Рабочий процесс четырехтактного дизельного двигателя: особенности и принцип работы

Современные автомобили оснащены различными типами двигателей, но одним из наиболее распространенных является дизель. Это мощное и надежное устройство, которое позволяет автомобилю развивать высокую скорость и иметь хорошую проходимость в сложных условиях.

Четырехтактный дизельный двигатель реализует свой цикл работы за счет четырех тактов, суть которых заключается в изменении объема камеры сгорания. Он обеспечивает вращение коленчатого вала и передачу энергии движку автомобиля.

В данной статье мы рассмотрим подробную схему работы четырехтактного дизельного двигателя, изучим основные принципы его работы и выясним, какие особенности у данного типа двигателя.

Рабочий процесс четырехтактного дизельного двигателя

Четырехтактный дизельный двигатель работает по циклу сжатия-воспламенения-работы-выпуска.

Сначала поршень двигается вниз и впускает воздух в цилиндр через открытый клапан во время первого такта (впуск). Затем поршень поднимается и сжимает воздух в разреженном цилиндре через закрытый клапан во время второго такта (сжатие).

Затем внедряется топливо в цилиндр через форсунку, которая распыляет его в маленькие капли. Топливо воспламеняется от сжатого воздуха при давлении до 40-50 Бар в третьем такте (воспламенение).

Топливо сгорает, генерируя пар, который расширяется и выдавливает поршень в четвертом такте (работа). Возврат поршня происходит при закрытом клапане для выгнетания отработанных газов из цилиндра через открытый клапан (выпуск).

Рабочий цикл завершается, когда поршень повторно возвращается в начальное положение, готовый к следующему циклу.

Этот цикл требует меньше топлива, чем двухтактный бензиновый двигатель, и обеспечивает лучшую экономию топлива.

Четырехтактный дизельный двигатель подходит для использования в больших грузовиках, локомотивах и суднах, а также в других транспортных средствах, где требуется мощный двигатель с высоким крутящим моментом.

Что представляет собой четырехтактный дизельный двигатель

Четырехтактный дизельный двигатель — это термодинамический двигатель внутреннего сгорания, который работает за счет сжатия топливно-воздушной смеси и воспламенения ее самовозгоранием.

В отличие от бензинового двигателя, который работает по циклу четырех тактов (впуск, сжатие, работа, выпуск), дизельный двигатель работает по циклу четырех тактов: впуск, сжатие, работа и выпуск.

Схема работы четырехтактного дизельного двигателя включает в себя ряд простых процессов, таких как образование горючей смеси, ее сжатие с помощью поршня, воспламенение топливной смеси и выпуск выхлопных газов.

Четырехтактный дизельный двигатель имеет множество применений в различных областях, включая автомобильную, морскую и промышленную технику благодаря своей высокой мощности, надежности и долговечности.

Как работает четырехтактный дизельный двигатель

Первый такт: забор воздуха и топлива

В начале первого такта поршень двигателя находится в верхней позиции, при этом клапан впускающего тракта открыт, а клапан выпускного тракта закрыт. На этом этапе происходит забор воздуха и топлива в цилиндр. В результате к поршню двигательной камеры попадает заряд воздуха и топлива в нужной пропорции.

Второй такт: сжатие смеси

На следующем такте поршень двигателя начинает опускаться вниз, закрывая клапан впускающего тракта. В это время смесь воздуха и топлива сжимается в цилиндре, что приводит к ее нагреву и увеличению давления. Конечным результатом является создание условий для дальнейшего сгорания топлива.

Третий такт: сгорание топлива и расширение газов

Третий такт отличается от предыдущих тем, что топливо здесь сгорает. При этом поршень двигателя продолжает опускаться, а клапан выпускного тракта все еще закрыт. В результате сгорания топлива происходит резкий рост температуры и давления в цилиндре, вызывающий расширение газов. Это расширение газов приводит к тому, что поршень двигателя начинает двигаться вверх.

Четвертый такт: отвод отработанных газов

Последний такт — это выхлопной. В это время поршень двигателя продолжает двигаться вверх, клапан выпускного тракта открывается, а клапан впускающего тракта закрывается. На этом шаге выхлопные газы выходят наружу через выпускной тракт, освобождая цилиндр от отработанных газов. После этого поршень двигателя возвращается в начальное положение и начинается новый цикл работы двигателя.

Первый такт: Впуск воздуха и топлива

Первый такт четырехтактного дизельного двигателя – это впуск воздуха и топлива. В этот момент поршень двигателя находится в верхней точке хода и клапаны всасывания открыты. Когда поршень начинает опускаться, в цилиндр подается свежий воздух через открытые клапаны, что позволяет создать оптимальную смесь топлива и воздуха для дальнейшей работы двигателя.

Топливо поступает в цилиндр под высоким давлением через форсунку. Таким образом, на этом этапе топливо не успевает зажечься, а только распыляется в цилиндре и смешивается с воздухом. Клапаны впуска закрываются, когда поршень достигает нижней точки хода и готов начать следующий такт.

Качество смеси топлива и воздуха на этом этапе важно для дальнейшей работы двигателя. Если смесь слишком богата топливом, то двигатель может заглохнуть или не запуститься вообще. Недостаток топлива в смеси также может вызвать проблемы при работе двигателя. Поэтому необходимо поддерживать правильное соотношение топлива и воздуха на каждом такте.

Второй такт: Сжатие смеси

Второй такт рабочего цикла четырехтактного дизельного двигателя – это сжатие смеси в цилиндре. На этом этапе поршень, двигаясь вверх, сжимает воздух до высокого давления, которое необходимо для дальнейшего процесса сгорания топлива.

В процессе сжатия смеси объем цилиндра уменьшается, что приводит к повышению ее плотности и температуры. Это приводит к увеличению давления в цилиндре, которое может достигать значения от 30 до 60 атмосфер. Давление должно быть достаточно высоким, чтобы гарантировать самовозгорание топлива, когда оно будет впрыскиваться в цилиндр в следующем этапе рабочего цикла.

Сжатие смеси является очень важным этапом рабочего цикла, так как от правильной работы этого этапа зависит эффективность и мощность дизельного двигателя. Недостаточное сжатие может привести к низкой мощности, увеличению расхода топлива и низкой экономичности. Поэтому, дизельные двигатели должны быть проектированы с учетом возможности достижения нужного уровня давления в цилиндре во время сжатия смеси.

Третий такт: Самовозгорание и расширение газов

Третий такт четырехтактного дизельного двигателя начинается после завершения второго такта — сжатия газов. На этом этапе автомобильная горюче-смазочная смесь находится в состоянии высокого давления и температуры, а поршень находится в самом верхнем положении, прикрывая отверстие воронки.

Из-за высокой температуры воздух в цилиндре быстро разогревается, что приводит к самовозгоранию топлива, подаваемого через форсунку под давлением. Самовозгорание приводит к спонтанному горению топлива и выделению большого количества жара и давления.

Расширение газов, произошедшее благодаря спонтанному горению топлива, выводит поршень в нижнее положение. Направленное движение поршня обеспечивает передачу механической энергии, которая далее преобразуется в электрический ток генератором, и двигатель начинает работу.

Самовозгорание и расширение газов происходят на высокой скорости и приводят к большим нагрузкам на механические компоненты двигателя. Поэтому они должны быть сбалансированы и устойчивы к коррозии и износу.

Четвертый такт: Отвод отработавших газов и подготовка к следующему циклу

Четвертый такт в рабочем цикле четырехтактного дизельного двигателя является самым последним и служит для отвода отработавших газов и подготовки к следующему циклу. Он начинается со снятия нагрузки с поршня, который продолжает двигаться с помощью кинетической энергии.

На этом этапе клапан выпуска открывается, позволяя отработавшим газам выйти из цилиндра в выхлопную систему. При этом поршень движется вверх, а пара клапанов впуска и выпуска закрываются. Сам двигатель прекращает сжимать воздух и растекать топливо на коленвале.

Четвертый такт является последним этапом в цикле работы дизельного двигателя и предшествует первому такту следующего цикла. На этом этапе все компоненты двигателя готовятся к началу следующего цикла, что позволяет двигателю работать бесперебойно и эффективно.

Преимущества и недостатки четырехтактных дизельных двигателей

Четырехтактные дизельные двигатели являются одними из самых распространенных технических устройств в мире автомобильной и морской индустрии.

Преимущества

• Экономичность – это одно из главных преимуществ четырехтактных дизельных двигателей. Они потребляют меньшее количество топлива в сравнении с бензиновыми двигателями при одинаковой мощности.
• Надежность – дизельные двигатели имеют длительный ресурс работы и могут прослужить десятилетиями при правильном уходе и обслуживании.
• Высокий крутящий момент – дизельные двигатели имеют более высокий крутящий момент, что позволяет им развивать большую мощность на низких оборотах.
• Безопасность – при эксплуатации дизельных двигателей нет риска возгорания топлива, что делает их более безопасными для использования.

Недостатки

• Значительный уровень шума – работа дизельных двигателей сопровождается высоким уровнем шума, что может быть неприемлемо в некоторых сферах деятельности
• Высокая стоимость – дизельные двигатели могут быть дороже бензиновых из-за более сложной конструкции и технологий, используемых при их производстве.
• Ограниченная мощность – дизельные двигатели имеют ограниченную мощность на высоких оборотах в сравнении с бензиновыми двигателями.
• Начальные затраты – стоимость покупки дизельного двигателя может быть выше, чем у бензиновых двигателей, что делает их менее доступными для некоторых потребителей.

Вопрос-ответ

Каков принцип работы четырехтактного дизельного двигателя?

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя заключается в сжатии воздуха в цилиндре, впрыске топлива, его сгорании и расширении газов, что вызывает движение поршня. В отличие от бензинового двигателя, топливо в дизельном двигателе впрыскивается в уже нагретый воздух и сжимается до такой степени, что самозажигание происходит из-за повышенной температуры и давления.

Какие существуют типы дизельных двигателей?

Существует несколько типов дизельных двигателей: одноцилиндровые, многотопливные, сухие и мокрые картеры. Каждый тип имеет свои особенности и применение. Например, одноцилиндровые дизельные двигатели обычно используются на маленьких судах или в качестве аварийных генераторов, а многотопливные могут работать не только на дизельном топливе, но и на газе, биодизеле или растительном масле.