Что же такое горение топлива? Это почти мгновенное окисление топлива с большим количеством выделяемой тепловой энергии и возгоранием.
Определение горения топлива
Химическая энергия в этом процессе преобразуется в тепловую, что и используется для работы двигателя. При всасывании в цилиндр извне поступает воздух, потом сжимается поршнем, создавая давление до 60 кг/см2.
Повышение давления нагревает воздух до 750 градусов, и вот в эти условия с еще большим давлением форсунками впрыскивается солярка. По сути, это распыленная смесь, она смешивается с горячим воздухом и воспламеняется в данных условиях. Такую температуру внутри цилиндра дизельного воздух приобретает в результате очень большого сжатия.
В следующей таблице представлены параметры сжатия и наибольшего давления, нужного для сгорания солярки в различных дизельных двигателях:
Правильное сгорание топлива
Происходит оно только при полном испарении топливной смеси внутри цилиндра.
Пропорции топлива и всасываемого воздуха должны оставаться одинаковыми внутри цилиндра. За это отвечает правильно настроенная топливная аппаратура двигателя и правильный подбор марки топлива, с учетом нужных качеств:
- фракционный состав;
- вязкость;
- плотность и так далее.
Форсунки производят тонкое распыление, чтобы топливная смесь полностью сгорела и испарилась. Если какой-то процент топлива перед воспламенением находится в каплевидной форме, возгорание произойдет с задержкой вплоть до того момента, когда должен быть выпуск газов из цилиндра. Данная ситуация приведет к перегреву двигателя и падению мощности.
Малое количество воздуха также станет причиной неполного сгорания топливной смеси. Чтобы этого избежать, воздух в цилиндр поступает даже с запасом.
Теория и практика расчетов
Согласно расчетам, чтобы обеспечить хорошее сгорание, нужно на каждый килограмм топлива подать 14,5 килограмм воздуха. Но поскольку на практике необходим избыток, то воздух поступает в объеме больше, чем расчетное число. А вся причина в том, что от момента впрыска до возгорания смеси проходит всего 0,004 секунды. Это очень маленький промежуток времени для полноценного перемешивания топлива. С другой стороны, неполное сгорание топлива приводит к выхлопным газам с дымом.
Если поделить фактический объем воздуха, нужный для нормальной работы двигателя, на расчетный теоретический, то результатом станет коэффициент избытка воздуха. Его обозначают начальной греческой буквой «альфа».
К примеру, цилиндру двигателя для нормальной работы необходимо 24 килограмма воздуха, расчетное число в теории 14,5 кг. Производим расчет коэффициента альфа у такого дизеля: 24:14,5=1,66.
Очень большой альфа-коэффициент приведет к тому, что энергия топлива нагреет сначала воздух, температура сгорания понизится, соответственно, произойдет падение мощности двигателя.
Есть 3 фазы воспламенения топлива от сжатия:
- задержка воспламенения (в зависимости от выбора марки топлива и хорошо настроенного распыления);
- быстрое сгорание топлива приводит к росту давления (зависит от количества впрыскиваемого горючего и скорости, с которой пламя распространяется);
- замедление управляемое горение (зависит от скорости подачи топлива и скорости предыдущих фаз).
Главная характеристика дизельного топлива
Теплота сгорания считается основным параметром для любой марки солярки. Измеряется в калориях тепла на единицу объема или массы горючего. Есть высшая и низшая теплота сгорания. Высшая – учитывает выделяемое тепло от сгорания топлива и конденсации воды. Низшая учитывает только тепло от сгорания топлива, конденсация воды в расчёт не берется. Разница между этими двумя параметрами не превышает 10%.
В расчётах и оценке свойств солярки учитывают низшую теплоту сгорания. Если её выражают в килограммах, считается весовой (ккал/кг). Если топливо рассчитывают в литрах – объемной (ккал/л).
- 1 кг солярки выделяет 10200 ккал тепла;
- 1 кг угля антрацита – 8000 ккал;
- 1 кг дров из берёзы – 4700 ккал.
Качество сгорания дизельного топлива оценивается посредством цетанового числа.
