В работе дизельного двигателя используется термодинамический цикл Тринклера-Сабатэ, который подразумевает изохорно-изобарный подвод теплоты. Крайне высокая степень сжатия позволяет им достигать большого в сравнении с бензиновыми двигателями КПД, около 50 %.
По принципу работы дизельный двигатель основан на четырехтактном цикле. Первый такт, именуемый тактом впуска, опускает поршень вниз. Свежий воздух затягивается в цилиндр, проникая через открытый впускной клапан.
Второй такт, названный тактом сжатия, поршень движется вверх. Выпускной и впускной клапаны в этот момент закрыты, а объем воздуха снижается в этот момент в 17 раз, соответственно, объем уменьшается и по отношению к объему цилиндра в 17 раз, воздух при этом сильно нагревается. Перед самым третьим тактом топливо впрыскивается через распылитель форсунки в камеру сгорания.
Третий такт называют тактом рабочего хода, при нем поршень движется вниз. Впрыснутое топливо распыляется на мельчайшие частицы. Они равномерно смешиваются с воздухом, который по-прежнему сильно сжат, и образуют самовоспламеняющуюся смесь. Поршень начинает двигаться в такте рабочего хода, высвобождая энергию при сгорании. При этом продолжается впрыск топлива, и это позволяет поддерживать постоянное давление сгорающего горючего на поршень.
Открытие выпускного клапана происходит с началом четвертого такта, который называется тактом выпуска. Поршень в это время двигается вверх. Через выпускной клапан проходят выхлопные газы.
По конструкции камер сгорания выделяют несколько видов дизельных двигателей:
- Дизельный двигатель с неразделенной камерой, или двигатель с непосредственным впрыском. В поршне выполнена камера сгорания, горючее впрыскивается в пространство над поршнем. Такой тип отличается минимальным расходом топлива, однако в качестве недостатка создает сильный шум. В наше время ведутся разработки технологий для его устранения или минимализации.
- Дизельный двигатель с разделенной камерой. Здесь подача топлива идет в дополнительную камеру, называемую вихревой. Чаще всего она связана с цилиндром отдельным каналом, чтобы воздух, попадающий в нее, при сжатии интенсивно закручивался. Благодаря этому происходит хорошее перемешивание воздуха и впрыснутого топлива, и смесь легко воспламеняется. Долгое время эта схема считалась оптимальной и потому была самой распространенной в использовании. Однако акцент на экологической безопасности ведет к постепенному вытеснению этого типа двигателей и их замене на аналоги с непосредственным впрыском горючего.
Четырехтактный цикл не является единственным возможным для дизельных двигателей. Существует также двигатели двухтактного цикла. Пока поршень находится в нижней, так называемой мёртвой точке, цилиндр наполнен воздухом. При движении поршня вверх присутствовавший воздух сжимается, а когда поршень приближается к верхней мёртвой точке, впрыскивается топливо, которое затем самовоспламеняется. После этого происходит рабочий ход, при котором продукты сгорания расширяются, передавая энергию стремящемуся вниз поршню. Возле нижней мёртвой точки имеет место продувка, которая замещает продукты сгорания свежим воздухом. После этого цикл завершен. Продувка возможна благодаря продувочным окнам, которые устраиваются в нижней части цилиндра. Пока поршень расположен внизу, окна открыты. Как только поршень поднимается вверх, он перекрывает окна.
История создания дизельного двигателя (страница 4)
История создания дизельного двигателя (страница 5)
