Каков принцип работы дизельного двигателя?

Дизельный двигатель - это двигатель, который сжигает дизельное топливо для высвобождения энергии. Сегодня рассмотрим принцип работы дизельного двигателя.

1. Принцип работы двухтактного дизельного двигателя

(1) Впуск и такт сжатия

Поршень движется вверх от нижней мертвой точки, а турбокомпрессор подает в цилиндр свежий воздух под определенным давлением. Когда поршень достигает определенного положения, он перекрывает продувочное окно, цилиндр становится замкнутым, и по мере дальнейшего движения поршня вверх давление в цилиндре постепенно увеличивается.

(2) Такт расширения и выпуска

В определенный момент перед достижением верхней мертвой точки топливо через форсунку впрыскивается в камеру сгорания в хорошо распыленном состоянии, смешивается с воздухом и самовоспламеняется.

После прохождения поршнем верхней мертвой точки давление и температура газа в цилиндре резко возрастают. Под действием раскаленных газов высокого давления поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, передавая мощность через шатун на коленчатый вал, а коленчатый вал выдает мощность в виде вращения.

По мере движения поршня вниз объем цилиндра постепенно увеличивается, а давление и температура газов сгорания постепенно снижаются до открытия выпускного клапана.

2. Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий процесс дизельного двигателя фактически аналогичен бензиновому двигателю. Каждый рабочий цикл также включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

(1) Такт впуска

Рабочей средой, поступающей в цилиндр, является чистый воздух. Поскольку сопротивление впускной системы дизельного двигателя относительно невелико, давление в конце впуска pa= (0.85~0.95)p0 выше, чем у бензинового двигателя. Температура в конце впуска Ta=300~340K ниже, чем у бензинового двигателя.

Задача впуска - наполнить цилиндр свежим воздухом. В начале такта впуска поршень находится в верхней мертвой точке, а в камере сгорания цилиндра еще остается часть отработавших газов.

При вращении коленчатого вала шатун перемещает поршень от верхней мертвой точки к нижней. Одновременно механизм, связанный с коленчатым валом, открывает впускной клапан.　

По мере движения поршня вниз объем над поршнем в цилиндре постепенно увеличивается, из-за чего давление воздуха в цилиндре становится ниже давления во впускном тракте, и наружный воздух непрерывно поступает в цилиндр.

(2) Такт сжатия

Поскольку сжимаемой рабочей средой является чистый воздух, степень сжатия дизельного двигателя выше, чем у бензинового двигателя (обычно ε=16~22). Давление в конце сжатия составляет 3 000~5 000kPa, а температура - 750~1 000K, что значительно превышает температуру самовоспламенения дизельного топлива (около 520K).

3. Рабочий ход

Когда такт сжатия подходит к концу, под действием топливного насоса высокого давления дизельное топливо впрыскивается форсункой в камеру сгорания цилиндра под давлением около 10MPa, за очень короткое время смешивается с воздухом и сразу самовоспламеняется.

Давление газа в цилиндре быстро повышается, достигая 5 000~9 000kPa, а максимальная температура достигает 1 800~2 000K. Поскольку в дизельном двигателе сгорание происходит за счет самовоспламенения при сжатии, его называют двигателем с воспламенением от сжатия.

4、 Такт выпуска

Выпуск в дизельном двигателе в основном аналогичен бензиновому двигателю, за исключением того, что температура выпускных газов ниже. Обычно Tr=700~900K.

Для одноцилиндрового двигателя характерны неравномерность оборотов, нестабильная работа и повышенная вибрация. Это связано с тем, что из четырех тактов только один является рабочим, а остальные три потребляют энергию, подготавливая двигатель к совершению работы.

Чтобы решить эту проблему, маховик должен обладать достаточным моментом инерции, однако это также увеличивает массу и габариты двигателя. Применение многоцилиндровых двигателей позволяет компенсировать указанные недостатки. Современные автомобили обычно используют четырех-, шести- и восьмицилиндровые двигатели.

Поскольку принцип работы дизельного двигателя основан на сжатии горючей смеси и получении мощности за счет сгорания, а также на вращении маховика для накопления энергии к следующему рабочему ходу, он создает больше загрязняющих выбросов, поэтому все больше автомобилей постепенно переходят с дизеля на бензин или даже на новые источники энергии.

• PREV: Вызовы и возможности одновреме···
• NEXT: Характеристики дизельных двига···