11. Сравнение двигателей тяжелого и легкого топлива

Двигателями тяжелого топлива или двигателями с воспламенением от сжатия называются ДВС, работающие с самовоспламенением тяжелого топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя в конце сжатия. Под тяжелым топливом обычно понимают жидкое нефтяное топливо – керосин, газойль, соляровое масло – менее летучее (т.е. хуже испаряющееся), чем бензин. Самовоспламенение топлива в двигателях обеспечивается применением высоких степеней сжатия (ε = 13-18), благодаря которым температура воздуха в цилиндре в конце хода сжатия повышается до величины, достаточной для получения своевременного самовоспламенения топлива при соответствующем давлении.

Опасность детонации, возможной в карбюраторных двигателях при столь высоких степенях сжатия, устраняется тем, что в процессе наполнения цилиндр заполняется не свежей смесью, а чистым воздухом и, следовательно, в период сжатия топливо в цилиндре отсутствует.

Обычно подача топлива в цилиндр двигателя с воспламенением от сжатия начинается за 20-40⁰ до ВМТ в конце хода сжатия. Величина опережения впрыска существенно сказывается на протекании рабочего процесса: чем ближе к ВМТ начинается впрыск топлива, тем большее количество топлива сгорает после ВМТ в процессе расширения, что приводит к ухудшению экономичности двигателя. Увеличение опережения впрыска обычно связано с улучшением экономичности, но приводит к возрастанию максимального давления сгорания. Чрезмерное опережение впрыска, приводящее к максимальному повышению давления газов еще при движении поршня к ВМТ, связано с резким ухудшением экономичности и снижением мощности двигателя. Таким образом, изменение момента подачи топлива в цилиндр является одним из наиболее существенных элементов регулирования рабочего процесса двигателя тяжелого топлива.

Достаточно полное сгорание топлива при его подаче в цилиндр в конце хода сжатия даже в мелко распыленном виде возможно при сравнительно большом общем избытке воздуха в камере сгорания. Поэтому в авиационных двигателях тяжелого топлива коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме равен примерно 1,5-1,8. Уменьшение коэффициента α ниже этих значений, как правило, приводит к резкому уменьшению полноты сгорания, догоранию на выхлопе, перегреву и общему снижению экономичности и надежности работы двигателя. Следует отметить, что если в двигателях с искровым зажиганием возможный предел обеднения ТВС соответствует величине α = 1,2-1,3, то в двигателях с воспламенением от сжатия возможное обеднение смеси практически не ограничено.

Совместное влияние обеднения смеси и повышенной степени сжатия приводит к тому, что удельный расход топлива у этих двигателей получается на 20-39% меньше, чем у двигателей легкого топлива. Однако работа с большим избытком воздуха сопровождается понижением литровой мощности, получаемой при том же наддуве. В результате двигатель тяжелого топлива оказывается более тяжелым, чем двигатель легкого топлива (при той же общей мощности). Выполненные конструкции двигателей тяжелого топлива имеют на 30-50% больший удельный вес, чем двигатели легкого топлива.

Таким образом, высокая степень сжатия и большое значение коэффициента избытка воздуха двигателей тяжелого топлива обусловливают их основные преимущества и недостатки: высокую экономичность и большой удельный вес конструкции.

Специфические свойства тяжелых углеводородных топлив – более высокая температура вспышки и большой удельный вес – обусловливают дополнительные преимущества двигателей тяжелого топлива: пониженную пожарную опасность в эксплуатации и меньший объем топливных баков при одинаковом весе запасаемого топлива.