Сгорание топлива в дизеле

Топливо, впрыскиваемое в ци­линдр дизеля со сжатым и нагретым воздухом, воспламеняется не сразу, а через какой-то промежуток времени.

Время от момента впрыска т о п л и в а в цилиндр дизеля до его воспламенения на­зывают периодом задержки воспламене­ния. Этот период очень мал, но оказывает исключительно большое влияние на процесс сгорания топлива.

Заряд топлива впрыскивается в ци­линдр дизеля хотя и быстро, но за какое-то время. Если период задержки воспламенения мал, то давление в цилиндре увеличивается равно­мерно и процесс сгорания протекает плавно. Это проис­ходит потому, что процесс горения начинается почти сразу, с впрыском первых капель заряда топлива, и постепенно усиливается по мере поступления в цилиндр всей порции заряда. Другими словами, сгорание топлива растягивается по времени. Регулируя скорость подачи заряда топлива, можно управлять процессом сгорания.

По иному происходит процесс, если период за­держки воспламенения большой. В этом случае в ци­линдре до воспламенения собирается значительная часть заряда топлива и одновременное его вос­пламенение носит характер уже не плавного, а взрывного сгорания, резко по­вышающего давление в цилиндре.

Чем длительнее период задержки воспламенения, тем большая часть заряда топлива окажется в цилиндре к моменту воспламенения и тем сильнее будет взрыв в цилиндре. При таком сгорании топлива двигатель работает не плавно, а жёстко. В ритмичном шуме ра­боты дизеля появляются резкие, отчётливо слыши­мые стуки: в нём как будто что-то оборвалось и бьёт по стенкам цилиндра.

С появлением стуков двигателя, ухудшается экономичность работы. При этом увеличиваются силовые нагрузки на основные детали кривошипно-шатунного механизма, ко­торые приводят к деформации поршня, деформации и пригоранию поршневых колец, наруше­нию работы коренных и шатунных подшипников.

Стуки — это звуковые «голоса проте­ста» со стороны топлива, попавшего в двигатель не по назначению.

Представление о том, будет ли топливо воспламеняться в дизеле быстро или с большой задержкой можно получить по его цетановому числу.

Цетановое число характеризует воспламеняемость и сгорание топлив в дизельных двигателях. Его определяют на специальной установке - одноцилиндром дизеле, степень сжатия в котором изменяется в преде­лах от 6,8 до 23,5.

При определении цетанового числа испытуемое ди­зельное топливо сравнивается с эталонными смесями, составленными из двух эталонных топлив — цетана С₁₆ Н₃₄ и альфа – метилнафталина.

Цетан (гексадекан) — это углеводород парафинового ряда: CH₃(CH₂)₁₄CH₃ обладающий высокой склонностью к «само­воспламенению», которая принята за 100 еди­ниц. Цетан воспламеняется даже при самой малой степени сжатия.

альфа – Метилнафталин — это угле­водород ароматического ряда:

В отличие от цетана a – мети a лнафталин обладает низкой склонностью к «самовоспламенению» и не воспламеняется даже при самой большой степени сжатия установки, равной 23,5. Его склонность к воспламенению ус­ловно принята за 0.

При смешении цетана с α – метилнафталином в разных пропорциях получают эталонные сме­си, обладающие различной склонностью к воспламенению от 0 до 100. Чем больше содержание цетана в смеси, тем выше её склонность к воспламенению.

Принцип определения цетанового числа топлива заключается в том, что на специальной установке в стандарт­ных условиях сравнивают воспламеняемость испытуе­мого дизельного топлива с воспламеняемостью эталонных топливных смесей. Таким образом, определяют эта­лонную смесь, которая имеет такую же склонность к воспламенению, как и испытуемое топли­во. Если смесь состоит из 45 % (по объёму) цетана и 55 % у α – метилнафталина, это значит, что ис­пытуемое топливо имеет цетановое число, рав­ное 45 (рис. 2).

Цетановое число численно равно содержанию (в % по объёму) цетана в его смеси с α – метилнафталином, при котором данная смесь эквивалентна по воспламеняемости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.

С повышением цетанового числа топлива процесс сгорания протекает более плавно, двигатель работает экономичнее и не так жёстко, как на низкоцетановом топливе. Но такое улуч­шение в работе дизеля наблюдается только при возра­стании цетанового числа примерно до 60-65. При даль­нейшем повышении цетанового числа работа дизеля ухудшается — топливо начинает сгорать не полностью, повышается его удельный расход и усиливается дымление.

Цетановое число топлива оказывает большое влия­ние на легкость пуска дизеля: чем оно выше, тем при бо­лее низкой температуре можно запустить дизель.

Рис. 2. Испытуемое дизельное топливо по своей склонности к самовоспламенению оказа­лось одинаковым с эталонным топливом, сос­тоящим из 40% цетана и 60%, альфаметил-нафталина. Значит, цетановое число испытуе­мого топлива равно 40

Установлено, что углеводороды с высоким цетановым числом обладают низкой детонационной стойкостью, то есть чем выше октановое число топлива, тем ниже его цетановое число и наоборот. Добавление в дизельные топлива бензиновых фракций всегда приводит к снижению цетановых чисел. Для их повышения (на 8-12) в топлива вводят в количествах 0,5-1,0 % по массе специальные присадки, например изопропилнитрат (CH₃)₂CH-ONO₂.

Цетановое число определяется строением и содержанием углеводородов, входящих в состав топлива. Наиболее высокие цетановые числа характерны для парафиновых углеводородов нормального строения, минимальные - для ароматических (особенно для бициклических); с увеличением содержания последних цетановое число уменьшается. Для высококипящих фракций дизельных топлив цетановые числа, как правило, выше, чем для низкокипящих.

Поиск по сайту: