ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Воспламеняемость и горючесть из "Химмотология" Особенности воспламенения и сгорания топлив в дизелях легче понять при рассмотрении индикаторной диаграммы (рис. 22), на которой даны изменения давления р, скорости подачи топлива Ут и средней температуры газов t в зависимости от угла поворота коленчатого вала ср. [c.134] Подача топлива начинается за 10—20° поворота коленчатого вала до в.м.т. и может заканчиваться как до этой точки, так и после нее. Угол между началом впрыскивания топлива (точка I) и в.м.т. называют углом опережения впрыска фвп. В течение некоторого времени после начала впрыска топлива в камеру сгорания воспламенения топливовоздушной смеси не происходит. Давление в камере сгорания продолжает плавно увеличиваться за счет движения поршня вверх. В этот период происходит прогрев капель топлива и их испарение. Углеводороды топлива под действием высокой температуры подвергаются окислению кислородом воздуха. Вначале окисление углеводородов идет с образованием активных промежуточных соединений. Этот процесс сопровождается выделением тепла, и при этом резко возрастает скорость окисления других молекул углеводородов. Такре самоускорение реакций окисления приводит к возникновению в отдельных местах камеры сгорания очагов воспламенения. Во многих случаях самовоспламенение дизельных топлив протекает в две стадии собственно воспламенению (образованию очагов горячего пламени) предшествует появление холодного пламени. [c.134] К моменту окончания периода задержки значительная часть впрыснутого топлива успевает испариться и начавшийся процесс сгорания охватывает все новые и новые порции смеси. Продолжающее поступать топливо быстро сгорает по мере его исиарения и смешения паров с воздухом, причем воспламенение в этот период происходит преимущественно за счет смешения с горячими продуктами сгорания ранее поданного топлива. Этот период, называемый периодом быстрого сгорания, характеризуется резким нарастанием давления и температуры в камере сгорания. За момент окончания первой фазы процесса сгорания условно принимают точку максимума давления на индикаторной диаграмме — точка 3.. [c.135] После фазы быстрого сгорания наступает фаза замедленного горения, в течение которой давление меняется незначительно. В этот период времени прекращается подача топлива, однако процесс сгорания продолжается и температура газов растет. Некоторое снижение давления в период второй фазы объясняется увеличением объема камеры сгорания вследствие движения поршня. Момент окончания второй фазы принято определять по то.чке максимума температуры цикла — точка 4. [c.135] Процесс сгорания не заканчивается в точке 4. Уже на линии расширения происходит догорание остатков несгоревшего топлива и продуктов его неполного сгорания, образовавшихся в зонах местного переобогащения смеси. Скорость догорания определяется скоростью диффузии и турбулентного движения остатков топлива с воздухом. Фаза догорания захватывает значительную часть такта расширения (до 70—80° угла поворота коленчатого вала после в.м.т.). Характер протекания фазы догорания в большой степени определяет дымность и токсичность отработавших газов двигателя. [c.135] Длительность периода задержки воспламенения в значительной мере определяет последующее течение всего процесса сгорания. При большой длительности периода задержки возрастает количество введенного топлива к моменту его воспламенения, увеличивается количество испарившегося топлива, улучшается однородность топливовоздушной смеси и степень ее химической подготовки. Поэтому начавшийся процесс сгорания идет весьма интенсивно с участием большого объема хорошо подготовленной смеси. В этом случае в первой фазе сгорания резко возрастает скорость нарастания давления-на каждый градус поворота коленчатого вала двигателя — появляются характерные стуки. Такую работу двигателя называют жесткой. Если давление в камере сгорания увеличивается при повороте коленчатого вала на один градус не более чем на 0,4—0,6 МПа (для различных двигателей эта величина не одинакова), то двигатель работает мягко. Большие величины приращения давления соответствуют жесткой работе. [c.136] При жесткой работе возникают ударные нагрузки на поршень, увеличивается максимальное давление на подшипники, вызывая их ускоренный износ, а иногда и механическое разрушение. Жесткая работа дизельного двигателя может сопровождаться деформацией поршневых колец (вплоть до их поломки) и прорывом в картер значительного количества газов. [c.136] Уменьшение длительности задержки воспламенения ири прочих равных условиях обусловливает более плавное изменение давления, т. е. более мягкую работу двигателя. Однако чрезмерное сокращение периода задержки воспламенения ведет к уменьшению полноты сгорания. При коротких задержках воспламенения процесс сгорания начинается сразу после начала подачи топлива и большая его часть впрыскивается не в воздух, а в продукты сгорания. Каили топлива ири этом быстро испаряются, не успевая достигнуть тех зон камеры сгорания, в которых кислород воздуха еще не израсходован. Процесс смесеобразования резко ухудшается, следовательно падают мощность и экономичность двигателя. [c.136] Топлива в зависимости от их состава различны по длительности периода задержки воспламенения. Нормальное течение процесса сгорания обеспечивается при использовании топлива с оптимальной длительностью периода задержки воспламенения. [c.136] Для стандартной характеристики топлив по длительности периода задержки воспламенения пользуются специальной установкой с одноцилиндровым двигателем ИТ9-3. Двигатель установки с переменной степенью сжатия работает с постоянной частотой вращения коленчатого вала и при строго стандартизованных остальных условиях. [c.136] Определение воспламеняемости дизельных топлив на установке ИТ9-3 заключается в сравнении испытуемого образца топлива с эталонными топливами, воспламеняемость которых известна. В качестве эталонных топлив применяют два индивидуальных углеводорода цетан ( -гексадекан С16Н34) и а-метилнафталин (СцНю). Цетан имеет малый период задержки самовоспламенения и его воспламеняемость принята за 100 единиц, а а-метилнафталин имеет большой период задержки и его воспламеняемость принята за 0. Смеси цетана с а-ме-тилнафталином в различных соотношениях обладают разной воспламеняемостью. [c.137] Оценивают воспламеняемость топлива следующим образом. При работе на испытуемом топливе изменением степени сжатия двигателя добиваются такого положения, чтобы при впрыске, за 13° поворота коленчатого вала (ПКВ) до в.м.т. сгорание смеси начиналось ровно в в. м. т., т. е. чтобы период задержки воспламенения равнялся бы 13°. Затем подбирают такую смесь цетана и и-метилнафталина, которая при этой же степени сжатия обладает таким же периодом задержки воспламенения (13°). Содержание цетана в такой смеси, выраженное в % об., принимают за цетановое число испытуемого топлива. Например, если испытуемое топливо в камере сгорания одноцилиндрового двигателя воспламеняется так же, как смесь 45% цетана и 55% а-метилнафталина, то данное дизельное топливо имеет цетановое число 45. [c.137] Цетановое число топлива (ЦЧ) определяет скорость химических процессов подготовки смеси к воспламенению и поэтому характеризует только одну из составляющих общего периода задержки воспламенения—Тхим. При испытаниях разных топлив на одном и том же двигателе, когда Тфиз остается постоянной величиной, с увеличением цетанового числа топлив сокращается период задержки воспламенения и уменьшается скорость нарастания давления в цилиндре двигателя (рис. 23). [c.137] Цетановое число зависит от содержания и строения углеводородов, входящих в состав дизельного топлива. Воспламеняемость углеводородов различных классов существенно различна. Алканы и олефины термически менее устойчивы, быстро распадаются и окисляются с образованием пероксидов и других легковоспламеняющихся продуктов неполного окисления. Поэтому цетановые числа алканов самые высокие, причем наибольшие цетановые числа имеют соединения нормального строения. Углеводороды с одной или несколькими боковыми цепями обладают меньшими цетановыми числами. [c.138] Для окисления ароматических углеводородов необходимы более высокая температура и больший промежуток времени, лоэтому их цетановые числа, как правило, невелики. Особенно низкие цетановые числа имеют бициклические ароматические углеводороды. [c.138] Увеличение числа углеродных атомов в молекулах углеводородов ведет к росту цетанового числа. Преобладание тех или иных углеводородов в составе дизельного топлива определяет его цетановое число. С увеличением содержания ароматических углеводородов цетановое число дизельных топлив уменьшается (рис. 24, а). Цетановые числа высококипящих фракций дизельного топлива, как правило, выше цетанового числа низкокипящих (рис. 24, б). [c.138] Кроме дизельного индекса предложено еще несколько эмпирических зависимостей для нахождения цетанового числа по средней температуре кипения топлива, по его групповому углеводородному составу, вязкости и т. д. Однако точность расчетных методов невысока, и они не находят пока практического применения. [c.139] Чем выше октановое число топлива, тем ниже его цетановое число и наоборот. Поэтому добавление в дизельное топливо бензиновых фракций всегда ведет к снижению его цетанового числа. [c.139] Цетановое число характеризует пусковые свойства дизельных топлив с увеличением цетанового числа пуск двигателя облегчается (рис. 26, а). Однако это справедливо для топлив, лишь незначительно различающихся по фракционному составу. При большой разнице во фракционном составе тяжелое топливо с высоким цетановым числом часто оказывается хуже по пусковым свойствам, чем легкое топливо с более низким цетановым числом (рис. 26,6). [c.140] Вернуться к основной статье