Устройство и принцип работы дизельных двигателей

Существует множество мнений о дизельных автомобилях вообще и о дизельных двигателях в частности. Многие считают, что дизельные двигатели плохо влияют на экологию, отличаются меньшей скоростью разгона, при том, что стоят они намного дороже бензиновых. Кроме того, ремонт дизельных двигателей также влетает в копеечку. На самом же деле это далеко не так: дизельные двигатели отличаются массой преимуществ, в сравнении со своими бензиновыми аналогами.

Принципы сгорания в дизельном двигателе

Дизельный двигатель относится к двигателям внутреннего сгорания, воспламенение которого происходит от сжатия. В таких агрегатах воздух сжимается до более высокого уровня в сравнении с агрегатами с воспламенением от искры (бензиновые двигатели). Кроме того, дизельные моторы отличаются меньшей чувствительностью к детонации.

КПД дизельных двигателей выше, чем у других двигателей внутреннего сгорания. Так, низкооборотные моторы могут обладать КПД в 50% и больше. Все это обуславливает небольшой расход топлива и гораздо меньший выброс токсичных веществ у дизельных автомобилей. Что касается циклов работы, то выделяют агрегаты с 2-х и 4-хтактными циклами.

Рабочий цикл

Первый такт, при котором поршень двигается вниз, характеризуется тем, что двигатель втягивает воздух через впускной клапан. Во втором такте (или сжатии) поршень, который движется вверх, сжимает воздух, втянутый в цилиндр. Воздух на этой фазе работы сжимается в пропорциях от 14:1 до 24:1 и разогревается до Т=8000°C. Завершается второй такт впрыскиванием топлива через форсунку в нагретый воздух при давлении до 1500 кгс/см?. На начало третьего такта (или рабочего хода) мелко распыленное топливо воспламеняется и практически полностью сгорает в цилиндре. В результате этого высвобождается энергия, которая заставляет поршень двигаться вниз. Поршень при движении преобразовывает химическую энергию в механическую, обеспечивая, тем самым, работу всех узлов двигателя. Завершает рабочий цикл четвертый такт (или выпуск), при котором отработанные газы выталкиваются поршнем вверх через выпускной клапан. По окончанию четвертого такта рабочий цикл начинается заново.

Камеры сгорания и турбонаддув

Дизельные моторы могут быть оборудованы разделенными (двигатель с предкамерой) или неразделенными (двигатели с непосредственным впрыском) камерами сгорания.

Агрегаты с непосредственным впрыском топлива характеризуются более эффективной и экономичной работой, нежели двигатели с предкамерами. Именно поэтому они чаще всего устанавливаются в грузопассажирские и грузовые транспортные средства. Однако двигатели с предкамерой имеют более низкий уровень шума, они вырабатывают меньше токсичных газов, и стоимость их производства существенно ниже. Двигатели с разделенными камерами сгорания чаще всего используются на легковых автомобилях.

В сравнении с бензиновыми двигателями, дизельные моторы и с разделенной, и с неразделенной камерой сгорания более экономичны, особенно в условиях частичных нагрузок.

Дизельные двигатели могут оснащаться турбонагнетателями, которые работают за счет выхлопных газов или механического наддува. Турбонагнетатель обеспечивает повышение отдачи мощности и КПД, а также приводит к уменьшению вредных примесей в выхлопах.

Камеры сгорания дизельных агрегатов делятся на несколько типов:

С предкамерой. В такой камере сгорания топливо впрыскивается в нагретую до высоких температур предкамеру, где оно начинает воспламеняться. Дополнительное воспламенение в предкамере позволяет образовывать качественную смесь и препятствует задержки процесса воспламенения в основной камере. Камера этого типа используется в агрегатах, предназначенных для легковых автомобилей.

С вихревой предкамерой. Здесь топливо также воспламеняется в предкамере, которая имеет шаро- или дискообразную форму, поверхность горловины которой находиться тангенциально в основной камере сгорания. Камера сгорания с вихревой предкамерой также используется в дизельных двигателях легковых транспортных средств.

С непосредственным впрыском. В такой камере топливо впрыскивается напрямую в камеру сгорания. Камеры сгорания данного типа устанавливаются в стационарные дизельные агрегаты, а также в моторы для грузового автотранспорта.

С непосредственным смешиванием топлива и распылением по стенкам (М-система). В такой камере сгорания топливо испаряется с углублений в стенках поршня, топливовоздушная смесь при этом образуется за счет управления воздухом для сжатия. Камера данного типа используется в стационарных дизельных агрегатах.

Выхлопные газы дизельных двигателей

Сгорание дизельного топлива приводит к образованию различных веществ, количество и состав которых напрямую зависит от конструкционных особенностей двигателя, его мощности и нагрузок.

При полном сгорании топлива концентрация вредных веществ в выхлопах значительно уменьшается. Полное сгорание наступает в случае верного поддержания состава топливовоздушной смеси, правильного процесса впрыска и идеального завихрения смеси. В этом случае сгорание топлива приводит к образованию воды (H2O), безвредной двуокиси углерода (CO2) и небольших концентраций таких соединений, как: окись углерода, серы, окислы азота, серная кислота, несгоревшие углеводороды и частички сажи. В случае запуска холодного двигателя в состав выхлопов входят и такие вещества, как неокисленные или частично окисленные углеводороды, которые проявляются в виде белого или сизого дыма, имеющий резкий запах и выходящий из выхлопной трубы.

Для уменьшения расхода топлива и концентрации вредных веществ в выхлопных газах необходимо соблюдение следующих параметров:

• точная установка момента впрыска;
• качественные форсунки;
• топливный насос высокого давления, который точно рассчитывает дозировку топлива;
• камеры сгорания модифицированного типа;
• правильная геометрия факела распыленного топлива, увеличенное давление впрыска.