Давление и температура в цилиндре дизельного двигателя

Пары дизельного топлива

Двигатель внутреннего сгорания, хотя вернее было бы — внутреннего взрыва, использует взрыв быстро сжатой смеси паров топлива с воздухом. Энергия взрыва паров дизельного топлива проявляется в резком увеличении давления в камере сгорания за счет расширения газов, получающихся вследствие химической реакции взрыва.

Двигатель на дизельном топливе

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения топлива от сжатия. Основное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в способе подачи паров дизельного топлива (топливо-воздушной смеси) в цилиндр и способе их воспламенения. В дизельном двигателе воздух подается в цилиндр отдельно от топлива и затем сжимается. Из-за высокой степени сжатия (от 14:1 до 24:1), воздух нагревается до температуры самовоспламенения дизельного топлива (800—900°С). Пары дизельного топлива впрыскиваются в камеры сгорания форсунками под большим давлением (от 10 до 220 МПа) и практически мгновенно воспламеняются.

Свечи у дизеля тоже могут быть, но они являются свечами накаливания и разогревают воздух в камере сгорания, чтобы облегчить запуск. Таким образом, наиболее распространенным определением дизельного двигателя является: «Поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением паров топлива от сжатия». Дизельный двигатель благодаря очень высокой степени сжатия отличается большим КПД (до 50 %) по сравнению с бензиновым двигателем.

Принцип работы дизельного двигателя с четырехтактным циклом

Первый такт — впуск, служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом. При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.

Второй такт — сжатие, необходим для подготовки к самовоспламенению паров дизельного топлива. При своем движении к верхней мертвой точке, поршень сжимает воздух в 18-22 раза (у карбюраторных в 8-10 раз). Поэтому в конце такта сжатия, давление паров дизельного топлива над поршнем достигает 40 кг/см2, а температура поднимается выше 500°С.

Третий такт — рабочий ход, служит для преобразования энергии сгораемого дизельного топлива в механическую работу. В конце такта сжатия, в камеру сгорания, через форсунку под давлением подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха. При сгорании дизельного топлива (взрыв паров дизельного топлива), происходит его расширение и увеличение давления паров. При этом возникает усилие, которое перемещает поршень к нижней мертвой точке и через шатун проворачивает коленчатый вал. Во время рабочего хода давление в цилиндре достигает 100 кг/см2, а температура превышает 2000°С.

Четвертый такт (выпуск отработавших газов) служит для освобождения цилиндра от отработавших газов. Поршень от нижней мертвой точки поднимается к верхней мертвой точке и, через открытый выпускной клапан, выталкивает отработавшие газы. При своем последующем движении вниз, поршень засасывает свежую порцию воздуха, происходит такт впуска, такт взрыва паров дизельного топлива — и рабочий цикл повторяется.

В двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, и можно ожидать существенного повышения мощности по сравнению с четырехтактным циклом. На практике же это не удается реализовать.

Давление паров дизельного топлива, температура вспышки и возможность взрыва паров

Давление насыщенных паров определяет летучесть нефти нефтепродуктов, оказывающую влияние на условия их применения. Давление насыщенных паров с повышением температуры растет. Образование насыщенных паров приводит к тому, что давление на свободной поверхности не может быть ниже давления насыщенных паров. Как и во всех нефтепродуктах, в дизельном топливе давление паров (равновесная устойчивая концентрация паров над поверхностью жидкости) зависит от температуры, оно увеличивается с повышением температуры и сравнивается с атмосферным в начале кипения.

Температура вспышки (не путать с температурой самовоспламенения) — это температура, при которой давление (концентрация) паров жидкости настолько высоки, что они вспыхивают при наличии провоцирующего источника. Данная концентрация находится между нижним и верхним пределами взрываемости. Можно сказать, что температура вспышки при наличии провоцирующего источника — это значение, которое связывает давление и концентрацию насыщенных паров, находящихся в пределах НКПР и ВКПР.

Пары дизельного топлива опасны только при температурах выше 55°С. Дизельное топливо загорается только тогда, когда происходит испарение и нагрев паров, от поднесенного огня возникновение взрыва паров дизельного топлива в открытом пространстве практически исключено. Пары дизельного топлива практически безопасны при температурах окружающей среды, т.е. концентрация их всегда ниже нижнего концентрационного предела.

При операциях с нефтепродуктами несложно проследить возникновение ситуаций, при которых происходит превращение паров высокой невзрывоопасной концентрации в низкую взрывоопасную концентрацию. Существуют приборы для определения давления насыщенных паров дизельного топлива. Определение давления насыщенных паров происходит при температуре 380°С и при отношении объема, занимаемого пробой топлива, к объему, занимаемому парами топлива, равном 1:4.

Давление и температура в цилиндре дизельного двигателя

Правила технической эксплуатации дизелей

Общие положения
Подготовка и ввод дизеля в действие
Техническое использование дизеля во время работы и обслуживание при бездействии
Техническое использование дизеля на режимах и в
условиях, отличающихся от нормальных

Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9
Приложение 10
Приложение 11
Приложение 12
Приложение 13
Приложение 14
Приложение 15
Приложение 16
Приложение 17
Приложение 18
Приложение 19
Приложение 20

Контроль за работой и регулировка дизелей

5. Контроль за работой и регулировка дизелей

5.1. Во время работы дизелей мощностью 220 кВт и выше необходимо контролировать следующие основные параметры:

среднее индикаторное давление при наличии на дизеле индикаторного привода;
давление в конце сжатия p ; c
максимальное давление сгорания p ; z
среднее давление по времени p ; t
давление продувочного (наддувочного) воздуха p ; k
температуру выпускных газов t ; r
удельный расход топлива g ; e
удельный расход масла g (для дизелей с раздельной системой m смазки — удельный расход на смазку втулок рабочих цилиндров и циркуляционную смазку). Кроме указанных, следует также контролировать параметры в соответствии с утвержденной формой машинных журналов и журналов индицирования.

Читать еще: Быстроходные дизельные двигатели что это

5.2. Периодичность индицирования дизеля и определения основных параметров устанавливается механико — судовой службой (МСС), либо инженерно — технической службой (ИТС) или специалистом судовладельца в соответствии с требованиями заводской инструкции и в зависимости от типа дизеля, его технического состояния, условий эксплуатации, но не реже чем через каждые 400 ч работы.

5.3. Индицирование дизелей, кроме сроков, установленных службой судовладельца (МСС, ИТС), должно проводиться в следующих случаях:

при обнаружении ненормальной работы одного или нескольких цилиндров;
после регулировки топливоподачи, замены форсунки или топливного насоса, после ремонта или замены деталей движения и замены цилиндровой крышки или втулки;
после перехода на новый сорт топлива.

5.4. Результаты индицирования дизелей, оборудованных индикаторными приводами, должны быть занесены в журнал индицирования главного двигателя. Результаты теплотехнического контроля дизелей мощностью 220 кВт и выше, не имеющих индикаторных приводов, заносятся в журнал теплотехнического контроля двигателей. Рабочий процесс дизелей мощностью менее 220 кВт необходимо контролировать по параметрам, определяющим их тепловую нагрузку.

5.5. Для проверки распределения нагрузки по цилиндрам и качества регулировки контролируют следующие параметры работы дизелей (по цилиндрам):

температуру выпускных газов по штатным термометрам;
разность частоты вращения при последовательном отключении цилиндров в случае отсутствия индикаторных кранов;
среднее давление по времени p, замеряемое с помощью t пиметра, или максимальное давление сгорания p, замеряемое z максиметром или индикатором, при наличии индикаторных кранов;
среднее индикаторное давление p при наличии индикаторного i привода.

5.6. Контроль за параметрами работы дизеля должен производиться на установившемся номинальном режиме или близком к нему, но не менее 85% номинального.

5.7. Температура выпускных газов по цилиндрам и в выпускном коллекторе в процессе регулировки должна измерятьсятермоэлектрическими комплектами или ртутными термометрами, предварительно протарированными по заведомо исправным.

5.8. Давление в конце сжатия p в цилиндре следует измерять c согласно инструкции по эксплуатации завода — изготовителя. При отсутствии указаний в инструкции измерение нужно производить при выключенном топливном насосе и мощности дизеля, не превышающей 75% номинальной. На дизелях, где передача крутящего момента производится через упругие муфты, для предупреждения разрушения резиновых элементов муфт от неравномерной работы дизеля необходимо определять давление в конце сжатия p по развернутой индикаторной диаграмме. c

5.9. Максимальное давление сгорания p определяется с помощью z индикатора (снятие гребенок) или максиметра.

5.10 . Индикаторы давления следует применять для дизелей, номинальная частота вращения которых не превышает допустимую, оговоренную в инструкции по эксплуатации индикатора. В случае отсутствия таких указаний для дизелей с частотой вращения до 500 об./мин. допускается применять индикаторы со спиральной пружиной, свыше 500 об./мин. — максиметры. С целью автоматического диагностирования и контроля работы дизелей (исходя из целесообразности) следует устанавливать и применять судовые комплексы типов: «NK-5», «Ритм — Дизель», «Дизель — Интеллект» и др.

5.11. Расход циркуляционного масла на дизель контролируется по уровню масла в картере (для дизелей с мокрым картером) или в сточной масляной цистерне (для дизелей с сухим картером). Расход цилиндрового масла на дизель контролируется по уровню масла в бачке лубрикатора (для дизелей с лубрикаторной смазкой). Определение расхода производится путем долива заранее измеренного количества масла до первоначального уровня в картере, или в сточной цистерне, или в бачке лубрикатора после продолжительной работы (24 — 48 ч) на установившемся режиме. Доливку масла в картер или в сточную цистерну следует производить не ранее чем через час после остановки дизеля. Удельный расход масла (в г/кВт.ч) подсчитывается по формуле: 3 t g = 10 Vро / N t, m 4 e где: V — объемный расход масла (по замеру) на двигатель, л; t ро — плотность масла при температуре замера, г/куб. см; 4 t — продолжительность замера, ч; N — эффективная мощность, развиваемая двигателем в момент e определения расхода масла, кВт.

5.12 . Расход топлива на дизель определяется с помощью специальных тарированных мерных баков, расходомеров или расходных цистерн, оборудованных шкалой тарировки. При нормальном техническом состоянии дизеля расход топлива должен соответствовать значениям, гарантируемым заводом — изготовителем. Методика определения расхода топлива приводится в Приложении 6.

5.13 . При определении мощности дизелей следует руководствоваться методикой, приведенной в Приложении 7.

5.14 . На номинальном режиме работы значения параметров каждого цилиндра не должны превышать (в %):

среднее индикаторное давление p +/- 2,5 i
максимальное давление сгорания p +/- 3,5
температура выпускных газов t +/- 5 r
давление в конце сжатия p +/- 2,5 c
среднее давление по времени p +/- 3. t

Отклонение значений указывает на неравномерность распределения нагрузки.

5.15. Регулировка дизеля должна производиться периодически в зависимости от состояния установки, типа дизеля и в соответствии с указаниями инструкции по эксплуатации и МСС (ИТС) судовладельца. Запрещается производить регулировку главных дизелей на неустановившихся режимах работы (например, при волнении моря свыше 3 баллов, при изменении курса судна). Результаты регулировки заносятся в журналы теплотехнического контроля или индицирования, а в машинном журнале делается соответствующая запись о проделанной работе.

5.16. Перед регулировкой дизеля необходимо:

убедиться в исправности контрольно — измерительных и регистрирующих приборов, проверить и отрегулировать зазоры в приводах топливных насосов и в механизме газораспределения;
проверить положение нулевой подачи топлива насосами, спрессовать форсунки, проверив давление и качество распыла.

Читать еще: Что такое интеркулер в двигателе ваз

5.17. Регулировка дизеля производится при обнаружении:

неравномерности распределения нагрузки по цилиндрам — изменением количества топлива, подаваемого насосами;
отклонений максимального давления сгорания от рекомендуемых инструкцией по эксплуатации значений — изменением момента начала подачи топлива по цилиндрам.

5.18 . Последовательность регулировки и устранение отклонений параметров должны выполняться согласно инструкции по эксплуатации. При отсутствии указаний в инструкции регулировка производится: при низком p и высоких t — увеличением угла опережения z r подачи топлива; при высоком p и низких t — уменьшением угла опережения z r подачи топлива; при высоком p и высоких t — уменьшением угла опережения и z r цикловой подачи топлива; при низком p и низких t — увеличением угла опережения и z r цикловой подачи топлива.

5.19. Предварительная регулировка дизеля производится при нагрузке, равной 25% номинальной. На данном режиме проверяют только наличие вспышек во всех цилиндрах. Затем на установившемся тепловом режиме и нагрузке, равной 50% номинальной, определяют максимальное давление сгорания p. Если значения p в отдельных z z цилиндрах будут в пределах, указанных в инструкции завода — изготовителя для этого режима, то переходят на режим 75% номинальной нагрузки. На этом режиме определяют пять основных параметров каждого цилиндра дизеля p, p, t, p, p. Если все z c r i t параметры будут в пределах, указанных в инструкции по эксплуатации для этого режима, то производят окончательную регулировку дизеля на режиме номинальной нагрузки и частоты вращения.

Как температура и давление в цилиндрах дизеля влияют на работу мотора

Дизельный двигатель сегодня является вторым по степени распространенности типом ДВС после бензинового агрегата. Конструктивно дизельный мотор похож на бензиновый аналог, так как имеет все те же цилиндры, шатуны, поршни, коленвал и т.д. При этом все детали более массивные и тяжелые, ведь они должны выдерживать повышенные нагрузки.

Дело в том, что степень сжатия в дизеле выше, чем в агрегатах на бензине. Если в бензиновом моторе указанный средний показатель составляет от 9-и до 11-и единиц, то в дизельном уже целых 20-24. По этой причине дизельный двигатель тяжелее и крупнее бензинового агрегата.

Главным же отличием является способ приготовления, подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси. В большинстве моторов на бензине рабочая смесь образуется во впускном коллекторе и «засасывается» в цилиндры.

После подачи в цилиндры рабочая смесь воспламеняется в камере сгорания от искры. При этом в дизельном двигателе топливо и воздух подаются отдельно, при этом смесь воспламеняется самостоятельно от резкого сжатия и нагрева.

Далее мы поговорим о том, какие процессы протекают в камере сгорания дизельного двигателя, как реализована подача дизтоплива, каким образом происходит смесеобразование и воспламенение заряда, а также какое давление и температура в камере сгорания дизеля.

Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС

Начнем с того, что камеры сгорания дизельных двигателей несколько отличаются от бензиновых. Существует два основных типа камер:

неразделенная камера сгорания дизельного мотора;
разделенная камера сгорания дизельного ДВС;

Неразделенный тип является однообъемной камерой, как правило, простой формы, которая согласована с расположением форсунок. Такие камеры обычно выполняются в днище поршней, также могут быть изготовлены частично в днище и частично в ГБЦ, редко только в головке блока.

Разделенный тип камеры сгорания предполагает два отдельных друг от друга объема, которые соединены посредством особых каналов. Таких каналов может быть от одного и больше.

Если говорить о плюсах и минусах, первый тип позволяет обеспечить двигателю лучший КПД, однако температуры в такой камере сгорания выше. Также растут и ударные нагрузки. Что касается разделенных камер сгорания, КПД меньше, однако удается реализовать более полноценное сгорание топлива, такой дизель меньше коксуется, дымит и т.д.

Как сгорает топливо в дизельном двигателе

Теперь давайте рассмотрим сам процесс горения. Как известно, для горения топлива необходимо определенное количество кислорода, а также источник, который позволит смеси воспламениться.

В дизеле вместо внешней искры таким источником является высокая температура, то есть нагрев.

Указанный нагрев достигается благодаря тому, что воздух в цилиндре сильно сжимается, а дизтопливо подается в самый последний момент. Это обусловлено тем, что температура, необходимая для воспламенения, растет с ростом давления, при этом температура самовоспламенения топлива в подобных условиях понижается.

Другими словами, топливно-воздушная смесь в дизельном двигателе самовоспламеняется от высокого давления и нагрева. При этом нормальная работа мотора сильно зависит от правильно настроенного впрыска, качественного сжатия смеси, а также от полноты сгорания заряда в цилиндрах.

В самом начале в цилиндр подается воздух, сжимается и нагревается. Далее топливо впрыскивается в камеру сгорания дизельного двигателя, во время впрыска происходит его распыление.

Затем возникает самовоспламенение, пламя распространяется по цилиндру. Впрыск горючего останавливается, а остатки топлива продолжают гореть. Далее процесс повторяется.

Как видно, хотя подача и горение заряда в дизеле протекает за очень короткий промежуток времени, этот отрезок можно разделить на этапы:

Первый этап- впрыск топлива до начала его воспламенения (задержка воспламенения). Форсунки на данном этапе подают солярку, причем в распыленном виде. Образуется топливный «туман», который распространяется в сильно сжатом и нагретом воздухе.

Фактически туман представляет собой мельчайшие капли топлива, но они не воспламеняются. Дело в том, что сначала горючее должно испариться.

Только после этого произойдет смешивание испаренного дизтоплива с воздухом, а сама смесь нагреется до температуры, необходимой для самостоятельного воспламенения. Отметим, что задержка воспламенения должна быть короткой.

Второй этап-воспламенение и распространение фронта пламени по цилиндру. Дело в том, что после воспламенения сразу горит не весь объем, а возникают точечные «очаги» возгорания. Они локализуются в местах, где топливо наиболее качественно смешалось с воздухом, а температура в камере около 1700 К.

Читать еще: Mach3 как включить шаговые двигатели

Такое начальное горение приводит к повышению температуры и давления в цилиндре. В результате топливо, которое еще не загорелось, активно испаряется и смешивается с воздухом. В этот момент фактически происходит полное возгорание смеси в цилиндре, при этом резко увеличивается давление.

Наступает третий этап, года топливо непосредственно сгорает. Инжекторная форсунка еще впрыскивает солярку, горючее уже сразу загорается от контакта с пламенем в камере сгорания. Пламя в этот момент эффективно распространяется по всему объему, давление также максимально.

Как температура и давление в цилиндрах дизеля влияют на работу мотора

Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС

неразделенная камера сгорания дизельного мотора;
разделенная камера сгорания дизельного ДВС;

Как сгорает топливо в дизельном двигателе

В дизеле вместо внешней искры таким источником является высокая температура, то есть нагрев.

Первый этап- впрыск топлива до начала его воспламенения (задержка воспламенения). Форсунки на данном этапе подают солярку, причем в распыленном виде. Образуется топливный «туман», который распространяется в сильно сжатом и нагретом воздухе.

Второй этап-воспламенение и распространение фронта пламени по цилиндру. Дело в том, что после воспламенения сразу горит не весь объем, а возникают точечные «очаги» возгорания. Они локализуются в местах, где топливо наиболее качественно смешалось с воздухом, а температура в камере около 1700 К.

0 0 голоса

Рейтинг статьи