первой и второй фаз.Для снижения жесткости в дизелях применяют разделенные камеры сгорания (предкамерное смесеобразование), но при этом ухудшаются пусковые свойства и экономичность работы. Снижение жесткости работы дизелей достигается также применением объемно-пленочного смесеобразования с камерой сгорания в поршне.

27 При пуске дизелей необходимо приложить значительное усилие для прокручивания коленчатого вала. Это усилие еще более возрастает при застывании масла в холодную погоду.Для того чтобы уменьшить величину усилия при прокручивании дизеля во время пуска, применяют декомпрессионный механизм, с помощью которого можно уменьшить компрессию (сжатие воздуха) в цилиндрах.Под действием включенного декомпрессионного механизма клапаны все время остаются приоткрытыми. Поэтому во время процесса сжатия воздух из цилиндров выходит во впускной трубопровод. Декомпрессионный механизм, как правило, соединяют с впускными каналами, чтобы через них проходил очищенный в воздухоочистителе воздух. Кроме того, в этом случае ускоряется прогрев дизеля, так как воздух из впускного трубопровода попадает потом в другой цилиндр, а не выходит наружу через выпускные клапаны.Декомпрессионный механизм открывает клапан только на небольшую величину, чтобы избежать ударов клапанов о поршень, когда он подходит к верхней мертвой точке. Поэтому в некоторых дизелях, например СМД-14, Д-48М(Л), для большего снижения компрессии приходится соединять декомпрессионный механизм как с впускными, так и с выпускными клапанами.

28 Построение индикаторной диаграммы

Тепловой расчет двигателя завершается построением индикаторной диаграммы рабочего процесса в координатных осях p-V. Индикаторная диаграмма, изображенная в этих осях, представляет собой зависимость давления газов в цилиндре от его объема. При построении индикаторной диаграммы следует помнить, что рабочий процесс в 4-татных двигателях происходит за два оборота коленчатого вала, т.е. за четыре хода поршня двигателя, а в 2-тактных за один оборот коленчатого вала, т. е. за два хода поршня.Расчетная индикаторная диаграмма строится по значениям давлений и объемов в характерных точках расчетного цикла (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) и значениям показателей политроп сжатия и расширения (n1, n2). В качестве примера на рис. 1.2 представлены индикаторные диаграммы 4- и 2-тактных двигателей. А

б

Рис. 1.2. Примерный вид расчетных индикаторных диаграмм 4-тактного (а) и 2-тактного (б) двигателей

 

1.9.1. Порядок построения индикаторной диаграммы 4-тактного двигателяПостроение индикаторной диаграммы начинается с процесса наполнения, который представляет собой изобару 8–1 и строится по значениям давления и объема двух ранее найденных точек р₈, р₁, V₈, V₁.Процесс политропного сжатия 1–2 описывается уравнением.       Поэтому давление в любой точке политропного сжатия будет находиться как,    гдер_i, V_i – давление и объем на i-ом промежуточном участке политропного сжатия.Процессы изохорного (2–3) и изобарного (3–4) горения также описываются двумя точками и соответствующими в них значениями давления и объема р₂, р₃, р₄, V₂, V₃, V₄.Процесс политропного расширения 4 – 5 описывается уравнениемДавление в любой точке процесса расширения на участке 4 – 5,                                                                                    (1.33)

где р_i, V_i – давление и объем на i-ом промежуточном участке политропного расширения.Процесс выпуска отработавших газов (участок 5–6–7) описывается точками, рассчитанными ранее: р₅, р₇, V₅, V₆, V₇. А значение величины давления р₆, оно же давление на выходе из турбины р_г, определяется следующим образомПосле чего необходимо замкнуть полученную индикаторную диаграмму, вернувшись в точку начала построения 8.

1.9.2. Порядок построения индикаторной диаграммы 2-тактного двигателяПостроение индикаторной диаграммы 2-тактного двигателя в основном аналогично построению индикаторной диаграммы 4-тактного двигателя, за исключением того, что процесс продувки 5–6 упрощенно описывается уравнением прямой, проходящей через две точки р₅, р₆, V₅, V₆,         где р_i, V_i – давление и объем на i-м промежуточном участке процесса продувки.Давление в любой точке процесса продувки можно определить следующим образомОпределение объемаV₁=V₅ необходимо производить с учетом доли потерянного объема.    Задача построения индикаторной диаграммы как для 4-тактного, так и для 2-тактного двигателей достаточно просто и с большой точностью решается посредством использования приложенияMicrosoft Excel.В приложении В подробно изложен порядок построения индикаторной диаграммы в координатных осях p-V на примере 4-тактного двигателя.