Сведения о топливе. Изучаемые двигатели работают на жидком топливе, полученном из нефти: карбюраторные — на бензине, дизели — на дизельном топливе.

Один из важных показателей, характеризующих дизельное топливо, — способность к самовоспламенению. Впрыскиваемое в цилиндр топливо начинает гореть не сразу, а спустя некоторое время, называемое периодом задержки воспламенения. Чем длительнее задержка, тем больше накапливается топлива к моменту самовоспламенения и тем быстрее в последующем нарастает давление в цилиндре. Это приводит к ударным нагрузкам на детали и сопровождается металлическими стуками (жесткая работа). Степень жесткости работы дизеля зависит от воспламенительных свойств топлива и характеризуется цетановым числом. Чем оно больше, тем короче период задержки самовоспламенения, тем «мягче» работает дизель.

Дизельное топливо обладает вязкостью. Если она велика, то топливо плохо распыливается и испаряется. При малой вязкости увеличивается изнашивание топливоподающей аппаратуры. Вязкость дизельного топлива увеличивается с понижением температуры и при определенном значении ее (при температуре застывания) топливо утрачивает текучесть. В зависимости от температуры застывания по ГОСТ 305—82 различают дизельное топливо трех марок: летнее (Л) используют при температуре окружающего воздуха оТ 0° С и выше, зимнее (3) при температуре от 0° до минус 30 °С, арктическое (А) при температуре до минус 50 °С.

Бензин тоже характеризуется рядом показателей. Наиболее важный из них — устойчивость против детонации. Сущность явления детонации состоит в том, что под действием высоких температуры и давления в бензиновоздушной смеси протекают такие химические превращения, в результате которых последующее сгорание происходит со скоростью 1500…2000 м/с (вместо нормальной — 20…30 м/с). Такое взрывное горение сопровождается резкими металлическими стуками, перегревом двигателя, черным дымом отработавших газов, падением мощности. Длительная работа с детонацией вызывает повышенное изнашивание деталей, прогорание поршней и другие повреждения.

Антидетонационные свойства бензина оцениваются условной величиной — октановым числом. Автомобильные двигатели 3M3-53 и ЗИЛ-130 работают на бензине марки А-76, где цифра указывает минимальное значение октанового числа. Для улучшения бензина к нему добавляют очень незначительное количество антидетонаторов, например этиловой жидкости. Такой бензин называют этилированным. Он ядовит, и, чтобы отличить от обычного, его окрашивают в зеленый, синий или желтый цвет. Использовать такой бензин для мытья рук, деталей, одежды, а также засасывать его (через шланг) ртом запрещается. При попадании этилированного бензина на кожу нужно немедленно удалить его ветошью, смоченной керосином, а потом кожу промыть водой с мылом.

Работая с бензином, следует строго соблюдать правила противопожарной безопасности, потому что бензин легко воспламеняется на открытом воздухе, а тара из-под бензина содержит взрывоопасные пары.

Смесеобразование и горение топлива в дизеле. Воздух и топливо, прежде чем попасть в цилиндры дизеля, должны быть тщательно очищены. Образование рабочей смеси начинается с момента впрыскивания дозы (порции) топлива в камеру сгорания. Эта доза массой меньше 0,1 г занимает объем не более 0,1 см3 (примерно равный объему двух-трех пшеничных зерен) и нагнетается за время 0,003…0,004 с. Камера сгорания, куда попадает доза топлива, ограничена головкой цилиндра, его верхней частью и днищем поршня, когда он находится в в.м.т. В днище выполнена фигурная выемка, формы которой показаны на рисунке 1.

К моменту начала впрыскивания топлива в этой камере находится сжатый до 4…5 МПа и нагретый (от сжатия и горячей стенки камеры) до температуры 500…700 °С, завихряющийся с большой скоростью воздух. Чтобы топливо могло проникнуть в такую сжатую среду, оно впрыскивается с давлением в несколько раз юльшим, чем давление воздуха, и с огромной скоростью.

Доза топлива выбрасывается из отверстий форсунки в виде нескольких струек, распыляется потоками воздуха на множество мельчайших капелек и сгорает. Процесс сгорания условно делится на несколько периодов. В период задержки воспламенения небольшая (запальная) часть мельчайших капелек топлива, оторвавшихся от струек, испаряется и начинает гореть. Основная же часть топлива, подхватываемая вихревыми потоками воздуха, растекается тонкой (до 0,2 мм) пленкой по всей поверхности камеры. Соприкасаясь с ее горячей стенкой и нагретым воздухом, топливная пленка испаряется. Пары, смешанные с воздухом, попадают в зону возгорания запального топлива, воспламеняются и сгорают во всем объеме камеры. Период основного горения заканчивается, когда поршень пройдет в.м.т. на 10…20° поворота коленчатого вала, а период догорания продолжается до начала открытия выпускного клапана.

В результате такого объемно-пленочного смесеобразования давление газов в цилиндре нарастает нерезко, дизель работает «мягко» и с небольшим удельным расходом топлива.

Для сгорания топливо должно быть смешано с воздухом в определенном соотношении. Для полного сгорания 1 кг топлива теоретически нужно около 15 кг воздуха. Но в действительности при таком соотношении топливо горит не полностью, потому что, несмотря на завихрение воздуха, не удается добиться тонкого распыления и полного испарения. Поэтому топливную аппаратуру дизеля регулируют так, чтобы получилась смесь, в которой воздуха на 50…80% больше, чем это необходимо теоретически.

Схема системы питания на примере дизеля А-41 показана на рисунке 2. Воздух засасывается поршнями в цилиндры через воздухоочиститель и впускной коллектор (трубопровод). Топливо-прокачивающий насос высасывает из бака предварительно очищенное в фильтре грубой очистки топливо и подает его под небольшим давлением через фильтр тонкой очистки в топливный насос. Доза топлива нагнетается этим насосом под высоким давлением в форсунки и через них впрыскивается в цилиндры, а избыточное топливо, подведенное к насосу высокого давления, по трубке возвращается в топливоподкачивающий насос. Топливо, просочившееся через зазоры между деталями форсунок, отводится в бак.

Для удаления воздуха, попавшего в топливную систему (топливопроводы, фильтры, насосы), фильтр тонкой очистки располагают выше всех других агрегатов этой системы и оборудуют вентилем.

Количество топлива, подаваемого насосом в цилиндры за каждый цикл работы дизеля, устанавливается автоматически регулятором.

Отработавшие газы удаляются из цилиндров по выпускному коллектору, проходят через глушитель и выбрасываются в атмосферу. В системе питания других дизелей может быть разное количество фильтров, турбокомпрессор, дополнительные топливные баки и другие устройства.