Процессы газообмена и сжатия. Лекция №4 и №5

НАПОЛНЕНИЕ

Наполнение цилиндра и влияющие на него факторы

Действительный рабочий цикл двигателя совершается каждый раз со свежей  порцией рабочего тела, т. е. в начале каждого цикла в цилиндр поступает извне некоторое количество воздуха или готовой горючей смеси воздуха с топливом.

Процесс наполнения цилиндра рабочим телом, или, как его называют, процесс зарядки, находится в зависимости от целого ряда факторов, которые связаны с гидродинамической и тепловой его сущностью, а также с конструктивными свойствами двигателя. В результате влияния этих факторов действительное количество горючей смеси или воздуха, поступившее в цилиндр за период наполнения, не равно тому количеству, которое теоретически могло бы заполнить рабочий объем цилиндра Vh при условиях окружающей среды (Р0 и Т0).

Первым и основным фактором, отражающимся на количестве рабочего тела, которое поступает в цилиндр четырехтактного двигателя, работающего без наддува, является перепад давлений ΔРа (фиг. 15). Давление Ра  в цилиндре четырехтактного двигателя в период всасывания всегда меньше, чем давление Ро окружающей среды, ибо для  создания  скорости протекания засасываемого газа через впускные клапаны, а также для преодоления сопротивлений в них и во впускном трубопроводе нужна некоторая разность давлений  ΔРа= Ро – Ра. Разрежение ΔРа создается в четырехтактном двигателе благодаря ходу поршня от в. м. т. в период всасывания. 

В результате при работе двигателей в четыре такта плотность засосанного заряда в конце впуска меньше, чем та, которая соответствовала бы давлению Ро. Воздух или горючая смесь, поступающие в рабочий цилиндр, входят в соприкосновение с внутренними поверхностями цилиндра (днище поршня, головка, клапаны, цилиндровая гильза), температура  которых значительно выше температуры окружающей среды. Поэтому в процессе наполнения рабочий заряд подогревается от этих поверхностей, что также уменьшает его плотность. Подогрев может быть оценен некоторой  разностью температур ΔТ и является вторым фактором, уменьшающим количество действительно поступившего в  цилиндр   заряда.

Третьим фактором, влияющим на наполнение цилиндра, является невозможность полностью удалить из цилиндра продукты сгорания предшествовавшего цикла в период выпуска и выталкивания.



В четырехтактных двигателях некоторое количество продуктов сгорания, так называемых остаточных газов, остается после хода выталкивания в объеме сжатия Vc. 

Естественно, что остаточные газы, занимая некоторую часть объема цилиндра, уменьшают количество свежего заряда, которое может поступить в цилиндр в процессе наполнения. Следует также иметь в виду, что повышенное давление остаточных газов Рг, несколько сокращает продолжительность впуска потому, что начальная часть хода поршня от в. м т теряется на расширение остаточных газов от давления Рг до давления Ро .     

Таким образом при определенных размерах цилиндра и коэффициента сопротивления.

Для двигателя с качественным регулированием (т. е. для дизеля) число оборотов n является единственным эксплуатационным фактором, влияющим на величину ΔРа. Что же касается карбюраторных , т. е. двигателей с количественным регулированием, то у них изменение положения дроссельной заслонки (в соответствии с развиваемым двигателем крутящим моментом) изменяет величину коэффициента сопротивления впускной системы относимого к проходному сечению клапана. При работе на малых нагрузках прикрытый дроссель увеличивает сопротивление впуска.

Размерность цилиндра влияет на степень подогрева поступающего заряда потому, что при увеличении диаметра цилиндра уменьшается относительная величина его поверхности, т. е. поверхности, отнесенной к 1 л объема, вследствие этого в двигателях с большим рабочим объемом цилиндра подогрев заряда оказывается меньшим.

 

Коэффициент наполнения и коэффициент остаточных газов

Результатом совокупности всех явлений, указанных выше, является то, что количество рабочего тела, заполняющее объем цилиндра Vh при давлении Ра и температуре Та при нормальном процессе наполнения, меньше, чем то количество, которое могло бы находиться в этом объеме при давлении Ро и температуре То.

Отношение действительного количества заряда (т.е. для карбюраторных  двигателей—смеси воздуха с топливом, а для дизелей—воздуха), поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем Vh, при давлении Ро и температуре То, называется коэффициентом наполнения двигателя (или коэффициентом подачи) ηv.

В карбюраторных двигателях и в дизелях под Ро и То понимаются давление и температура окружающей среды. 

Влияние нагрузки двигателя (т. е. крутящего момента) на  коэффициент наполнения различно в зависимости от применяемого способа регулирования. 

При количественном регулировании (карбюраторные двигатели) необходимое изменение количества горючей смеси, поступающего в цилиндра достигается соответствующим изменением положения дроссельной заслонки. Тем самым по мере уменьшения нагрузки (при постоянном n) возрастает сопротивление впускной системы и, следовательно, за счет увеличения ΔРа снижается коэффициент наполнения ηv.

В случае качественного регулирования (дизели), когда изменение нагрузки двигателя связывается с изменением количества топлива при постоянном количестве воздуха, поступающем в период наполнения, сопротивление впускной системы не зависит от нагрузки. Тем самым при всех нагрузках двигателя ΔРа =const и коэффициент наполнения ηv  зависит только от изменения интенсивности подогрева воздуха при впуске. Нужно, однако, отметить, что изменение нагрузки относительно слабо отражается здесь на коэффициенте наполнения.  

Увеличение гидравлического сопротивления выпускной системы, непосредственно сказываясь на более высоком протекании линии выпуска на индикаторной диаграмме, приводит к тому, что:

1) уменьшается полезная площадь индикаторной диаграммы;

2) уменьшается коэфициент наполнения;

3) увеличивается коэфициент остаточных газов. 

 Все это вместе взятое приводит к уменьшению мощности и снижению к. п. д. двигателя.                

Установка глушителя практически уменьшает мощность двигателя и потому при выборе его типа и размеров, помимо акустических свойств, одним из решающих факторов является его гидравлическое сопротивление.

Так как потеря энергии на преодоление гидравлических сопротивлений зависит от квадрата средней скорости газа в выпускной системе, а следовательно, приблизительно от квадрата числа оборотов двигателя, то потеря мощности за счет установки глушителя при повышении числа оборотов должна увеличиваться более резко, чем по прямолинейному закону.


          



Из этой диаграммы следует, что увеличение противодавления на 0,2 кг/см2 влечет за собой уменьшение мощности на 4,5% а увеличение противодавления на 0,3 кг/см2—на 8%.










Фазы распределения

Кроме тех факторов, совокупность которых определяет наполнение четырехтактных двигателей и влияние которых было рассмотрено выше, коэффициент наполнения зависит также от фаз распределения, т. е. от моментов открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Несомненно, что отклонение фаз распределения от теоретических, всегда применяемое в двигателях, отражается на величинах коэффициента наполнения и коэффициента остаточных газов.

По этому поводу можно сказать следующее. Предварение открытия выпускного клапана, т. е. Открытие его до того момента, когда поршень дойдет до н. м. т., имеет

своей основной целью создать условия для эффективной очистки цилиндра путем естественного выпуска за счет перепада давлений между цилиндром  и окружающей средой. Так  как условия динамической нагрузки клапанов требуют, чтобы в начальный период своего действия клапан  относительно медленно открывал проходное сечение для газов, предварение выпуска необходимо устанавливать таким, чтобы было обеспечено время — сечение, достаточное для  понижения давления к моменту, когда поршень начнет свое обратное движение от н. м. т. Одновременно правильное опережение выпуска уменьшает затрату энергии на выталкивание, что видно, например, из схематической диаграммы выпуска (фиг. 26, кривая от точки 3). Однако чрезмерно большое предварение выпуска дает также отрицательные результаты, ибо, уменьшая полезную площадь индикаторной диаграммы, снижает мощность двигателя (кривая от точки 2 фиг. 26). На той же диаграмме кривая от точки 1 соответствует открытию клапана в н. м. т.

Естественно, что двигатели требуют тем большего предварения выпуска, чем они быстроходнее.

Закрытие выпускного клапана производится всегда с некоторым запаздыванием, т. е. после в. м. т. Это обеспечивает, с одной стороны, достаточное время—сечение для истечения газов из цилиндра в конце хода выталкивания, а с другой стороны позволяет некоторому количеству отработавших газов дополнительно вытечь из цилиндра и тем самым уменьшить количество остаточных газов. Кроме того, запаздывание закрытия выпускного клапана дает возможность использовать инерционное движение газов в выпускном трубопроводе после того, как Рг станет меньше Ро, для более полной очистки цилиндра двигателя от продуктов сгорания.

От размеров выпускной трубы зависит характер колебательных движений в ней отработавших газов, который должен быть учтен при выборе момента закрытия выпускного клапана.

При известных соотношениях между длиной выпускной трубы и числом оборотов вала двигателя колебания давления, за выпускным клапаном, могут распространиться так, что за клапаном в момент прихода поршня в в. м. т. будет возникать значительное разрежение. Это разрежение (фиг. 27) при остающемся еще некоторое время открытом клапане позволит затянуть процесс выхода газов из цилиндра на начало такта впуска.

Для наилучшего использования указанного отсасывающего действия желательно запаздывание закрытия выпускного клапана делать таким, чтобы его посадка на седло происходила несколько позже момента создания наибольшего разрежения за клапаном, захватывая при этом наибольшую часть заштрихованной на фиг. 27 площади.

В результате вследствие запаздывания закрытия выпускного клапана улучшается очистка цилиндра , улучшается наполнение и повышается мощность двигателя.

Открытие впускного клапана производится с таким расчетом, чтобы к моменту, когда давление в цилиндре за счет расширения остаточных газов упадет ниже давления окружающей среды, было создано достаточное проходное сечение для поступления свежего заряда. При этом часто открытие впускного клапана производится с опережением (т. е. до в. м. т.).

У многих быстроходных двигателей (особенно у дизелей) в результате запаздывания закрытия выпускных клапанов и предварения открытия впускных создается так называемое перекрытие клапанов, т. е. одновременно остаются открытыми впускной и выпускной клапаны. При этом, несмотря на движение поршня от в. м. т., поток отработавших газов не меняет своего направления в выпускной патрубок, а через впускной клапан начинается поступление свежего заряда, облегчаемое подсасывающим действием столба отработавших газов. За счет перекрытия клапанов в некоторых случаях достигается продувка пространства сгорания, т. е. очистка его поступающим воздухом (в дизелях) от остаточных газов.

Нужно отметить, что слишком большое перекрытие клапанов может оказать отрицательное влияние на процесс наполнения, так как при этом может уже иметь место проникание продуктов сгорания во впускной патрубок (при преждевременном открытии впускного клапана) и засасывание отработавших газов из выпускного патрубка (при чрезмерном запаздывании закрытия выпускного клапана).

Закрытие впускного клапана после н. м. т., т. е. с запаздыванием, улучшает наполнение цилиндра свежим зарядом, так как, во-первых, это оставляет большое проходное сечение для впуска   при  конце хода поршня, а во-вторых, поскольку в начале хода сжатия давление в цилиндре остается меньшим давления окружающей среды Ро, через открытый впускной клапан в цилиндр продолжает некоторое время поступать дополнительное количество свежего заряда. Кроме того, инерция потока впускаемого газа дает иногда возможность продлить процесс наполнения и на некоторый период после н. м. т., при обратном ходе поршня, когда давление в цилиндре больше Ро.

Все перечисленные явления, связанные с правильно установленными фазами распределения, позволяют несколько увеличить коэффициент наполнения двигателя.


СЖАТИЕ

Процесс сжатия в двигателях внутреннего сгорания служит для создания условий, которые необходимы, чтобы сгорание рабочей смеси топлива с воздухом происходило эффективно. В зависимости от того, какой принцип смесеобразования и воспламенения топлива применяется в данном двигателе, различны требования, предъявляемые к протеканию процесса сжатия.

При внешнем смесеобразовании и постороннем зажигании (от запальной свечи), когда в цилиндре сжимается готовая рабочая смесь воздуха с жидким карбюрированным топливом, в процессе сжатия должно происходить дополнительное перемешивание смеси для повышения однородности ее состава по всему объему. Это облегчает и ускоряет распространение вспышки от места ее возникновения, т. е. от электродов свечи, по всему пространству сгорания и улучшает качество сгорания, в смысле использования всего кислорода воздуха Особенно благоприятные условия в этом отношении создаются если к концу сжатия в цилиндре сохраняется вихревое движение сжатой рабочей смеси.   

При внутреннем смесеобразовании с принудительным зажиганием рабочей смеси (бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндр одним из основных условий благоприятного смесеобразования являются вихри, образующиеся в цилиндре к концу сжатия, способствующие равномерному распределению впрыскиваемого топлива по объему пространства сжатия.

Как было установлено при анализе идеальных циклов, в целях увеличения термического использования следует стремиться к повышению степени сжатия. В то же время параметры смеси в конце сжатия не должны превышать тех пределов, выше которых нарушается нормальное протекание сгорания (за счет детонации или появления преждевременной вспышки). В соответствии с этим требованием, в зависимости от применяемого топлива и от условий теплоотдачи, определяются допустимые пределы изменения степени сжатия в двигателях с принудительным зажиганием смеси.

В двигателях, работающих с самовоспламенением топлива, т. е. дизелях, тоже весьма желательно, чтобы к концу хода сжатия (к моменту впрыскивания топлива в цилиндр) в пространстве сжатия существовало вихревое движение сжимаемого воздуха. Наличие завихрения облегчает равномернее перемешивание впрыскиваемой порции топлива с воздухом и, следовательно, улучшает использование имеющегося воздуха для сгорания. Необходимо, однако, чтобы вихревое движение в пространстве сжатия было надлежащим образом направлено в соответствии с формой этого пространства и с направлением струй впрыскиваемого топлива; скорость воздуха также имеет весьма существенное значение в этом отношении. Как показывают опыты, увеличение скорости вращательного движения воздуха в камере сгорания сверх оптимальной величины ухудшает процесс сгорания, ибо при этом отдельные струи топлива сталкиваются между собой и образуют наряду с зонами неиспользованного воздуха местные зоны, переобогащенные топливом.

Принцип работе дизелей требует, чтобы температура конца сжатия обеспечивала самовоспламенение впрыснутого топлива. В соответствии с этим требованием определяется та минимальная степень сжатия, которая должна быть осуществлена в двигателе. Обычно степень сжатия выбирается таким образом, чтобы температура конца сжатия превосходила температуру самовоспламенения топлива не менее чем на 200°,.

Это требование вызывается двумя обстоятельствами:

а) увеличенная температура конца сжатия сокращает период между началом впрыска горючего и его самовоспламенением (период задержки самовоспламенения), в течение которого происходят подогрев впрыснутых капелек, их частичное испарение и предварительное окисление. Сокращенный период задержки самовоспламенения в свою очередь обеспечивает более мягкую работу двигателя без резких вспышек, так как при этом условии в реакцию одновременно вступает меньшее количество топлива. б) значительный перепад между температурой самовоспламенения и температурой конца сжатия при нормальной работе двигателя обеспечивает надежный пуск холодного дизеля, когда вследствие усиленной потери тепла в стенки температура конца сжатия довольно сильно снижается.

Практические величины степени сжатия быстроходных дизелей укладываются в пределы ε =12—20. Причина верхнего ограничения степени сжатия заключается в том, что увеличение ε выше этого предела влечет за собой очень резкое повышение давления конца сжатия и, соответственно, максимального давления сгорания. В результате чрезмерные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм приводят к необходимости утяжеления деталей этого механизма и двигателя в целом. Кроме того, повышенное максимальное давление на поршень увеличивает затрату мощности на преодоление сопротивлений трения в двигателе. Увеличение степени сжатия в области высоких ее значений (ε=20 и выше) весьма незначительно повышает термическое использование; таким образом получающееся небольшое повышение к. п. д. не компенсирует отрицательных сторон применения чрезмерно высоких степеней сжатия.

СГОРАНИЕ И РАСШИРЕНИЕ

Период сгорание—расширение у двигателей внутреннего сгорания является основным периодом их рабочего цикла. В течение этого периода химическая энергия топлива превращается в энергию тепловую и далее частично в механическую.    

В силу различных причин практически не удается получить в чистом виде ни цикла Отто, ни цикла Дизеля, ни смешанного цикла, и если называют двигатели с принудительным воспламенением двигателями, работающими по циклу Отто, или быстроходные дизели—работающими по смешанному циклу, то эти названия перешли к ним от соответствующих теоретических циклов. Как у тех, так и у других двигателей нет сгорания. происходящего строго при постоянном объеме, т. е. сгорания мгновенного, с бесконечно большой скоростью. Такое сгорание весьма нежелательно, так как оно привело бы к чрезвычайно жесткой работе двигателя со стуками. Точно так же почти совершенно не удается практически получить сгорания при постоянном давлении в быстроходных дизелях, теоретически работающих по смешанному циклу.

Так как законы, по которым протекают процессы зарядки и сжатия, для всех четырехтактных двигателей одинаковы, то эти процессы рассматривались совместно для всех двигателей.

Во всех двигателях с принудительным воспламенением топлива в конце хода сжатия цилиндр заполнен сжатой смесью воздуха с испаренным или газообразным топливом и примесью остаточных газов. Эта смесь затем воспламеняется в одной или нескольких точках в зависимости от числа свечей на цилиндре.

Запал рабочей смеси здесь производится в момент, определяемый на индикаторной диаграмме точкой 1 и соответствующий по коленчатому валу некоторому углу 6° до     в. м. т. Этот угол носит название угла опережения зажигания.




От точки 1 до точки 2 индикаторной  диаграммы имеет место первая фаза сгорания, за время которой повышение давления газов в цилиндре происходит только вследствие продолжающегося сжатия. За период скрытого сгорания в сжатой смеси образуются небольшие очаги реакции горения, которые по истечении некоторого промежутка времени, необходимого для их развития, вызывают ясно выраженное на диаграмме сгорание.

Далее от точки 2 начинается резкое повышение давления вследствие начавшегося бурного сгорания топлива. За это время пламя, двигаясь от места запала, распространяется по всей камере сгорания, постепенно охватывая всю массу предварительно сжатой рабочей смеси. Точка 3 на индикаторной диаграмме соответствует получению максимального давления газов в цилиндре, а весь промежуток времени от точки 2 до точки 3 является второй фазой сгорания. Этот промежуток времени часто называют периодом  видимого или эффективного сгорания.

При нормальной работе двигателей воспламенение смеси производится от искры в определенный момент в конце хода сжатия. Начиная с этого момента, пламя распространяется от свечи по всему пространству камеры сгорания примерно по концентрическим поверхностям (сферам) с некоторой переменной скоростью, зависящей в основном от величины температуры и давления сгорающей смесила также от интенсивности ее завихрения и коэффициента избытка воздуха а. По мере удаления от свечи скорость движения фронта пламени постепенно возрастает, составляя для условий сгорания смеси в двигателях величину в среднем порядка 20—40 м/сек.

При оценке продолжительности протекания процесса сгорания не следует смешивать два понятия: скорость сгорания и скорость распространения фронта пламени. В то время как последняя, выражаемая в м/сек, характеризует быстроту перемещения фронта пламени от места запала, скорость сгорания характеризуется продолжительностью протекания процесса сгорания в секундах от момента зажигания смеси до момента образования конечных продуктов сгорания.

Слишком быстрое возрастание кривой давлений при сгорании вызывает большие динамические нагрузки движущихся деталей кривошипного механизма, в результате чего наблюдаются вибрация, тряска и шумная работа двигателя, быстро разрабатываются подшипники, сокращается срок службы двигателя и уменьшается его мощность. 

Такое ударное воздействие сгорающих газов на детали двигателя вызывает „жесткую" его работу.  

Совершенно очевидно, что при различных скоростях сгорания смеси должны устанавливаться различные углы опережения зажигания для получения индикаторной диаграммы с наибольшей полезной площадью; чем скорость сгорания будет меньше, тем, очевидно, раньше следует зажигать смесь, чтобы получить большую величину среднего индикаторного давления.

Детонация

Под детонацией обычно понимают измененное протекание процесса сгорания с повышенной скоростью, сопровождающееся характерным стуком, перегревом двигателя и резкими местными повышениями давления газов в цилиндре, вредно сказывающимися на деталях двигателя.

I Основными внешними признаками, сопровождающими работу двигателя с детонацией, являются следующие:

1. Появление в цилиндрах звонкого стука металлического характера, заметно отличающегося от других, более глухих звуков, возникающих в результате износа отдельных деталей двигателя.

2. Неустойчивая работа двигателя.      .

3. Перегрев двигателя и падение его мощности (имеются указания отдельных экспериментаторов, что мощность двигателя в самом начале появления детонации несколько повышается, я затем начинает резко падать).

4. Появление в выбрасываемых наружу газах „хлопков* черного дыма и отдельных искрящихся точек (это явление наблюдается у авиационных двигателей, которые имеют обычно при испытаниях установленные на каждом цилиндре индивидуальные короткие выпускные патрубки).

Необходимо отметить, что детонационный характер сгорания нельзя смешивать с явлением преждевременного воспламенения, которое может возникать еще до момента зажигания вследствие чрезмерного местного повышения температуры сжатой свежей смеси при соприкосновении ее с наиболее горячими частями камеры сгорания. Оба эти явления совершенно различны. Детонация всегда имеет место после зажигания, в то время как преждевременное воспламенение ему предшествует. В последнем случае работа двигателя сопровождается сильными глухими стуками. Сильная детонация может лишь способствовать созданию условий (например, перегрев электродов свечей) для появления преждевременного воспламенения.

Вместе с этим следует также указать, что очень часто неправильно объясняют стучанием пальца в поршне детонационные стуки, появляющиеся при детонации вследствие слишком раннего зажигания. Детонационные стуки получаются более звонкими и легко могут быть уничтожены добавлением к топливу соответствующего количества антидетонатора, тогда как стуки пальца в поршне при этом должны остаться без изменения.

В результате чрезвычайно быстрого сгорания ядра смеси (сгорание этой смеси становится почти мгновенным) сильно увеличивается давление и возникает ударная волна.

В местах детонационного сгорания давление газов может достигать величин порядка 150 кг/см2. Естественно, что такие давления, хотя и имеющие местный характер, опасны и могут в некоторых случаях явиться причиной поломки поршня.

Слышимый при работе двигателя с детонацией звонкий стук объясняется вибрацией стенок цилиндра в результате удара о них волн повышенного давления, движущихся со скоростью звука через массу газов.

Выбрасываемые через выпускные патрубки „хлопки" черного дыма и искры при работе двигателя с детонацией даже при избытке воздуха указывают на неполное сгорание топлива и выпадение при сгорании свободного углерода.

Выпадение углерода уменьшает экономичность работы двигателя и способствует более быстрому покрытию поверхностей камеры сгорания нагаром, а образование окиси азота является причиной разъедания металлов и, возможно, причиной заедания поршневых колец, часто наблюдаемого после длительной работы двигателя с детонацией.

Самыми вероятными местами возникновения очагов детонации являются наиболее удаленные от свечи участки камеры сгорания и те ее места, где имеется наиболее нагретый металл (например, выпускной клапан, днище поршня), поэтому для уменьшения склонности двигателя к детонации следует признать целесообразным:

1. Сокращать по возможности путь пробега пламени от свечи до наиболее удаленных от нее участков рабочей смеси.

2. Располагать свечу ближе к наиболее горячим частям камеры сгорания.


Температура самовоспламенения топлива

Температурой самовоспламенения Тs называется та минимальная температура, до которой топливо должно быть нагрето, чтобы оно могло воспламениться без всякого внешнего воздействия пламени или электрической искры. Эта величина имеет весьма существенное значение при оценке топлива в смысле применимости его в дизелях. Однако температура самовоспламенения даже для одного и того же топлива изменяется в довольно широких пределах в зависимости от влияния самых различных факторов и потому нет возможности дать какие-либо стандартные значения Тs для того или иного топлива.     

Промежуток времени, протекающий между началом впрыскивания топлива в цилиндр дизеля и моментом появления пламени, носит название периода задержки самовоспламенения или индукционного периода.

Величина температуры самовоспламенения, как видно из сказанного выше, зависит в основном от скорости химической реакции окисления топлива и от интенсивности тeплooбмeнa между воздухом и частицами топлива. Эти процессы в свою очередь зависят от целого ряда факторов, в числе которых могут быть названы следующие основные: а) сорт топлива (строение его молекул); б) состав горючей смеси; в) плотность рабочей смеси; г) состояние рабочей смеси (покой или движение); д) примесь инертных газов и водяного пара.

Чем короче период задержки самовоспламенения, тем мягче протекают процесс сгорания и работа двигателя в целом.

Это последнее обстоятельство является решающим и потому в подавляющем большинстве случаев (кроме тех, когда максимальная экономичность является основным требованием и должна быть получена хотя бы ценой пониженной долговечности и надежности двигателя) необходимо стремиться к сокращению продолжительности периода задержки самовоспламенения.

Следует указать, что на жесткость работы дизельного двигателя кроме периода задержки самовоспламенения оказывает влияние закон впрыска топлива, определяемый профилем кулачка топливного насоса и характеристикой форсунки.

В отношении протекания процесса сгорания дизели отличаются от карбюраторных двигателей рядом особенностей, которые вытекают из принципа внутреннего смесеобразования.

Первая особенность заключается в том, что при впрыске жидкого топлива в конце сжатия процесс образования рабочей смеси ограничивается во времени (15°—30° поворота коленчатого вала) и это сильно отражается на равномерности образующейся рабочей смеси. Таким образом, первая особенность сгорания в дизеле заключается в том, что коэффициент избытка воздуха есть величина переменная по объему пространства сгорания

Второй особенностью сгорания в дизеле является изменение коэффициента избытка воздуха по времени.




Третья особенность сгорания в дизелях, также являющаяся результатом внутреннего смесеобразования, состоит в том, что характер процесса может в сильной степени изменяться в зависимости от того, по какому закону осуществляется впрыск топлива, завися от характеристики топливоподающей системы. Так, если впрыск происходит с постепенно возрастающим секундным расходом топлива через форсуночное сопло, процесс сгорания протекает со все возрастающей интенсивностью.

Наконец, характерным для сгорания в дизелях является то, что максимальная температура достигается несколько позже, чем максимальное. Такое запаздывание нарастания температуры по отношению к нарастанию давления является следствием того, что сгорание распространяется на часть хода расширения, когда увеличение объема над поршнем приводит к понижению давления.

Процесс расширения

Процесс расширения в действительном цикле двигателей внутреннего сгорания протекает по еще более сложному закону чем процесс сжатия. Помимо охлаждения и уменьшения количества расширяющихся газов (вследствие утечек через не плотности) здесь добавляются еще явление догорания топлива и восстановление некоторого количества продуктов диссоциации.

Очевидно, догорать в процессе расширения может только то топливо, для сгорания которого имеется кислород и которое по причине несовершенства перемешивания с воздухом и недостатка времени не смогло сгореть за период, отведенной для процесса сгорания.

Догорание топлива и восстановление продуктов диссоциации на различных участках хода расширения протекают с различной интенсивностью. 

Анализом действительных индикаторных диаграмм установлено, что суммарное выделение теплоты в результате этих двух явлений происходит более интенсивно при более высоких температурах, т. е. в первой части хода расширения, и постепенно затухает по мере приближения поршня к н. м. т.

Степень охлаждения расширяющихся газов, зависящая в основном от трех факторов: разности температур, величины поверхности охлаждения и времени, меняется по ходу поршня по довольно сложному закону, ибо за период расширения имеют место:

а) непрерывное уменьшение разности температур между газами и стенками цилиндра;

б) непрерывное увеличение охлаждающей поверхности при удалении поршня от в. м. т.;

в) изменение продолжительности охлаждения газов для различных участков хода расширения за счет движения поршня с переменной скоростью.

Уменьшение количества расширяющихся газов вследствие выхода этих газов из цилиндра через не плотности поршневых колец и клапанов также не одинаково для различных участков хода поршня, так как давление газов в цилиндре непрерывно уменьшается по мере удаления поршня от в. м. т.