Устройство и работа дизеля  

 

Рабочий цикл четырехтактного дизеля включает в себя следующие такты:

впуск 

сжатие 

рабочий ход

выпуск

 

Впуск 

При такте впуска поршень перемещается от ВМТ до НМТ.

Через открытый впускной клапан и воздухоочиститель в цилиндр по впускному трубопроводу поступает чистый воздух. В этом заключается основное отличие дизеля от карбюраторного двигателя, где при такте впуска в цилиндр поступает горючая смесь.

Впускная система дизеля имеет более простое устройство по сравнению с впускной системой бензинового двигателя и поэтому оказывает меньшее сопротивление прохождению воздуха, давление в цилиндре в конце впуска близко к атмосферному и равно 8,5 ...9,5 МПа, т.е. цилиндр заполняется лучше.

Температура заряда в конце впуска равна 60...70 °С.

Коэффициент наполнения дизеля также несколько выше, чем бензинового двигателя и составляет примерно 0,8...0,9.

 

Сжатие 

Во время такта сжатия поршень перемещается от НМТ до ВМТ при закрытых клапанах и сжимает поступивший в цилиндр воздух.

В дизелях применяется значительно более высокая степень сжатия, чем в двигателях с искровым зажиганием, она достигает 16...17, так как при сжатии чистого воздуха нет опасности возникновения детонационного сгорания смеси.

В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 350...450 МПа, а температура воздуха повышается до 600...700 °С.

 

Рабочий ход

Перед рабочим ходом в конце такта сжатия в цилиндр через форсунку при помощи специального топливного насоса под большим давлением впрыскивается дизельное топливо в мелкораспыленном состоянии.

Частицы топлива, соприкасаясь с воздухом, имеющим высокую температуру, быстро сгорают; при этом выделяется большое количество теплоты, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1700...2000 °С, а давление — до 700...800 МПа.

Под действием давления газов поршень перемещается к НМТ — происходит рабочий ход.

Оба клапана при этом закрыты.

При рабочем ходе газы, образовавшиеся вследствие сгорания топлива, расширяются и давление их к концу рабочего хода падает до 30...40 МПа, а температура снижается до 600...650 °С.

Для обеспечения наиболее полного сгорания смеси в дизелях коэффициент избытка воздуха а = 1,2...1,6.

 

Выпуск

При такте выпуска поршень перемещается от НМТ до ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы, очищая цилиндр.

Давление в цилиндре к концу выпуска падает до 10,5...11,5 МПа, а температура — до 200...300 °С.

Вследствие повышенной степени сжатия коэффициент остаточных газов для дизеля составляет примерно 0,03...0,07.

 

При дальнейшем вращении коленчатого вала все перечисленные ранее такты повторяются в такой же последовательности.

Большие значения степени сжатия в дизелях обеспечивают их высокую экономичность.

Степень сжатия в дизелях ограничивается величиной потерь на трение в кривошипно-шатунном механизме, прочностью деталей и условиями пуска дизеля. Быстрота и полнота сгорания топлива, вводимого в цилиндр дизеля, а следовательно, его мощность и экономичность зависят от того, насколько тщательно частицы топлива перемешаны с воздухом.

В дизеле продолжительность приготовления смеси чрезвычайно мала и ограничивается тем промежутком времени, в течение которого топливо впрыскивается через форсунку в камеру сгорания. Это время соответствует повороту вала всего на 12... 20°.

Хорошее смесеобразование в чрезвычайно короткий промежуток времени в дизелях обеспечивается тонким распыливанием топлива форсункой, а также созданием в камере сгорания сильных вихревых движений сжимаемого воздуха.

Автомобильные дизели по способу смесеобразования можно подразделить на две основные группы:

с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания  

с вихрекамерным смесеобразованием 

 

Высокое качество смесеобразования обеспечивается тем, что топливо, впрыскиваемое через несколько отверстий распылителя форсунки под большим давлением (1500 МПа), хорошо распыливается и заполняет объем камеры сгорания.

Попадая на стенки камеры сгорания и двигаясь по ним в виде пленки, топливо интенсивно испаряется под действием вихрей воздуха, создаваемых специальной формой камеры сгорания.

При сгорании сначала воспламеняется смесь, находящаяся в камере сгорания, а затем смесь, образованная воздухом и парами движущейся топливной пленки. Такой способ смесеобразования получил название объемного пленочного смесеобразования, он обеспечивает интенсивное перемешивание топлива с воздухом, полное сгорание смеси и высокую топливную экономичность дизеля.

Интенсивности смесеобразования способствует вихреобразное движение воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, канал которого расположен касательно к окружности цилиндра.

Это вихревое движение воздуха сохраняется и в камере сгорания в конце такта сжатия, когда начинается впрыск топлива.

Для повышения степени использования рабочего объема цилиндров и повышения литровой мощности в современных дизелях применяются наддув воздуха в цилиндры с помощью специального устройства — турбонагнетателя и предварительное охлаждение нагнетаемого воздуха в воздухоохладителе. При этом создается давление воздуха во впускном трубопроводе, равное 1,6...1,95 МПа, и наполнение цилиндров свежим зарядом улучшается.

Применение этих устройств позволяет повысить мощность дизеля на 30...40 % и значительно снизить токсичность отработавших газов.