Содержание:
1. Смесеобразование и сгорание топлива в цилиндрах дизеля……………….. 3
1.1 Топливо для дизеля. ………………………………………………………………………… 3
1.2 Понятие о смесеобразовании…………………………………………………………… 5
1.3 Распыливание топлива……………………………………………………………………… 6
1.4 Формы камер сгорания и способы смесеобразования……………………. 7
1.5 Задержка самовоспламенения. ……………………………………………………… 12
1.6 Протекание процесса сгорания……………………………………………………… 13
1.7 Обеспечение мягкой работы двигателя………………………………………… 14
1. Смесеобразование и сгорание топлива в цилиндрах дизеля.
1.1 Топливо для дизеля.
Для быстроходных и газотурбинных двигателей согласно ГОСТ 305-82 в зависимости от условий использования применяют дизельное топливо трёх марок:
Л (летнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0 ᵒС и выше;
З (зимнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 20 ᵒС и выше (температура застывания самого топлива не выше минус 35 ᵒС) и минус 30 ᵒС (температура застывания топлива не выше минус 45 ᵒС);
А (арктическое) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 50 ᵒС и выше.
По содержанию серы дизельные топлива подразделяют на 2 вида:
I – массовая доля серы не более 0.2%;
II – массовая доля серы не более 0.5% (для топлива марки А не более 0.4%).
В обозначение марки входит цифра, характеризующая долю серы.
Например, марка Л-0.2-40 ГОСТ 305-82 означает топливо летнее с массовой долей серы до 0.2% и температурой вспышки 40 ᵒС; марка 3-0.2-минус 35 ГОСТ 305-82 – топливо зимнее с массовой долей серы до 0.2% и температурой застывания минус 35 ᵒС; марка А-0.4 ГОСТ 305-82 – топливо арктическое с массовой долей серы 0.4%.
Содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей, воды в топливе по ГОСТ 305-82 не допускается. Указанное топливо относится к числу дистиллятных, т.е. получено путём прямой перегонки нефти. Мало- и среднеоборотные дизели могут успешно работать на более тяжёлых топливах, относящихся к группе остаточных, получаемых из мазута прямой перегонки, или к смесям остаточных и дистил-
лятных. В частности, на речном флоте широко используют остаточное топливо по ГОСТ 10433-75, предназначенное для локомотивных газотурбинных двигателей и называемое газотурбинным. Оно более вязкое, чем дизельное, но его можно применять без подогревания. Для него нормированы плотность (не более 935 кг/м³ при 293 К), низшая теплота сгорания (не ниже 39800 к Дж/кг) и массовая доля ванадия (не более 0.0007)%. Смолистость газотурбинного топлива в отличие от остальных топлив задана в процентах, её определяют другим способом. Сравнивать этот показатель с концентрацией фактических смол в топливе нельзя, но тем не менее ясно, что газотурбинное может содержать их значительно больше, чем дизельное. На речном флоте применяют топлива с массовой долей смол до 8-10%, но использовать эти топлива трудно. Следует учесть, что высокое йодное число свидетельствует о наличие в этом топливе непредельных углеводородов, т.е. о возможности увеличения смол при хранении. Механические примеси допускаются в газотурбинном топливе до 0.04%.
Стоимость газотурбинного топлива несколько ниже. Чем топлива по ГОСТ 305-82. Невысока стоимость и моторного топлива поГОСТ1667-68. Получаемого смешением остаточных и дистиллятных фракций и предназначенного для средне- и малооборотных дизелей. Его выпускают двух марок: ДТ – для средне- и малооборотных дизелей; ДМ – для судовых малооборотных дизелей.
Моторное топливо, особенно ДМ, - высоковязкое, для его применения необходим подогрев. Стандарт оговаривает возможность поставки моторного топлива с повышенными температурами застывания: ДТ до +10 ᵒС; ДМ до +20 ᵒС. Доля серы в топливе ДТ может быть до 2%. Механических примесей в топливе может быть: в ДТ до 0.1%, в ДМ до 0.2%, воды в ДТ до 1%, в ДМ до 1.5%. В топливе, транспортировавшемся на судах, доля воды допускается до 2%.
У топлива ДТ и в ещё большей степени у ДМ повышены коксуемость (для топлива ДТ, вырабатываемого из сернистых нефтей, она допускается до 4%) и зольность. Это нельзя не учитывать при подборе смазочного масла, о чём изложено ниже.
ГОСТ 1667-68 нормирует плотность моторного топлива: не более 930 кг/м³ для ДТ и не более 970 кг/м³ для ДМ при +20 ᵒС.
Для снижения себестоимости перевозок необходимо широко применять моторное топливо ДТ.
1.2 Понятие о смесеобразовании.
Смесеобразованием называют процесс приготовления горючей смеси в целях подготовки топлива к сгоранию. На смесеобразование отводится в зависимости от быстроходности дизеля от 0.06 до 0.0005 с. В течении этого короткого времени топливо должно быть раздробленно на мельчайшие частицы и равномерно распределено в воздухе, находящемся в камере сгорания.
Распыливание топлива происходит в момент его вспрыскивания в цилиндр из сопловых отверстий распылителя форсунки. Совокупность частиц распылённого и испарившегося топлива, образовавшаяся на выходе из соплового отверстия форсунки, называют струёй топлива, характеризуемого углом рассеивания α и длиной Ɩ. Угол β между диаметрально противоположными образующими конуса, охватывающего оси струёй топлива многоструйного распылителя форсунки. Называют углом вспрыскивания.
Длина Ɩ, углы рассеивания α и впрыскивания β должны быть обязательно согласованы с формой камеры сгорания: комплекс струй должен охватывать весь объём камеры, но частицы топлива не должны попадать на охлаждаемые поверхности, так как там они будут оседать и коксоваться.
Желательно иметь большое количество струй, обусловленное числом сопловых отверстий распылителя форсунки: чем больше струй, тем равномернее распределяется топливо в воздушном объёме камеры сгорания. Однако как бы небыли совершенны формы камер сгорания и распыливания топлива, при впрыскивании топлива отдельными струями оно не будет перемешано со всем воздухом, если последний будет неподвижен. Следовательно, для наиболее совершенного смесеобразования необходимо, чтобы в момент впрыскивания топлива в воздухе, заполняющим камеру сгорания, были вихревые движения.
1.3 Распыливание топлива.
Сопловые отверстия распылителя форсунки являются каналами, в 4-7 раз больше их диаметра. Вследствие трения внешнего слоя струи топлива о стенки канала скорость перемещения частиц топлива внутри струи разная: она тем выше, чем ближе находится слой топлива к оси канала. Значит, распад основной струи топлива на отдельные струи начинается ещё в сопловом канале. При выходе из него струи встречают сильное сопротивление сжатого воздуха, заполняющего камеру сгорания. Частицы топлива дробятся, уменьшаются в результате испарения, отклоняясь дальше от оси канала. В результате монолитная в начале струя, распадаясь, образует подобие факела, состоящего из паров топлива, воздуха и остаточных газов. Топливо самовоспламеняется практически во время дробления струй.
Размеры струй зависят от свойств топлива, формы сопловых каналов и сопротивления воздуха. На продолжительность процесса распыливания топлива влияют его поверхностное натяжение, вязкость и плотность. При значительных поверхностном натяжении и вязкости дробление топлива затрудняется, уменьшается угол рассеивания струи, а её длина увеличивается.
Форма и частота сопловых каналов влияет на образование вихрей внутри струи топлива. При значительной длине соплового канала, его острых кромках и шероховатости топливо дробится быстрее, угол рассеивания струи снаружи увеличивается, а длина уменьшается. Сопротивление, оказываемое сжатым воздухом в камере сгорания струям топлива, зависит от скорости его истечения из сопловых отверстий распылителя форсунки. Для качественного смесеобразования скорость истечения топлива должна быть 250- 359 м/с. С повышением её происходит более мелкое и равномерное дробление топлива и увеличивается длина струи.
Скорость истечения топлива при определённой впрыскиваемой дозе зависит от разности давления вспрыскивания воздуха в цилиндре и от суммарного поперечного сечения сопловых отверстий распылителя. У форсунок двигателя в распылителе предусматривают 6-8 сопловых отверстий диаметром от 0.2 до 0.5 мм. В таких условиях для получения указанной скорости истечения топлива давление впрыскивания должно быть 40-80 МПа и выше.
Продолжительность впрыскивания топлива составляет 15-40ᵒ угла поворота коленчатого вала, а у быстроходных двигателей ещё больше. Для улучшения процесса смесеобразования необходимо, чтобы скорость впрыскивания возросла и её максимум был в конце впрыскивания. Тогда каждая последующая доза впрыскиваемого в цилиндр топлива будет проникать в наиболее дальние объёмы воздуха, ещё не принявшие участия в процессе горения. В связи с этим профиль шайбы для топливного насоса высокого давления делают таким, чтобы давление впрыскивания сразу же начинало возрастать с момента начала подъёма плунжера. Начальное давление впрыскивания форсунок судовых дизелей составляет 18-38 МПа.
1.4 Формы камер сгорания и способы смесеобразования.
Для обеспечения наиболее полного и равномерного заполнения объёма камеры сгорания микрокаплями топлива, образовавшимися при распыливании, форма камеры сгорания должна быть согласованна с числом, диаметром и направлением сопловых каналов форсунки.
Чтобы обеспечивать качественное образование смеси топлива и воздуха в дизелях, работающих в разных условиях, на различных видах топлива, с разными диаметрами цилиндров применяют объёмный, пленочный, объёмно-плёночный, предкамерный и вихрекамерный способы смесеобразования.