Принцип работы дизеля.
Принцип работы дизеля освещен в этой статье по описанию рабочих циклов.
Предварительно перед описанием циклов необходимо отметить следующее:
а) в цилиндр дизеля воздух и топливо поступают раздельно;
б) сначала цилиндр дизеля заполняется воздухом, затем воздух подвергается сжатию, температура воздуха и его давление сильно повышаются;
в) в конце такта сжатия в цилиндр впрыскивается мелко распыленное дизельное топливо, которое нагревается от горячего сжатого воздуха и самовоспламеняется;
г) такты впуска, сжатия и выпуска осуществляются за счет механической энергии, накопленной маховиком при рабочем ходе – такте расширения.
1. Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного дизеля.
1.1. Такт впуска.
Поршень движется от верхней мертвой точки (в.м.т.) до нижней мертвой точки (н.м.т.). Выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. Создается разряжение над поршнем и в цилиндр поступает воздух.
1.2. Такт сжатия.
Впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень движется от н.м.т к в.м.т. и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (16 – 20 единиц) давление и температура воздуха в конце этого такта (в камере сгорания) сильно возрастают. Температура сжатого воздуха становится выше температуры воспламенения измельченного топлива. В конце такта сжатия (за несколько градусов до в.м.т.) в цилиндр двигателя форсункой впрыскивается тонко распыленное топливо. Впрыснутое в виде тумана топливо смешивается с нагретым воздухом и образует рабочую смесь, которая самовоспламеняется. Топливо сгорает и давит на поршень.
1.3. Такт расширения.
Оба клапана закрыты. Под давлением сгоревших газов поршень перемещается от в.м.т к н.м.т. Шатун преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. То есть при такте расширения совершается полезная работа (рабочий ход).
1.4. Такт выпуска.
Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Выпускной клапан открыт. Поршень через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в систему выпуска газов и далее в атмосферу.
2. Принцип работы многоцилиндрового дизеля.
У одноцилиндрового дизеля даже при наличии маховика коленчатый вал вращается неравномерно. Сгорание заряда топлива вызывает ускоренное вращение коленвала во время такта расширения. Во время других тактов наблюдается замедленное его вращение. При сгорании топлива в в.м.т. и в начале такта расширения создается резкая ударная нагрузка на детали кривошипно – шатунного механизма, что увеличивает их износ и вызывает колебания двигателя. Кроме этого, одноцилиндровый двигатель имеет плохую приемистость, то есть он не обладает способностью быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала.
Для устранения этих недостатков на автомобилях и тракторах устанавливают многоцилиндровые двигатели, в которых такт расширения за один рабочий цикл повторяется в несколько раз чаще, чем в одноцилиндровом двигателе. Этим достигается более равномерное вращение коленчатого вала и уменьшение размеров маховика. Такты расширения должны следовать через равные промежутки времени, или равные углы поворота коленчатого вала. Для определения этого угла продолжительность рабочего цикла (два оборота коленвала или 720°) нужно разделить на число цилиндров двигателя.
В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе такт расширения происходит через половину одного оборота коленчатого вала (180° = 720°: 4). То есть за два оборота коленвала такты расширения совершатся во всех четырех цилиндрах.
Последовательность чередования тактов расширения в цилиндрах двигателя называется порядком их работы (к примеру, 1 – 3 – 4 – 2).
Многоцилиндровые двигатели выпускаются промышленностью с количеством цилиндров от двух до шестнадцати (четное число), расположение которых может быть однорядным и двухрядным. В двухрядных двигателях цилиндры располагаются под углом друг к другу. При V – образном расположении угол между рядами цилиндров меньше 180°. Если угол равен 180°, то такие двигатели называют оппозитными.
3. Камеры сгорания дизеля.
Камеры сгорания автомобильных и тракторных дизелей делятся на неразделенные и разделенные.
При неразделенной камере сгорания нижняя поверхность головки цилиндров, обращенной к поршню, выполняется гладкой. Камера сгорания в этом случае делается в днище поршня и топливо впрыскивается в надпоршневое пространство (так называемый непосредственный впрыск), При этом способе сгорания достигается минимальный расход топлива, но характерны жесткая работа и повышенный шум. Формы камер в днищах поршней – тороидальная, полусферическая, цилиндрическая, овальная, шаровая, вихревая и трапецеидальная.
Неразделенные камеры сгорания (непосредственный впрыск) применяются в двигателях ЯМЗ и КАМАЗ.
В разделенных камерах впрыск топлива осуществляется не в камеру в днище поршня, а в специальную камеру сгорания, расположенную в головке цилиндров. При этом применяются два способа смесеобразования — предкамерный (форкамерный) и вихрекамерный.
Предкамерный способ — топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру (цилиндрическую), ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Смесь воспламеняется и поступает в основную камеру сгорания через каналы определенного сечения, где сгорает полностью.
Вихрекамерный процесс также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В такте сжатия воздух по соединительному каналу поступает в полость (предкамеру) и интенсивно закручивается, т.е образует в ней вихрь. Впрыснутое в вихрь топливо хорошо перемешивается с воздухом, испаряется и частично сгорает. Давление в вихревой камере превышает давление в надпоршневом пространстве, и полусгоревшая смесь поступает из вихревой камеры в основную камеру и полностью сгорает.
Разделенные камеры сгорания обеспечивают более качественное приготовление топливно — воздушной смеси, более полное сгорание топлива и меньшую жесткость работы двигателя.
