Для нормального згоряння палива необхідно, щоб воно встигало повністю випаруватися в циліндрі. Співвідношення палива і повітря в обсязі циліндра повинна бути рівномірним. Ці умови досягаються як за рахунок конструкційних особливостей паливної апаратури і камери згоряння двигуна, так і за рахунок властивостей дизельного палива (в'язкості, фракційного складу, щільності та ін.).
Для повного випаровування н згоряння палива в циліндрах необхідно тонке його розпилювання. Якщо в циліндрі дизеля якась частина палива до моменту займання буде перебувати в Каплевидний стані, то процес згоряння буде частково затримуватися н паливо буде догоряти в кінці такту розширення або навіть при випуску. За рахунок цього буде перегріватися дизель і падати його потужність. Для повного згоряння палива необхідно, щоб було подано в дизель достатню кількість повітря, а процес перемішування палива з повітрям відбувався б рівномірно. Якщо в дизель буде подано недостатню кількість повітря, то це призведе до неповного згоряння робочої суміші, т. Е. В продук тах згоряння залишаться горючі речовини - окис вуглецю або чистий вуглець у вигляді сажі. Тому для повного згоряння палива в циліндри двигуна подається повітря з деяким надлишком.
Теоретично встановлено, що для сгорапія 1 кг дизельного палива потрібно 14,5 кг повітря. Практично ж для повного згоряння в циліндри дизеля подається повітря більше, ніж теоретично необхідно. Це викликається тим, що на випаровування палива від моменту його впорскування до початку горіння в сучасному високооборотному дизелі відводиться мало часу (0,003 - 0,004 сек). За такий короткий час паливо не встигає повністю і рівномірно перемішуватися з повітрям, якщо його не буде подано з надлишком, а отже, і згоряння палива буде неповним-дизель буде диміти. Ставлення фактичної витрати повітря, що вводиться в циліндри дизеля на 1 кг палива, до теоретично необхідної кількості повітря називається коефіцієнтом надлишку повітря і позначається грецькою буквою а (альфа). Так, наприклад, при номінальній потужності дизеля 2Д100 на 1 кг спалюваного дизельного палива витрачається близько 26 кг повітря. У цьому випадку коефіцієнт надлишку повітря становить:
Отже, якщо два дизеля 2Д100 тепловоза ТЕЗ в 1 ч спалюють при максимальній форсировке 700 кг дизельного палива, то для повного згоряння такої кількості палива при коефіцієнті надлишку повітря 1,8 необхідно в циліндри дизеля подати (26X700) = = 18 200 кг, або 14 500 м3 повітря (1 кг повітря при нормальних умовах займає об'єм приблизно 0,8 м3). Якщо коефіцієнт надлишку повітря буде надмірно великим, то це також небажано, так як частина корисної енергії палива витрачається на нагрівання надлишкового повітря, через що знижується температура горіння, а отже, знижується потужність дизеля. Для економічної та надійної роботи дизеля тепловоза вибір коефіцієнта надлишку повітря має дуже важливе значення.
Процес згоряння палива в дизелях із запалюванням від стиснення зазвичай прийнято розділяти на три фази.
Перша фаза - період затримки запалення, або період попереднього окислення, який залежить від хімічного і фракційного складу палива, від температури і тиску робочої суміші в камері згоряння. Найменшим періодом затримки запалення володіють парафінові вуглеводні, потім йдуть нафтенові і найбільшим періодом - ароматичні.
Підвищення температури повітря до моменту уприскування палива збільшує нагрів його, в результаті чого зростає швидкість випаровування, поліпшується самовоспламеняемость палива, скорочується перший період. При підвищенні тиску температура самозаймання знижується. Крім того, при тонкому розпилюванні підвищується поверхневе випаровування, відбувається найбільш рівномірний розподіл палива по об'єму циліндра, що також викликає скорочення першого періоду.
Друга фаза - період швидкого згоряння палива і різкого наростання тиску, що залежить від кількості палива, уприснуло в циліндр, а також від швидкості поширення полум'я. Якщо при цьому періоді інтенсивність збільшення тиску не перевищує 4-6 кг / см2 за час повороту колінчастого вала на 1 °, то прийнято вважати, що двигун буде працювати нормально. Великі величини збільшення тиску в циліндрах викликають жорстку роботу дизеля (стуки), при цьому підвищується тиск на підшипники.
Третя фаза - період уповільненої регульованого горіння, що залежить від швидкості подається в часі палива і від протікання перших двох фаз.
Загальною основною характеристикою для всіх видів палива є теплота його згоряння. Теплотою згоряння палива називається кількість тепла в кал (калоріях), яке виділяється при повному згорянні одиниці маси або обсягу палива. Розрізняють вищу і нижчу теплоту згоряння палива.
Вищої теплотою згоряння називають кількість тепла, яке виділяється при повному згорянні ваговій (1 кг) або об'ємної (1 л) одиниці палива і при конденсації води, що утворилася за рахунок згорання водню, що входить до складу вуглеводнів палива.
Нижчою теплотою згоряння називається кількість тепла, яке виділяється при повному згорянні 1 кг або 1 л палива без урахування тепла, виделяющегосяпрі конденсації води. Різниця між вищою і нижчою теплотою згоряння для дизельного палива складає від 5 до 10%.
Для оцінки теплотехнічних властивостей палива і технічних розрахунків користуються нижчою теплотою згоряння. Теплота згоряння палива, виражена в кілокалорії на 1 кг палива (ккал / кг), називається ваговій теплотою згоряння, а виражена в кілокалорії на 1 л палива (ккал1л) -об'ємних теплотою згоряння. Об'ємна теплота згоряння чисельно дорівнює ваговій теплоті згоряння, помноженої на питому вагу палива.
Для порівняння зазначимо, що при згорянні 1 кг дизельного палива виділяється в середньому близько 10 200 ккал тепла, при згорянні 1 кг високоякісного вугілля (антрациту) виділяється 8 000 Ккал, а при згорянні 1 кг сухих березових дров - 4 700 ккал.
Оцінку якості згоряння дизельного палива виробляють цетановим числом.