Характеристики процесса сгорания в дизельных двигателях внутреннего сгорания с объемным и объемно-пленочным смесеобразованием зависят от динамики и структуры факелов распыленного топлива, их числа и ориентации в пространстве, взаимодействия факелов с воздушным зарядом цилиндра и стенками камеры сгорания. Это необходимо учитывать при разработке математической модели смесеобразования и сгорания в дизельных двигателях, а также при решении практических вопросов по интенсификации, оптимизации и управлению характеристиками процесса сгорания [1-6]. При этом достоверность математической модели и эффективность практических решений зависят от того, насколько точно учтены особенности динамики и структуры факелов распыленного топлива в дизельном двигателе.Методы экспериментального исследования характеристик распыливания топлива дизельными форсунками не дают полной информации о динамике и структуре нестационарной импульсной струи топлива, впрыскиваемой в высокотемпературную среду с переменной плотностью, особенно при начавшемся горении. Такие исследования проводятся, как правило, на специальных безмоторных моделирующих установках (дизельных бомбах). Так как измерить параметры топливного факела непосредственно в цилиндре работающего дизельного двигателя технически трудно из-за высоких давлений и температур цикла, излучения пламени, нестабильности впрыска топлива от цикла к циклу и др., известны только отдельные попытки изучения динамики и структуры топливных факелов непосредственно на работающем дизельном двигателе или его модели путем киносъемки факела и стробоскопического отбора проб газового топлива в различных точках поперечного сечения факела.Для исследования процессов распыливания топлива в дизельных бомбах применяют фотографирование и киносъемку топливного факела, отбор топлива из различных его зон с помощью сотовых уловителей или трубчатых зондов, улавливание капель распыленного топлива на законченную пластинку. Фото- и кинорегистрация дает представление о геометрии топливного факела и динамике ее изменения, но почти не раскрывает внутреннюю структуру в связи с его высокой оптической плотностью. Вследствие этого практически не дают дополнительной информации о структуре топливного факела дизельных двигателей и более сложные методы: шлирен-метод и голография. Отбор топлива зондами и впрыск на пластинки позволяют определить распределение потоков жидкого топлива на различных расстояниях от оси факела или сопла и дисперсность распыливания, суммарную за период впрыска. Таким образом, измерения также не дают представления о внутренней структуре факела в различных его сечениях и динамике ее изменения. По­лезную информацию о дисперсности распыленного топлива в опреде­ленном сечении факела можно получить с помощью установки со стробоскопическим приспособлением в виде вращающегося диска со щелью, через которую в определенный момент впрыска только часть факела попадает на улавливающую пластинку, расположенную за дис­ком. Однако получаемые таким методом данные недостаточно достоверно отображают действительную структуру факела в его по­перечном сечении, так как взаимодействие топливной струи с диском стробоскопа нарушает нормальное развитие факела, а в связи с разли­чием скоростей капель в его поперечном сечении диск стробоскопа вырезает из факела объем в форме эпюры скоростей капель. Вследствие этого основную часть массы топлива, улавливаемого на пластинку, состав­ляют капли, летящие с большой скоростью в плотном осевом потоке струи. В многочисленных исследовательских работах отечественных и зарубежных авторов, в том числе в [1; 3-5], рассмотрены кинетические уравнения ис­парения и выгорания распыленного топлива в цилиндре дизельного двигателя, учитывающие характеристики впрыска и распыливания топлива, параметры заряда цилиндра, физико-хи­мические характеристики топлива, особенности его испа­рения в дизельном двигателе, кинетику цепных реакций в не­однородной топливовоздушной смеси. На основании аналитических и эмпирических зависимостей протекания указанных процессов разработан метод расчета процесса сгорания топлива и характеристик тепловыделения в дизельных двигателях [5].По рассмотренной методике была разработана программа расчета характеристик тепловыделения по заданному закону подачи топлива в среде Microsoft Excel. Выполненный расчет для дизельного двигателя Д243E подтвердил хорошее согласование расчет­ных характеристик тепловыделения и индикаторных диа­грамм с экспериментальными данными.          Исходные данные для расчета (дизельный двигатель Д243E):Молекулярная масса воздуха m=28,9 кг/кмоль.Диаметр цилиндра D=0,110 м.Ход поршня S=0,125 м.Постоянная КШМ λ=R/L=0,2717. Степень сжатия ε=16.Количество сопловых отверстий форсунки ic= 6.Диаметр сопловых отверстий dc=0,2 мм. Длина свободного пролета факела Lст=0,038 м.          Характеристики топлива:Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива M0=0,5 кмоль.Плотность топлива (при 323 К) ρт = 825 кг/м3. Динамический коэффициент вязкости топлива (при 323 К) μт = 3·10-3 Па·с. Коэффициент поверхностного натяжения топлива (при 323 К) ζт = 28·10-3 Н/м.          Коэффициенты расчетных формул:Константа времени испарения крупных капель Az =4,6 c-1. Коэффициенты уравнения безразмерной характеристики впрыска топлива  σ = f(Ф): a=3,9;   b=1,73;   c=3,5;   m1=1,5;   m2=2;   m3=2;   m4=4;   Ф1=0,333.Коэффициенты уравнения характеристики тепловыделения на участке топливоподачи:a0= 4·10-3 м3/(кг·с);  a1=10-3 с;    a2=15 м3/(кг·с);   b0=0,1. Коэффициент турбулизации заряда Ту=1.Минимальное значение степени использования воздушного заряда цилиндра ξво=0,42; её абсцисса Фz0=0,33.Условная энергия активации предпламенных реакций Ea=23,8·103 кДж/кмоль.Коэффициент в формуле расчета среднего диаметра капель E32=1,7.Коэффициент поправочной функции константы испарения топлива y=1.Коэффициент в формуле определения дальнобойности топливного факела Dф=2,9.Коэффициент в формуле угла конуса топливного факела Aст=0,0055.Степень уменьшения скорости испарения топлива на стенке (минимальная) χ0 =0,7.          Параметры режима работы двигателя:Частота вращения вала двигателя n =1500 мин-1.Давление продувочного воздуха (абс.) Ps =0,09 МПа.Температура наддувочного воздуха Ts =315 К. Коэффициент наполнения ηv=0,96.Коэффициент остаточных газов γ=0,05. Коэффициент избытка воздуха при сгорании αр=1,86.Продолжительность впрыска топлива φвпр=29°пкв.Момент (угол поворота коленчатого вала до ВМТ) начала впрыска топлива φн=17°пкв.Цикловая подача топлива Gц=1,247·10-4 кг.Недожог топлива (в долях от цикловой подачи) Δт=0,01.Момент (угол поворота коленчатого вала) окончания расчета тепловыделения по уравнениям участка топливоподачи φк=90°пкв.          Расчет характеристик тепловыделенияРасчет параметров заряда:Рабочий объем цилиндра , м3.Объем камеры сжатия , м3.Количество свежего заряда , кмоль.Количество газов в цилиндре , кмоль.Цикловая подача топлива (если в исходных данных Gц=0).Коэффициент избытка воздуха при сгорании (если в исходных данных Gц=0).Расчет констант испарения топлива:Средняя скорость истечения топлива из распылителя форсунки, м/с.Критерий М,  .Критерий Вебера   .Плотность заряда в конце условного сжатия  , кг/м3.Симплекс  .Средний поверхностный диаметр капель , мкм.Давление в цилиндре в конце условного сжатия  , МПа.Константа испарения топлива  , м2/с.Относительная константа испарения топлива (теоретическая) , c-1.Поправка, учитывающая фактические условия испарения, =1.Относительная константа испарения (действительная) , с-1.          Расчет временных и угловых параметров диаграммыОбъем цилиндра в момент начала впрыска топлива, м3,где .Давление газов в момент φн      , МПа.Температура газов в момент φн     , К.Период задержки воспламенения , с;,°пкв.Момент воспламенения ,°пкв.Момент окончания впрыска топлива ,°пкв.Продолжительность испарения и сгорания крупных капель , с.Продолжительность сгорания ,°пкв.Момент окончания горения ,°пкв.Момент достижения факелом стенки камеры сгорания  , с;,°пкв.Продолжительность взаимодействия фронта факела со стенкой,°пкв.Коэффициент в формуле, определяющей характер испарения топлива на стенке,.Расчет характеристик впрыска и испарения топливаТекущий ход поршня .Относительное время впрыска (рис. 1) .Доля впрыснутого топлива:Интегральная характеристика впрыснутого топлива (рис. 2) Текущее время от начала впрыска .Квадрат относительного диаметра испаряющейся капли  при    .Степень уменьшения скорости испарения топлива на стенке:если Относительное время взаимодействия фронта факела со стенкой:если    .Степень уменьшения скорости испарения топлива на стенке:   .  Скорость испарения топлива (рис. 3):,.Доля испарившегося топлива (рис. 4).                                       Доля паров, образовавшихся за период задержки воспламенения,.          Расчет характеристик тепловыделения на участке топливоподачиКоэффициенты расчетных формул:  .Объем цилиндра в момент воспламенения  :                     Тепловыделение при начальной вспышке топлива :функция выгорания паров топлива, образовавшихся за τi  (рис. 5),            ;скорость тепловыделения   ;доля выгоревших паров топлива, образовавшихся за период задержки воспламенения,   ;общая доля выгоревшего топлива   .Тепловыделение после вспышки  топлива :скорость догорания топлива  ;относительная скорость тепловыделения;доля выгоревшего топлива  .         Расчет характеристик тепловыделения на участках развитого горения и догоранияКоэффициент    . Коэффициент    .Параметры точки φк:Показатели процесса сгорания на участке  :относительная продолжительность горения   ;степень использования воздушного заряда;текущее значение коэффициента избытка воздуха в зоне горения;относительная скорость тепловыделения (рис. 6)   ;доля выгоревшего топлива (рис. 4, 6).                       Таким образом, разработанная программа расчета характеристик тепловыделения по заданному закону подачи топлива в среде Microsoft Excel позволяет получить исчерпывающие количественные значения характеристик тепловыделения в цилиндре двигателя. Выполненный расчет для дизельного двигателя Д243E подтвердил хорошее согласование расчет­ных характеристик тепловыделения и индикаторных диа­грамм с экспериментальными данными.