Процес згоряння палива в циліндрі дизельного двигуна найбільш наочно характеризується індикаторної діаграмою, яка б показала залежність тиску в циліндрі від кута повороту колінчастого вала. Вид індикаторної діаграми залежить від багатьох факторів, обумовлених конструкцією двигуна (тип камери згоряння, тиск впорскування). режимом роботи (частота обертання, температура, кут випередження впорскування), сортом палива і його фракційним складом.
Індикаторна діаграма дизеля показує не тільки залежність тиску і температури від кута повороту коленвала, а й фази горіння палива;
1,2 - період затримки запалення; 2,3 - фаза швидкого горіння; 3,4 - фаза повільного горіння; 4 і далі - Догорание на лінії розширення. O - кут випередження впорскування.
Як видно з діаграми, процес згоряння складається з чотирьох періодів: затримки самозаймання (ділянка 1-2); швидкого горіння (2-3) уповільненої горіння (3-4) і догорання на лінії розширення (4 і далі). З моменту початку впорскування (точка 1) всі фізичні і хімічні процеси в камері згоряння прискорюються, зростають температура і швидкість хімічних реакцій і, в кінцевому рахунку, відбувається самозаймання суміші палива з киснем повітря. Після точки 2 починається інтенсивний процес горіння і різко підвищується тиск в циліндрі.
Період швидкого горіння закінчується вже після проходу поршнем ВМТ. За цей час виділяється основна частина теплової енергії - 60-70%, У другій фазі подача палива триває, тому весь циклової заряд палива згоріти не встигає. Після закінчення подачі циклової порції палива починається наступний етап - період повільного горіння. Його тривалість невелика - близько 5-10 ° повороту коленвала. У цій фазі виділяється 20-25% теплової енергії. Необхідно, щоб до кінця цього періоду паливо повністю згоріло. Його Догорание на лінії розширення при русі поршня від ВМТ вкрай небажано: воно викличе підвищену димність вихлопу (сизий або сіро-сизий дим) і різке зростання вмісту токсичних речовин у вихлопних газах.
Процеси сумішоутворення і згоряння палива в дизелях відбуваються за дуже короткий проміжок часу (приблизно 20-25 ° повороту коленвала). У сучасних дизелів ситуація ускладнюється тим, що чим більше високооборотен двигун, тим менше час протікання процесу. В таких умовах дизельне паливо для забезпечення надійної роботи двигуна має відповідати багатьом вимогам, найважливішими з яких є:
Щоб задовольнити цим вимогам, дизельне паливо має володіти певними властивостями. Зупинимося на них докладніше.
Перебіг процесу згоряння в циліндрі дизеля сильно залежить від хімічного складу і фізичних властивостей палива. Наприклад, чим менше період затримки самозаймання, тим сприятливіші процес згоряння, стійкіше і м'якше робота дизеля. Зменшення періоду затримки самозаймання залежить від швидкості окислення вуглеводнів під час так званих предпламенной реакцій, що передують фазі швидкого горіння.
Якщо предпламенной реакції йдуть повільно, то період затримки самозаймання збільшується, а його осередки виникають із запізненням.
Паливо надходить в циліндр, накопичується і потім відбувається займання відразу значного його кількості. Різко зростає тиск в циліндрі. Двигун при цьому починає працювати жорстко, потужність падає.
Жорсткість роботи дизеля, взагалі кажучи, залежить від темпу наростання тиску в циліндрі. Наприклад, при темпі в 3-4 кг / см2 на 1 ° повороту коленвала двигун працює м'яко. При 6-8 кг / см2 - жорстко, більше 10 кг / см2 - дуже жорстко. Надмірно жорстка робота означає і надмірні навантаження, небезпечні для кривошипно-шатунного механізму і поршневої групи.
Здатність дизельного палива до самозаймання і можливого виникнення жорсткої роботи оцінюється цетановим числом (Ц.ч.). Це умовна величина, яка визначається на спеціальній установці. Еталонним паливом служить суміш цетана і a-метилнафталіну, причому Ц.ч. дорівнює 100 для чистого цетана, а нулю воно відповідає, коли в горінні бере участь тільки а-метилнафталін. Для реального палива Ц.ч, так само об'ємному вмісту цетана в еталонної суміші з рівною воспламеняемостью.
При зниженні цетанового числа погіршуються показники робочого циклу дизеля, помітно зростають жорсткість роботи і знос деталей. Якщо значення опускається нижче 40 одиниць, запуск двигуна проблематичний навіть в теплу пору через підвищення температури самозаймання палива. Нормальний же пуск і м'яка робота дизеля забезпечуються на дизельному паливі з цетановим числом не нижче 45 одиниць.
Паливо для високооборотних дизелів має нормоване значення кінематичної в'язкості при 20 ° С - від 1,5 до 6,0 мм 2 / с (сСт). При зниженні в'язкості палива неминуче зменшується цикловая подача за рахунок перетоків і втрат в плунжерній парі. Одночасно з'являється гюдтеканіе через розпилювачі форсунок, а це підвищує нагарообразование і димність вихлопу. Крім того, маловязкое паливо різко збільшує знос ТНВД, адже його прецизійні деталі тоді гірше змащуються.
Надмірна в'язкість палива - теж не подарунок. Вона призводить до погіршення сумішоутворення і згоряння - через труднощі розпилу і дроблення крапель палива. Одночасно погіршується і його прокачиваемость через фільтри. В'язкість дизпалива, як відомо, знижується з нагріванням і, навпаки, збільшується при низьких температурах. Чим вище значення в'язкості при 20 ° С, тим сильніше зміни, що відбуваються з паливом при зниженні температури. Літні сорти палива вже при мінус 3-5 ° С загустевают і перестають нормально прокачуватися через паливний фільтр.Ето зазвичай відповідає так званої температурі помутніння, тобто початку кристалізації парафінів, що містяться в паливі. При температурі приблизно -10 ° С таке паливо застигає. І тоді спроби запуску двигуна з загусла річної соляркою без відігрівання автомобіля практично завжди закінчуються ушкодженням ТНВД. У такій ситуації не врятують і ніякі засоби для полегшення запуску дизелів, адже подача палива в двигун порушена. Більш того, для деяких моделей дизелів застосування подібних засобів небезпечно - відомі випадки поломки поршнів через швидкого займання та згоряння речовин, що містяться в цих засобах. І тільки зимове дизпаливо, у якого менше в'язкість і швидкість її зростання при зниженні температури, може забезпечити надійну роботу двигуна в холодну пору року. Додавання ж в дизпаливо гасу або бензину не вирішує проблеми в цілому, тому що при цьому інші властивості палива істотно погіршуються.
Залежність в'язкості дизельного палива від температури. 1 - літній; 2 - зимовий; 3 - арктичне.
Тому найбільш правильно застосовувати так звані депресорні присадки, особливо в міжсезонний період, коли велика ймовірність відсутності на заправці зимового палива. У нас же, на жаль, нерідкі випадки, коли, незважаючи на запевнення працівників АЗС, що сорт палива зимовий, в баки все одно потрапляє літній або, в кращому випадку, суміш літнього та зимового палива. Особливо це характерно для перших декількох тижнів після початку холодів. Тому будьте обережні, щоб не отримати собі непотрібних проблем.
Але, мабуть, найстрашніший ворог дизеля - це вода. Потрапляючи в паливо, вода здатна швидко вивести з ладу будь-паливний насос. За ГОСТом, природно, вода в паливі не допускається. Однак вона все-таки присутня практично завжди: як через підвищену гігроскопічність дизельного палива, так і у вільному стані через порушення умов транспортування і зберігання.
Те ж саме стосується і механічних домішок. Забруднення палива відбувається на всіх етапах транспортування від заводу-виготовлювача до споживача. Тому заправка навіть дорогим імпортним дизпаливом не завжди гарантує його чистоту. Все залежить від способу доставки і чистоти ємностей. Але, так чи інакше, а водичка з брудом буде страшніше сірки.
Як з цим боротися? Та й взагалі то нескладно. Треба частіше мити паливний бак і зливати відстій з фільтра, якщо, звичайно, це передбачено конструкцією. Такий спосіб - набагато більш ефективна профілактика несправностей двигуна, ніж застосування всіляких присадок, особливо не пройшли ніяких випробувань. А таких, на жаль, у продажу чимало.
Але уявімо, що всі проблеми з дизельним паливом тим чи іншим шляхом вдалося победіть.Однако цього буде недостатньо для надійної роботи дизеля, якщо забути про олію.