Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 33

 

131 

235.  Идеальный  процесс  сгорания  можно  представить 

в  виде  графика,  выражающего  количество  выделившегося 

тепла  q  в  функции  времени  или  угла  поворота  коленчатого 

вала,  приняв,  что  в  каждый  момент  времени  ординаты 

пропорциональны  массе  или  объему  поданного  к  данному 

моменту  топлива  V

1

  Количество  выделившегося  тепла 

(рис. 78, а)

 

 

где  Н

и

  —  низшая  теплотворная  способность  топлива; 

ρ — плотность.

 

 

Рис. 78. Идеальный процесс сгорания:

 

а — выделение  тепла  в  период впрыска;   б — изменение  давления;   I — пе- 

риод впрыска

 

Использование  для  анализа  объема  поданного  топлива 

удобнее,  так  как  на  практике  изменяют  характеристику 

впрыска  именно  изменением  объема  топлива,  вытесняемого 

плунжером  топливного  насоса  за  период  геометрической 

подачи.

 

236.  Полученная  таким  образом  диаграмма  легко  транс- 

формируется  в  диаграмму  давлений,  исходя  из  термодина- 

мических  соотношений,  для  чего  необходимо  связать  q 

с  количеством  наличного  воздуха  и  знать,  кроме  того, 

как  меняется  давление  без  сгорания  (при  чистом  сжатии  — 

расширении)  и  в  течение  какого  периода  и  в  какой  мо- 

мент  желательно  производить  впрыск.  Дальше  остается 

только  преобразовать  подвод  тепла  dq  в  подъем  давле- 

ния  dp  в  каждый  момент  и  получить  диаграмму  изменения 

давления  идеального  процесса  сгорания  (рис.  78,  б). 

Необходимо  помнить,  что  термин  «идеальный»  здесь 

относится  к  идеальному  сгоранию  и  не  означает,  что  форма 

кривой  сгорания  идеальна  сама  по  себе,  например,  в  смыс- 

ле обеспечиваемого к. п. д. или динамики процесса.

 

5*

 

 

132 

237. 

Можно  также  на  основе  рис.  78,  б  получить  дру- 

гую  диаграмму  давлений,  приняв,  что  начальное  давле- 

ние  сгорания    постоянно  и    равно    конечному  давлению 

сжатия  р

с 

,  вследствие  чего  на  этой  диаграмме  повышение 

давления  пропорционально выделению тепла. Подобная,

 

но  приближенная  диаграм- 
ма  используется  иногда 
на  практике.  Она  полу- 
чается 

путем 

умножения 

давления  p

υ

  в  любой  мо- 

мент  времени  на  отноше- 
ние 

(рис. 79). По этой

 

новой  диаграмме  давлений 

можно      без      больших      вы- 

числений  получить      приб-

 

лиженно 

зависимость, 

ана- 

логичную   зависимости,   показанной   на   рис.   78, а.

 

238. 

Рассмотрим    теперь      более      подробно      некоторые 

варианты      идеальной      диаграммы      изменения      давления. 

Прежде  всего  рассмотрим  диаграмму  с  постоянным  дав- 

лением в процессе сгорания, к получению которой стре-

 

 

Рис.  80.  Диаграммы,  соответствующие  процессу  сгорания  при  постоян- 

ном давлении:

 

а — индикаторная; б — тепловыделения

 

мились  в  начале  развития  дизелей  (рис.  80,  а).  Пересчитав 

ее  обратно  в  координаты  q—τ,  получим  график,  показан- 

ный  условно  на  рис.  80,  б,  из  которого  следует,  что  впрыск 

топлива  должен  начинаться  с  медленно  нарастающей  ско- 

ростью,  а  в  дальнейшем  очень  сильно  ускоряться.  Это 

может  быть  в  действительности  осуществлено  при  ком- 

прессорном   впрыске   с   помощью   кулачка  требуемого

 

 

Рис. 79. К определению количества 

тепла, выделившегося к моменту τ

1

 

 

133 

профиля,  если  впрыск  топлива  практически  начинается 

в в. м. т.

 

В  принципе  нельзя  считать  невозможным  достижение 

аналогичного  развития  процесса  и  в  случае  механиче- 

ского  впрыска,  но  в  действительности  это  очень  трудно 

осуществить,  и  отклонения  действительного  процесса  от 

желаемого,  которые  будут  рассмотрены  ниже,  привели 

конструкторов  к  необходимости  полностью  отказаться 

от  реализации  цикла  с  постоянным  давлением  сгорания 

и  примириться  с  наличием  определенного  повышения 

давления сверх давления сжатия.

 

239.  В  случае  компрессорного  впрыска  для  надежного 

пуска    требовалась  довольно    высокая    степень    сжатия; 

с  другой  стороны,  было  важно  иметь  давление  впрыска 

возможно  более  низким,    но  без    риска    проникновения 

горящих      газов    в    форсунку    при      повышении    давления 

в  цилиндре.  В  случае  механического  впрыска  давление 

сжатия    может  быть    выбрано  более    низким  и    впрыск 

должен  заканчиваться  как  можно  ближе  к  в.  м.  т.,  так 

как  в  противном  случае  догорание  будет  чрезмерно  затя- 

нутым (абзац 247). 

240.  В  настоящее  время  в  действительности  допускается 

значительное  превышение  давления  сгорания  над  давле- 
нием      сжатия      и,      как      следствие,      достигается      намного 
большая  свобода  в  выборе  характеристик  впрыска.  Инте- 
гральные  характеристики  впрыска  современных  двигате- 
лей приближаются к закону прямой линии. При этом

, 

а также 

постоянны (рис. 81, кривая 1). Как правило,

 

 

незначительно  возрастает  со  временем,  прошедшим 

от  начала  впрыска  (рис.  81,  кривая  2).  При  дальнейшем 
рассмотрении предположим, что отношение

постоянно,

 

и  прежде  всего  выясним,  что  же  произойдет  при  измене- 

нии  мощности  двигателя,  а  вернее,  среднего  индикатор- 

ного давления.

 

241.  В  дизеле  мощность  изменяется  при  постоянном 

числе  оборотов  уменьшением  или  увеличением  количества 

впрыснутого      топлива.      Это  достигается  в  большинстве 

случаев  изменением  эффективного  хода  нагнетания  топлива 

насосом  (активного хода плунжера).  Выбирая вначале

 

 

134 

наиболее  простой  случай,  когда  геометрический  момент 

начала  подачи  топлива  насосом  остается  постоянным, 

можно  представить  регулирование  в  диаграмме  q—τ, 

как показано на рис. 82. Соответствующие этому диаграммы

 

 

 

Рис. 81.   Диаграммы   тепловыделе- 

ния

 

 

Рис.  82.  Регулирование подачи

 

(мощности)     при     постоянном

 

начале подачи топлива:

 

1,  2, 3, 4, 5,  6 — моменты    конца 

подачи   при   различных нагрузках

 

давления  показаны  на  рис.  83,  а.  Видно,  что  при  выбран- 

ной  для  анализа  линейной  интегральной  характеристике 

подачи  топлива  диаграмма  давления  по  времени  изобра- 

жается при полной нагрузке кривой линией. Это является

 

 

Рис.  83.    Индикаторные  диаграммы,    соответствующие  различным  на- 

грузкам при постоянном начале подачи топлива:

 

α  —  развернутые;  б  —  представленные  в  координатах  ρ  —  V  (не  в  масштабе): 

1, 2, 3, 4, 5, 6 — см. рис. 82

 

следствием  влияния  движения  поршня,  причем  максималь- 

ное  давление  в  такте  сжатия  достигается  уже  при  частич- 

ной  нагрузке  (рис.  83,  а,  точка  3).  В  случае  малой  на- 

грузки  (рис.  83,  а,  точка  1)  сжатие  продолжается  после 

окончания  сгорания;  как  следствие,  такой  цикл  измене- 

ния  давления  не  является  наилучшим  с  термодинамиче- 

ской точки зрения. В действительном цикле, как будет