РЕФЕРАТ
на тему:
Нормальна та жорстка робота дизельних двигунів
1. Особливості робочого процесу. Робочий процес дизельних двигунів
порівняно з бензиновими відбувається при більш інтенсивних режимах. Так,
тиск укінці такту стиску досягає 3…4 МПа, а температура повітря —
500…800 °С. Тиск впорскування палива у тракторних дизелях становить 12
МПа, а в автомобільних — 80… 140 МПа. Час сумішоутворення у дизельних
двигунах у 10 разів менший, ніж у бензинових. Так, якщо тривалість
випаровування бензину у двигуні дорівнює 0,025 с, то у дизелях (при
однаковій частоті обертання вала -0,002…0,003 с. Тому паливо у
дизельних двигунах змішується з повітрям значно гірше, що потребує
підвищеного надлишку повітря (коефіцієнт надлишку повітря у швидкохідних
дизелях становить 1,2…1,5 проти 0,8…1,1 у бензинових двигунах).
Процес сумішоутворення та згоряння палива у дизелі значною мірою
залежить від конструкції камери згоряння і характеризується періодом
затримки самозаймання — часом від моменту впорскування суміші в циліндр
дизеля до її займання.
2. Нормальна робота дизеля можлива за умови, коли температура
застигання палива на 5… 10 °С є меншою, ніж температура навколишнього
повітря, або коли вона на 3…5 °С більша від температури його
помутніння.
Для поліпшення низькотемпературних властивостей дизельного палива при
його виготовленні з палива видаляють парафін, додають домішки, що
зменшують температуру кристалізації, полегшують фракційний склад і
зменшують в’язкість палива.
Процес видалення парафіну з палива, який дістав назву депарафінізації,
полягає у виморожуванні з нього парафіну за дуже низьких температур. При
цьому дістають паливо з добрими низькотемпературними властивостями, але
самий процес дуже складний та знижує цетанове число палива, про що
йтиметься нижче. Тому депарафінізацію використовують тільки для
виготовлення арктичних сортів дизельного палива.
Для збереження цетанового числа на потрібному рівні проводять неглибоку
депарафінізацію палива.
Більш простий і дешевий спосіб поліпшення низькотемпературних
властивостей дизельного палива полягає у застосуванні депресорних
присадок, які зменшують температуру його застигання на 10… 15 °С, але
температура помутніння палива при цьому майже не змінюється.
Щоб усунути небезпечність утворення кристалів льоду, до реактивного
палива, наприклад, додають антильодотвірні домішки. З’єднуючись з
гігроскопічною водою, вони утворюють незамерзаючу рідину.
Найпростішим та досить дешевим й ефективним способом здобуття дизельного
палива з добрими низькотемпературними властивостями є розбавлення його
гасовими фракціями. Цей спосіб широко застосовують для приготування
зимових сортів палива, що мають полегшений фракційний склад, знижену
в’язкість і низькі температури помутніння та застигання. Якщо зимові
марки палива відсутні, то поліпшення низькотемпературних властивостей
літніх марок можна досягти доданням в останні низькозастигаючих
технічних гасів (фракцій реактивного палива).
В умовах України зимове дизельне паливо зовсім не потрібне. Досить при
мінусових температурах повітря додавати в літнє дизельне паливо гас. При
температурі до -25 °С додають до 10 % гасу, а при нижчій — до 25 %. При
цьому температура застигання суміші знижується на 8… 10 °С.
Однак при значному розбавленні дизельного палива гасом зменшується
цетанове число палива, що веде до жорсткої роботи двигуна, погіршення
мастильних властивостей палива, у зв’язку з чим підвищується зношування
плунжерних пар, збільшуються витрати палива й олив, підвищуються
димність і токсичність відпрацьованих газів. Домішка звичайного гасу
недопустима, оскільки він має погані низькотемпературні властивості
(температура помутніння його дорівнює -12…-15 °С). Тому перед тим, як
додавати гас, треба уточнити температуру його помутніння, яка має бути
не вищою від -25 °С, інакше домішка гасу не дає ефекту.
3. Зовнішні ознаки жорсткої роботи двигуна ідентичні детонаційному
згорянню бензину в бензинових двигунах, тобто прослуховується
характерний металічний стук від дії ударної хвилі на поршень двигуна.
Такт стиску в дизелі супроводжується вібрацією та перегріванням двигуна.
Під час жорсткої роботи двигуна спостерігається підвищене зношування
корінних підшипників колінчастого вала, особливо вкладишів через ударну
хвилю на них; пригоряють, деформуються, а іноді й ламаються поршневі
кільця; збільшується прорив газів у картер двигуна; підвищуються витрати
палива й олив, а також димність і токсичність відпрацьованих газів.
Чим менша затримка самозаймання, тим скоріше займається паливо та
повільніше зростає тиск у циліндрі, тобто м’якше працює двигун, і
навпаки.
Таким чином, жорсткість роботи дизеля, що характеризується швидкістю
збільшення тиску залежно від кута ПКВ, пов’язана із затримкою
самозаймання палива. При жорсткій роботі двигуна підвищується зношування
деталей кривошипно-шатунного механізму, зменшується економічність роботи
двигуна та виникають інші шкідливі наслідки.
Жорстка робота двигуна спостерігається при зменшенні періоду затримки
самозаймання палива (див. рис.2.4). її оцінюють при збільшенні тиску на
Г ПКВ. Вважають, що двигун працює м’яко при збільшенні тиску до
0,25…0,50 МПа на Г ПКВ, жорстко — при 0,6…0,9 МПа і дуже жорстко,
коли тиск перевищує 0,9 МПа (такі режими можуть призвести до швидкого
виходу його із ладу).
Рис. 1
Залежність періоду затримки самозаймання і швидкості зростання тиску в
дизелі за кутом ПКВ від ступеня стиску
Період затримки самозаймання палива, темп збільшення тиску при його
згорянні та, як наслідок, можливість появи жорсткої роботи дизеля
залежать від ступеня стиску (рис. 1), випередження впорскування (рис. 2)
та інших чинників, у тому числі випаровування і самозаймання дизельного
палива. Підбираючи для кожної конкретної моделі дизеля паливо, що має
відповідні властивості (передусім — це в’язкість, температура
випаровування та самозаймання), можна забезпечити м’яку роботу, легкий
пуск й оптимальні умови проходження робочого процесу в камері згоряння.
Рис. 2
Залежність періоду затримки самозаймання та швидкості зростання тиску в
дизелі від кута випередження впорскування палива
Збільшуючи ступінь стиску, досягають зменшення часу затримки
самозаймання палива, зниження швидкості зростання тиску, повільної та
м’якої роботи дизеля, зниження питомої витрати палива і поліпшення
пускових якостей. Проте процес залежить не тільки від конструктивних
особливостей дизельного двигуна, а й від властивостей самого палива.
Розглянемо це докладніше.
Схильність дизельного палива до самозаймання. Цю властивість дизельного
палива та виникнення жорсткої роботи двигуна оцінюють за цетановим
числом.
Цетанове число — це показник, що характеризує період затримки займання
дизельного палива. При визначенні цього числа, як і октанового числа
бензину, користуються порівнянням випробуваного дизельного палива з
еталонним. Останнє складається з чистих вуглеводнів: цетану (С16Н34) та
альфаметилнафталіну (С10Н7СН3).
Цетан — це чистий вуглеводень парафінового ряду, для якого характерними
є найшвидший розпад й окиснення у стисненому повітрі під впливом
температури і тиску. Він має найменший період затримки самозаймання, що
забезпечує м’яку роботу двигуна.
Альфаметилнафталін — це також вуглеводень, але ароматичного ряду,
характеризується найбільшим періодом затримки та високою температурою
самозаймання. Звідси різке збільшення тиску на Г ПКВ і жорстка робота
двигуна.
Схильність цетану до самозаймання умовно оцінюється у 100 одиниць, а
альфаметилнафталіну — в нуль одиниць.
При змішуванні цетану з альфаметилнафталіном у різних співвідношеннях
одержують низку еталонного палива з різною схильністю до самозаймання.
Чим більше цетану в суміші, тим вища її схильність до самозаймання.
Для визначення самозаймання дизельного палива треба підібрати такий
склад суміші цетану й альфаметилнафталіну, який був би рівнозначний за
температурою самозаймання досліджуваному паливу. Таким чином, цетанове
число палива визначається відсотковим складом (за об’ємом) цетану в
еталонному паливі, що має однакове самозаймання із досліджуваним
паливом.
Із рис. 3 та 4 випливає, що дизельне паливо повинно мати цетанове число
в певних оптимальних межах. При більш високому цетановому числі час
пуску двигуна при заданій температурі зменшується (рис. 5). Однак
надійний пуск охолодженого двигуна здебільшого залежить від його
конструкції та режиму пуску, ніж від цетанового числа палива.
Рис. 3
Залежність цетанового числа дизельного налива від ступеня стиску в
дизелі
Для сучасних швидкохідних двигунів вітчизняного виробництва
використовують паливо з цетановими числами 45 і 52.
Використання палива з цетановим числом меншим від 40 може призвести до
жорсткої роботи дизельного двигуна. Це цілком очевидно, тому що у паливі
мало вуглеводнів парафінового ряду і багато ароматичних вуглеводнів, які
сприяють збільшенню періоду затримки самозаймання та жорсткій роботі
двигуна.
Рис. 4
Залежність параметрів дизеля від цетанового числа палива:
q — питома витрата палива; v — швидкість зростання тиску від кута ПКВ;
Т3 — період затримки самозаймання
Рис. 5
Залежність тривалості пуску холодного двигуна
від цетанового числа палива при різних температурах повітря
(частота обертання колінчастого вала 100 хв-1)Таблиця 1. Вплив
показників дизельного палива на роботу двигуна
Показник, змінений порівняно з нормою Ознака впливу зміни показника
Порушення в роботі двигуна
Цетанове число менш як 40
Фракційний склад (підвищена температура перегонки 50 і 96 % палива)
Те саме (знижена температура)
Концентрація фактичних смол вища за норму
Температура помутніння нижча за норму
В’язкість нижча за норму
В’язкість вища від норми
Концентрація сірки вища за норму
Забрудненість:
наявність води
наявність механічних домішок Погіршення пускових
якостей
Вплив маловивчений
Погіршення роботи двигуна
Осадження смол на деталях і зростання нагароутворення Забруднення
фільтрів парафіном
Збільшення конуса розпилювання палива форсункою. Робота двигуна на
збідненій суміші Зменшення конуса розпилювання палива форсункою. Робота
двигуна на збідненій суміші Збільшення вмісту оксидів сірки і сірчаної
та сірчистої кислот
Зниження теплотворної здатності палива
Підвищення швидкості зношування деталей циліндро-поршневої групи та
паливної апаратури Двигун погано працює або зовсім не заводиться
Погіршується пуск двигуна, інтенсифікується нагароутворення,
закоксовуються кільця, зростає ступінь зношення двигуна і збільшується
витрата палива
Те саме
Забруднюються форсунки, знижується потужність двигуна
Перебої в подачі палива, двигун глохне.
Потужність двигуна знижується, а зношування його деталей зростає
Те саме
Збільшується ступінь зношення двигуна внаслідок газової та кислотної
корозії деталей
Перебої в роботі двигуна через погіршення процесу горіння суміші
Заїдання голок і плунжерів форсунок, забруднення фільтрів
Примітка. Підвищення температури початку кипіння на 30 % (до 260 °С) і
збільшення концентрації фактичних смол у 2..3 рази призволить до
зменшення ресурсу двигуна майже вдвічі.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
