74. Устройство и принцип работы дизельного двигателя

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе. Основное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в способе подачи топливо-воздушной смеси в цилиндр и способе ее воспламенения. В бензиновом двигателе топливо смешивается с всасываемым воздухом до попадания в цилиндр, получаемая смесь поджигается в необходимый момент свечой зажигания. В дизельном двигателе воздух подается в цилиндр отдельно от топлива и затем сжимается. Из-за высокой степени сжатия, когда воздух нагревается до температуры самовоспламенения топлива (700-800°С), оно впрыскивается в камеры сгорания форсунками под большим давлением.

Общее устройство дизельного двигателя:

1.КШМ - Кривошипно-шатунный механизм. предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала

2.ГРМ - Газораспределительный механизм –предназначен для своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов цилиндров, имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Иными словами, как только поршень в цилиндре подходит к положению начала такта впуска, газораспределительный механизм открывает впускной клапан, и рабочая смесь поступает в цилиндр. И наоборот, перед началом такта впуска открывается выпускной клапан, и из цилиндра удаляются отработавшие газы. На рисунке изображена принципиальная схема газораспределительного механизма.

3.СО-система охлаждения – бывает:

1.жидкостная – тепло отводится за счет циркуляции охлаждающей жидкости,которая воспринимает тепло от разогретых поверхностей и отдает его в атмосферу.

2.воздушная. – тепло отводится потоком воздуха.

4.система смазки – предназначена для смазывания трущихся поверхностей, прежотвращения их от коррозии,отвода механических частиц износа и частичного охлаждения

5.Система питания - должна создавать высокое давление впрыска топлива в камеру сгорания цилиндра; дозировать порции топлива в соответствии с нагрузкой двигателя; производить впрыск топлива в строго определенный момент, в течение заданного промежутка времени и с определенной интенсивностью; хорошо распылять и равномерно аспределять топливо по объему камеры сгорания; надежно фильтровать топливо перед его поступлением в насосы и форсунки. 

6.система электропитания - В автомобилях электрическую энергию используют для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного дви­гателя, вращения коленчатого вала при пуске двигателя, внутреннего и наруж­ного освещения, звуковой и световой сиг­нализации, а также питания контроль­ных приборов и аппаратов. В данной главе кратко рассмотрено назначение, устройство и работа систем зажигания и пуска.

Источниками электрической энергии яв­ляются генератор переменного тока и ак­кумуляторная батарея. Батарея обеспечи­вает питание потребителя при неработаю­щем двигателе, во время его пуска и при работе на режимах, характеризуемых малой частотой вращения коленчатого вала. Источники тока и приборы электро­оборудования отечественных автомобилей рассчитаны на напряжение 12 В, а авто­мобилей КамАЗ, МАЗ, КрАЗ и БелАЗ — на 24 В.

Главное достоинство дизельных двигателей - это низкие затраты на топливо, поскольку моторы этого типа имеют малые удельные расходы топлива на основных эксплуатационных режимах, да и само горючее во многих странах заметно дешевле бензина.

К числу недостатков дизеля по сравнению с бензиновыми двигателями относятся: сравнительно низкие мощностные показатели, более дорогая в изготовлении и обслуживании топливная аппаратура, худшие пусковые качества, повышенный выброс некоторых токсичных компонентов с отработавшими газами, повышенный уровень шума.

Система питания дизеля

Особенность устройства – в головке цилиндра есть форсунка для впрыскивания топлива.

впуск – в цилиндр поступает воздух при движении поршня из (в м т)в (н м т) (t в конце такта 50-800С, Р=0,8-0,9 атм.)

- сжатие – поршень при движении из (н м т) в (в м т) после закрытия впускного клапана сжимает воздух до перегретого состояния. В конце такта в цилиндр через форсунку впрыскивается мелко распыленное топливо под давлением 130-180 атм (t 600-7000С, Р=40-50 атм.)

- рабочий ход (расширение) – топливо смешивается с раскаленным воздухом, воспламеняется и сгорает, частично при подходе к (в м т), а частично после того, как поршень пройдет (в м т) (температура при сгорании смеси 1800-2000 0С, давление 60-80 атм)

- выпуск – поршень перемещается из (н м т) в (в м т), открыт выпускной клапан и отработавшие газы вытесняются из цилиндра (t в конце такта 600-7000С, Р=1,1-1,2 атм.)

Особенности работы:

- имеет период задержки воспламенения. Для уменьшения этого периода необходимо иметь большее количество воздуха, чем нужно для зажигания горючей смеси

- количество воздуха, подаваемое в камеру сгорания постоянно и не зависит от оборотов колен вала, но с увеличением числа оборотов увеличивается подача топлива, мощность уменьшается, и двигатель начинает коптить. Чтобы этого не происходило, топливо впрыскивается под Р=500-1000 атм. –для двигателя с неразделен. камерой; и 125-185 атм. – разделен. камера сгорания. В результате, топливо, попадая в камеру принимает газообразное состояние, легко смешивается с воздухом и быстрее сгорает

- топливная аппаратура системы питания смазывается дизельным топливом

Система питания – служит для подачи топлива и воздуха в цилиндры подготовки топлива к сгоранию и отвода отработавших газов в атмосферу

Система питания состоит из:

• топливный бак

• фильтры грубой и тонкой очистки

• топливоподкачивающий насос

• топливный насос высокого давления

• форсунки

• воздухоочиститель

• коллектор

• глушитель

• трубопровод

Система питания дизеля предназначена для раздельной подачи топлива и воздуха в цилиндры двигателя и отвода отработавших газов. В качестве топлива используется солярка. Топливный насос высокого давления подает через форсунки камеры сгорания, необходимое количество топлива в соответствии с порядком работы в цилиндрах и оборотами коленвала

Принцип работы (Четырехтактный цикл)

При первом такте (такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан.

При втором такте (такт сжатия, поршень идет вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и воздух сжимается в объёме примерно в 17 раз (от 14:1 до 24:1), т. е. объём становится меньше в 17 раз по сравнению с общим объёмом цилиндра, и воздух становится очень горячим.

Непосредственно перед началом третьего такта (такт рабочего хода, поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсунки. При впрыске топливо распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняемой смеси. Энергия высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода. Впрыск продолжается, что вызывает поддержание постоянного давления сгораемого топлива на поршень.

Выпускной клапан открывается, когда начинается четвёртый такт (такт выпуска, поршень идет вверх), и выхлопные газы проходят через выпускной клапан.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

• Дизель с неразделённой камерой («дизель с непосредственным впрыском»): камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка.

• Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемых топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Такая схема считалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие худшей экономичности в последние два десятилетия идет активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.