Теоретический и действительный циклы работы дизельного двигателя
Рабочий процесс дизельных двигателей отличается от рабочего процесса других двигателей внутреннего сгорания.
Если в цилиндры карбюраторных двигателей поступает горючая смесь, состоящая из паров топлива и воздуха, а в цилиндры дизельных—только воздух. Благодаря высокой степени сжатия давление воздуха в конце хода сжатия резко возрастает, а температура его значительно превышает температуру самовоспламенения топлива. Мелко распыленное топливо, впрыскиваемое в цилиндр под большим давлением, самовоспламеняется, и происходит процесс сгорания.
В двигателях, работающих по циклу Дизеля, давление газов при сгорании топлива остается постоянным. Действительный цикл работы тихоходных дизельных двигателей близок к теоретическому. Однако рабочий процесс быстроходных дизельных двигателей, к которым относятся автомобильные двигатели, имеет свои особенности. Для воспламенения первых частиц топлива, впрыскиваемых в цилиндр, требуется некоторый период времени, называемый периодом задержки воспламенения.
Такая задержка необходима для подготовки топлива к самовоспламенению. В нем под действием высокого давления и температуры происходят определенные физические и химические процессы, предшествующие воспламенению. Чем выше давление и температура, тем быстрее протекают эти процессы. За период задержки воспламенения в камеру сгорания успевает поступить значительная часть порции впрыскиваемого топлива, поэтому в результате его воспламенения и сгорания давление и температура в камере резко повышаются.
Благодаря этому создаются более благоприятные условия для воспламенения частиц топлива, поступающих вслед за сгоревшими: они сгорают почти сразу же после впрыскивания в цилиндр. Давление в этот период процесса сгорания остается почти неизменным. Поскольку в первый период сгорания давление резко возрастает, а затем остается постоянным, цикл работы быстроходного дизельного двигателя называют смешанным.
Следовательно, при работе двигателя по смешанному циклу часть топлива сгорает при постоянном объеме, а часть—при постоянном давлении.
Действительный рабочий процесс быстроходного дизельного двигателя может быть графически изображен диаграммой.
Жесткость работы двигателя тем меньше, чем короче период задержки воспламенения топлива. Чтобы ускорить процесс подготовки топлива к самовоспламенению и, следовательно, уменьшить жесткость работы двигателя, факел распыливания поступающего в цилиндр топлива направляют так, чтобы частицы топлива попадали на наиболее нагретые участки камеры. Если камера сгорания расположена в днище поршня, топливо направляют на стенки углубления в днище, имеющие высокую температуру.
Компактные камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском топлива позволяют получить быстрое протекание процесса смесеобразования, что необходимо при повышении частоты вращения. С ростом быстроходности дизельных двигателей повышается их литровая мощность, поэтому они получили широкое применение в современных автомобилях.
У предкамерных дизельных двигателей камера сгорания разделена на две части: большая, основная, ее частьнаходится над поршнем, а меньшая (около 30 %) вынесена в предкамеру . Особенность рабочего процесса таких двигателей заключается в том, что топливо впрыскивается не в основное пространство камеры сгорания, а в предкамеру, соединенную с ним одним или несколькими отверстиями. Частично сгорая в предкамере, оно значительно повышает давление в ней. Под действием этого давления остальное топливо поступает в основную камеру сгорания. При этом оно хорошо распыливается и интенсивно перемешивается с воздухом в надпоршневом пространстве.
Благодаря высокой температуре в предкамере топливо хорошо подготавливается к сгоранию в основной камере, куда оно выбрасывается с большой силой, способствующей эффективному внутреннему смесеобразованию и наиболее полному сгоранию.
При этом давление в цилиндре нарастает равномерно, и предкамерный дизельный двигатель работает более мягко, чем двигатели с непосредственным впрыском топлива.
Дизельные двигатели предкамерного типа обеспечивают устойчивую работу без дымления в широком диапазоне частоты вращения, допускают меньшее давление впрыска топлива и весьма нетребовательны к сорту применяемого топлива.
Рассмотрим процесс работы четырехтактного дизельного двигателя.
Такт впуска. Поршень движется от верхней мертвой точки (в. м. т.) к нижней мертвой точке (н. м. т.). Впускной клапан открыт, и под действием разрежения из впускного трубопровода в цилиндр поступает воздух. При этом давление в цилиндре составляет 0,085—0,095 МПа, а температура воздуха—40—60°С. ,
Такт сжатия. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. После закрытия впускного клапана цилиндр разобщается с внешней средой и в нем происходит сжатие воздуха. Благодаря высокой степени сжатия давление в цилиндре к концу этого такта повышается до 4,0—5,0 МПа (линия 2—3), а температура сжатия воздуха достигает 620—700°С.
Когда поршень приближается к в.м.т., в цилиндр через форсунку впрыскивается под большим давлением мелко распыленное топливо, самовоспламеняющееся под действием высокой температуры сжатого воздуха. В результате сгорания топлива давление газов в цилиндре повышается до 6,0—8,0 МПа, а температура газов достигает 1800—2000°С.
Такт расширения. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. Оба клапана закрыты, и в цилиндре происходит расширение продуктов сгорания, сопровождающееся падением давления и температуры. При этом расширяющиеся газы выполняют полезную работу. Под их действием поршень совершает поступательное движение, преобразуемое кривошипно-шатунным механизмом во вращательное движение коленчатого вала. К моменту открытия выпускного клапана давление в цилиндре снижается до 0,3—0,4 МПа, а температура газов—до 600—700°С.
Такт выпуска. При открытии выпускного клапана давление в цилиндре сразу резко падает. Поршень, совершая движение от н.м.т. к в.м.т., вытесняет отработавшие газы через открытый выпускной клапан и выпускной трубопровод в атмосферу. Вследствие сопротивления отработавших газов давление в цилиндре превышает атмосферное и составляет в среднем около 0,12 МПа. Отработавшие газы сохраняют высокую температуру (около 600°С).
Величина давления в цилиндрах дизельного двигателя в период сжатия и сгорания значительно выше, чем у карбюраторных двигателей, поэтому конструкция дизельных двигателей должна быть более прочной.
Tags: вал, воздух, газ, давление, двигатель, дизель, клапан, конструкция, кривошип, линия, механизм, поршень, провод, процесс, пуск, шатун
Рабочий процесс дизельных двигателей | 
Комментариев (0)
К недостаткам двигателей относятся затрудненный их пуск в холодном состоянии и повышенный расход топлива.
В двигателях с вихревыми камерами сгорания предусматривается наибольшее завихрение воздуха в процессе сжатия. Вихревая камера чаще всего представляет собой тело вращения. Она соединяется с надпоршневой полостью горловиной, направленной тангенциально по отношению к днищу поршня. Во время такта сжатия воздух, протекающий из надпоршневого пространства в камеру сгорания, сильно завихряется. Форсунку надо располагать так, чтобы струи впрыскиваемого топлива попадали в поток протекающего в камеру воздуха и интенсивно перемешивались с ним.
Вихревая камера занимает от 50 до 70 % всего объема камеры сгорания. Топливо, попадая в вихревую камеру, частично сгорает в ней, а остальная часть под действием высокого давления выбрасывается в надпоршневое пространство, где полностью сгорает.
Повышение скорости перетекания воздуха улучшает смесеобразование, что позволяет увеличить быстроходность и повышает эффективность работы двигателя при любой частоте вращения вала.
Поскольку внутреннее смесеобразование осуществляется в основном в результате интенсивного завихрения воздуха, уменьшаются требования к тонкости распыливания топлива форсункой и равномерному распределению его по всему объему камеры. Благодаря этому на двигателях с вихревыми камерами можно устанавливать форсунки с одним отверстием в распылителе. Допускается также меньшее давление впрыска топлива. Для лучшего смесеобразования в надпоршневом пространстве на днище поршня под выходным отверстием соединительной горловины делают выемку.
В отличие от предкамерных дизельных двигателей двигатели с вихревыми камерами обладают лучшими пусковыми качествами.
Однако, как и у других двигателей с разделенной камерой, у них бывают дополнительные тепловые и газодинамические потери, вызываемые увеличенной поверхностью камеры сгорания и сопротивлением перетеканию воздуха и газов через горловину с относительно небольшим поперечным сечением. Поэтому полезная отдача у них ниже, чем у двигателей с неразделенной камерой.
В нашей стране двигатели с разделенными камерами сгорания преимущественно применяют на тракторах.
