При протекании этих процессов в смеси наблюдается неяркое голубоватое свечение, не сопровождающееся заметным повышением температуры и давления, в связи с чем такие процессы называют холодно-пламенными. С увеличением концентрации активных центров происходит тепловой взрыв, т. е. возникает горение, сопровождающееся ярким свечением, быстрым повышением температуры и давления.
Следовательно, после впрыскивания частичек топлива в цилиндр происходит задержка самовоспламенения, вызванная физическими и химическими подготовительными процессами. Время, прошедшее от момента попадания частичек в цилиндр до начала горения, называют периодом задержки самовоспламенения. Период задержки самовоспламенения составляет 0.001-0.005 с.
Если предположить, что двигатель работает с частотой вращения 750 мин¯¹, то его коленчатый вал поворачивается на 1ᵒ примерно за 0.0002 с. Значит, за период задержки самовоспламенения кривошип повернётся на угол от 5 до 25ᵒ в зависимости от длины периода задержки самовоспламенения. Это обстоятельство вынуждает начинать впрыскивание топлива в цилиндр с опережением, т. е. до того, как кривошип прейдёт в в. м. т. Угол на который кривошип не доходит до в. м. т. в момент начала впрыскивания топлива, называют углом опережения подачи топлива. Он является очень важным параметром регулирования двигателя. У судовых дизелей угол опережения подачи топлива составляет 15-33ᵒ.
1.6 Протекание процесса сгорания.
Подача топлива в цилиндр начинается с опережением. За период задержки самовоспламенения коленчатый вал поворачивается и начинается горение. Давление в цилиндре повышается. За период задержки самовоспламенения в цилиндр поступило какое то количество топлива, составляющее 15-50% цикловой подачи, т. е. дозы, впрыскиваемой за цикл. В течение периода задержки самовоспламенения оно успеет испариться и перемешаться с воздухом. С появлением пламени от самовоспламенения частиц топлива, поступающих в цилиндр первыми, повышаются температура и давление смеси, поэтому значительно ускоряются реакции молекул топлива, впрыснутого за период задержки самовоспламенения. В результате непосредственного контакта с пламенем и образования новых очагов самовоспламенения скопившееся в цилиндре топливо сгорает очень быстро. Температура, а следовательно и давление резко возрастают.
Если скорость нарастания давления будет больше. Чем 400-600 кПа/ᵒ п. к. в., то нагрузка на поршень будет ударной и в цилиндре возникнет стук. Такую работу двигателя называют жёсткой. При жёсткой работе повышается уровень шума, увеличивается изнашивание подшипников, появляется деформация поршневых колец, в результате которых они могут поломаться.
Топливо, поступающее в цилиндр по окончании задержки самовоспламенения, попадает в среду. Охваченную пламенем. И спокойно сгорает. Горение его заканчивается несколько позднее, чем впрыскивание. В это время поршень уже движется в низ, объём над ним увеличивается и давление в цилиндре существенно не изменяется. Некоторое количество топлива догорает уже в процессе расширения рабочего газа.
1.7 Обеспечение мягкой работы двигателя.
Жёсткость работы дизеля зависит от скорости нарастания давления после воспламенения, а эта скорость – от количества топлива, поступившего с цилиндр за период задержки воспламенения. В конечном итоге жёсткость работы дизеля зависит от периода задержки самовоспламенения: чем оно больнее, тем жестче будет работа дизеля. Поэтому для обеспечения мягкой работы дизеля следует уменьшить период задержки самовоспламенения.
Скорость протекания физических и химических процессов увеличивается с повышением температуры. Следовательно, уменьшению периода задержки самовоспламенения способствует повышение температуры сжатого в цилиндре воздуха. О влиянии пониженной температуры хорошо известно в практике эксплуатации дизелей: холодный двигатель работает со стуками в цилиндре. Которые после прогрева дизеля прекращаются.
Период задержки самовоспламенения уменьшается и при повышении давления сжатия, что объяснимо как улучшением теплообмена между воздухом и топливом при увеличенной плотности воздуха, так и понижением температуры самовоспламенением с ростом давления. Таким образом, мягкая работа двигателя возможна при хорошей герметичности камеры сгорания в цилиндре, при предписанной руководством по эксплуатации дизеля степени сжатия и при поддержании его в горячем состоянии.
Период задержки самовоспламенения зависит от размера частиц топлива, образующихся при распыливании: чем они меньше, тем быстрее топливо нагревается. Следовательно, с ухудшением распыливания топлива увеличивается склонность двигателя к жёсткой работе. Однако период задержки самовоспламенения зависит не от среднего размера частиц, а от минимального, ибо некоторое количество мелких частиц имеется в топливе и при низком качестве его распыления. Поэтому жёсткая работа двигателя возможна лишь при резком ухудшении распыливания, что наблюдается, например, при зависании иглы форсунки.
Как уже было показано. Период задержки самовоспламенения колеблется от 0.001 до 0.005 с. и обусловлен составом топлива. Следовательно, жёсткость работы дизеля в значительной степени зависит от температуры самовоспламенения топлива. Это качество топлива характеризуют цетановым числом. Его находят путём сравнения самовоспламенения исследуемого топлива и смеси двух эталонных углеводородов: цетана С₁₆Н₃₄ и альфаметилнафталина С₁₀Н₇СН₃. Для первого из них характерен минимальный период задержки самовоспламенения, для второго – значительный.
Процесс сравнения проводят на специальном одноцилиндровом дизеле с переменной степенью сжатия. Сначала определяют степень сжатия, при котором исследуемое топливо самовоспламеняется при положении поршня строго в в. м. т. Затем подбирают эквивалентную смесь цетана и альфаметилнафталина, т. е. такую, которая при том же угле опережения подачи топлива и при той же степени сжатия самовоспламеняется при положении поршня в в. м. т.
Цетановое число топлива соответствует доле цетана в процентах в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая эквивалентна топливу по самовоспламенению.
Например, если в эквивалентной смеси цетана содержится 45%. А альфаметилнафтанина 55%, то цетановое число будет 45.
Достаточно мягкая работа быстроходных дизелей обеспечивается при цетановом числе топлива не нижже45. Тихоходные могут мягко работать при цетановом числе ниже 40. Для повышения цитанового числа в топливо вводят присадки.
При повышении цетанового числа более 55 уменьшается полнота сгорания топлива. Кроме того, чрезмерное сокращение периода задержки самовоспламенения приводит к вялому протеканию процесса сгорания, что в конечном счёте снижает к. п. д. цикла.