Дизеловите двигатели са по-икономични от двигателите с искрово запалване (относителният разход на гориво е с 30 – 35% по-нисък), тъй като те работят с по-висок коефициент на компресия (e = 14 – 2O вместо e = 4 – 1O за карбураторните двигатели ).
Дизеловите двигатели използват гориво, което се самозапалва, когато температурата се повиши от компресията в горивната камера. Следователно, за разлика от бензиновите двигатели, тези с дизеловото гориво трябва да имат ниска температура на самозапалване, т.е. нискокипящите въглеводороди са неподходящи за дизелови двигатели.
Експлоатационни изисквания към дизела
Тъй като най-широко разпространени в селското стопанство са високоскоростните четиритактови дизелови двигатели (със средна скорост на буталото 10 m / s и скорост на коляновия вал над 1000 min’1), основно внимание ще бъде обърнато на изучаването на експлоатационните изисквания за гориво за тях.
За да се осигури надеждна работа на високоскоростните двигатели, качеството на дизеловото гориво трябва да отговаря на определени изисквания (вижте Таблицата). Освен това, колкото по-висока е скоростта на двигателя, толкова по-високи са изискванията за гориво.
Това се дължи на особеностите на процеса на изгаряне на горивото: за много кратък период от време (около 1,5 – 2,0 ms) той трябва не само да има време да се смеси с въздуха, да се изпари, да се окисли, да се запали, но и да осигури своевременно и пълно изгаряне.
Основни изисквания към дизеловото гориво
| Изисквания | Определящи свойства | Резултат |
| Добра възпламеняемост и достатъчно пълно изгаряне. | Фракционен състав и цетаново число | Мека работа и лесно стартиране на двигателя, висока мощност и икономически показатели, допустими дим и токсичност на отработените газове |
| Добро смесване и разпиляване | Вискозитет и плътност, съдържание на механични примеси и вода | Добра филтруемост, нормално подаване на гориво, добър размер на факела и конус на разпръскване |
| Безпроблемна работа на горивната помпа с високо налягане при отрицателни температури на околната среда | Нискотемпературни свойства | — |
| Безопасност при експлоатация и съхранение | Температура на възпламеняване, стабилност | — |
| Минимално образуване на нагар, отлагания, корозия на части и възли на двигателя | Химичен състав и степен на пречистване – наличие на серни съединения, метали | Нормално състояние на клапани, пръстени, бутала, дюзи |
Фази в процеса на изгаряне на дизела.
Обикновено в дизеловия цилиндър има четири фази на процеса на изгаряне на горивото:
- I – фаза на забавяне (закъсняване) на самозапалването,
- II – фаза на бързо изгаряне (интензивно нарастване на налягането),
- III – фаза на забавено горене,
- IV – фаза доизгаряне.
Фаза I.
След впръскване в горивната камера, горивото не се възпламенява веднага, а след определено време, характеризиращо се с така нареченото забавяне на самозапалването. В тази фаза горивото се пулверизира, нагрява, изпарява и смесва. Температурата на самозапалване на дизеловото гориво е най-ниската температура, до която частиците гориво, разпилени във въздуха, трябва да се нагреят в края на хода на компресията, за да се запалят без външен източник на огън.
Колкото по-малка е разглежданата фаза, толкова по-равномерно протича процесът на изгаряне на горивото. При своевременно запалване, сместа изгаря бързо и гладко, осигурявайки максимална мощност и необходимата икономия за двигателя, а забавянето в самозапалването причинява тежка работа на двигателя (подобно на работата на карбураторен двигател с детонация): в последния случай неговите части са подложени на повишени натоварвания, износват се по-бързо и се повреждат.
Продължителността на фазата на забавяне до голяма степен зависи от размера (дисперсността) на капчиците гориво, образувани по време на пулверизацията: с намаляването на размера на капчиците, горивото се загрява и изпарява по-бързо. По този начин, капчица гориво с размер около 10 микрона за 0.0001 s се загрява във въздуха до 240 ° C, а увеличаването на нейния размер до 20 микрона се обуславя от нейното нагряване само до 175 ° C.
Фаза II.
По време на първата фаза се натрупва топлина, която се отделя много повече, отколкото се отвежда към стените на горивната камера, температурата се повишава, скоростите на реакция се увеличава, причинявайки началото на фаза II – фаза на бързо изгаряне и рязко увеличаване на средната скорост на повишаване на налягането dp / dcp. По стойността на dp / dcp е прието да се преценява естеството на работата на двигателя: ако тази стойност не надвишава 0,5 – 0,7 MPa на 1 ° въртене на коляновия вал, тогава двигателят работи безпроблемно, ако надвишава 0.8 MPa или повече – това затруднява работата.
Според специалистите в търговията с дизелово гориво от Горрел, ако то съдържа голямо количество бързо окисляващи се въглеводороди, то лесно се самозапалва и двигателят работи безпроблемно. Същите въглеводороди в бензина причиняват детонация на карбураторните двигатели.
Колкото по-дълга е предишната фаза на забавяне на самозапалването, толкова по-голямо количество изпарено гориво се натрупва в горивната камера. В този случай във втората фаза отделянето на топлина и увеличаването на налягането се случват по-интензивно, което води до тежка работа на двигателя.
Фаза III.
Забавено горене – започва веднага след втората и продължава до края на подаването на гориво в горивната камера. В тази фаза се отделят до 25% от енергията на горивото (но с по-нисък интензитет, отколкото във втората фаза), като температурата и налягането намаляват.
В този случай цикълът на подаване на гориво е завършен и продуктите от изгарянето на горивото се разширяват. Тъй като през този период се извършва работният ход на буталото, желателно е до края на третата фаза да изгори целият цикличен заряд на горивото, но това обикновено не се случва при дизеловите двигатели.
Фаза IV.
От момента на приключване на подаването на гориво към горивната камера започва фаза IV – фазата на доизгаряне, която настъпва по време на хода на разширението при намалено налягане. Увеличаването на продължителността на тази фаза причинява повишаване на температурата и дима от отработените газове и намалява ефективността на двигателя.
Проектните и експлоатационни фактори оказват значително влияние върху изгарянето на горивото. По този начин, увеличаването на ъгъла на предварително впръскване на гориво влияе неблагоприятно върху периода на забавяне на самозапалването, тъй като горивото навлиза в по-малко компресирана и неотопляема среда. В този случай двигателят ще работи по-усилено.
Ако впръскването се извърши твърде рано, тогава поради запалване и преждевременно изгаряне на част от горивото, може да настъпи повишаване на налягането, преди буталото да достигне горната мъртва точка, причинявайки загуба на мощност поради преодоляване на налягането на горими газове и намаляване в ефективността на двигателя.
Конструктивните характеристики на двигателите имат различни ефекти върху процеса на изгаряне на горивото. Двигателите с образуване на предкамерна и вихрокамерна смес са по-малко чувствителни към фракционния състав на горивото от двигателите с директно впръскване и наличието на налягане в двигателя (осигуряващи повишен термичен режим на горивната камера), което обуславя нормална работа на горива с утежнен фракционен състав.