Принцип действия дизельного двигателя
Дизель — это двигатель внутреннего сгорания с КПД более 50%. Большое значение этому агрегату дают низкий расход топлива и низкая токсичность. Дизельный двигатель адаптирован к наддуву воздуха — за счет этого повышается мощность, кпд и уменьшается содержание вредных веществ в отработанном газе (ОГ). Дизели работают по двухтактному и четырехтактному принципу. Но большинство автомобилей сегодня используют четырехтактный принцип.
Принцип действия
Дизельный двигатель может быть одноцилиндровым или многоцилиндровым. При сгорании дизельного топлива в камере сгорания повышается давление, которое заставляет поршень совершить возвратно-поступательное действие в цилиндре. Этот принцип действия называется «поршневой двигатель». Шатун преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное движение коленвала. Маховик на коленвале сглаживает неравномерное вращение из-за последовательного сгорания топлива в отдельных цилиндрах.
Четырехтактный процесс
Рисунок 1- Четырехтактный процесс
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — рабочий ход; г — такт выпуска; 1— впускной клапан; 2 — форсунка; 3 — выпускной клапан; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 —топливный насос высокого давления
Первый такт — впуск
Поршень, находящийся в верхней точке, начинает движение вниз и увеличивается объем цилиндра. Через открытый впускной клапан в цилиндр засасывается воздух. В нижней мертвой точке поршня, объем цилиндра становится максимально допустимым.
Второй такт — сжатие
Впускной клапан закрыт и поршень, начиная своё движение, сжимает воздух, который от степени сжатия начинает нагреваться до высокой температуры (максимально доходящей до 900 С). В конце процесса сжатия в разогретый воздух форсункой впрыскивается топливо. В верхней мертвой точке поршня объем цилиндра достигает минимальное значение.
Третий такт — рабочий ход
После задержки воспламенения (это связано с углом поворота коленвала) происходит рабочий ход. Топливо в сильно сжатом воздухе воспламеняется и сгорает в камере сгорания. Из-за этого заряд топливовоздушной смеси, созданной ТНВД, разогревается и давление поднимается выше. Количество впрыснутого топлива определяется количество освобожденной при сгорании энергии. Под действием давления поршень опускается вниз и тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Кривошипно-шатунная система переводит кинетическую энергию поршня в энергию вращения коленвала.
Четвертый такт — выпуск
Незадолго до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки, открывается выпускной клапан. Горячий газ находящийся под давлением выходит из цилиндра. Движение поршня вверх позволяет вытеснить остаток газа. Коленвал проходит два оборота и цикл повторяется сначала.
Кулачки впуска и выпуска распредвала отвечают за работу (открытия и закрытия) клапанов.
Распредвал приводится от коленвала зубчатым ремнем или шестернями. Рабочий цикл, при четырех вышеописанных тактах, совершается за два оборота коленвала, поэтому распредвал вращается с частотой меньшей вдвое, чем коленчатый.
В момент перехода от такта выпуска к такту впуска — клапаны открыты одновременно. Этот момент называется — перекрытие клапанов. В это время отработавшие газы вытесняются новым воздухом в выпускной коллектор, таким образом охлаждая цилиндр.
Степень сжатия в двигателе оказывает влияние на:
Принцип работы двигателя определил наличие следующих систем:
кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня под воздействием давления газов во вращательное движение коленчатого вала;
механизм газораспределения, предназначенный для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и выпуска отработавших газов в атмосферу;
система смазки, предназначенная для очистки и подачи к трущимся сопряженным поверхностям двигателя необходимого для смазки и охлаждения этих поверхностей количества масла;
система охлаждения, служащая для охлаждения всех нагреваемых деталей двигателя путем отвода от них тепла;
система питания, предназначенная для подачи в цилиндры дозированного количества топлива или горючей смеси в распыленном состоянии;
система пуска, предназначенная для быстрого и уверенного запуска двигателя при любых температурных условиях.
Дизельные двигатели: устройство и принцип работы
Раньше дизельный двигатель отличался дымностью, шумностью, неприятными запахами и тихоходностью. Сегодня у него высокая топливная экономичность и завидная эластичность. Его динамика порой недоступна даже машинам на бензине.
Однако для них требуется качественное дизтопливо, а ремонтировать их совсем недешево. В чем принцип работы и устройство дизельного двигателя? Какими он обладает преимуществами?
О типах дизелей
Получили распространение силовые установки, имеющие раздельную камеру сгорания, в которые горючее подается в объем особой камеры в головке блока сверху цилиндра.Эти объемы соединяет канал.
Форма вихревой камеры энергично закручивает воздушный поток, обеспечивая лучшее смешение и воспламенение без внешних источников. Эти процессы продолжаются также в основной камере сгорания.
Дизели с раздельной камерой сгорания имеют меньшую шумность, поскольку вихревая камера гасит скорость роста давления в начале самовоспламенения.
В дизелях без такого элемента самовоспламенение протекает прямо в объеме надпоршневого пространства. Поэтому они отличаются шумностью.
О работе дизельных моторов
Дизельный двигатель не нуждается в искровых свечах. Все начинается с заполнения цилиндров воздушной средой. При приходе поршня в верхнее положение(ВМТ) воздушная порция над цилиндром разогревается до 750 ± 50оС и туда производится впрыск горючего, самовоспламеняющееся в отсутствии искрового разряда.
Дизельная силовая установка все же обладает свечами накала, чтобы разогревать к/с, чтобы облегчить пуск мотора в морозы. Они выглядят как спирали из металла, возможно, керамики, помещаемые в вихревую камеру (форкамеру) при наличии раздельной к/с,а также прямо в объем нераздельной к/с.
При запуске двигателя свечи накаливания сразу же разогреваются до 1000оС и прогревают к/с для облегчения самовозгорания микста, образованного из топлива и воздуха.
Конструктивные отличия
По основному устройству дизели подобны бензиновым инжекторным моторам.
Но вес подобных деталей дизеля по сравнению, с работающими на бензине, больше и лучше переносят высокое давление.
Дизели отличаются своими поршнями. Их форма диктуется разновидностью к/с и по ней просто выявить для какого двигателя предназначен этот поршень.К/с обычно располагается в поршне, верх которого, достигая ВМТ, выступает выше плоскости блока цилиндров.
Дизели характеризуется сжатием в 21±3 единицы, бензиновый – 10±1 единица. Он имеет принципиальную разницу над двигателем на бензине в формировании, воспламенении и сгорании горючей смеси.
Воздух и топливо в дизелях подается раздельно. Почти у всех современных дизелей имеется система наддува, повышающая его возможности. Чтобы оптимизировать наддув при любых оборотах, геометрия турбонагнетателей делается изменяемой. КПД, крутящий момент и вес агрегатов дизеля больше бензиновых.
Топливоподача в дизельном агрегате
В ДВС, включая дизели, очень важна подача топлива. Она обеспечивает подачу требуемой дозы горючего в нужное время и при необходимом значении давления в объем над цилиндром.
В прошлом был распространен механический впрыск горючего, затем появилась система на основе насоса-форсунки. Теперь более известен проект Common Rail.
ТНВД
Посредством топливного насоса высокого давления (ТНВД) в необходимом порядке нагнетается заданная доза горючего посредством гидромеханических форсунок, смонтированных в цилиндрах. Открытие таких форсунок происходит только тогда, когда давление достигнет наивысшего значения, а закрытие – после падения.
ТНВД делятся на рядные многоплунжерные и распределительные. Первый тип выглядит в виде отдельных секций. Причем одна секция приходится на один цилиндр. Она состоит из пары гильза-плунжер, а приводом для них служит кулачковый вал.Располагаются секции в таких узлах в ряд, поэтому они так и названы.
Рядные насосы сегодня устарели, поскольку не обеспечивают нормативов экологического и шумового характера. Стоит отметить следующее: величина давления впрыска связано с оборотами двигателя.
Второй тип ТНВД в состоянии обеспечить большое давление впрыска по сравнению с первыми и после них токсичность выхлопа отвечает экологическим нормам.
Создаваемый ими напор также связан с режимом работы дизельной силовой установки.
В данных ТНВД процесс нагнетания топлива выполняет всего единственный плунжерный распределитель, который при поступательном перемещении подает дизтопливо, а при вращательном распределяет по цилиндрам, используя форсунки.Этот компактный насос обеспечивает завидную равномерность дозирования горючего до форсунок и надежность работы при высоких оборотах.
Но для них требуется совершенно чистое и качественное дизтопливо еще и потому, что оно является смазкой для всех трущихся частей, которые имеют очень малые зазоры.
Строгие экологические требования, введенные 30 лет назад для дизельных двигателей, заставили заводы улучшать технологию топливоподачи. Было понятно, что с устаревшей механической системой питания с этой задачей не справится.
Кардинального изменения ситуации можно было ожидать лишь, оптимизировав процесс горения микста топливо-воздух, обеспечив воспламенение всего его объема почти мгновенно, но, чтобы такое произошло нужна высокая точность дозировки и периода впрыска.
А получить такое можно лишь увеличением давления впрыска горючего и наличием электронного управления ходом топливоподачи. С увеличением давления впрыска вместе с улучшением распыла становится лучше смешение дизтоплива с воздухом.
Такое позволяет добиться практически полного сгорания горючего и снижает загрязненность выхлопных газов. Обычная система с ТНВД с таким повышением давления не справится из-за волнового гидравлического давления. Дальнейшее его повышение приведет к поломке топливопроводов.
Топливоподача в насосах-форсунках и Common Rail
Понадобились новые системы топливоподачи. И их удалось создать: объединив форсунки с плунжерным насосом для получения системы насос-форсунка, а заставив ТНВД нагнетать напор в рампе, была создана топливоподача Common Rail, откуда форсунки получают горючее и производится впрыск, которым руководит электронный блок управления (ЭБУ).
Монтируется насосно-форсуночный симбиоз в головке блока цилиндров и действуют от толкателя с кулачковым распредвалом.
Подающими и сливными магистралями являются сверления в головке блока. Поэтому величина напора, развиваемая ими, достигает 2200 бар.
Дозируется высоконапорное горючее и управляется угол опережения впрыска ЭБУ, подачей команд на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насоса-форсунок.
Им доступна многоимпульсная работа. Вначале подается малая доза, а затем основная, что способствует смягчению функционирования мотора и снижению токсичности выхлопа. Но показатель давления впрыска в насос-форсунках изменяется с оборотами мотора, и они довольно дороги.
Систему топливоподачи Common Rail стали устанавливать на машины, выпускаемые серийно, 23 года назад. Система подает топливо под высоким напором в к/с независимо от изменения скорости вращения коленвала и не связано с нагрузкой.
ТВНД в Common Rail применяется для накачки рампы горючим высокого давления и не занято функцией дозирования горючего и изменения начала впрыска. В состав Common Rail входит аккумулятор высокого давления (рампа), топливный насос, ЭБУ и набор форсунок, завязанных на аккумулирующую емкость.
Горючее в рампе всегда находится под постоянным давлением величиной 1,8±2 тыс. бар, которое поддерживается ЭБУ изменением производительности ТНВД, и на это не могут повлиять ни обороты, ни нагрузка на мотор, ни последовательность, по которой работают цилиндры.
Управление форсунками осуществляет ЭБУ путем расчета оптимума времени и периода впрыска, получая сигналы, которые посылают датчики о позиции педали газа, давлении в рампе, температуре мотора, нагрузке и др.
Форсунки делятся на электромагнитные и пьезоэлектрические. Последние отличаются быстротой функционирования и прецизионностью дозировки. Также они рассчитаны на многоимпульсный режим работы. Предварительно подается несколько капель, которые, сгорая, повышают температуру над цилиндром. А затем подается основная доза.
Дизельному агрегату – мотору с самовоспламенением горючего при сжатии – такая ступенчатая подача топлива очень полезна, поскольку способствует плавному увеличению давления в цилиндрах. В результате наблюдается мягкое, тихое и экологичное функционирование.
Способ многократной подачи горючего также снижает температуру в цилиндрах и уменьшает образование NО в выхлопе дизельного двигателя.
Возможности агрегата с Common Rail определяет давление впрыска.У третьего поколения этой системы характерное давление составляет 2,0 тыс. бар. Четвертое поколение, готовое к серийному выпуску, будет выдавать давление 2,5 тыс. бар.
Дизельные двигатели: ремонт
Эти моторы чаще всего ломаются из-за следующих причин:
- низкого качества солярки;
- заводского брака или частностей мотора;
- непрофессионального техобслуживания и недостаточно грамотного использования;
- естественного износа мотора и системы питания;
- низкого качества ремонта и запчастей.
В автосервисе Дизель-Моторс можно сделать ремонт дизельного двигателя любого типа. Причем мы гарантируем высокое качество ремонта, квалифицированное обслуживание и доступные цены.
Принципы работы, преимущества и недостатки дизельного двигателя
Дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, работающий на адиабатическом сжатии.
Работа дизельного двигателя сильно отличается от работы бензинового двигателя, поэтому их эффективность и производительность различаются. Адиабатическое сжатие было объяснено в моей предыдущей статье. проверить!
Понимание эффективности дизельного двигателя, истории и принципов работы
Сегодня я познакомлю вас с принципами работы дизельного двигателя, его преимуществами и недостатками.
Шаровая мельница и ее принцип, работа…
Включите JavaScript
Шаровая мельница и ее принцип, работа, преимущества и недостатки камера сгорания, регулировка оборотов двигателя за счет качества смеси, неоднородная топливовоздушная смесь, высокое соотношение воздуха, диффузионное пламя и, наконец, топливо с высокими характеристиками воспламенения. Все это объясняется в принципах работы дизельного двигателя. Так что продолжайте читать!
Содержание
Принцип работы дизельного двигателя
Дизельные двигатели предназначены для воспламенения топлива без каких-либо устройств зажигания, таких как свечи зажигания, которые хорошо известны на бензиновых двигателях.
Он использует сильно сжатый горячий воздух для воспламенения топлива, а не свечу зажигания. Смесь воздуха и топлива происходит в камере сгорания, а не во впускном коллекторе. Принципы работы дизеля настолько интересны, что в камеру сгорания изначально подается только воздух. Затем воздух сжимается в соотношении от 15:1 до 23:1 в зависимости от типа дизельного двигателя и области его применения. Высокая степень сжатия вызывает повышение температуры воздуха. В этот момент топливо впрыскивается в горячий воздух, когда такт сжатия почти достигает верхней точки. Все это происходит в камере сгорания над поршнем.
Топливная форсунка помогает впрыскивать топливо в камеру сгорания небольшими каплями и равномерно распределять их. Сжатый воздух создает сильное тепло, заставляющее топливо испаряться с поверхности капель. Затем пар воспламеняется с использованием того же тепла в камере сгорания. Испарение капель продолжалось до их полного сгорания. Сгорание происходит при практически постоянном давлении в течение начальной части рабочего такта.
Когда сгорание завершено, газы сгорания расширяются по мере дальнейшего опускания поршня; высокое давление в цилиндре толкает поршень вниз, передавая мощность на коленчатый вал. Регулировка оборотов двигателя сильно зависит от качества смеси. То есть величина создаваемого крутящего момента определяется исключительно массой впрыскиваемого топлива, всегда смешанного с максимально возможным количеством воздуха. Это приводит к разнице в частоте вращения коленчатого вала.
Высокая степень сжатия дизельного двигателя обеспечивает высокую эффективность его работы. Отсутствие дроссельной заслонки позволяет уменьшить потери при обмене заряда, что приводит к низкому расходу топлива. Это делает дизельный двигатель более экономичным.
Посмотрите, как работает дизельный двигатель, в видео ниже :
Итак, главный вопрос сегодня заключается в том, каковы преимущества и недостатки дизельных двигателей…
Преимущества дизельных двигателей
Дизельный двигатель имеет ряд преимуществ перед двигателем с другим принципом работы.
Ниже перечислены области применения дизельных двигателей.
1. Он имеет самый высокий эффективный КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания.
2. Дизельный двигатель может работать на самых разных видах топлива.
3. Низкие затраты на топливо. То есть экономичный.
4. Обладает высокой плотностью энергии
5. Хорошие смазывающие свойства
6. Низкий риск воспламенения, т. к. не образуются легковоспламеняющиеся пары
7. Впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания, не имеет ограничения забора воздуха, кроме воздушных фильтров.
8. Дизельные двигатели имеют очень хорошие характеристики по выбросам отработавших газов.
Подпишитесь на нашу рассылку новостей
Недостатки дизельных двигателей
Несмотря на большие преимущества дизельных двигателей, у них все же есть некоторые ограничения. К недостаткам дизельных двигателей можно отнести следующие.
1. Автомобили с дизельным двигателем обычно стоят дороже, чем стандартный автомобиль
2.
Стоимость дизельного топлива высока в большинстве географических регионов.
3. Техническое обслуживание и ремонт дизельного двигателя дороже.
4. У вас может не быть такого доступа к топливу, как при использовании дизельного топлива.
5. Новое дизельное топливо не обладает такими смазывающими свойствами.
6. Затрудненный запуск дизеля в мороз.
7. Дизельные двигатели значительно шумнее бензиновых аналогов.
См. также:
- Детали автомобильного двигателя
- Знакомство с бензиновым двигателем
- Применение дизельного двигателя
- Знакомство с автомобильным двигателем
В этом руководстве «принципы работы, преимущества и недостатки дизельных двигателей. Мы надеемся, что вы нашли этот пост полезным и получили удовольствие от чтения. Если вы это сделали, рассмотрите возможность поделиться этим постом со своими друзьями и однокурсниками в социальных сетях.
Как работают дизельные двигатели?
Если вы попали на эту страницу, мы считаем безопасным считать, что вы уже знаете, что дизельный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания.
Но что это на самом деле означает? Что ж, давайте разберем его для вас. Сгорание является синонимом горения, что означает, что топливо, в данном случае дизельное топливо, сжигается внутри (внутри) двигателя для выработки энергии. То же самое относится и к бензиновым двигателям, однако есть существенная разница (или искра!) в том, как зажигается каждый из этих двигателей.
Благодаря внутреннему сгоранию в дизельных двигателях топливо сгорает внутри цилиндров, что максимально увеличивает использование энергии, поскольку нет необходимости в том, чтобы тепло поступало в цилиндр откуда-то еще. Все основные процессы происходят в одном месте, что повышает общую эффективность работы двигателя в целом. Проще говоря, двигатели внутреннего сгорания производят больше энергии из того же объема топлива, и поэтому они намного эффективнее двигателей вечного сгорания.
Принцип работы дизельного двигателя
1 Принцип работы дизельного двигателя
2 Типы дизельных двигателей
3 Часто задаваемые вопросы владельцев бизнеса
3.
3.2 Почему дизельные двигатели шумят?
Познакомившись с основами, пора углубиться в механику дизельного двигателя!
Для начала атмосферный воздух подается в цилиндр внутри двигателя. Поршень в нем сжимает воздух где-то в 14-25 раз по сравнению с его первоначальным объемом. Напоминаем, что эта компрессия намного меньше в бензиновом двигателе, где воздух сжимается только до одной десятой своего объема.
Этот высокий уровень сжатия воздуха генерирует столько тепла, что температура достигает 1000°F, а в некоторых случаях даже выше. Когда воздух сжимается, в действие вступает электронная система впрыска топлива, которая обычно распыляет топливный туман в цилиндр, подобно аэрозольному баллончику. Конечно, объем впрыскиваемого топлива зависит от ускорения, которое применяет водитель. Поскольку воздух чрезвычайно горячий, топливо воспламеняется почти мгновенно и взрывается, в результате чего поршень выталкивается из цилиндра.
В зависимости от количества ступеней в одном цикле дизельные двигатели можно разделить на четырехтактные и двухтактные. Разберемся с каждым из них подробнее.
Четырехтактные двигатели Источник: Britannica, IncВ этом случае дизельный двигатель работает, повторяя цикл из четырех тактов или стадий. Характеризуется двукратным движением поршня вверх и вниз. Проще говоря, в четырехтактном двигателе коленчатый вал вращается дважды за цикл. Четыре ступени этого типа двигателя следующие: 9.0003
Впуск: Открытый впускной клапан втягивает воздух в цилиндр, что приводит к движению поршня вниз.
Сжатие: Затем впускной клапан закрывается так, что поршень движется вверх и в результате сжимает воздух, вызывая его нагрев. Затем клапан впрыска топлива впрыскивает топливо в горячее, что приводит к самовоспламенению топлива.
Мощность: Когда смесь воздуха и топлива воспламеняется и начинает гореть, поршень толкается вниз, позволяя коленчатому валу вращаться, приводя в движение колеса.
Выхлоп: Затем открывается выпускной клапан, помогая выходу выхлопных газов, которые выталкиваются движением поршня вверх.
Двухтактные двигатели Источник: Britannica, IncВ двухтактном двигателе поршень перемещается вверх и вниз только один раз за цикл. Тем не менее, в двухтактном цикле есть три этапа. Разговор о создании путаницы! Что ж, не волнуйтесь, пока мы здесь, чтобы проболтаться за вас. Три ступени в этом типе двигателя следующие:
Выхлоп и впуск: Во-первых, впускной клапан пропускает свежий воздух в сторону цилиндра, что приводит к вытеснению старого воздуха через выпускной клапан.
Компрессия: Затем закрываются впускной и выпускной клапаны. Теперь поршень движется вверх, вызывая сжатие и нагрев воздуха. Когда поршень достигает верхней части цилиндра, впрыскивается топливо, которое почти самопроизвольно воспламеняется.
Мощность: Когда смесь воздуха и топлива воспламеняется и начинает гореть, поршень толкается вниз, позволяя коленчатому валу вращаться, приводя в движение колеса.
Как вы могли догадаться, двухтактные двигатели относительно меньше и легче четырехтактных. Кроме того, они более энергоэффективны, так как мощность вырабатывается при каждом обороте! Тем не менее, двухтактные двигатели также нуждаются в дополнительном охлаждении и смазке из-за большей доли износа, вызванного сильным нагревом и трением!
Теперь, когда вы знаете все о дизельных двигателях и принципах их работы, мы уверены, что вы сможете принять взвешенное решение относительно дизельного двигателя, который вы хотите купить! Если вам все еще нужна помощь с тем же самым, вы всегда можете связаться с нашими экспертами в Swift Equipment, и мы будем более чем рады прояснить любые сомнения, которые могут у вас возникнуть.
Что еще? У нас есть широкий выбор новых и подержанных дизельных двигателей, а также дизельных генераторов на Ваш выбор! И так, чего же ты ждешь? Начните поиск лучших дизельных двигателей и посмотрите, не найдете ли вы что-то, что привлечет ваше внимание.
Дизельные двигатели обладают многочисленными преимуществами, наиболее замечательными из которых являются –
- Самый высокий КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания
- Отсутствие ограничений на впуске воздуха, за исключением впускного трубопровода и воздушных фильтров
- Низкие затраты на топливо
- Хорошие смазывающие свойства
- Высокая плотность энергии
- Низкий риск воспламенения
- Впечатляющие характеристики выброса отработавших газов
- Простая адаптация к влажной среде
- Нет естественных ограничений, когда речь идет о допустимом давлении наддува или турбонаддува
Шум, создаваемый дизельными двигателями, широко известен как дизельный стук, который в основном возникает в результате внезапного воспламенения топлива, когда создается волна давления при впрыске дизельного топлива в камеру сгорания.