Процессы впрыскивания, смесеобразования и горения при низких температурах

Условия смесеобразования в дизельном двигателе (с воспламенением от сжатия) более сложны и менее благоприятны, чем в карбюраторном двигателе. При этом скорость образования рабочей смеси в дизельном двигателе зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются температура и плотность воздуха в камере сгорания, качество распыливания топлива при впрыске, испаряемость топлива.

Влияние температуры и плотности воздуха заключается в следующем. Повышение температуры воздуха вызывает сокращение периода задержки воспламенения в результате ускорения прогрева, испарения и окисления топлива (рис. 1.3). Температура в конце такта сжатия определяется в первую очередь температурой в конце такта впуска (рис. 1.4), что указывает на большую целесообразность предварительного разогрева воздуха, поступающего в цилиндры при пуске холодного дизельного двигателя [16].

Рис. 1.3. Замедление (по времени Т) воспламенения дизельного топлива в зависимости от температуры сжатого воздуха tвоз

Рис. 1.4. Зависимость температуры воздуха tвоз в конце такта сжатия от частоты вращения коленчатого вала (ходе сжатия и ходе расширении): 1 — минус 30 0С; 2 — минус 20 0С; 3 — минус 10 0С; 4 — 0 0С; 5— 10 °С; 6 — 20 0С

Температура и давление в камере сгорания в конце такта сжатия в большей степени зависят от частоты вращения коленчатого вала и связанными с ними утечками воздуха через неплотности колец холодного двигателя.

Так, при изменении частоты вращения коленчатого вала с 80 до 200 мин -1 температура и давление в конце такта сжатия увеличиваются, а утечки воздуха уменьшаются примерно в 2 раза (рис. 1.5).

Рис 1.5. Потери воздуха ΔGВОЗ в цилиндре автомобильного дизельного двигателя при двойном ходе h поршня (ходе сжатия и ходе расширения) и при следующих частотах п вращения коленчатого вала: 1 - 198 мин -1; 2—169 мин -1; 3 — 126 мин -1; 4 — 86 мин -1

Скорость смесеобразований в дизельном двигателе в значительной степени зависит от скорости испарения топлива, которая в свою очередь зависит от фракционного состава, вязкости топлива и поверхностного натяжения его. С повышением вязкости при низких температурах ухудшается прокачиваемость топлива к форсункам и качество распыливания его в цилиндрах двигателя (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Влияние вязкости дизельного топлива на средний диаметр dср капель

На скорость испарения оказывает влияние степень распыливания топлива (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Зависимость количества капель N в струе (а) и поверхности испарения SИ (б) 1 мл распыленного топлива от диаметра капель dК

При уменьшении размера капель количество их и суммарная поверхность, с которой происходит испарение, сильно увеличиваются.

На период задержки воспламенения рабочей смеси большое влияние оказывает цетановое число дизельного топлива. Улучшение пусковых свойств дизельных топлив наблюдается при повышении их цетанового числа до 60 .65 ед. Однако при работе дизельного, двигателя наиболее эффективным оказывается применение топлив с цетановым числом до 55 ед. (рис. 1.8), так как дальнейшее повышение дает небольшое сокращение индукционного периода.