Vidaus degimo variklis yra šiluminis variklis, kuriame degalai sudeginami cilindro viduje, sukuriant aukštą temperatūrą ir slėgį. Ši energija panaudojama stūmoklio judėjimui, kuris per švaistiklį ir alkūninį veleną paverčiamas sukamuoju judesiu, perduodamu į automobilio ratus. Automobilio variklis - tai širdis, paverčianti degalų energiją mechaniniu judesiu, reikalingu transporto priemonei judėti. Šiame straipsnyje išsamiai apžvelgsime vidaus degimo variklių (VID) sandarą, pagrindinius komponentus ir veikimo principus. Aptarsime tiek bazinius principus, kurie galioja daugumai variklių, tiek niuansus, susijusius su skirtingais variklių tipais ir technologijomis.
Pagal šiluminės energijos pavertimo į mechaninę energiją būdą skiriami vidaus ir išorinio degimo varikliai. Vidaus degimo varikliuose (VDV) šiluminė energija mechaniniu darbu verčiama cilindrų viduje. Stūmoklinis vidaus degimo variklis sudarytas iš mechanizmų (alkūninio veleno ir dujų skirstymo) ir sistemų: aušinimo, tepimo, maitinimo, uždegimo bei paleidimo, atliekančių skirtingas funkcijas.
Nors įvairių variklių konstrukcijos ir skiriasi savo sudėtingumu, tačiau visi jie sudaryti iš tokių nejudančių ir judančių pagrindinių detalių: karterio, cilindro, cilindro galvutės, stūmoklio, švaistiklio, alkūninio veleno. Variklio pagrindą sudaro karteris ir cilindras su galvute. Cilindre slankioja stūmoklis, švaistikliu sujungtas su alkūniniu velenu. Pro įsiurbimo vožtuvą į cilindrą patenka degus mišinys arba oras. Deginiai iš cilindro šalinami pro išmetimo vožtuvą. Degant mišiniui, dujos spaudžia žemyn stūmoklį, kuris per švaistiklį suka alkūninį veleną. Taip stūmoklio slenkamasis judesys paverčiamas alkūninio veleno sukamuoju judesiu.
Stūmoklio padėtis, kai jis labiausiai nutolęs nuo alkūninio veleno ašies, vadinama viršutiniu galiniu tašku (VGT). Kai stūmoklis yra arčiausiai alkūninio veleno, tokia padėtis vadinama apatiniu galiniu tašku (AGT). Galiniuose taškuose keičiasi stūmoklio judėjimo kryptis, o stūmoklio greitis lygus nuliui.
Keturtakčio Dyzelinio Variklio Veikimo Principas
Keturtaktis dyzelinis variklis, kaip ir keturtaktis Oto variklis, yra vidaus degimo variklis. Jo darbo ciklas susideda iš keturių besikartojančių taktų: įsiurbimo, suspaudimo, išsiplėtimo (darbo) ir išmetimo. Alkūninis velenas per visą darbo ciklą (keturis taktus) apsisuka du kartus.
1. Įsiurbimo taktas: Prasideda stūmokliui slenkant iš viršutinio į apatinį galinį tašką, alkūniniam velenui sukantis nuo 0° iki 180°. Dirbančiame variklyje įsiurbimo takto pradžioje suspaudimo kameros tūris užpildytas likusiais deginiais, kurių slėgis truputį didesnis už atmosferinį. Tačiau dėl oro filtro ir viso įsiurbimo trakto hidrodinaminio pasipriešinimo, slėgis cilindre būna mažesnis už atmosferinį. Kadangi jau takto pradžioje įsiurbimo vožtuvas būna pravertas, dėl susidariusio slėgių skirtumo degusis mišinys veržiasi į cilindrą; cilindras prisipildo degiojo mišinio (arba tik oro dyzeliniuose varikliuose). Indikatorinėje diagramoje įsiurbimo procesą vaizduoja linija. Vidutinis slėgis įsiurbimo takto pabaigoje būna 0,07 - 0,095 MPa. Į cilindrus einantis degusis mišinys liečiasi su šiltomis įsiurbimo kolektoriaus ir cilindro sienelėmis, o taip pat susimaišo su cilindre likusiais karštais deginiais. Cilindrų pripildymo koeficientas visada esti mažesnis už vienetą.
2. Suspaudimo taktas: Vyksta stūmokliui grįžtant iš AGT į VGT ir alkūniniam velenui sukantis nuo 180° iki 360°. Suspaudimo pradžioje įsiurbimo vožtuvas dar būna pradarytas, todėl degusis mišinys dėl judančio srauto inercijos tebeteka į cilindrą. Užsidarius įsiurbimo vožtuvui, prasideda cilindre esančio degiojo mišinio suspaudimas. Suspaudimo taktas pagerina variklio ekonomiškumą, nes kito takto metu deginiai lengviau plečiasi ir atlieka didesnį darbą. Indikatorinėje diagramoje suspaudimo procesą vaizduoja linija. Suspaudimas yra politropinis procesas, nes jo metu vyksta šilumos mainai tarp spaudžiamo mišinio ir cilindrų sienelių. Dyzelio variklių suspaudimo laipsnis esti didelis (e = 15 - 24), todėl suspaudimo pabaigoje oro slėgis yra pc= 0,40 -0,55 MPa, o temperatūra Tc= 850 - 1000 K, pasiekiama savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra. Suspaudimo takto pabaigoje, kai stūmoklis yra arti VGT, į cilindrą dideliu slėgiu (40 -130 MPa) pradedami purkšti degalai.
3. Išsiplėtimo arba Darbo taktas: Prasideda stūmokliui esant VGT; abu vožtuvai lieka uždaryti. Išpurkšti degalai maišosi su karštu oru, garuoja ir užsiliepsnoja. Degant darbo mišiniui, cilindre staigiai didėja slėgis ir temperatūra. Dujų slėgio veikiamas stūmoklis juda link AGT, per švaistiklį suka alkūninį veleną ir atlieka naudingą darbą. Indikatorinėje diagramoje išsiplėtimo taktą vaizduoja linija, o degimo proceso intensyvumą įvertina vertikali atkarpa. Bandymais nustatyta, kad dujų išsiplėtimo darbas geriausiai panaudojamas, kai maksimalus slėgis cilindre pasiekiamas alkūniniam velenui pasisukus 10 - 15° už VGT. Kad tai būtų pasiekta, darbo mišinys uždegamas jau suspaudimo takto pabaigoje. Maksimalus slėgis cilindre siekia 4 - 4,5 MPa, maksimali temperatūra = 2500 - 2800 K. Stūmokliui tolstant nuo VGT ir deginiams plečiantis, slėgis ir temperatūra cilindre mažėja. Kuo didesnis suspaudimo laipsnis, tuo šie dydžiai mažesni, nes degimai daugiau išsiplečia.
4. Išmetimo taktas: Vyksta stūmokliui judant iš AGT į VGT; alkūninis velenas pasisuka nuo 540 iki 720°. Stūmoklis, slinkdamas aukštyn pro atidarytą išmetimo vožtuvą išstumia iš cilindro likusius deginius. Indikatorinėje diagramoje išmetimo taktą vaizduoja linija. Dėl išmetimo angos, duslintuvo ir išmetimo sistemos vamzdžių pasipriešinimo slėgis išmetimo takto pabaigoje visada esti didesnis už atmosferinį; pr = 0,105 - 0,12 MPa. Deginių temperatūra sumažėja, tačiau siekia 900 - 1100 K. Kad daugiau deginių išeitų iš cilindro, išmetimo vožtuvas užsidaro ne išmetimo takto pabaigoje, o įsiurbimo takto pradžioje. Pasibaigus išmetimo taktui, prasideda kitas darbo ciklas.
Dyzeliniame variklyje, skirtingai nei benzininiame, įsiurbimo takto metu į cilindrą patenka ne degalų ir oro mišinys, o tik grynas oras. Degalai (dyzelinas) įpurškiami tiesiai į cilindrą suspaudimo takto pabaigoje, kai oras yra labai įkaitęs dėl didelio suspaudimo laipsnio. Aukšta temperatūra lemia savaiminį dyzelino užsidegimą, todėl dyzeliniams varikliams nereikia uždegimo sistemos su žvakėmis.
Dyzelinių variklių suspaudimo laipsnis yra žymiai didesnis nei benzininių, kas lemia jų didesnį efektyvumą ir degalų ekonomiškumą. Vidutiniškai dyzeliniai varikliai suvartoja 20-30% mažiau degalų nei analogiški benzininiai varikliai.
Nors dyzeliniai varikliai pasižymi dideliu sukimo momentu žemuose sūkiuose, kas užtikrina gerą trauką ir ekonomiškumą, jie taip pat turi ir trūkumų. Dažniausiai tai didesnė pradinė kaina, sudėtingesnis ir brangesnis remontas, taip pat specifiniai priežiūros reikalavimai, ypač susiję su kuro sistema ir išmetamųjų dujų valymo sistemomis (pvz., DPF filtras).
Šiuolaikiniai dyzeliniai varikliai naudoja pažangias technologijas, tokias kaip Common Rail degalų įpurškimo sistema ir turbokompresoriai, kurios gerokai padidina jų galią, efektyvumą ir sumažina kenksmingų išmetamųjų teršalų kiekį. Tai leidžia dyzeliniams varikliams išlikti konkurencingiems, ypač transporto priemonėse, kurioms reikalingas didelis sukimo momentas ir degalų ekonomiškumas, pavyzdžiui, sunkvežimiuose, autobusuose ir kai kuriuose lengvuosiuose automobiliuose.
Kaip veikia dyzeliniai varikliai. 1 dalis (keturtaktis degimo ciklas)
Keturtakčio dyzelinio variklio sandara ir veikimo principas yra sudėtingas, tačiau gerai apgalvotas procesas, leidžiantis efektyviai paversti degalų energiją mechaniniu darbu. Jo pagrindiniai komponentai - cilindrų blokas, galvutė, stūmoklis, švaistiklis, alkūninis velenas - kartu su degalų tiekimo, aušinimo ir tepimo sistemomis užtikrina variklio veikimą.
Dyzeliniai varikliai, palyginti su benzininiais, pasižymi didesniu suspaudimo laipsniu, kas lemia jų efektyvumą ir degalų ekonomiškumą. Degalų įpurškimas vyksta tiesiai į cilindrą suspaudimo takto pabaigoje, o savaiminis užsidegimas įvyksta dėl aukštos temperatūros, susidariusios suspaudžiant orą. Šis procesas yra pagrindinis skirtumas tarp dyzelinių ir benzininių variklių.
Apibendrinant, keturtakčio dyzelinio variklio sandara ir veikimo principas yra kruopščiai suderintas procesas, kurio metu degalų energija paverčiama naudinga mechanine energija per keturis pagrindinius taktus: įsiurbimą, suspaudimą, išsiplėtimą (darbą) ir išmetimą. Jo efektyvumas, ilgaamžiškumas ir didelis sukimo momentas daro jį populiariu pasirinkimu daugelyje transporto priemonių.
tags: #keturtaktis #variklis #dyzelis #jo #sandara