Принцип работы дизельного двигателя

При работе дизельного двигателя (ДД) выделяется энергия, возникающая в результате сгорания воздушно-топливной смеси в камере сгорания (рис. 1.1), причем камер сгорания столько, сколько цилиндров. Это значит, что чем больше цилиндров имеет двигатель и чем больше их объем, тем большая работа будет произведена в единицу времени, т.е. тем большую мощность будет иметь двигатель.



В дизельном двигателе воспламенение воздушно-топливной смеси наступает самостоятельно без участия искры зажигания.

Имеющиеся в головке цилиндров ДД свечи накаливания выполняют только функцию нагревания воздуха, находящегося внутри камеры сгорания тогда, когда двигатель не прогрет. Нагревание воздуха облегчает воспламенение смеси. После запуска двигателя свеча накаливания должна быть выключена как можно раньше, чтобы ее нагревательный элемент не перегрелся и не вышел из строя (рис. 5.5).


Дизельное топливо, на котором работают ДД, в сравнении с бензином, характеризуется:

• большей вязкостью;
• более высокой температурой кипения и меньшей испаряемостью;
• большей склонностью к самовоспламенению.

Наиважнейшим свойством дизельного топлива является его способность к самовоспламенению. Это очень важно для высокооборотных ДД, особенно с точки зрения расхода топлива, дымности отработавших газов и эксплуатационных характеристик двигателя.

Способность к самовоспламенению измеряется цетановым числом. Чем больше цетановое число топлива, тем быстрее наступит его самовоспламенение. Применяемое дизтопливо обычно имеет цетановое число от 40 до 50 единиц.

Одним из основных условий устойчивой работы топливной аппаратуры впрыска и ДД является чистота топлива. Дизтопливо часто загрязнено механическими частичками, водой, органическими примесями.

Источники загрязнений:

• несоответствующее хранение топлива;
• ржавчина в топливном баке;
• конденсация в боке воды;
• вождение автомобиля в условиях значительной запыленности воздуха.

Для воспламенения дизельного топлива в камере сгорания должны быть обеспечены следующие условия:

• высокое давление и температура воздуха в камере сгорания;
• оптимальное смешивание топливо с воздухом;
• соответствующий частоте вращения коленчатого вала угол опережения впрыска топливо.

На условия самовоспламенения смеси влияют также температура и давление воздуха перед впускным клапаном, а также соответственно подобранное давление впрыска (открытия) форсунки.

Параметры воздуха (давление и температура) в камере сгорания после первых двух тактов (всасывания и сжатия) определяют:

• степень сжатия двигателя;
• коэффициент наполнения камеры сгорания воздухом, т.е. количество воздуха в камере сгорания;
• температуру стенок головки цилиндра и поршня.

Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшился объем цилиндра при ходе поршня от нижней мертвой точки к верхней. Степень сжатия является характерным отличием дизельных двигателей. В то время как бензиновые двигатели имеют степень сжатия, не превышающую 10, дизельные достигают 20 и более.

Степень сжатия бензинового двигателя ограничена требованиями работы без детонации, а бездетонационное сгорание зависит от детонационных особенностей бензина, измеряемых октановым числом. Т.е. степень сжатия в данном случае заранее ограничена. В противоположность бензиновому двигателю, у ДД величина степени сжатия ограничена снизу и должна быть достаточно большой, чтобы сжимаемый воздух нагрелся до температуры самовоспламенения смеси.

Можно считать, что чем больше степень сжатия в ДД, выше температура стенок двигателя, давление и температура воздуха, тем легче возгорание топливно-воздушной смеси в камере сгорания, запуск и лучше эксплуатационные характеристики двигателя.

Качество смешивания топлива с воздухом зависит от распыления топлива в камере сгорания и определяется аппаратурой впрыска топлива. Такая аппаратура (рис. 1.1.) состоит из:

• комплекта форсунок,
• топливного насоса высокого давления (ТНВД),
• трубопроводов высокого давления, соединяющих форсунки с ТНВД.

Угол опережения впрыска показывает, за какую угловую величину, выражаемую в градусах, до в.м.т. начинается впрыск топлива.

Давление открытия форсунки означает давление, при котором игла распылителя под влиянием давления топлива, нагнетаемого в форсунки ТНВД, начинает подниматься над гнездом в корпусе распылителя. Этот показатель устанавливается для каждого двигателя индивидуально. В двигателях с разделенными камерами сгорания давление открытия форсунки невысокое и не превышает 20 МПа (примерно 200 атм.).

Давление воздуха в ДД перед впускным клапаном, а следовательно, и коэффициент наполнения, может быть значительно повышено за счет применения механического или инерционного наддува. Дизельные двигатели, в том числе и легковых автомобилей, все чаще оснащаются турбокомпрессорами с целью повышения экономичности работы двигателя за счет использования энергии отработавших газов.