Дизельный двигатель является одним из самых популярных и эффективных типов двигателей в мире. Он используется в широком спектре применений, от автомобилей и грузовиков до судов и электростанций. Принцип работы дизельного двигателя основан на самовоспламенении топлива в цилиндрах при помощи высокого давления и тепла, создаваемых при сжатии воздуха.
Основные этапы работы дизельного двигателя можно разделить на четыре фазы: впуск, сжатие, расширение и выпуск. Впуск происходит при открытой впускной клапане, когда поршень двигается вниз, создавая область низкого давления в цилиндре, в которую впускается воздух. Во время сжатия впускаемый воздух сжимается поршнем, повышая его давление и температуру. В момент максимального сжатия впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется от высокой температуры воздуха.
Расширение — это этап, на котором происходит основная работа двигателя. В результате самовоспламенения топлива происходит резкое увеличение давления и температуры в цилиндре, что приводит к выталкиванию поршня вниз. Эта энергия преобразуется в механическую работу, которая передается на коленчатый вал и дальше на ведущие устройства. Наконец, на этапе выпуска открытый выпускной клапан позволяет отводить отработанные газы из цилиндра.
Основные этапы работы дизельного двигателя:
1. Впрыск топлива: Дизельный двигатель работает по принципу впрыска топлива в цилиндр. На этом этапе топливо подается в инжектор, его давление увеличивается и с помощью форсунки (инжектора) подается в цилиндр.
2. Сжатие воздуха: После впрыска топлива, поршень двигается вверх и сжимает воздух в цилиндре. Воздух нагревается от сжатия, что способствует созданию оптимальных условий для сгорания топлива.
3. Рабочий такт: При достижении верхней точки хода, топливо воспламеняется от высокой температуры воздуха в цилиндре. Начинается рабочий такт, в результате сгорания воздуха и топлива происходит расширение газов и двигатель вырабатывает механическую энергию. Поршень двигается вниз, преобразуя тепловую энергию в механическую.
4. Выхлоп: После окончания рабочего такта газы сгорания выводятся из цилиндра через открытые клапаны выпускных газов. Двигатель избавляется от отработанных газов и готов к следующему циклу работы.
Впуск:
Дизельный двигатель начинает свою работу с впускного цикла, в ходе которого происходит впуск воздуха в цилиндр. В патрубок впускного коллектора подается сжатый воздух, создаваемый компрессором или турбиной. Впускной клапан открывается, и воздух под давлением поступает в цилиндр. Впускной клапан затем закрывается, и происходит сжатие воздуха в цилиндре, что позволяет повысить температуру воздуха и обеспечить условия для дальнейшего сгорания топлива. Двигатель также обеспечивает механизмы, контролирующие впуск, чтобы оптимизировать процесс сгорания и повысить эффективность работы.
| Этапы впуска: | Описание: |
|---|---|
| Открытие впускного клапана | Впускной клапан открывается, позволяя воздуху поступить в цилиндр. |
| Впуск воздуха | Сжатый воздух поступает в цилиндр через открытый впускной клапан. |
| Закрытие впускного клапана | Впускной клапан закрывается, блокируя доступ воздуха в цилиндр. |
| Сжатие воздуха | После закрытия впуска происходит сжатие воздуха в цилиндре. |
Процесс впуска воздуха является одной из важных стадий работы дизельного двигателя, так как он предопределяет количество воздуха, необходимое для сгорания топлива и обеспечивает оптимальные условия для полного выгорания топлива и получения максимальной мощности.
Сжатие:
После впрыска топлива в цилиндр, поршень двигается вниз, выполняя так называемый выпускной такт. В это время дизельное топливо уже загорается, образуя продукты сгорания. Поршень начинает движение вверх, вплоть до достижения ВМТ (верхней мертвой точки). Во время возвратного хода поршня, газы, образовавшиеся в результате горения топлива, покидают цилиндр через открытый в этом случае выпускной клапан, приводя к отводу выхлопных газов через выпускную систему.
После этого наступает так называемый сжатый такт. Поршень двигается вверх, сжимая воздух, который затем подвергается дальнейшей компрессии, сжимается и прогревается. При достижении ВМТ, поршень находится в верхней точке своего хода, а давление в камере сгорания достигает максимального значения.
Сжатие воздуха происходит за счет преобразования энергии движения поршня, что приводит к повышению его давления и температуры. В результате этого сжатия топливо-воздушная смесь достигает критической температуры, необходимой для последующего разогрева и зажигания. Таким образом, сжатие является ключевым этапом работы дизельного двигателя, определяющим эффективность его функционирования.
Воспламенение:
Воспламенение топлива в дизельном двигателе происходит несколько отличным от бензинового двигателя способом. Вместо свечи зажигания в дизельном двигателе используется система впрыска топлива.
На первом этапе воспламенения в цилиндре повышается давление за счет сжатия воздуха, полученного на этапе сжатия. После этого впрыскивается топливо в виде мелких капель, которые образуют гомогенную смесь с воздухом.
На следующем этапе система впрыска форсирует топливо к минимальным размерам и впрыскивает его в цилиндр с огромной скоростью. При этом впрыск происходит в точке, где находятся нагревательные свечи, которые обеспечивают температуру воспламенения. При попадании топлива на нагретые свечи, происходит его быстрое запылевание и воспламенение.
В результате воспламенения образуется яркая и горячая пламенная волна, которая приводит к тому, что топливо начинает гореть, создавая большое количество газовых продуктов, главным из которых является углекислый газ (СО2) и пар воды (H2O).
Воспламенение в дизельном двигателе происходит также быстро с полным сгоранием топлива в цилиндре. Это обеспечивает высокую эффективность дизельного двигателя, а также его экономичность и долговечность.
Расширение
Одной из главных областей, в которых применяются дизельные двигатели, является автомобильная промышленность. Благодаря своей надежности, экономичности и долговечности, дизельные двигатели широко используются в грузовых автомобилях, автобусах и других коммерческих транспортных средствах.
Дизельные двигатели также нашли свое применение в морском транспорте. Они могут производить достаточное количество энергии для работы судов различного размера и типа, включая грузовые суда, танкеры, катера и яхты.
Еще одной важной областью применения дизельных двигателей является энергетика. Они используются для производства электроэнергии на электростанциях, включая дизель-генераторные установки, работающие на удаленных и недоступных местах.
Кроме того, дизельные двигатели могут использоваться в промышленной и сельскохозяйственной сферах. Они применяются для работы различных видов оборудования, таких как насосы, генераторы и сельскохозяйственные машины.
Таким образом, благодаря постоянному развитию и расширению принципов работы дизельных двигателей, они нашли широкое применение в различных отраслях и сферах деятельности, обеспечивая надежность, экономичность и эффективность работы различных механизмов и транспортных средств.