Устройство и работа дизельного двигателя

 Рабочий цикл четырехтактного ди­зеля включает в себя такты впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.

При такте впуска поршень перемещается от ВМТ к НМТ, и через открытый впускной клапан в цилиндр через воздухоочисти­тель по впускному трубопроводу поступает чистый воздух. В этом заключается основное отличие дизеля от карбюраторного двига­теля, в котором при такте впуска в цилиндр поступает горючая смесь. Впускная система дизеля более проста в устройстве 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 несколько выше, чем карбюраторного двигателя, и со­ставляет примерно 0,8…0,9.

Во время такта сжатия поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах и сжимает поступивший в цилиндр воздух. В дизелях применяется значительно более высокая степень сжа­тия, чем в двигателях с искровым зажиганием, достигающая 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.

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 1 700…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 возмож­но более полного сгорания смеси в дизелях воздух по отношению к топливу подается в цилиндр с большим коэффициентом избыт­ка воздуха (а= 1,2… 1,6).

При такте выпуска поршень перемещается от НМТ к 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 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 двигателя.

Быстрота и полнота сгорания топлива, вводимого в цилиндр двигателя, 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 вихре- образных движений сжимаемого воздуха.

Автомобильные дизели по способу смесеобразования можно разделить на две основные группы: с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания и с вихрекамерным смесеобразованием. Например, в четырехтактных дизелях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 при­меняется непосредственный впрыск топлива через форсунку в однополостную камеру сгорания, расположенную в поршне и имеющую специальную (тороидную) форму.

Высокое качество смесеобразования обеспечивается тем, что топливо, впрыскиваемое через несколько отверстий распылителя форсунки под большим давлением (1 500 МПа), хорошо распы- ливается 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. Минимальный удельный рас­ход топлива для дизелей ЯМЗ составляет 219 г/(кВт ч).

Интенсивности смесеобразования способствует вихреобразное движение воздуха, поступающего в цилиндр через впускной кла­пан, канал которого расположен касательно к окружности ци­линдра. Это вихреобразное 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 примерно 1,60… 1,95 МПа, и наполнение цилиндров свежим за­рядом улучшается. Применение вышеуказанных устройств позво­ляет повысить мощность дизеля на 30…40% и значительно сни­зить токсичность выхлопных газов