Особенности работы дизеля

ДИЗЕЛЬНЫЕ И РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА

Учебное пособие

Астрахань

Дизельные и реактивные топлива: Курс лекций / Рябухин Ю.И. – Астрахань: Астрахан. гос. техн. ун-т, 2007. – 39 с.

Предназначено для студентов, изучающих дисциплины "Химмотология углеводородных топлив и масел".

Ил.: 15, табл. 5.

© Рябухин Ю.И., 2007

Историческая справка

История дизельного топлива неразрывно связана с историей двигателя — дизеля, наиболее экономичного двигателя внутреннего сгорания.

Первый двигатель Дизеля [1] не был надёжным в рабо­те и в качестве топлива требовался осветитель­ный керосин. Получение и очистка керосина по тем вре­менам были сложными и дорогостоящими процессами, и поэтому осветительный керосин был очень дорог, и его невыгодно было сжигать в больших количествах в двигателях.

Быстрому распространению двигателя — дизеля спо­собствовало то обстоятельство, что в 1898 — 1899 гг. на за­воде Нобеля в Петербурге, теперь носящем название «Русский дизель», были внесены конструктивные изме­нения в двигатель. Повысившие надёжность его работы и позволившие эксплуатировать его не на керосине, а на самом дешёвом в то время нефтяном топливе — на сы­рой нефти.

Первые дизели, будучи тихоход­ными, действительно надёжно работали на самых различных нефтяных продуктах. Это способствовало соз­данию мнения, что дизели вообще неприхотливы к топ­ливу и могут одинаково хорошо работать на любом неф­тяном топливе. Такое ошибочное убеждение продержа­лось недолго. Совершенствование дизеля шло по разным направлениям, и довольно скоро появились различные типы дизелей — автомобильные, тан­ковые, тепловозные, судовые и стационарные, существен­но отличающиеся один от другого конструкцией, скоро­стью движения поршня, способом подачи топлива.

Для каждого типа дизеля требовалось своё, вполне определённое топливо. При эксплуатации двигателей лишь тогда удавалось по­лучать хорошие результаты, когда топливо было пра­вильно подобрано для данного типа двигателя с учётом его особенностей. В настоящее время общее на­звание «дизельное топливо» имеют керосин, соляровое масло, мазут и их смеси.

Особенности работы дизеля

В карбюраторном и инжекторном двигателях в цилиндры поступает готовая горючая смесь паров бензина с воздухом, которая во время так­та сжатия сжимается в 6-10 раз и затем под­жигается электрической искрой. Дизель работает по иному принципу. В цилиндры поступает не горючая смесь, а воздух, который во время такта сжа­тия сжимается в 15-20 раз. При этом давление в камере сгорания достигает 30-40 кгс/см², а воздух нагревается до 500-700 °С. В такой сжатый и нагретый воздух через форсунку впрыскивается топливо, которое при этом распыляется на мельчайшие капельки и частично испаряется. Об­разующаяся горючая смесь вос­пламеняется без по­стороннего источника зажигания и сгорает.

Чем сильнее сжатие, тем больше теплоты, выделяемого при сгорании топлива, удаётся превратить в полезную работу; иными словами, с повышением степени сжатия дви­гатель становится более экономичным.

КПД дизелей 35-38 %, а карбюраторных двигателей 22-28 % (рис. 1). Если это выразить в виде расхода топлива, то в быстроходных дизелях удельный рас­ход топлива на 30-40 % меньше, чем в карбюраторных двигателях,

Дизели по наиболее существенным признакам делят: по рабочему процессу, по частоте вращения вала и по конструкции камеры сгорания.

Рис. 1. Использование энергии топлива в различных машинах

По рабочему процессу дизели разделяются на двух­- и четырёхтактные.

По частоте вращения вала дизели под­разделяют на три типа:

· высокооборотные или быстроходные (более 1000 об/мин), применяемые на сельскохозяйственных машинах, вездеходах, дорожном транс­порте, тепловозах;

· среднеоборотные (500 — 1000 об/мин), применяемые на тепловозах, в стационар­ных условиях и в качестве вспомогательных двигателей на кораблях;

· малооборотные или тихоходные (менее 500 об/мин), применяемые в качестве главных судовых дизелей и на стационарных электростанциях.

По конструкции камеры сгорания дизели делятся на два типа: с неразделённой и с разделённой камерой сгорания. В двигателях с неразделённой камерой сгорания, или с камерой непосредственного впрыска, топливо распыляется и сгорает в одной и той же камере. В дви­гателях второго типа - разделённая камера сгорания состоит из двух отсеков, соединённых между собой одним или не­сколькими каналами или узкой горловиной. В первом отсеке происходит распыление топлива и его ча­стичное сгорание. Во втором отсеке, расположен­ном над поршнем, происходит дальнейшее перемешива­ние несгоревшего топлива с воздухом и сгорание всего заряда топлива.

Процессы смесеобразования и сгорания топлива в быстроходном дизеле в значительной мере зависят от конструкции камеры сгорания. Эти процессы более сложные, чем в карбюраторном и инжекторном двигателях, и менее изучены.

Топливо впрыскивается в цилиндр при помощи фор­сунки под давлением примерно 120 кгс/см² у трактор­ных дизелей и 800-1400 кгс/см² у автомобильных. Струя топлива поступает из форсунки с отверстием диаметром 0,15-0,20 мм со скоростью около 250 м/с, то есть почти со скоростью звука. Один заряд впрыскиваемого топлива составляет примерно 0,06-0,08 мл. Топливо на­чинает впрыскиваться за 10-17° до выхода поршня к внутренней мёртвой точке (ВМТ), и про­должается примерно 20° поворота коленчатого вала.

Топливо подаётся в цилиндр в сильно распылённом состоянии, состоящем из миллионов ка­пель, диаметр которых колеблется от 0,0001 до 0,12 мм и в среднем составляет 0,005-0,006 мм.

Если в карбюраторном двигателе, работающем при частоте вращения вала 2000 об/мин, на испарение бен­зина (которое начинается в смесительной камере кар­бюратора и заканчивается в цилиндре в конце такта сжатия), а также на его смешение с воздухом отводится (от момента начала испарения топлива до момента поджигания рабочей смеси искрой) примерно 0,025 с, то в быстроходном дизеле на испарение топлива (от момента впрыска топлива до начала горения) при той же частоте вращения вала приходится 0,002-0,003 с, то есть почти в 10 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе. По­этому топливо в дизеле хуже перемешивается с воздухом, чем в карбюраторном двигателе, и распределяется по камере сгорания неравномерно: в одних объёмах камеры сгорания топ­лива оказывается больше, чем в других.

Для полного сгорания топлива даже в тех объёмах камеры, где его окажется много, в дизель воздух подаётся с избытком.

Если карбюраторные и инжекторные двигатели работают с коэффи­циентом избытка воздуха a, равным 0,8-1,1, то в быстро­ходных дизелях такой коэффициент обычно равен 1,2-1,5.

Поиск по сайту: