Физические основы теплотехники. Часть I. Термодинамика. Панов В.К. - 147 стр.

§ 35. Двигатели внутреннего сгорания                                     139

      Во-первых, жидкое топливо надо испарить. Этот про-
цесс происходит на поверхности жидкости. Для быстрого ис-
парения порцию топлива надо раздробить на множество мел-
ких капель, чтобы их суммарная поверхность была большой.
        Пример. Дизельное топливо имеет плотность 830÷875 кг/м3. Это зна-
чит, что 1 г топлива занимает объем 1,2÷1,1 см3. Если это одна капля, диаметр
ее составит 1,32 см, площадь поверхности S = πd 2 = 5,46 см 2. При распылива-
нии этого грамма на капли размером, например, 10 микрон (d = 10–3см), объе-
мом V= πd 3/6 = 0,52·10–9 см3, их получится 2,3·10 9 (два с лишним миллиар-
да) штук. Общая поверхность составит в результате 7250 см 2, т. е. вырастет
примерно в 1300 раз.
      Для распыливания используют форсунки. При всем раз-
нообразии конструкций их основа едина — тонкое отверстие и
огромный, в десятки бар, перепад давления. Поэтому ТНВД
должен создавать давление гораздо большее, чем у воздуха в
цилиндре в конце сжатия.
      Во-вторых, капли, попав в горячий воздух, прогревают-
ся от поверхности внутрь и одновременно испаряются.
      В-третьих, для горения пары топлива должны переме-
шаться с воздухом в определенном соотношении. Пары диф-
фундируют от поверхности, где их концентрация максималь-
на, в окружающий воздух. Концентрация при этом убывает,
температура растет. Воздух диффундирует в обратном на-
правлении – к поверхности капли. Взаимодействие этих по-
токов приводит к тому, что на некотором расстоянии от по-
верхности капли образуется зона, в которой условия благо-
приятны для горения. Здесь оно и происходит в результате
самовоспламенения смеси.
      К этому сценарию стоит добавить, что капли никогда
не получаются одинакового размера. Большинство капель,
конечно, имеют некоторый средний размер, и на него можно
повлиять конструкцией форсунки и перепадом давления. Но
всегда образуются капли более мелкие, чем средний размер,
и более крупные. Естественно, что мелкие капли сгорят
раньше, чем большинство средних, а крупные позже.
      Ввиду перечисленных причин время сгорания порции
топлива в цикле Дизеля гораздо больше, чем в цикле Отто.
Перемещением поршня за это время пренебречь нельзя, по-
скольку объем газа за время горения увеличивается на десятки
процентов, а то и в разы.