Лекция № 5 Дизельные топлива по МДК 01.01 Устройство автомобилей

Дизельные топлива   В 1891 году у немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля появилась идея применить в двигателе внутреннего сгорания сжатый воздух. Такой двигатель стал более экономичным, мог работать на дешёвом топливе, кроме того, удалось значительно повысить его КПД.

28 февраля 1892 года Дизель подал заявку на изобретение «нового рационального теплового двигателя», а 23 февраля 1893 года получил немецкий патент № 67207. Первые официальные испытания нового двигателя произвели настоящую сенсацию среди инженеров. С этого времени началось победное шествие «дизелей» по всему миру. Только за право производить его моторы Дизель в течение нескольких лет получил шестимиллионное состояние.

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Двигатель мог работать на тяжёлых фракциях, что позволило существенно повысить процент использования составных компонентов нефти как топлива даже без применения деструктивного метода переработки. Значительный вклад в совершенствование дизеля внесли русские учёные Г. В. Тринклер и Я. М. Манин. В 1898–99 годах на заводе Нобеля в Петербурге (позже – завод «Русский дизель») был создан дизельный двигатель, работавший на самом дешёвом топливе – сырой нефти.

Специфика рабочего процесса дизельного двигателя

Специфической особенностью дизеля является то, что смесеобразование в нём происходит непосредственно в камере сгорания, а образовавшаяся рабочая смесь самовоспламеняется за счёт энергии адиабатически сжатого воздуха. Условия испарения, смесеобразования и сгорания в дизеле существенно отличаются от условий протекания этих процессов в бензиновом двигателе.

Впрыск топлива производится в среду нагретого до 500…700 оС и сильно сжатого воздуха. Степень сжатия дизельных двигателя достигает 18 и более единиц. Для получения хорошего распыла и смесеобразования необходимо добиться среднего диаметра капель топлива 0,1–0,01 мм. Топливо в цилиндры подаётся под давлением 150–180 МПа. Для этого используется специальная аппаратура, включающая насосы и форсунки, где имеется ряд деталей прецизионного изготовления. Вследствие этого топливная система дизеля гораздо сложнее, чем у бензинового двигателя.

Кроме того, топливо выполняет ещё и роль смазочного материала деталей высокоточного изготовления в топливной аппаратуре. Процесс смесеобразования включает: распыливание подаваемой в цилиндр порции топлива, распределение капелек топлива в камере сгорания, нагрев топлива до температуры испарения, испарение и диффузию паров топлива, нагрев паров до температуры самовоспламенения.

На рис. 1 показана индикаторная диаграмма рабочего процесса двигателя с воспламенением от сжатия, развёрнутая по углу поворота коленчатого вала. Рис. 1. Развёрнутая индикаторная диаграмма рабочего процесса дизельного двигателя

Пунктиром показано изменение давления в камере сгорания неработающего двигателя. В непрерывном рабочем процессе можно условно выделить три стадии:

Процессы, протекающие в камере сгорания от момента начала впрыска (точка 1) до образования очага пламени, т. е. период задержки воспламенения (ПЗВ). С момента образования очага пламени начинается резкое повышение давления, и этот момент характеризуется на индикаторной диаграмме точкой отрыва линии давления работающего двигателя (точка 2) от линии сжатия. Во время ПЗВ происходит распыливание, смешение и испарение топлива, а также его предпламенные превращения, заканчивающиеся в некоторых частях смеси образованием первичных очагов горения. К началу воспламенения достаточно глубокие химические процессы окисления успевают произойти в незначительной части топливного заряда.

2. Распространение турбулентного горения топливовоздушной смеси. Вторая стадия начинается с момента самовоспламенения (точка 2) и длится до точки 3. После образования первоначальных очагов воспламенения и начавшегося турбулентного горения возможно образование и новых очагов, от которых также распространяется фронт пламени по горючей смеси. Если предпламенная подготовка смеси в первой стадии развивается недостаточно быстро, то к моменту начала воспламенения в камере сгорания накапливается излишне большое количество гетерогенной топливовоздушной смеси и практически одновременно возникает большое количество начальных очагов воспламенения. В этих случаях зона реакции может распространяться за счёт самоумножения очагов воспламенения – последовательного самовоспламене-ния предварительно подготовленной горючей смеси. Такое горение обычно приводит к высокой скорости нарастания давления в камере сгорания и жёсткой работе двигателя.

3. Догорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Оно происходит в условиях высоких температур и уменьшенной концентрации кислорода при движении поршня к нижней мёртвой точке. В фазе догорания существенное влияние на скорость горения оказывает повышенная концентрация продуктов сгорания. От количества смеси, догорающей в третьей стадии, и условий догорания зависят полнота сгорания топлива и дымление двигателя.

Период задержки воспламенения при прочих равных технических условиях зависит от строения и химической активности углеводородов, входящих в состав дизельного топлива.

Наибольшим ПЗВ обладают ароматические углеводороды, далее идут изоалканы, нафтены и непредельные углеводороды. Наименьшим ПЗВ обладают алканы нормального строения. ПЗВ уменьшается для углеводородов одинакового строения по мере увеличения их молекулярной массы.

Самовоспламеняемость топлива количественно оценивается цетановым числом (ЦЧ), являющимся показателем самовоспламеняемости.

Факторы, влияющие на ПЗВ: – увеличение температуры воздуха в конце такта сжатия улучшает характеристики воспламенения, снижает ПЗВ, – повышение давления также улучшает условия для самовоспламенения.

Требования к дизельным топливам: – удовлетворительная вязкость в широком диапазоне температур, обеспечивающая бесперебойную подачу топлива в камеру сгорания, – оптимальная воспламеняемость и испаряемость, необходимые для лёгкого пуска и плавной работы двигателя на различных эксплуатационных режимах, – отсутствие отложений в системе питания и в камере сгорания при работе двигателя и хранении техники, – устойчивость к окислению в условиях хранения и транспортирования, – нейтральность к конструкционным материалам двигателя и средств хранения, заправки и транспортирования, – токсичность и экологичность, – широкая сырьевая база, – технологичность производства, – дешевизна.