 |
Горение топлива в цилиндрах дизеля
|
|
|
|
Химическими элементами топлива являются: углерод, водород, кислород и сера.
Воздух представляет собой смесь газов. В нем содержится 21% кислорода, 78% азота и другие газы (углекислого газа в атмосферном воздухе ничтожно мало и составляет в пределах 0,001%).
Горением называется процесс химического соединения (окисления) топлива с кислородом воздуха.
Сгорание считается полным, если весь углерод превращается в углекислый газ, а водород - в пары воды.
Теоретически установлено, что для сгорания 1 кг топлива требуется 14,5 кг воздуха. Однако перемешивание топлива с воздухом в цилиндрах дизеля протекает в течение очень малого времени, поэтому практически подводится значительно большее количество воздуха.
Отношение действительно подводимого воздуха к теоретически необходимому количеству называется коэффициентом избытка воздуха.
Исследованиями установлено, что для нормальной работы дизеля при номинальной мощности, коэффициент должен быть равен 1,8 - 2,2. При снижении нагрузки коэффициент возрастает и на холостом ходу может быть равен 6 -12.
Выбор коэффициента избытка воздуха имеет весьма важное значение для экономичной и надежной работы дизеля. Его значение зависит от того, насколько конструкция дизеля обеспечивает хорошее перемешивание частиц топлива с воздухом по всей камере сгорания.
При распыливании топлива форсунками в цилиндре образуется кольцевой факел из мелких частиц топлива. Форма камеры сгорания должна быть такой, чтобы частицы топлива заполнили все ее пространство, однако не достигали поршня и стенок цилиндра и сгорели во взвешенном состоянии.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ
|
|
|
Блок цилиндров дизеля вместе с поддизельной рамой составляют единую конструкцию. Сверху цилиндры закрыты крышками, в которых расположены впускные и выпускные клапаны, топливная форсунка и индикаторный кран.
Поршень, шатун и кривошип составляют шатунно-кривошипный механизм, который предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала дизеля.
Перемещаясь в цилиндре поршень, достигает двух крайних положений, которые называются мертвыми точками.
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется положение поршня при максимальном удалении от коленчатого вала.
Нижней мертвой точкой (НМТ) называется положение поршня при минимальном удалении от коленчатого вала.
Ходом поршня называется расстояние по оси цилиндра между двумя мертвыми точками.
Объем цилиндра при положении поршня в верхней мертвой точке называется объемом камеры сжатия.
Объем цилиндра находящийся между двумя мертвыми точками называется рабочим объемом.
Полный объем цилиндра состоит из рабочего объема и объема камеры сжатия.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия.
Рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся процессов в цилиндрах дизеля.
У четырехтактных дизелей рабочий цикл совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала).
Таким образом, тактом называется часть рабочего цикла, осуществляемая при движении поршня от одной мертвой точки к другой.
Рассмотрим рабочий цикл четырехтактного дизеля в соответствии с фазами газораспределения.
Последние выражаются в углах поворота коленвала и представляют собой периоды открытого и закрытого состояния клапанов.
Первый такт - впуск. Поршень движется от ВМТ к НМТ, при этом в цилиндр подается свежий воздух из воздушного ресивера при открытых впускных клапанах. Для улучшения наполнения цилиндра впускные клапаны открываются еще в конце такта выпуска, т.е. с углом опережения впуска 55° (на тепловозе ТЭМ2 - 74°)
|
|
|
Второй такт - сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ при закрытых впускных и выпускных клапанах. В начале такта продолжается зарядка цилиндра воздухом и при достижении равенства давления в цилиндре давлению наддува, впускные клапаны закрываются. Это происходит через 30° после НМТ (на тепловозе ТЭМ2 - 41°). Так как клапаны закрыты, то поршень сжимает воздух, вследствие чего повышается его температура до 500 - 750°С и давление до 50 -70 кгс/см2. Когда поршень еще не дошел до ВМТ на 26° (на тепловозе ТЭМ2 – 230) угла поворота коленвала производится впрыск топлива форсункой, и его самовоспламенение.
Третий такт - рабочий ход. Поршень движется от ВМТ к НМТ при закрытых впускных и выпускных клапанах. В начале такта происходит сгорание топлива которое сопровождается ростом температуры (1750 – 21000С) и давления (80 - 130 кгс/см2). Под давлением расширяющихся газов поршень совершает работу. Расширение газов продолжается до момента открытия выпускных клапанов, которые открываются за 50° (на тепловозе ТЭМ2 - 66°) до НМТ, Это способствует уменьшению сопротивления выходу отработавших газов.
Четвертый такт - выпуск. Поршень движется от НМТ к ВМТ и газы выталкиваются из цилиндра. Выпуск газов происходит при давлении 1,1 - 1,2 кгс/см2.
В конце четвертого и в начале первого тактов на углу 90° (на тепловозе ТЭМ2 - 148°) клапаны открыты одновременно. Это, так называемое перекрытие клапанов, обеспечивает хорошую очистку цилиндров от продуктов сгорания, а также охлаждение поршня и выпускных клапанов.
ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА
Индикаторная диаграмма — это графическое отображение изменения давления газов в цилиндре дизеля в зависимости от перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала.
В первом случае диаграмма называется свернутой, во втором - развернутой.
Развернутую диаграмму снимает прибор, который называется индикатором. Свернутая диаграмма строится по данным развернутой.
Рассмотрим характерные точки свернутой индикаторной диаграммы.
— от точки 1 до точки 2 - впуск
— от точки 2 до точки 3 - сжатие
— от точки 3 до точки 4 - горение
|
|
|
— от точки 4 до точки 5 — расширение
— от точки 5 до точки 1 - выпуск
Площадь диаграммы выражает полезную работу газов, которую они совершают в цилиндре за один рабочий цикл. Для определения индикаторной мощности введено понятие среднего индикаторного давления. Условно приняли, что величина этого давления является постоянной в течение хода поршня.
Тогда графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту заштрихованного прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание равно длине диаграммы.
МОЩНОСТЬ и КПД ДИЗЕЛЯ
Рассматривая многоцилиндровые дизели, предполагают, что рабочие процессы в цилиндрах протекают примерно одинаково и мощность дизеля равна сумме мощностей всех цилиндров.
Мощность, которая получается в цилиндрах дизеля в результате сгорания топлива, называется индикаторной мощностью.
|
|
|
