Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы
Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.
Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.
Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания.
У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.
Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.
К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.
ТИПЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания — их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.
Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию.
Наиболее распространенным является другой тип дизеля — с раздельной камерой сгорания. Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру.
Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.
При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).
УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Важнейшей системой дизеля является система топливоподачи. Ее функция — подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.
Главными элементами топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.
ТНВД — топливный насос высокого давления.
ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера.
ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов.
В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
Форсунки дизеля.
| Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем. |
Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания.
Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.
Топливные фильтры дизеля.
Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.
Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.
КАК ПРОИСХОДИТ ЗАПУСК ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ?
Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева.
Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900оС, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа.
Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.
ТУРБОНАДДУВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате увеличивается мощность двигателя.
Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».
Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.
СИСТЕМА COMMON-RAIL ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка».
Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.
В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора.
Принцип работы дизельного двигателя – детали и их назначение + видео » АвтоНоватор
Принцип работы дизельного двигателя выглядит как самовоспламенение подающегося распыленного топлива при взаимодействии с разогретым при сжатии воздухом. В двух словах не совсем понятно, о чем идет речь, поэтому данную статью посвятим полностью дизельному двигателю.
Устройство дизельного двигателя – основные детали
Такие движки обладают как рядом преимуществ, так и рядом недостатков. К первым можно отнести: принцип его работы идеально подходит для тяжелых грузовиков; он более экономичен по сравнению с бензиновым силовым агрегатом. Недостатки: сам процесс сгорания топлива равносилен взрыву, что уже само по себе не может быть достоинством; топливная аппаратура имеет достаточно сложную конструкцию, поэтому, если она выйдет из строя, вам хорошенько придется повозиться; развиваемая скорость будет меньше, чем при работе на бензиновых моторах.
Устройство дизельного двигателя представлено следующим образом. Начинается все с впускного клапана, посредством которого воздух может попасть в рабочие цилиндры. Поршень создает необходимое давление, чтобы попадаемый воздух нагрелся до требуемой температуры, а коленчатый вал воспринимает усилие, поступающее от поршня, и преобразует его в крутящий момент. Вот вкратце так и выглядит работа дизельного двигателя.
Принцип работы дизельного двигателя – выбираем тип камеры сгорания
Области для воспламенения топлива бывают двух типов, в зависимости от вида самого дизельного агрегата. Неразделенная камера сгорания находится в поршне, топливо же в этом случае впрыскивается в надпоршневое пространство. В этом случае вы можете рассчитывать на экономичность, так как расход горючей смеси будет минимальным, однако отрицательным моментом послужит повышенный шум, особенно во время холостого хода.
В разделенных камерах сгорания подача топлива осуществляется в отдельную камеру, которая посредством специального канала связана с цилиндром.
Обеспечивается отличное перемешивание топлива с воздухом, только после этого оно уже подается в рабочее пространство, что способствует более качественному сгоранию смеси. Это повышает чистоту выбросов, долговечность мотора и мощность авто.
Как работает дизельный двигатель – тактность мотора
Схема работы дизельного двигателя бывает двухтактной и четырехтактной. В первом случае работа происходит следующим образом: во время рабочего хода поршень передвигается вниз, при этом открываются выпускные отверстия в цилиндре и из него выходят выхлопные газы. В это же время (иногда чуть позже) открывают ход впускные окна, осуществляется продувка воздухом. Далее поршень начинает движение вверх, все окна закрываются, и происходит процесс сжатия воздуха. Перед тем, как поршень достиг ВМТ (высшая мертвая точка), топливо распыляется из форсунки, происходит взрыв, и весь процесс повторяется заново.
Важно знать, как работает дизельный двигатель и по четырехтактной схеме. В первый такт делается впуск воздуха, в это же время открыт и выхлопной клапан. Второй такт соответствует сжатию воздуха, чтобы он достиг необходимой температуры. На третьем такте впрыскивается горючая смесь в камеру сгорании, и в результате взаимодействия с разогретым воздухом происходит взрыв. Во время четвертого такта осуществляется вывод выхлопных газов из тела цилиндра.
Четырехтактный мотор при прочих равных параметрах имеет меньшую мощность, чем двухтактный, но обладает большим КПД и более эффективной степенью сжигания топлива.
Как устроен дизельный двигатель – современные реалии
Устройство современного дизельного двигателя оснащено компьютерным управлением подачи топлива. Эта система позволяет осуществлять впрыскивание горючей смеси в цилиндры дозированными порциями.
Данный момент является весьма важным для дизельных силовых агрегатов, так как при такой подаче давление, возникающее в камере сгорания, нарастает плавно без возникновения разного рода «рывков», а это как нельзя лучше способствует мягкой и бесшумной работе силового агрегата.
Кроме того, благодаря регулируемому впрыску расход топлива сокращается почти на 20 %, при этом возрастает крутящий момент коленчатого вала. Очень важно каждому автолюбителю знать, как устроен дизельный двигатель, а также тенденции его развития. Например, такой популярный в последних моделях дизелей турбонаддув также эффективно повышает качество езды, мощность мотора увеличивается без насилования коленвала, его обороты остаются прежними.
- Автор: Михаил
- Распечатать
Оцените статью:
(6 голосов, среднее: 3.
2 из 5)
Поделитесь с друзьями!
Adblock
detector
Конструкция и эксплуатация дизельного двигателя
Конструкция и эксплуатация дизельного двигателя
Меню передачи энергии и технологии
Конструкция и эксплуатация дизельного двигателя
Дизельный двигатель подобен бензиновому двигателю, используемому в большинство автомобилей. Оба двигателя являются двигателями внутреннего сгорания, то есть они сжигают топливно-воздушную смесь внутри цилиндров. Оба являются поршневыми двигателями, приводимыми в движение поршнями, движущимися в двух направлениях. Большинство их частей похожи. Хотя дизельный двигатель и бензиновый двигатель работают с аналогичными компонентами, дизельный двигатель по сравнению с бензиновым двигателем равной мощности тяжелее из-за более прочных и тяжелых материалов, используемых для противостояния большим динамическим силам от более высоких давлений сгорания, присутствующих в дизельном топливе.
двигатель.
Более высокое давление сгорания является результатом более высокой степени сжатия, используемой в дизельных двигателях. Степень сжатия является мерой того, насколько двигатель сжимает газы в цилиндре двигателя. В бензиновом двигателе степень сжатия (контролирующая температуру сжатия) ограничена топливно-воздушной смесью, поступающей в цилиндры. Более низкая температура воспламенения бензина приведет к его воспламенению (сгоранию) при степени сжатия менее 10:1. Средний автомобиль имеет степень сжатия 7:1. В дизельном двигателе обычно используется степень сжатия от 14:1 до 24:1. Более высокие степени сжатия возможны, потому что сжимается только воздух, а затем впрыскивается топливо. Это один из факторов, который позволяет дизельному двигателю быть таким эффективным.
Еще одно различие между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в способе управления частотой вращения двигателя. В любом двигателе скорость (или мощность) напрямую зависит от количества топлива, сжигаемого в цилиндрах.
Бензиновые двигатели самоограничивают скорость из-за метода, который двигатель использует для контроля количества воздуха, поступающего в двигатель. Скорость двигателя косвенно контролируется дроссельной заслонкой в карбюраторе. Дроссельная заслонка в карбюраторе ограничивает количество воздуха, поступающего в двигатель. В карбюраторе скорость потока воздуха определяет количество бензина, которое будет смешиваться с воздухом. Ограничение количества воздуха, поступающего в двигатель, ограничивает количество топлива, поступающего в двигатель, и, следовательно, ограничивает скорость двигателя. Ограничивая количество воздуха, поступающего в двигатель, добавление большего количества топлива не увеличивает скорость двигателя выше точки, при которой топливо сжигает 100% доступного воздуха (кислорода).
Дизельные двигатели не имеют самоограничения скорости, потому что воздух (кислород), поступающий в двигатель, всегда является максимальным. Поэтому частота вращения двигателя ограничивается исключительно количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя.
Таким образом, в двигателе всегда достаточно кислорода для сгорания, и двигатель будет пытаться разогнаться, чтобы соответствовать новой скорости впрыска топлива. Из-за этого ручное управление подачей топлива невозможно, поскольку эти двигатели в ненагруженном состоянии могут разгоняться со скоростью более 2000 оборотов в секунду. Дизельным двигателям требуется ограничитель скорости, обычно называемый регулятором, для контроля количества топлива, впрыскиваемого в двигатель.
В отличие от бензинового двигателя, дизельному двигателю не требуется система зажигания, потому что в дизельном двигателе топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень достигает верхней точки такта сжатия. Когда топливо впрыскивается, оно испаряется и воспламеняется за счет тепла, создаваемого сжатием воздуха в цилиндре.
CyclePad Цель Мы рассмотрим конструкцию дизельного цикла и то, как его производительность можно улучшить, изменив степень объемного сжатия. Общая идеяЦикл Дизеля очень похож на цикл Отто тем, что оба являются замкнутыми циклами, обычно используемыми для моделирования двигателей внутреннего сгорания. Разница между ними в том, что цикл Дизеля — это 9 циклов.0010 цикл воспламенения от сжатия вместо цикла искрового зажигания, такого как цикл Отто. В циклах воспламенения от сжатия используется топливо, которое начинает сгорать, когда достигает температуры и давления, которые возникают естественным образом в какой-то момент во время цикла и, следовательно, не требуют отдельного источника энергии (например, от свечи зажигания) для сжигания. Дизельное топливо смешивают таким образом, чтобы обеспечить надежное сгорание при надлежащем тепловом состоянии, чтобы двигатели дизельного цикла работали хорошо. (Можно отметить, что большинство видов топлива начинают сгорать сами по себе при определенной температуре и давлении. Но это часто происходит непреднамеренно и может привести к слишком раннему сгоранию топлива в цикле. Например, когда бензиновый двигатель — обычно устройство цикла Отто — работает при чрезмерно высоких степенях сжатия, оно может начать «дизель», когда топливо воспламеняется до образования искры.Часто трудно заставить такой двигатель провернуть от так как обычный метод просто лишить его искры может не сработать. Этапы дизельных цикловДизельные циклы состоят из четырех стадий: сжатия, сгорания, расширения и охлаждения.
Диаграмма P-VДиаграмма P-v для дизельного цикла показана ниже. Пример схемы дизельного циклаПостановка проблемы В целях иллюстрации предположим, что мы хотим разработать дизельный цикл, который использует 1 кг воздуха при температуре окружающей среды 15°C и давлении 100 кПа, сжимает его до одной восемнадцатой части исходного объема и добавляет к нему 1800 кДж тепла при сгорании. Ниже показана возможная конструкция CyclePad дизельного цикла. рабочая жидкостьНаиболее распространенным рабочим телом для дизельного цикла является воздух, поскольку это самая дешевая вещь для сжигания бензина. Мы можем выбрать воздух в качестве нашего рабочего тела как воздух, выбрав его в качестве вещества в окне измерителя любого вещества. Описание этапов цикла Мы кратко рассмотрим каждую точку состояния и процесс цикла Дизеля, где должны быть сделаны проектные предположения, подробно описав каждое предположение. Как мы видим из примерных проектных ограничений, для описания идеального цикла Дизеля необходимо указать очень мало чисел. Свойства циклаВ пункте меню Cycle мы можем вызвать окно индикатора Cycle Properties. Единственное необходимое предположение здесь состоит в том, что цикл является тепловым двигателем (устройством для преобразования тепла в работу), поэтому CyclePad знает, как оценить его эффективность.Предварительное сжатие (S1)В этот момент у нас есть воздух, поступающий в цилиндр при условиях окружающей среды, поэтому мы предполагаем, что температура равна 15% ° C, а давление равно 100 кПа, как указано в постановке задачи. Это также хороший момент, чтобы указать, что рабочей жидкостью будет воздух, и указать, что масса воздуха составляет 1 кг.Процесс сжатия (CMP1)Здесь мы предполагаем, что сжатие для нашего идеального дизельного цикла является изоэнтропическим, и что наша степень сжатия равна 18, как указано в постановке задачи. Посткомпрессия (S2)Здесь нет необходимых спецификаций.Процесс сжигания (HTG1)Здесь мы предполагаем, что нагрев (который происходит сразу после выхода поршня из положения нижней мертвой точки) происходит при движении поршня под постоянным давлением, поэтому он изобарический. Здесь мы также предполагаем, что подведенное тепло ( Q ) 1800 кДж.Предварительное расширение (S3)Здесь нет необходимых спецификаций.Процесс расширения (EXP1)Поскольку мы анализируем идеальный цикл Дизеля, мы предполагаем, что расширение является изоэнтропическим. Если бы мы знали, сколько тепла было потеряно при расширении и какую работу оно произвело, мы могли бы указать их здесь вместо того, чтобы смоделировать неидеальный процесс расширения.Выхлоп (после расширения) (S4)Здесь нет необходимых спецификаций. Здесь мы выпускаем использованный воздух в окружающую среду.Процесс охлаждения (CLG1)Поскольку замена отработанного воздуха свежим воздухом происходит при нахождении поршня в верхней мертвой точке, процесс охлаждения будем считать изохорным. Эффективность дизельного циклаМы можем снова посмотреть в окно индикатора Cycle Properties, чтобы увидеть, что тепловой КПД построенного нами дизельного цикла составляет около 59%. Мы можем вспомнить из нашей конструкции цикла Отто, что увеличение степени сжатия оказало такое же благотворное влияние на эффективность в этом случае, как и здесь для цикла Дизеля. В цикле Отто ограничение заключалось в том, что при увеличении степени сжатия в цикле развивалось чрезвычайно высокое давление. Загрузите проект CyclePad для дизельного цикла. Связанные записи
Источники Уолли, П. |
Цикл Дизеля — замкнутый цикл (где система представляет собой управляющую массу), обычно используемый для моделирования цилиндров искрового зажигания, внутреннего сгорания, автомобильных двигателей, т. е. бензиновых двигателей.
Именно в этой части цикла мы вносим работу 9от 0010 до воздух. В идеальном дизельном цикле это сжатие считается изоэнтропическим.
Именно в этой фазе цикл совершает свою полезную работу, вращая коленчатый вал автомобиля. Мы делаем идеальное предположение, что эта стадия в идеальном цикле Дизеля изоэнтропична. Поршень: перемещение от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.
Остальные предположения определяются путем применения базовых знаний о цикле. Принципиальным численным проектным решением является степень сжатия.
Однако в цикле Дизеля мы не добавляем все наше тепло в цикл, пока поршень застревает в положении, обеспечивающем наименьший объем, поэтому чрезвычайно высокие давления, которые мы наблюдали в цикле Отто, развиваются не так быстро. На рисунке ниже показано.