Для нормальной работы дизеля очень большое значение имеют процесс смесеобразования и следующий непосредственно за ним процесс сгорания.
В тракторных дизелях топливо впрыскивается за тысячные доли секунды. При этом частицы топлива и кислорода должны хорошо перемешаться друг с другом. Чем мельче (тоньше) будут частицы распыленного топлива во время впрыска, тем они лучше перемешиваются с воздухом, интенсивнее испаряются и быстрее сгорают.
Тонкий распыл топлива обеспечивается особым устройством — распылителем форсунки, в который топливо поступает под большим давлением из топливного насоса. Величину давления впрыска топлива регулируют затяжкой пружины форсунки.
Из распылителя форсунки струя распиливаемого топлива впрыскивается в виде конуса. Чем больше угол конуса, тем больше его площадь сечения и тем меньше дальность полета капель топлива. Большая площадь сечения конуса улучшает перемешивание частиц топлива с воздухом. Однако меньшая дальность полета капель уменьшает использование воздуха в камере сгорания. Высокое давление впрыскиваемого топлива увеличивает скорость истечения его, дальность полета частиц, вследствие чего также улучшается перемешивание топлива с воздухом и, следовательно, процесс сгорания.
Для каждого дизеля форма струи впрыскиваемого топлива строго соответствует форме и размерам камеры сгорания. Любое отклонение от наивыгоднейших величин давления впрыска и угла конуса распыла приводит к изменению формы струи и снижению показателей работы дизеля.
Таким образом, качество смесеобразования зависит от давления впрыска, конструкции распылителя форсунки, вязкости топлива.
Угол опережения впрыска и угол опережения подачи топлива. Топливо сгорает не мгновенно, а в течение определенного времени.
Дизель имеет наилучшие мощностные и экономические показатели работы, если топливо сгорает при нахождении поршня около верхней мертвой точки. Чтобы обеспечить выполнение этого требования, необходимо впрыскивать топливо с опережением, то есть до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.
Величину опережения, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, называют углом опережения впрыска.
Каждый дизель для основного режима своей работы имеет определенный (наилучший) угол опережения впрыска. При изменении угла опережения впрыска снижаются мощностные и экономические показатели дизеля. Величина угла опережения впрыска зависит от давления впрыска, химического состава топлива, температуры воздуха в конце такта сжатия, числа оборотов коленчатого вала дизеля, количества подаваемого топлива.
Если впрыскивать топливо в цилиндр слишком рано (угол опережения впрыска очень большой), когда температура сжимаемого воздуха недостаточно высока, топлиио будет плохо испаряться и часть его до самовоспламенения успеет осесть на стенках камеры. В этом случае топливо полиостью не сгорает и работа дизеля ухудшается. Кроме того, вследствие начавшегося сгорания топлива повышается давление газов в камере, и они будут противодействовать движению поршня (до прихода его в верхнюю мертвую точку). Работа дизеля ухудшается также и при слишком позднем впрыске. Топливо в этом случае сгорает при такте расширения, когда скорость сгорания значительно понижается, а поверхность соприкосновения горячих газов со стенками цилиндра увеличивается. В этом случае много тепла будет отдано в охлаждающую воду и выброшено с отработавшими газами.
Для того чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, топливный насос должен начинать подавать топливо еше раньше, так как от момента начала подачи топлива насосом до впрыска топлива из форсунки проходит некоторое время. Угол, на который повернется коленчатый вал от положения, соответствующего началу подачи топлива насосом, до положения, при котором поршень придет в верхнюю мертвую точку, называют углом опережения подачи.
Угол опережения подачи топлива всегда больше угла опережения впрыска.
В конструкции топливного насоса или его привода предусматривается устройство, позволяющее изменять угол опережения подачи топлива.
Для каждого типа дизеля в зависимости от режимов его работы и приборов подачи топлива существуют определенные наивыгоднейшие значения угла опережения подачи топлива.
Равномерность подачи топлива. Во все цилиндры дизеля топливо должно подаваться в одинаковом количестве. Это обеспечизает получение наилучших мощностных и экономических показателей дизеля, так как все цилиндры его работают наиболее одинаково.
Разница в количествах подаваемого в отдельные цилиндры топлива не должна превышать 2—3% (при полной нагрузке дизеля).
Равномерность подачи регулируют при помощи специального устройства, имеющегося в топливном насосе.
Впрыск топлива. Для наиболее эффективной работы дизеля необходимо, чтобы при начале впрыска в камеру сгорания поступало небольшое количество топлива. Это количество определяется созданием устойчивых очагов самовоспламенения. Затем к моменту окончания периода задержки самовоспламенения первых порций топлива, когда в камере сгорания уже повышаются температура и давление, должно поступать с большой скоростью остальное топливо. Попадая в благоприятную среду, оно быстрее и полнее сгорает.
Увеличение количества подаваемого топлива в начальный период приводит к жесткой работе дизеля.
Работа дизеля нарушается также при медленном поступлении последних порций топлива, в результате чего затягивается процесс сгорания. Это приводит к тому, что большая часть топлива догорает при движении поршня ениз, когда процесс сгорания уже малоэффективен.
Таким образом, для получения наиболее эффективной работы дизеля скорость впрыска топлива должна возрастать и быть пропорциональной скорости сгорания, которая увеличивается по мере увеличения температуры и давления.
В конструкции многих топливных насосов введено устройство, позволяющее изменять скорость впрыска.
В большинстве случаев это достигнуто соответствующим подбором рабочего участка профиля кулачка на кулачковом валике топливного насоса или изменением профиля всего кулачка путей перехода от эвольвентных к тангенциальным кулачкам, которые имеют более крутую характеристику подачи топлива. Угол начала подачи обычно принимают равным 32—56° по углу поворота кулачкового салика (для тракторных дизелей). Величину угла указывают в паспорте топливного насоса.