Особенности дизельного топлива

Большинство требований к системе питания дизельного мотора выдвигается с учетом того, что дизельное топливо имеет ряд специфических особенностей. Горючее такого рода представляет собой смесь керосиновых и газойлевых соляровых фракций. Дизельное топливо получают после того, как из нефти реализуется отгон бензина.

Дизельное топливо обладает целым рядом свойств, главным из которых принято считать показатель самовоспламеняемости, который оценивается цетановым числом. Представленные в продаже виды дизельного топлива имеют цетановое число на отметке 45–50. Для современных дизельных агрегатов наилучшим топливом является горючее с большим показателем цетанового числа.

Система питания дизельного ДВС обеспечивает подачу хорошо очищенного дизельного топлива к цилиндрам, ТНВД сжимает горючее до высокого давления, а форсунка подает его в распыленном на мельчайшие частицы виде в камеру сгорания. Распыленное дизельное топливо смешивает с горячим (700–900 °С) воздухом, который нагревается до такой температуры от высокого сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) и самовоспламеняется.

 

Обратите внимание, рабочая смесь в дизельном моторе не поджигается отдельным устройством, а воспламеняется самостоятельно от контакта с разогретым воздухом под давлением. Эта особенность сильно отличает дизельный ДВС от бензиновых аналогов.

Дизельное топливо имеет еще и более высокую плотность сравнительно с бензином, а также обладает лучшей смазывающей способностью. Не менее важной характеристикой выступает вязкость, температура застывания и чистота дизельного топлива. Температура застывания позволяет делить топливо на три базовых сорта горючего: летнее дизельное топливо, зимний дизель и арктическое дизельное топливо.

 

Индикаторная диаграмма бензинового и дизельного двигателей. Теоретическая и действительная работа цикла. Коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

Индикаторная диаграмма — это графическое изображение изменения давления горючей смеси в цилиндре двигателя в зависимости от положения поршня.

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.

Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме:

Рис. Действительные и расчетные индикаторные диаграммы: а — карбюраторного двигателя; б — дизеля (сплошная линия — расчетный цикл, пунктирная линия — реальный цикл)

Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня).

Точки с и z’ полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из расчетной индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb»).

результате площадь действительной индикаторной работы (сплошные линии) оказывается меньше расчетной (штриховые линии).

Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругленияфi.

Значения коэффициента скругления в зависимости от типа четырехтактного двигателя от 0,92 до 0,97.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

 

Первый такт. Поршень 5 (рис. 3.4, а) перемещается снизу вверх и боковой поверхностью сначала закрывает перепускное окно 6, а затем и выпускное 2. В цилиндре происходит сжатие рабочей смеси, а в картер вследствие разрежения из карбюратора поступает горючая смесь. При подходе поршня к ВМТ между электродами свечи зажигания появляется электрическая искра, в результате чего рабочая смесь в цилиндре воспламеняется и сгорает.

 

 

Рисунок 4 - Схема работы двухтактного карбюраторного двигателя:

а — сжатие рабочей смеси и впуск горючей смеси в картер; б — рабочий ход, выпуск отработавших газов и перепуск смеси из картера в цилиндр; 1 — впускное окно; 2 — выпускное окно; 3 — свеча зажигания; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — перепускное окно; 7 — канал; 8 — герметичный картер.

 

Второй такт. Образовавшиеся горячие газы расширяются и давят на поршень, вследствие чего он опускается вниз, совершая рабочий ход (рис. 4, б). В конце рабочего хода поршень сначала открывает выпускное окно 2, и отработавшие газы выходят из цилиндра через глушитель в атмосферу. Опускаясь ниже, поршень открывает перепускное окно 6, и горючая смесь по каналу 7 посту­пает в цилиндр, заполняет его и вытесняет отработавшие газы. Незначительная часть горючей смеси вместе с отработавшими газами выходит в атмосферу и не принимает участия в рабочем цикле.

Построение индикаторной диаграммы

 На основании данных задания производится построение индикаторной диаграммы действительного цикла двигателя. Прежде всего необходимо определить: - рабочий объём цилиндра Vh, л: Vh=πD2S/4;                                         (1.1) - объём камеры сгорания Vc, л: Vc=Vh/(ε-1);                                       (1.2) - полный объём цилиндра Va, л: Va=Vh+Vc ;                                         (1.3) - рабочий объём (литраж) двигателя Vл, л: Vл=Vh · i .                                          (1.4) При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равную 1,2-1,7 ее основания. Отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, рекомендуется выбирать равный ходу поршня в масштабе 1:1; 1,5:1 или 2:1. Масштаб давлений рекомендуется выбирать 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07-0,1 МПа/мм. Отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания:

5

 

ОА = АВ/(ε – 1),                                 (1.5)

 

отрезок Z’Z для дизелей:

Z’Z = ОА(ρ – 1).                                 (1.6)

 Затем на диаграмме наносятся давления в характерных точках Ра, Рс, Рz, Рb, Рr. Построение политроп сжатия и расширения производится аналитическим или графическим методами. В практической работе рассматривается аналитический метод, графический метод описан в /3, 4/. При аналитическом методе необходимо определить ординаты промежуточных расчетных точек по уравнению политропы: - сжатия РVn1 = const; - расширения РV n2 = const. Для политропы сжатия РxVxn1 = РаVаn1, откуда:

Рx = Ра (Vа/Vx)n1,                                   (1.7)

 где Рx, Vx – давление и объем в искомой промежуточной точке. Отношение Va/Vx изменяется в пределах I – ε. Аналогично для политропы расширения:

Рx = Рb (Vb/Vx)n2.                                 (1.8)

 Отношение Vb/Vx изменяется для бензинового двигателя в интервале от 1 до ε, для дизелей – от 1 до δ. Для получения действительной индикаторной диаграммы а/а//c/fzдb//b//ra (скругление индикаторной диаграммы) производится выбор: - фаз газораспределения (точке a/ соответствует открытие впускного клапана ϕН.ВП. = 10-30 град. до в.м.т.; точке a// – закрытие его ϕК.ВП. = 35-85 град. после НМТ; точке b// – открытие выпускного клапана ϕН.ВЫП. = 40-70 град. до НМТ; точке r/ – закрытие выпускного клапана ϕК.ВЫП. = 10-50 град после ВМТ); - угла опережения (угол опережения зажигания в двигателе с искровым зажиганием ϕОП.З = 5-25 град. до ВМТ, большее значение при повышенной степени сжатия; угол опережения впрыска в дизеле ϕОП.В = 20-35 град. до ВМТ) – точка c/; - периода задержки воспламенения (задержка воспламенения в двигателе с искровым зажиганием составляет ∆ϕ1 = 5-18 град., а в дизеле ∆ϕ1 = 8-12 град.; отрезок c/f = (ϕОП.З – ∆ϕ1) для бензиновых или c/ f = (ϕОП.В – ∆ϕ1)) для дизелей; - давления в верхней мертвой точке процесса сжатия: PС// = (1,15-1,25) РС; -действительного максимального давления сгорания (РZД=0,85РZ для бензиновых; РZД=РZ для дизелей). Для определения местоположения указанных точек устанавливается связь

6

 

между углом ϕ поворота коленчатого вала и перемещением поршня:

 АХ = AB·[(1-cosϕ) + λ/4 (1-cos2ϕ)]/2,                       (1.9)

 где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна λ=0,25-0,3. Результаты расчёта политропы сводятся в таблицу 1.

 Таблица 1 – Результаты расчета точек политропПолитропа сжатия Политропа расширения Va/VxVx,лРx,МПаVx,ммРx,ммVb/VxVx,лРx,МПаVx,ммРx,мм 1 . . . ε 1 . . . δ    

 На рисунках 1.1 и 1.2 приведены примеры индикаторных диаграмм для бензинового и дизельного двигателей. При анализе индикаторной диаграммы необходимо описать процессы действительного цикла двигателя с указанием характерных точек.

9. Характеристики двигателей. Регулировочная характеристика по составу смеси карбюраторного и дизельного двигателя. Регулировочная характеристика по установочному углу опережения зажигания и установочному углу опережения впрыска. Скоростная характеристика карбюраторного и дизельного двигателей.

регулировочные характеристики по составу смеси.Регулировочные характеристики по составу смеси показывают, как изменяются мощность и экономичность двигателя при различных составах горючей смеси и при постоянстве других параметров двигателя. Эти характеристики определяются как при полном открытии дроссельной заслонки, так и при частичных нагрузках.

Для того чтобы в широких пределах изменять состав горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, все дозирующие системы карбюратора, кроме главной, перекрывают. Отверстие главного жиклера значительно увеличивают и вводят в него специально изготовленную дозирующую иглу. При осевом перемещении иглы проходное сечение главного жиклера изменяется, вследствие чего количество топлива, поступающего в смесительную камеру карбюратора, также меняется.

Регулировочные характеристики при полных нагрузках для различных частот вращения строятся в координатах N_eи G_T (рисунок 15).

Для каждой частоты вращения кривая N_eдостигает максимума при часовом расходе топлива G_b, соответствующем несколько обогащенной смеси (α = 0,85 ÷ 0,90). При переобогащенных горючих смесях N_eпонижается вследствие уменьшения скорости сгорания. Экономичность двигателя также ухудшается, так как не все топливо участвует в сгорании, и увеличиваются тепловые потери.
При обедненных горючих смесях N_eпадает из-за уменьшения скорости сгорания и теплоты сгорания горючей смеси. Экономичность двигателя при этом возрастает и оказывается наилучшей при часовом расходе топлива G_a, соответствующем несколько обедненной смеси (α = 1,10 ÷ 1,15). При переобедненных смесях скорость сгорания уменьшается настолько, что работа двигателя становится неустойчивой и сопровождается резким падением мощности и ухудшением экономичности.

На регулировочной характеристике имеется две характерные точки: одна - соответствующая регулировке карбюратора на наибольшую экономичность, другая - на наибольшую мощность.

Рисунок 15 Регулировочная характеристика по составу смеси при полных нагрузках
Нормальной регулировке карбюратора соответствует участок между этими точками (заштрихованный), т. е. между наибольшимN_eи наименьшим g .

Современные карбюраторы регулируют так, чтобы обеспечивалась наибольшая экономичность, так как, если необходимо получить от двигателя наибольшую мощность, включается экономайзер, обогащающий горючую смесь и обеспечивающий переход на режим максимальной мощности.

Регулировочные характеристики при частичных нагрузках (рисунке 16) снимают при одновременном изменении подачи топлива и воздуха, для чего меняют сечение жиклера и угол поворота дроссельной заслонки. Частота вращения и мощность двигателя при снятии каждой кривой поддерживаются постоянными. По оси ординат на графике откладывают часовой или удельный расход топлива, а по оси абсцисс - разрежение Δр_к во впускном трубопроводе.

Огибающие к серии регулировочных характеристик, снятых при полных и частичных нагрузках и различной частоте вращения, показывают, каких предельных мощностей и экономичности можно достигнуть на данном двигателе.

^Регулировочные характеристики по углу опережения зажигания.Регулировочные характеристики по углу опережения зажигания Ө показывают, как изменяются мощность и экономичность двигателя при различных Ө и постоянных других параметрах двигателя.

Рисунке 16 Регулировочная характеристика по составу смеси при частичных нагрузках
При определении этих характеристик центробежный и вакуумный автоматы опережения зажигания отключают и, кроме того, предусматривают возможность поворота корпуса распределителя в пределах от 10-15° после в. м. т. до 50-60° до в. м. т. (углы после в. м. т. принято считать отрицательными; углы до в. м. т. - положительными). Корпус распределителя поворачивается в сторону, соответствующую более позднему зажиганию, с помощью специально устанавливаемой оттягивающей пружины, а в сторону, соответствующую более раннему зажиганию, - системой тяг, которые соединяют корпус с винтовой парой, управляемой вручную. Применяются также и электромеханические системы привода.

Характеристики по углу Ө определяются при полных и частичных нагрузках. При определении этих характеристик следует применять топливо, которое обеспечит работу двигателя на всех режимах без детонации. Для этого используют автомобильные бензины высших сортов или специальное высокооктановое эталонное топливо - технический изооктан.

Если характеристика по Ө определяется на рекомендуемом для данного двигателя топливе, то нужно иметь в виду, что может возникнуть детонация, которая приведет к падению мощности. Выявленные при этом максимум мощности и соответствующий ему угол Ө не будут являться оптимальными, так как при работе на более высокооктановом топливе двигатель сможет развить большую мощность.

На рисунке 17 приведены характеристики по Ө для разных частот вращения при полностью открытой дроссельной заслонке.

Так как часовой расход топлива для определенного режима при изменении только момента зажигания практически не меняется, то угол Ө, обеспечивающий наибольшую мощность, является наивыгоднейшим и с точки зрения экономичности.

Частота вращения коленчатого вала и нагрузка двигателя значительно влияют на величину оптимального угла Ө. С повышением частоты вращения и при дросселировании оптимальный угол 6 увеличивается. При уменьшении коэффициента избытка воздуха а характер изменения угла Ө зависит от состава смеси. Так как максимальная мощность достигается при регулировке карбюратора, обеспечивающей наибольшую скорость сгорания, то наименьший 6 получается при составе смеси, соответствующем максимальной мощности. Кривые оптимальных Ө и N_e, построенные по α, расположены симметрично.

Рекомендуется следующий порядок определения характеристик по углу опережения зажигания. На прогретом двигателе устанавливают заданный режим работы (по частоте вращения, положению дроссельной заслонки). Путем поворота распределителя подбирают угол опережения зажигания, обеспечивающий наибольшую мощность. После стабилизации показаний всех приборов и их фиксирования устанавливают позднее зажигание, при котором показания весов тормоза уменьшаются на 10 - 15%. При этом режиме получают левую точку характеристики. Затем угол Ө постепенно увеличивают, фиксируя показания весов тормоза примерно через каждые 5-7°. Определение кривой заканчивают, как только выявится падение мощности (достаточно на 2-3%) вследствие установки раннего зажигания, так как правая часть характеристики за перегибом является нерабочей.

Кривые, характеризующие зависимость М_кили р_е от угла опережения зажигания при полном открытии дроссельной заслонки для разных частот вращения, в одинаковом масштабе строят на одном графике (рисунок 17). Соответственно группируют кривые и для частичного открытия дроссельной заслонки.

Рисунке 17 Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания
По этим графикам строят итоговые характеристики в виде зависимости оптимальных углов Ө от частоты вращения, состава смеси, разрежения во впускном трубопроводе, угла открытия дроссельной заслонки.

Для выбора характеристики автомата опережения зажигания, установления допусков на асинхронизм прерывателя кроме оптимальных углов опережения зажигания определяют углы опережения, соответствующие некоторому уменьшению мощности двигателя. Обычно такие графики строят для точек, соответствующих падению мощности ΔNна 1, 2, 4, 6, 8 и 10% от наибольшего значения для данной характеристики. По точкам равного падения мощности проводят кривые (рисунок 18).

При построении характеристик по углу опережения зажигания для частичных нагрузок определяют зависимость от угла Ө экономических показателей. Эти зависимости вычисляют аналитически и строят кривые g_eв функции от угла Ө для различныхΔр_к. Итоговые характеристики для полных и частичных нагрузок используют для того, чтобы установить характеристики автоматов опережения зажигания.

Рисунок 18 Итоговая характеристика по углу опережения зажигания
На большинстве современных автомобильных двигателей установлено два автомата опережения зажигания, встроенные враспределитель зажигания. Один из автоматов центробежного типа изменяет угол Ө в зависимости от частоты вращения; второй вакуумного типа - в зависимости от нагрузки. Характеристика автомата должна быть максимально приближена к кривой Ө_ОПТ. Поле допусков на технологическую неточность изготовления для современных регуляторов находится в пределах, допускающих ухудшение показателей двигателя не более чем на 1%. Автоматы обычно снабжены пружинами с линейной характеристикой. Поэтому их характеристики представляют собой отрезки прямых линий. Размеры пружин, грузов, мембран должны быть выбраны так, чтобы зависимость Ө от nи разрежения во впускном трубопроводе соответствовала оптимальному значению угла опережения зажигания.

Поле допусков характеристики центробежного автомата опережения зажигания показано на рис. 18 заштрихованными участками.

Скоростные характеристики могут быть получены при различных, но по­стоянных для каждой характеристики положениях дроссельной заслонки или рейки топливного насоса. Скоростная характеристика, полученная при пол­ностью открытой дроссельной заслонке или полной подаче топлива (рейка топ­ливного насоса отведена до упора), на­зывается внешней скоростной характе­ристикой. По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

На скоростной характеристике различают сле­дующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

ü - минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полном открытии дросселя;

ü - частота вращения, соответствующая наибольшему крутящему моменту и наибольше­му среднему давлению;

ü - частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;

ü - наибольшая возможная частота вра­щения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем или регулятором.

Поскольку дизели, как правило, ра­ботают при нагрузках, близких к мак­симальной, регулятор частоты враще­ния коленчатого вала настраивается так, чтобы наибольшая частота враще­ния не превышала той, которая соот­ветствует наибольшей возможной эф­фективной мощности по внешней ско­ростной характеристике .

Карбюраторные автомобильные дви­гатели в основном работают с неко­торой недогрузкой по мощности и, что­бы лучше использовать скоростные воз­можности двигателя, ограничитель максимальной частоты вращения настраи­вается так, чтобы она превышала при­мерно на 20 % частоту вращения ко­ленчатого вала, соответствующую наи­большей мощности двигателя по внешней скоростной характеристике . Практически автомо­бильный карбюраторный двигатель ра­ботает в интервале частот и . Именно в этом интервале производится переключение передач и имеет место минимальный удельный расход топлива.

Из приведенных скоростных характе­ристик видно, что кривая мощности имеет максимум. Мощность достигает максимума, когда влияние повышения частоты вращения коленчатого вала (частоты циклов) на увеличение мощ­ности полностью компенсируется умень­шением среднего эффективного давле­ния . С повышением частоты враще­ния коленчатого вала уменьшается за счет ухудшения процесса наполнения и возрастания механических потерь.

Максимальные крутящий момент и мощность двигателя имеют место при различных частотах вра­щения коленчатого вала. Отношение частоты вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте к частоте вращения при максималь­ной мощности обычно составляет 0,4-0,7 (большие значения - для ди­зелей). Уменьшение крутящего момента после достижения максимума при уве­личении частоты вращения существенно влияет на устойчивость скоростного ре­жима работы двигателя. Как видно при работе дви­гателя с максимальной мощностью раз­виваемый крутящий момент значитель­но меньше максимального. Следова­тельно, двигатель имеет потенциальный запас крутящего момента, равный раз­ности максимального момента двигате­ля и момента сопротивления на дан­ном скоростном режиме.

Рис. 35. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

 

Устойчивость скоростного режима работы двигателя за счет потенциального запаса крутящего момента оце­нивается с помощью коэффициента при­способляемости - отношения максимального крутящего момента к крутя­щему моменту при номинальном режи­ме: . В карбюраторных двигателях , а в дизе­лях - 1,05-1,15.

 

Рис. 36Внешняя скоростная характеристика дизеля.

 

Коэффициент приспособляемости ха­рактеризует способность двигателя пре­одолевать кратковременные перегрузки без переключения передач. Для этой же цели в ГОСТ 14846-69 введено по­нятие запаса крутящего момента (%), который подсчитывается по формуле .

Графики часового и удельного расходов топлива приводятся на скоро­стной характеристике для оценки эко­номичности двигателя при работе на различных скоростных режимах.

Часовой расход топлива при постоян­ном положении дросселя зависит глав­ным образом от частоты вращения коленчатого вала, а также от коэффи­циента наполнения. Поэтому по мере повышения частоты вращения часовой расход топлива растет сначала почти прямо пропорционально, затем начина­ет сказываться влияние коэффициента наполнения, и темп роста часового рас­хода снижается.

График эффективного удельного рас­хода топлива на скоростной характе­ристике имеет почти такой же вид, как и график индикаторного удельного рас­хода, анализ которого сделан ранее. Отличием графика эффективного удель­ного расхода от индикаторного являет­ся более крутой подъем его после точки минимума, что объясняется увеличе­нием механических потерь в двигателе

 

---

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 532; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!