Самовоспламенение и сгорание в дизелях.

В процессе впрыска топлива в камере сгорания начинается процесс перемешивания топлива с воздухом с развитием предпламенных реакций. Процессы самовоспламенения характеризуются переходом относительно медленного развития предпламенных реакций к очень быстрому химическому превращению, которое сопровождается возникновением пламени.

Весь процесс самовоспламенения состоит из двух стадий превращений:

• холоднопламенных;

• горячепламенных.

Холоднопламенный процесс происходит при температуре 440…670С и характеризуется малой глубиной химических превращений и незначительным повышением температуры. В камере сгорания возникает «холодное» пламя – голубое свечение, возникающее в результате оптического возбуждения образовавшихся формальдегидов Н₂СО и радикалов НСО. Накопление активных перекисей, радикалов и атомов в конце процесса сжатия приводит к тепловому взрыву и образованию очагов воспламенения. Отрезок времени между впрыском топлива и воспламенением смеси называется индикаторным периодом задержки самовоспламенения (периодом индукции). Его продолжительность зависит от скорости развития предпламенных реакций и их теплового эффекта. С увеличением давления и температуры продолжительность периода индукции сокращается.

Первые очаги воспламенения возникают вблизи внешних границ факела распыла, недалеко от топливных отверстий, там, где в первую очередь существует возможность образования смеси с   1. От этих очагов пламя распространяется с высокими скоростями по периферии топливных факелов на смежные объёмы. Одновременно возможны возникновения новых очагов воспламенения, в основном вблизи с сильно нагретыми поверхностями. Вместе с воспламенением и горением уже подготовленной смеси в процесс горения вовлекается топливо в виде капель, продолжающее поступать из форсунки, но еще не успевшее образовать паро-воздушную смесь.

При равномерном распределении капель по воздушному заряду скорость распространения фронта пламени по капельной взвеси может даже превышать скорость пламени в гомогенной среде.

Рис. 30. Горение одиночной капли

Процесс горения взвешенной в воздухе одиночной капли можно представить следующим образом. Испарение происходит за счет теплоты 3, подводимой к ней вследствие теплопроводности и излучения из окружающей каплю сферической зоны пламени 5. От капли в эту зону диффундируют пары топлива 1, а снаружи воздух 2. Навстречу диффузионному потоку воздуха направлен поток продуктов сгорания 4.

Устойчивое горение устанавливается в зонах с  = 0,8…0,9. распространение фронта пламени смеси, состоящей из воздуха и капель распылённого топлива, существенно отличается от распространения пламени в однофазной смеси. Так как горение может происходить только в паровой фазе, то при наличии капель распространение пламени определяется скоростью диффузионного смешивания паров с воздухом. В начальных стадиях процесса сгорания при больших значениях  это смешивание идет достаточно быстро, т.к. капли встречают на своём пути чистый воздух. Скорость сгорания определяется при этом скоростью поступления топлива. По мере развития сгорания все большая часть топлива впрыскивается уже не в воздух, а в продукты сгорания ранее сгоревших порций топлива. В связи с этим скорость испарения капель увеличивается, а скорость сгорания начинает замедляться и лимитироваться скоростями диффузионного смешивания паров топлива с остатками неизрасходованного О₂.