Принцип работы дизельного двс – Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель? Принцип работы дизельного двигателя.

Дизельный двигатель по конструкции аналогичен бензиновому, конструктивные элементы у них одни и те же – поршни, цилиндры, шатуны. Но дизельный двигатель больше по размерам и весу, и отличается существенно усиленными клапанными деталями, поскольку он повергается более высоким нагрузкам – степень сжатия у него более чем в два раза выше, чем у бензинового двигателя.

Благодаря высокой эффективности дизельный двигатель широко применяется на грузовых автомобилях. Вместе с тем, большинство легковых автомобилей имеют в линейке своих моторов дизельные двигатели. В Европе дизель постепенно вытесняет бензиновые двигатели, к примеру, свыше 50% новых легковых автомобилей там имеют дизельный двигатель.

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, обладающие высокой эластичностью, т.е. способностью развивать номинальный крутящий момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Принцип работы дизельного двигателя основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры воздухом. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси.

Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей :

имеет большую степень сжатия и как следствие более высокий коэффициент полезного действия, больший вес и габариты, низкий расход топлива;

имеет низкие обороты коленчатого вала и как следствие меньшую удельную мощность, сопровождаемые неполным сгоранием топлива, сажеобразованием;

не имеет дроссельной заслонки, поэтому развивает высокий крутящий момент на низких оборотах;

имеет сложную конструкцию топливной аппаратуры и как следствие высокую чувствительность к качеству топлива.

Типы дизельных двигателей

Существует классификация типов дизельных двигателей в зависимости от конструкции камеры сгорания.

Дизель с неразделенной камерой или дизель с непосредственным впрыском. Камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Основное достоинство такого двигателя состоит в минимальном расходе топлива. Недостатком дизельного двигателя с неразделенной камерой является повышенный уровень шума, по устранению которого в настоящее время ведутся интенсивные работы.

В последние годы 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.

Дизель с разделенной камерой . Топливо подается в дополнительную камеру. Обычно в дизельных двигателях такая камера (она называется вихревой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался.

Такое устройство способствует наибольшему перемешиванию впрыскиваемого топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Эта схема долгое время признавалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие малой экономичности в последнее время идет активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.

На первом этапе (такт впуска , когда поршень идет вниз) в цилиндр через открытый впускной клапан втягивается свежая порция воздуха.

На втором этапе (такт сжатия , когда поршень идет вверх), в то время как впускной и выпускной клапаны закрыты, воздух сжимается в объеме примерно в 17 раз (от соотношения 14: 1 до 24: 1) по сравнению с общим объемом цилиндра, а воздух становится очень горячим.

Четырехтактный дизельный двигатель

Непосредственно перед началом третьего такта (такт рабочего хода , когда поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсунки. Оно в момент впрыска распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняемой смеси. Когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода, энергия при сгорании высвобождается. Впрыск продолжается, что вызывает поддержание постоянного давления сгораемого топлива на поршень.

В начале четвертого этапа (такт выпуска , когда поршень идет вверх), выпускной клапан открывается и выхлопные газы проходят через него.

Двухтактный дизельный двигатель

Принцип работы двухтактного дизельного двигателя следующий. Поршень расположен в нижней мертвой точке (НМТ), и цилиндр в этот момент наполнен воздухом. Воздух сжимается во время хода поршня вверх; вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) происходит впрыск топлива, которое самовоспламеняется.

Затем происходит рабочий ход: продукты сгорания, расширяясь, передают энергию поршню, который движется вниз. Вблизи нижней мертвой точки происходит продувка – продукты сгорания замещаются свежим воздухом. На этом цикл завершается.

Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Они оказываются открытыми в то время, когда поршень находится внизу. Соответственно, когда поршень поднимается, он перекрывает окна.

Поскольку при двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать существенного повышения мощности по сравнению с четырехтактным циклом.

Системы дизельных двигателей

Основными направлениями совершенствования дизельных двигателей являются снижение расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума, повышение мощности двигателя, облегчение холодного запуска. Для реализации этих требований на современных дизельных двигателях применяется ряд систем: Common Rail, впускная и выпускная системы, рециркуляции отработавших газов, турбонаддув, предпускового подогрева.

Система впрыска Common Rail предполагает накопление топлива в аккумуляторе высокого давления и его впрыск электронно-управляемыми форсунками. Электроника обеспечивает впрыск строго определенных порций топлива, чем достигается высокая экономия, полное сгорание и повышение мощности. При необходимости топливо может впрыскиваться многократно в течение одного цикла.

Выпускная система современного дизеля ориентирована на снижение в отработавших газах сажи, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Для этого в системе устанавливается сажевый фильтр. Накапливаемая в фильтре сажа удаляется путем регенерации.

Система рециркуляции отработавших газов предназначена для снижения содержания в отработавших газах оксида азота, для чего часть газов возвращается во впускной коллектор. Для повышения эффективности работы системы отработавшие газы принудительно охлаждаются в специальном охладителе, включенном в систему охлаждения двигателя.

Впускная система дизельного двигателя может оборудоваться впускными заслонками. Применение заслонок образует два канала всасывания, обеспечивает завихрение воздушного потока и улучшенное смесеобразование на всех режимах. При запуске двигателя и работе на низких оборотах заслонки закрыты, при высокой частоте вращения коленчатого вала и высоком крутящем моменте – открыты. Закрытие заслонок приводит к снижению в отработавших газах оксида углерода и несгоревших углеводородов.

Наиболее эффективной системой повышения мощности дизельного двигателя является турбонаддув . Для создания оптимального давления наддува на всех режимах работы двигателя в системе используется турбонагнетатель с изменя

tehnashop.ru

Принцип работы дизельного двигателя | Мой внедорожник

Стоимость бензина сегодня постоянно растет, несмотря на то, что стоимость нефти падает. Поэтому многие автомобилисты рассматривают варианты приобретения машин с дизельным мотором. Дизельный двигатель – это хорошая альтернатива бензиновому мотору, в особенности с учетом того, что дизельные технологии далеко ушли вперед за последнее десятилетие, а стоимость топлива ниже.

Сегодня 50% новых машин в европейских странах работают именно на дизеле. Вызвано это тем, что современный двигатель автомобиля, работающего на дизеле, стал более экологичным и тихим. В то же время черный дым, а также громкий звук «трактора» ушли в прошлое. А преимуществами такого двигателя стали значительная мощность, экономия и отличная динамика автомобиля. В чем же причина подобного успеха этого мотора?

Особенности дизеля

Принцип работы дизельного двигателя несколько отличается от бензинового, что кроется в схеме создания рабочей смеси, а также последующего воспламенения. В движке, работающем на бензине, смесь в большинстве случаев готовится во впускном тракте. Лишь в части моделей смесь создается прямо в цилиндрах. В то же время смесь воспламеняется в определенный момент от искры вследствие электрического пробоя. Дизельный мотор же создает воспламенение посредством создания значительной температуры воздушных масс в цилиндре.

Работа дизельного двигателя будет выглядеть так:

1. во время движения поршня в нижнее положение осуществляется приток чистых воздушных масс в цилиндры;
2. при движении поршня вверх происходит нагрев этого воздуха;
3. в высочайшей точке создается большая степень сжатия, вследствие чего температура может доходить до 800-900 градусов Цельсия;
4. при прохождении самой верхней точки осуществляется впрыск топлива в камеры под сильнейшим давлением. В итоге оно соприкасается с раскаленными воздушными массами и происходит воспламенение.
5. под действием горения происходит рост давления в цилиндре, передающего момент, что и создает шум такого двигателя.

Благодаря указанной схеме дизельному мотору вполне достаточно небогатой смеси топлива. Стоимость подобного топлива невероятно низка, что объясняет его неприхотливость, а также экономичность. К тому же коэффициент полезного действия, а также крутящий момент выше, чем у мотора на бензине. Но у дизеля есть и определенные минусы:

1. вибрация и определенная шумность;
2. определенные затруднения при холодном пуске;
3. относительно невысокая мощность, но это вряд ли можно отнести к современным моделям.

Устройство дизеля

Дизельный мотор имеет степень сжатия практически в два раза больше бензинового. Поэтому это требует усиления его элементов, так как они требую больших нагрузок. Устройство дизельного двигателя предполагает отсутствие стандартной системы зажигания, так как используется принцип самовоспламенения от сжатия. При этом есть модели, где также применяются свечи. Они используются, чтобы прогревать воздух, что особенно важно зимой, когда пуск затруднителен.

Поршень дизельного двигателя имеет форму, которая зависит во многом от типа камеры сгорания. При этом его днище выступает за блоки цилиндров в момент нахождения в верхней точке. Поэтому экологичность и технические параметры зависят в большей степени от системы впрыска, а также типа камеры сгорания.

Как работает камера сгорания, типы

Камеры сгорания бывают следующих типов:

1. разделенные;
2. неразделенные.

Топливо при раздельном типе направляется в камеру, которая находится в головке блока цилиндров. К тому же у такого варианта разные конструкции, зависящие от создания смеси: вихрекамерный либо предкамерный.

Предкамерный впрыск выполняется в предварительную камеру, которая с цилиндром соединяется с помощью небольших отверстий либо каналов. После воспламенения смесь с высокой скоростью перемещается по отверстиям, создавая значительный перепад давления и отправляясь в главную камеру, где и сгорает.

Вихрекамерный вариант демонстрирует начало горения смеси в камере, в целом она похожа на полую сферу. При такте сжатия туда направляются воздушные массы, которые вихревым потоком закручиваются там, вследствие чего топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Преимущества разделенной камеры заключается в том, что топливо сгорает за пару этапов, что обеспечивает стабильное и мягкое функционирование мотора.

Минусы разделенной камеры: значительный расход топлива вследствие определенных потерь из-за значительной поверхности подобной камеры, в том числе возникающих потерь при перетекании воздушных масс.

В случае неразделенного варианта камера сгорания выполняется в днище поршня, непосредственный впрыск топлива осуществляется в цилиндр. Благодаря такому подходу обеспечивалась значительная экономия. Однако на легковых автомобилях эта схема применялась редко, так как были конструктивные проблемы, вибрационные и шумовые недостатки. Тем не менее, благодаря новым электронным системам управления по дозировке топлива, удалось провести оптимизацию сгорания рабочей смеси и устранению недостатков.

Топливоподающие системы

Указанные системы обеспечивают подачу необходимых объемов топлива в определенное время с необходимым давлением. Главнейшим элементом такой системы можно назвать ТНВД, то есть топливный насос высокого давления.

Насосы могут быть двух видов:

1. рядные многоплунжерные;
2. распределительного типа.

Следующим элементом можно назвать насос-форсунку, ее устанавливают на цилиндр с целью впрыска топлива. Необходимую дозировку вычисляет специальный электронный блок, который отправляет команды на запорные клапаны. Использование перечисленных устройств обеспечивает мягкую работу мотора, в том числе понижает токсичность выхлопа.

Турбонаддув

Использования турбонаддува дает возможность повысить мощность дизеля. Это достигается подачей дополнительной топливной смеси в цилиндры. Турбонаддув оптимизирует работу мотора там, где мало воздуха (в горах), сохраняя необходимую мощность.

Основные недостатки турбодизеля вызваны надежной работой турбокомпрессора, который демонстрирует меньший ресурс мотора вследствие существенных требований к моторным маслам.

История создания дизельного двигателя

moj-vnedorozhnik.ru

Что такое дизель? Принцип работы, устройство и технические характеристики дизельного двигателя

Дизельные двигатели весьма распространены на легковых автомобилях. Многие модели имеют хотя бы один вариант в моторной гамме. И это без учета грузовиков, автобусов и строительной техники, где их применяют повсеместно. Далее рассмотрено, что такое дизель, конструкция, принцип работы, особенности.

Определение

Данный агрегат представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, функционирование которого основано на самовоспламенении распыленного топлива от нагрева либо сжатия.

Особенности конструкции

Бензиновый двигатель имеет те же конструктивные элементы, что и дизель. Схема функционирования в целом также аналогична. Отличие состоит в процессах формирования топливовоздушной смеси и ее сгорания. К тому же дизельные моторы отличаются более прочными деталями. Это обусловлено примерно вдвое более высокой степенью сжатия, чем у бензиновых двигателей (19-24 против 9-11).

Классификация

По конструкции камеры сгорания дизели подразделяют на варианты с раздельной камерой сгорания и с непосредственным впрыском.

В первом случае камера сгорания отделена от цилиндра и соединена с ним каналом. При сжатии поступающий в камеру вихревого типа воздух закручивается, что улучшает смесеобразование и самовоспламенение, которое начинается там и продолжается в основной камере. Дизельные двигатели данного типа ранее были распространены на легковых автомобилях в связи с тем, что они отличались пониженным уровнем шума и большим диапазоном оборотов от рассмотренных далее вариантов.

В дизельных двигателях с непосредственным впрыском камера сгорания находится в поршне, а топливо подается в надпоршневое пространство. Такая конструкция изначально использовалась на низкооборотных моторах большого объема. Они отличались высоким уровнем шума и вибраций и низким расходом топлива. Позднее, с появлением топливных насосов высокого давления с электронным управлением и оптимизацией процесса сгорания, конструкторы достигли стабильной работы при диапазоне до 4500 об./мин. К тому же возросла экономичность, снизилась шумность и уровень вибраций. Среди мер по уменьшению жесткости работы – многостадийный предвпрыск. Благодаря этому двигатели данного типа получили в последние два десятилетия обширное распространение.

По принципу функционирования дизели подразделяют на четырехтактные и двухтактные, как и бензиновые моторы. Их особенности рассмотрены далее.

Принцип функционирования

Чтобы понимать, что такое дизель и чем обусловлены его функциональные особенности, необходимо рассмотреть принцип работы. Приведенная выше классификация поршневых ДВС основана на количестве тактов, входящих в рабочий цикл, которые выделяют по величине угла поворота коленчатого вала.

Следовательно, рабочий цикл четырехтактных двигателей включает 4 фазы.

• Впуск. Происходит при повороте коленвала от 0 до 180°. При этом воздух проходит в цилиндр через открытый на 345-355° впускной клапан. Одновременно с ним во время поворота коленвала на 10-15° открыт выпускной клапан, что называют перекрытием.
• Сжатие. Поршень, двигаясь вверх при 180-360°, сжимает воздух в 16-25 раз (степень сжатия), а впускной клапан закрывается в начале такта (при 190-210°).
• Рабочий ход, расширение. Происходит при 360-540°. В начале такта до достижения поршнем верхней мертвой точки топливо подается в горячий воздух и воспламеняется. Это особенность дизельных двигателей, отличающая их от бензиновых, где происходит опережение зажигания. Выделяющиеся при этом продукты горения толкают поршень вниз. При этом время сгорания топлива равно времени его подачи форсункой и длится не дольше продолжительности рабочего хода. То есть при рабочем процессе давление газов постоянно, вследствие чего дизели развивают больший крутящий момент. Также важной особенностью таких моторов является необходимость обеспечения избытка воздуха в цилиндре, так как пламя занимает небольшую часть камеры сгорания. То есть отличается пропорция топливовоздушной смеси.
• Выпуск. При 540-720° поворота коленвала открытый выпускной клапан поршень, двигаясь вверх, вытесняет выхлопные газы.

Двухтактный цикл отличается укороченными фазами и единым процессом газообмена в цилиндре (продувкой), происходящей между концом рабочего хода и началом сжатия. При движении поршня вниз продукты горения удаляются через выпускные клапаны или окна (в стенке цилиндра). Позже открываются впускные окна для поступления свежего воздуха. Когда поршень поднимается, все окна закрываются, и начинается сжатие. Чуть ранее достижения ВМТ впрыскивается и воспламеняется топливо, начинается расширение.

Из-за сложности обеспечения продувки вихревой камеры двухтактные моторы бывают только с непосредственным впрыском.

Производительность таких двигателей выше в 1,6-1,7 раз, чем характеристики дизеля четырехтактного типа. Ее прирост обеспечивается вдвое более частым осуществлением рабочих ходов, но частично сокращается из-за их меньшей величины и продувки. Вследствие удвоенного количества рабочих ходов двухтактный цикл особо актуален в случае невозможности увеличения частоты вращения.

Основной проблемой таких двигателей является продувка из-за ее непродолжительности, что невозможно компенсировать без снижения эффективности за счет укорочения рабочего хода. К тому же невозможно разделить выхлоп и свежий воздух, из-за чего часть последнего удаляется с отработанными газами. Данную проблему можно решить путем обеспечения опережения выпускных окон. В таком случае газы начинают удаляться до продувки, и после закрытия выпуска цилиндр дополняется свежим воздухом.

К тому же при использовании одного цилиндра возникают сложности с синхронностью открытия/закрытия окон, поэтому существуют двигатели (ПДП), в которых каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в одной плоскости. Один из них контролирует впуск, другой – выпуск.

По механизму осуществления продувку подразделяют на щелевую (оконную) и клапанно-щелевую. В первом случае окна служат и впускными и выпускными отверстиями. Второй вариант предполагает их использование в качестве впускных отверстий, а для выпуска служит клапан в головке цилиндра.

Обычно двухтактные дизели применяют на тяжелых транспортных средствах вроде кораблей, тепловозов, танков.

Топливная система

Топливная аппаратура дизельных двигателей существенно сложнее, чем у бензиновых. Это объясняется высокими требованиями к точности подачи топлива по времени, количеству и давлению. Основные компоненты топливной системы – ТНВД, форсунки, фильтр.

Широко применяется система подачи топлива с компьютерным управлением (Common-Rail). Она впрыскивает его двумя порциями. Первая из них маленькая, служащая для повышения температуры в камере сгорания (предвпрыск), что позволяет снизить шум и вибрации. К тому же данная система повышает на малых оборотах крутящий момент на 25%, снижает расход топлива на 20% и содержание сажи в выхлопных газах.

Турбонаддув

На дизельных двигателях очень широко применяют турбины. Это объясняется более высоким (в 1,5-2) раза давлением выхлопных газов, которые раскручивают турбину, что позволяет избежать турбоямы, обеспечив наддув с более низких оборотов.

Холодный запуск

Можно найти множество отзывов о том, что при отрицательных температурах не заводится дизель. Сложность запуска таких моторов в холодных условиях обусловлена тем, что для этого требуется больше энергии. Для облегчения процесса их оснащают предпусковым подогревателем. Данное устройство представлено свечами накаливания, размещенными в камерах сгорания, которые при включении зажигания подогревают воздух в них и работают еще в течение 15-25 секунд после запуска для обеспечения стабильности работы непрогретого мотора. Благодаря этому дизели заводятся при температурах -30…-25 °С.

Особенности обслуживания

Для обеспечения долговечности при эксплуатации необходимо знать, что такое дизель и как его обслуживать. Относительно невысокая распространенность рассматриваемых двигателей в сравнении с бензиновыми объясняется в том числе более сложным обслуживанием.

Прежде всего это касается топливной системы высокой сложности. Из-за этого дизели крайне чувствительны к содержанию в топливе воды и механических частиц, а ее ремонт дороже, как и двигателя в целом в сравнении с бензиновым того же уровня.

В случае наличия турбины также высоки требования к качеству моторного масла. Ее ресурс обычно составляет 150 тыс. км, а стоимость высока.

В любом случае на дизельных двигателях менять масло следует чаще, чем на бензиновых (в 2 раза по европейским нормам).

Как было отмечено, у данных моторов встречаются проблемы холодного запуска, когда при низких температурах не заводится дизель. В некоторых случаях это вызвано использованием неподходящего топлива (в зависимости от сезона на таких двигателях применяют различные сорта, так как летнее топливо при низких температурах застывает).

Эксплуатационные качества

К тому же многим не по душе такие качества дизельных моторов, как меньшие мощность и диапазон рабочих оборотов, более высокий уровень шума и вибраций.

Бензиновый двигатель действительно обычно превосходит в производительности, в том числе и литровой мощности, аналогичный дизель. Мотор рассматриваемого типа при этом имеет более высокий и ровный график крутящего момента. Повышенная степень сжатия, обеспечивающая больший крутящий момент, вынуждает применять более прочные детали. Так как они тяжелее, снижается мощность. К тому же это сказывается на массе двигателя, а следовательно, и автомобиля.

Небольшой диапазон рабочих оборотов объясняется более длительным возгоранием топлива, вследствие чего на высоких оборотах оно не успевает догореть.

Повышенный уровень шума и вибраций вызывает резкое нарастание давления в цилиндре при воспламенении.

Основными достоинствами дизелей считают более высокую тяговитость, экономичность и экологичность.

Тяговитость, то есть высокий крутящий момент на малых оборотах, объясняется сгоранием топлива по мере впрыска. Это обеспечивает большую отзывчивость и облегчает эффективное использование мощности.

Экономичность обусловлена как низким расходом, так и тем, что топливо для дизеля дешевле. К тому же возможно использовать в качестве него низкосортные тяжелые масла благодаря отсутствию строгих требований к испаряемости. А чем топливо тяжелее, тем выше эффективность мотора. Наконец, дизели работают на бедных смесях в сравнении с бензиновыми моторами и при высокой степени сжатия. Последнее обеспечивает меньшие потери тепла с отработанными газами, то есть большую эффективность. Все данные меры снижают расход топлива. Дизель, благодаря этому, тратит его на 30-40% меньше.

Экологичность дизелей объясняется тем, что в их выхлопных газах ниже содержание окиси углерода. Это достигается применением сложных систем очистки, благодаря чему сейчас бензиновый двигатель соответствует тем же экологическим нормам, что и дизель. Мотор такого типа ранее значительно уступал бензиновому в данном отношении.

Применение

Как понятно из того, что такое дизель и каковы его характеристики, такие моторы наиболее подходят для тех случаев, когда необходима высокая тяга на низких оборотах. Поэтому ими оснащают почти все автобусы, грузовики и строительную технику. Что касается частных транспортных средств, среди них такие параметры наиболее важны для внедорожников. Благодаря высокой экономичности данными моторами оснащают и городские модели. К тому же они удобнее в управлении в таких условиях. Тест-драйвы дизелей свидетельствуют об этом.

fb.ru

Как работает дизельный двигатель? Принцип работы дизельного двигателя :: SYL.ru

За последние десять лет дизельные технологии стремительно развивались. Большая часть современных автомобилей, которые производятся в Европе, выпускаются именно с дизельными двигателями. Конечно, принцип работы данного устройства не изменился. Однако работает современный дизельный мотор намного тише. Он стал экологически чище. В далеком прошлом остались сильное тарахтение, густой черный дым и неприятный запах при работе прибора. Итак, каков принцип работы дизельного двигателя?

Как работает дизельный двигатель?

Заключается принцип действия дизельного двигателя в следующим: в цилиндр

всасывается чистый воздух при движении поршня вниз. А при перемещении клапана вверх он нагревается. Стоит отметить, что температура при работе дизельного двигателя может быть от 700 до 900°. Это достигается при сильном сжатии. Когда поршень перемещается в мертвую верхнюю точку, происходит впрыскивание дизельного топлива в камеру сгорания под достаточно высоким давлением. При соприкосновении с горячим воздухом происходит воспламенение горючего. В результате этого давление в цилиндре возрастает, так как самовоспламенившееся топливо расширяется. Именно это и вызывает сильный шум при работе агрегата.

Преимущества и недостатки

Такой принцип работы дизельного двигателя позволяет использовать бедную смесь. Топливо для таких устройств относительно недорогое. Это делает дизельные моторы неприхотливыми и экономичными. Стоит отметить, что в отличие от бензиновых такие агрегаты обладают большим крутящим моментом, а КПД выше на 10%. К минусам

дизельного двигателя стоит отнести повышенный уровень шума, вибрацию, малую мощность на одну единицу объема, сложность холодного пуска. Более современные модели практически лишены таких недостатков.

Устройство и особенности некоторых узлов

Учитывая принцип работы дизельного двигателя, детали к таким агрегатам значительно усиливаются, так как они должны выдерживать высокие нагрузки. Среди основных частей агрегата стоит выделить поршень. Форма его днища зависит от типа камеры сгорания, которая может быть встроена в дно клапана. В поршне для дизельного двигателя днище обычно выступает за верхнюю часть блока цилиндра. Привычной системы зажигания в агрегатах такого типа нет. Хотя в них тоже применяются свечи.

Турбина

Мощность, которую способен развить мотор, зависит от количества топлива и воздуха, которые в него поступают. Чтобы повысить возможности агрегата, необходимо увеличить содержание перечисленных компонентов. Для поступления в камеру сгорания большего количества топлива, следует поднять уровень воздуха, который

попадает в цилиндр. Для этого применяется дополнительное оборудование. Принцип работы турбины дизельного двигателя достаточно прост. Деталь позволяет нагнетать больше воздуха. Благодаря этому увеличиваются объемы сжигаемого топлива, что значительно повышает количество выделяемой энергии.

Камеры сгорания

В дизельных двигателях могут использоваться камеры сгорания нескольких типов: разделенные и неразделенные. Первый тип применялся в легковом машиностроении, но с недавних пор его заменили на более простой. Ведь при использовании разделенных отсеков топливо впрыскивалось в ту камеру сгорания, которая располагалась в головке цилиндра, а не в полость поршня. Выполнялись подобные детали также по-разному и зависело это от процессов образования смеси: вихрекамерные либо предкамерные.

В последнем случае топливо впрыскивается в предварительный отсек, который

сообщается маленькими клапанами или же отверстиями с цилиндром. При этом горючее смешивается с воздухом, ударяясь о стенки. Самовоспламенившись топливо попадает в основную камеру, где уже полностью сгорает. Что касается вихрекамернного процесса сгорания, то он, как и в первом случае, начинается в отдельном отсеке, который представляет собой полую сферу. Через соединительные каналы воздух попадает во время такта сжатия в камеру. Закручивается в ней и образует вихрь. В результате этого горючая смесь, впрыснутая в отсек, хорошо перемешивается с воздухом. Такое строение камер сгорания имеет несколько недостатков. Во-первых, затрачивается больше топлива, так как происходят большие потери из-за объема отсеков. Во-вторых, значительные потери при перетекании в дополнительную камеру из цилиндра воздуха, а также на обратный процесс: перемещение горючего в цилиндр. Стоит отметить, что подобный принцип работы дизельного двигателя применяется редко, так как происходит ухудшение пусковых характеристик агрегата.

Неразделенные камеры сгорания

В двигателе с непосредственным впрыском отсек сгорания имеет определенную форму и является полостью. Встраивается такая камера сгорания непосредственно в днище

поршня. При этом топливо впрыскивается сразу в цилиндр. Несмотря на простоту конструкции, имеются у такой системы и недостатки. Дизельные моторы такого плана практически невозможно использовать, если автомобиль обладает малым литражом. При наборе скорости в таком транспортном средстве наблюдается повышение уровня шума, а также увеличивается вибрация.

Новые разработки

Сегодня чаще используются электронные системы, которые контролируют количество поступившего в камеру сгорания топлива. Это позволило уменьшить уровень шума, а также вибрацию агрегата во время работы. Сегодня же разрабатываются совершенно новые дизельные двигатели, в конструкциях которых применяется непосредственный впрыск горючей смеси.

www.syl.ru

Дизельный двигатель — это… Что такое Дизельный двигатель?

Ди́зельный дви́гатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.^[1]

Спектр топлива для дизелей весьма широк, сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения — рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизель может с определённым успехом работать и на сырой нефти.

Компрессионные карбюраторные двигатели не относят к дизельным двигателям, так как в «дизелях» происходит сжатие чистого воздуха, а не топливо-воздушной смеси. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия.^[2][3].

История

В 1824 году Сади Карно формулирует идею цикла Карно, утверждая, что в максимально экономичной тепловой машине нагревать рабочее тело до температуры горения топлива необходимо «изменением объема», то есть быстрым сжатием. В 1890 году Рудольф Дизель предложил свой способ практической реализации этого принципа. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1892 года (в США в 1895 году^[2]), в 1893 году выпустил брошюру. Ещё несколько вариантов конструкции были им запатентованы позднее.^[3] После нескольких неудач первый практически применимый образец, названый Дизель-мотором, был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан. Дизель активно занялся продажей лицензий на новый двигатель. Несмотря на высокий КПД и удобство эксплуатации по сравнению с паровой машиной практическое применение такого двигателя было ограниченным: он уступал паровым машинам того времени по размерам и весу.

Первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или лёгких нефтепродуктах. Интересно, что первоначально в качестве идеального топлива он предлагал каменноугольную пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндры.

Инженер Экройд Стюарт (англ.)русск. ранее высказывал похожие идеи и в 1886 году построил действующий двигатель (см. полудизель). Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя ёмкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла снаружи. Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, то есть он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность.

Независимо от Дизеля в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», то есть дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором». При сопоставлении Дизель-мотора и Тринклер-мотора русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, оказалась гораздо более удачной в плане практического использования. Именно Тринклер-мотор был первым двигателем с воспламенением от сжатия, работавшим на сырой нефти. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным увеличение скорости вращения. Российская конструкция оказалась проще, надёжнее и перспективнее немецкой.^[4] Однако под давлением Нобелей и других обладателей лицензий Дизеля работы над двигателем в 1902 году были прекращены.

В 1898 г. Эммануэль Нобель приобрёл лицензию на двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля. С 1899 г. Механический завод «Людвиг Нобель» в Петербурге развернул массовое производство дизелей. В Петербурге Тринклер приспособил двигатель для работы на сырой нефти вместо керосина. В 1900 г на Всемирной выставке в Париже двигатель Дизеля получил Гран-при, чему способствовало известие, что завод Нобеля в Петербурге наладил выпуск двигателей, работавших на сырой нефти. Этот двигатель получил в Европе название «русский дизель».^[5] Выдающийся русский инженер Аршаулов впервые построил и внедрил топливный насос высокого давления оригинальной конструкции — с приводом от сжимаемого в цилиндре воздуха, работавший с бескомпрессорной форсункой (В. Т. Цветков, «Двигатели внутреннего сгорания», МАШГИЗ, 1954 г.).

В настоящее время для обозначения ДВС с воспламенением от сжатия используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», так как теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей этого типа. В дальнейшем около 20—30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива с воздушными компрессорами не позволяли применять дизели в высокооборотных агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Он же создал удачную модификацию бескомпрессорной форсунки. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться всё большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу карбюраторных двигателей (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях: с 50-х — 60-х годов XX века дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.

В дальнейшие годы происходит рост популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилей, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время имеют модели с дизельным двигателем.

Дизельные двигатели применяются также на железной дороге. Локомотивы, использующие дизельный двигатель — тепловозы — являются основным видом локомотивов на неэлектрифицированных участках, дополняя электровозы за счёт автономности. Тепловозы перевозят до 40 % грузов и пассажиров в России, они выполняют 98 % маневровой работы^{[источник не указан 995 дней]}. Существуют также одиночные автомотрисы, дрезины и мотовозы, которые повсеместно используются на электрифицированных и неэлектрифицированных участках для обслуживания и ремонта пути и объектов инфраструктуры. Иногда автомотрисы и небольшие дизель-поезда называют рельсовыми автобусами.

Принцип работы

Четырёхтактный цикл

Работа четырёхтактного дизельного двигателя.

• 1-й такт. Впуск. Соответствует 0° — 180° поворота коленвала. Через открытый ~от 345—355° впускной клапан воздух поступает в цилиндр, на 190—210° клапан закрывается. По крайней мере до 10-15° поворота коленвала одновременно открыт выхлопной клапан, время совместного открытия клапанов называется перекрытием клапанов.
• 2-й такт. Сжатие. Соответствует 180° — 360° поворота коленвала. Поршень, двигаясь к ВМТ (верхней мёртвой точке), сжимает воздух в 16(в тихоходных)-25(в быстроходных) раз.
• 3-й такт. Рабочий ход, расширение. Соответствует 360° — 540° поворота коленвала. При распылении топлива в горячий воздух происходит инициация сгорания топлива, то есть частичное его испарение, образование свободных радикалов в поверхностных слоях капель и в парáх, наконец, оно вспыхивает и сгорает по мере поступления из форсунки, продукты горения, расширяясь, двигают поршень вниз. Впрыск и, соответственно, воспламенение топлива происходит чуть раньше момента достижения поршнем мёртвой точки вследствие некоторой инертности процесса горения. Отличие от опережения зажигания в бензиновых двигателях в том, что задержка необходима только из-за наличия времени инициации, которое в каждом конкретном дизеле — величина постоянная и изменению в процессе работы не подлежит. Сгорание топлива в дизеле происходит, таким образом, длительно, столько времени, сколько длится подача порции топлива из форсунки. Вследствие этого рабочий процесс протекает при относительно постоянном давлении газов, из-за чего двигатель развивает большой крутящий момент. Из этого следуют два важнейшие вывода.
  • 1. Процесс горения в дизеле длится ровно столько времени, сколько требуется для впрыска данной порции топлива, но не дольше времени рабочего хода.
  • 2. Соотношение топливо/воздух в цилиндре дизеля может существенно отличаться от стехиометрического, причем очень важно обеспечить избыток воздуха, так как пламя факела занимает небольшую часть объема камеры сгорания и атмосфера в камере должна до последнего обеспечить нужное содержание кислорода. Если этого не происходит, возникает массивный выброс несгоревших углеводородов с сажей — «тепловоз „даёт“ медведя».).
• 4-й такт. Выпуск. Соответствует 540° — 720° поворота коленвала. Поршень идёт вверх, через открытый на 520—530° выхлопной клапан поршень выталкивает отработавшие газы из цилиндра.

Далее цикл повторяется.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

• Дизель с неразделённой камерой: камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум («жесткая работа»), особенно на холостом ходу. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка. Например, в системе Common Rail для снижения жёсткости работы используется (зачастую многостадийный) предвпрыск.
• Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой либо предкамерой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в оную камеру, интенсивно завихрялся. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива с воздухом и более полному сгоранию топлива. Такая схема долго считалась оптимальной для легких дизелей и широко использовалась на легковых автомобилях. Однако, вследствие худшей экономичности, последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких дизелей двигателями с нераздельной камерой и с системами подачи топлива Common Rail.

Двухтактный цикл

Принцип работы двухтактного дизельного двигателя Продувка двухтактного дизельного двигателя: внизу — продувочные окна, выпускной клапан верху открыт

Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, в дизеле возможно использование двухтактного цикла.

При рабочем ходе поршень идёт вниз, открывая выпускные окна в стенке цилиндра, через них выходят выхлопные газы, одновременно или несколько позднее открываются и впускные окна, цилиндр продувается свежим воздухом из воздуходувки — осуществляется продувка, совмещающая такты впуска и выпуска. Когда поршень поднимается, все окна закрываются. С момента закрытия впускных окон начинается сжатие. Чуть не достигая ВМТ, из форсунки распыляется и загорается топливо. Происходит расширение — поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т. д.

Продувка является врожденным слабым звеном двухтактного цикла. Время продувки, в сравнением с другими тактами, невелико и увеличить его невозможно, иначе будет падать эффективность рабочего хода за счет его укорочения. В четырёхтактном цикле на те же процессы отводится половина цикла. Полностью разделить выхлоп и свежий воздушный заряд тоже невозможно, поэтому часть воздуха теряется, выходя прямо в выхлопную трубу. Если же смену тактов обеспечивает один и тот же поршень, возникает проблема, связанная с симметрией открывания и закрывания окон. Для лучшего газообмена выгоднее иметь опережение открытия и закрытия выхлопных окон. Тогда выхлоп, начинаясь ранее, обеспечит снижение давления остаточных газов в цилиндре к началу продувки. При закрытых ранее выхлопных окнах и открытых — еще — впускных осуществляется дозарядка цилиндра воздухом, и, если воздуходувка обеспечивает избыточное давление, становится возможным осуществление наддува.

Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой или оконной. Если отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха, продувка называется клапанно-щелевой. Существуют двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня; каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными (система Фербенкс-Морзе — Юнкерса — Корейво: дизели этой системы семейства Д100 использовались на тепловозах ТЭ3, ТЭ10, танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80УД), 6ТД-2 (Т-84), в авиации — на бомбардировщиках Junkers (Jumo 204, Jumo 205).

В двухтактном двигателе рабочие ходы происходят вдвое чаще, чем в четырёхтактном, но из-за наличия продувки двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6—1,7 раз.

В настоящее время тихоходные двухтактные дизели весьма широко применяются на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. Ввиду удвоения количества рабочих ходов на одних и тех же оборотах двухтактный цикл оказывается выгодным при невозможности повысить частоту вращения, кроме того, двухтактный дизель технически проще реверсировать; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100 000 л.с.

В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно, двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.

Варианты конструкции

Крейцкопфный (слева) и тронковый (справа) двигатели. Номером 10 обозначен крейцкопф.

Для средних и тяжелых двухтактных дизельных двигателей характерно применение составных поршней, в которых используется стальная головка и дюралевая юбка. Основной целью данного усложнения конструкции является снижение общей массы поршня при сохранении максимально возможной жаростойкости донышка. Очень часто используются конструкции с масляным жидкостным охлаждением.

В отдельную группу выделяются четырехтактные двигатели, содержащие в конструкции крейцкопф. В крейцкопфных двигателях шатун присоединяется к крейцкопфу — ползуну, соединенному с поршнем штоком (скалкой). Крейцкопф работает по своей направляющей — крейцу, без воздействия повышенных температур, полностью ликвидируя воздействие боковых сил на поршень. Данная конструкция характерна для крупных длинноходных судовых двигателей, часто — двойного действия, ход поршня в них может достигать 3 метров; тронковые поршни таких размеров были бы перетяжеленными, тронки с такой площадью трения существенно снизили бы механический КПД дизеля.

Реверсивные двигатели

Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверс-редуктор. Электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе.

Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. Для этого нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно распределительные валы снабжаются двойным количеством кулачков; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, что даёт возможность передвинуть распредвалы в новое положение. Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала — здесь при изменении направления вращения коленчатого вала сохраняется направление вращения распределительного вала. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, когда газораспределение осуществляется поршнем, не нуждаются в специальных реверсивных устройствах (однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива).

Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с жёстким соединением вала двигателя с колёсами.

Преимущества и недостатки

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения.

Современные дизельные двигатели обычно имеют коэффициент полезного действия до 40-45 %, некоторые малооборотные крупные дизели — свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, достигая эффективности 54,4 %).^[6] Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жестких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.

Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — топливо не успевает догореть в цилиндрах, для возгорания требуется время инициации. Высокая механическая напряженость дизеля вынуждает использовать более массивные и более дорогие детали, что утяжеляет двигатель. Это снижает удельную мощность двигателя, что послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Junkers, а также советский тяжёлый бомбардировщик Пе-8 и Ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями АЧ-30 и АЧ-40 конструкции А. Д. Чаромского и Т. М. Мелькумова). На максимальных эксплуатационных режимах топливо в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи.

Сгорание впрыскиваемого в цилиндр дизеля топлива происходит по мере впрыска. Потому дизель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине и ввиду более высокой экономичности в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями^{[источник не указан 196 дней]}. Например, в России в 2007 году почти все грузовики и автобусы были оснащены дизельными двигателями (окончательный переход этого сегмента автотранспорта с бензиновых двигателей на дизели планировалось завершить к 2009 году)^[7]. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя, а более высокий теоретический КПД (см. Цикл Карно) даёт более высокую топливную эффективность.

По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (NO_х) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Больше всего загрязняют атмосферу в России дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и так же способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта^{[источник не указан 400 дней]}, в частности, у танков Т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса^{[источник не указан 400 дней]}. С другой стороны, дизельный двигатель в танкостроении уступает карбюраторному в плане удельной мощности, а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата (хотя это характерно для слишком уж лёгких боевых единиц).

Конечно, существуют и недостатки, среди которых — характерный стук дизельного двигателя при его работе. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.

Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартёра большой мощности, помутнение и застывание (запарафинивание) летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность и более высокая цена в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются прецизиоными устройствами. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным и высоким крутящим моментом в своём рабочем объёме. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов, работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO₂) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common rail. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электронно-управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный — и экологически такой же чистый, как и бензиновый — дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров (сложности) и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар (приблизительно эквивалентно «атмосфер»), то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра» (DPF — фильтр твёрдых частиц). «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим «очистки сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы — и «интеркулера» — устройства, охлаждающего воздух после сжатия турбонагнетателем — чтобы после охлаждения получить большую массу воздуха (кислорода) в камере сгорания при прежней пропускной способности коллекторов, а Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.

В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия, имеющим место у дизеля, в частности, хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, но твёрдость стенок блока цилиндров выше. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и почти всегда рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше (для автомобильного дизеля) верхней плоскости блока цилиндров. В некоторых случаях — в устаревших дизелях — головки поршней содержат в себе камеру сгорания («прямой впрыск»).

Сферы применения

Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы, дизель-поезда, автодрезины) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д.), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.

Мифы о дизельных двигателях

Цех судовых дизелей завода «Даймлер-Бенц» в Штутгарте Дизельный двигатель с турбонаддувом

• Дизельный двигатель слишком медленный.

Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом. Об этом говорит дизельный прототип Audi R10, выигравший 24-х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.

• Дизельный двигатель слишком громко работает.

Громкая работа двигателя свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле некоторые старые дизели с непосредственным впрыском действительно отличаются весьма жёсткой работой. С появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счёт разделения одного импульса впрыска на несколько (типично — от 2-х до 5-ти импульсов).

• Дизельный двигатель гораздо экономичнее.

Основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше^[8]. Срок службы дизельного двигателя больше бензинового и может достигать 400—600 тысяч километров. Запчасти для дизельных двигателей несколько дороже, стоимость ремонта так же выше, особенно топливной аппаратуры. По вышеперечисленным причинам, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя несколько меньше, чем у бензинового. Экономия по сравнению с бензиновыми моторами возрастает пропорционально мощности, чем определяется популярность использования дизельных двигателей в коммерческом транспорте и большегрузной технике.

• Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешёвого газа.

С первых моментов построения дизелей строилось и строится огромное количество их, рассчитанных для работы на газе разного состава. Способов перевода дизелей на газ, в основном, два. Первый способ заключается в том, что в цилиндры подаётся обеднённая газо-воздушная смесь, сжимается и поджигается небольшой запальной струёй дизельного топлива. Двигатель, работающий таким способом, называется газодизельным. Второй способ заключается в конвертации дизеля со снижением степени сжатия, установкой системы зажигания и, фактически, с построением вместо дизеля газового двигателя на его основе.

Рекордсмены

Самый большой/мощный дизельный двигатель

Судовой, 14 цилиндровый — Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, созданный финской компанией Wärtsilä в 2002 году, для установки на крупные морские контейнеровозы и танкеры, является самым большим дизелем в мире^[9].

Конфигурация — 14 цилиндров в ряд

Рабочий объём — 25 480 литров

Диаметр цилиндра — 960 мм

Ход поршня — 2500 мм

Среднее эффективное давление — 1,96 МПа (19,2 кгс/см²)

Мощность — 108 920 л.с. при 102 об/мин. (отдача с литра 4,3 л.с.)

Крутящий момент — 7 571 221 Н·м

Расход топлива — 13 724 литров в час

Сухая масса — 2300 тонн

Габариты — длина 27 метров, высота 13 метров

Самый большой дизельный двигатель для грузового автомобиля^{[источник не указан 1275 дней]}

MTU 20V400 предназначен, для установки на карьерный самосвал БелАЗ-7561.

Мощность — 3807 л.с. при 1800 об/мин. (Удельный расход топлива при номинальной мощности 198 г/кВт*ч)

Крутящий момент — 15728 Н·м

Самый большой/мощный серийный дизельный двигатель для серийного легкового автомобиля^{[источник не указан 1275 дней]}

Audi 6.0 V12 TDI с 2008 года устанавливается на автомобиль Audi Q7.

Конфигурация — 12 цилиндров V-образно, угол развала 60 градусов.

Рабочий объём — 5934 см³

Диаметр цилиндра — 83 мм

Ход поршня — 91,4 мм

Степень сжатия — 16

Мощность — 500 л.с. при 3750 об/мин. (отдача с литра — 84,3 л.с.)

Крутящий момент — 1000 Нм в диапазоне 1750-3250 об/мин.

См. также

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

устройство, процесс и характеристика работы

1848 Просмотров

Дизельная технология сильно продвинулась вперед. Особенно это стало заметно в последнее десятилетие. Практически половина европейских авто на сегодня – это дизельные модели. Хотя принцип работы дизельного двигателя не изменился, но изменилось устройство. Теперь процесс проходит тише, а выхлопные газы стали более экологическими. Теперь из трубы не вырывается черный неприятный дым, который обогащает нашу планету вредными веществами.

Становление дизеля

Современные дизельные моторы отличаются своей мощностью. Их процесс работы прост, не требует много затрат, так как цикл проходит экономичней. Ведь в камеру внутреннего сгорания попадает сравнительно дешевое топливо в достаточно малых количествах по сравнению с бензиновым собратом. Характеристика дизельных моторов существенно отличается от бензиновых.

Главная отличительная характеристика дизельного двигателя – это процесс приготовления топлива для работы, а также его воспламенение. Обычно смесь готовится вне цилиндров, тогда как дизелю свойственно ее готовить именно в цилиндре. Также воспламенение смеси для бензинового возможно благодаря искре свечи, а в дизельном благодаря высокой температуре и большому давлению. Отсюда и сильный шум, который раньше так был свойственен двигателю.

Хотя сам процесс работы отличается мало. Рассмотрим этот четырехтактный цикл, свойственный для дизельного силового агрегата.

Цикл – впуск

На первом такте поршню нужно переместиться с верхней мертвой точки в нижнюю. В это время клапан для впуска открыт, а для выпуска закрыт. Так как в цилиндре разряженная атмосфера, то в него попадает воздух.

Цикл – сжатие

Теперь закрываются оба клапана. Поршень поднимается, воздух сжимается. Давление растет и достигает пяти МегаПаскалей. Растет и температура, так как воздух сжимается, она достигает семисот градусов по Цельсию.

Цикл – расширение

Достигнув верхней точки, когда давление в цилиндре на максимуме, впрыскивается доза горючего, которая распыляется форсункой. Так как температура высокая, то отдельные капельки, смешавшись с горячим воздухом, воспламеняются. В итоге температуру становится еще выше, достигая 1800 градусов по Цельсию. Давление тоже растет, достигая одиннадцати МегаПаскалей. Поршень опускается, совершается полезная работа. В итоге температура опускается до семисот градусов, давление падает до половины МегаПаскаль.

Цикл – выпуск

Открывается выпускной клапан. Поршень совершает движение, под которым выталкивается отработанный газ. Температура уже равна пятистам градусам, а давление одной десятой МегаПаскаль.

Так повторяются циклы и дальше.

Благодаря тому, какой процесс проходит в двигателе внутреннего сгорания, можно использовать дешевое горючее, что способствует более выгодному обслуживанию мотора. А это говорит об экономичности дизеля. К тому же и коэффициент полезного действия на десять процентов выше, чем бензинового. Да и процесс создания крутящего момента выше, так как он достигается с лучшими усилиями.

Можно отметить в процессе работы устройства несколько недостатков. Это, во-первых, более шумная работа, во-вторых, большее вибрирование, в-третьих, проблема в холодном цикле, что приводит к меньшей мощности. Но, учитывая, что процесс работы дизеля каждого нового авто все более совершенен, то и данные недостатки стали незаметны.

Строительство дизеля

Так как сжимается устройство дизеля сильнее раза в два, то сами детали выполняются более мощными, так как иначе подобный цикл они бы не выдержали. Например, речь идет о камере сгорания. Также отметим создание поршня. Он имеет структуру низа такой, какой предполагает камера сгорания. И чаще всего камера сгорания находится в самом поршне.

Также в дизельном устройстве поршень выступает выше блока цилиндров, что отличает его от бензинового мотора. Ведь воспламеняется горючее необычно, без искры, хотя свечи есть.

Немного поговорим о свече накаливания. Она устроена так, что имеет спираль, которая нагревает воздух в камере сгорания, это нужно особенно тогда, когда идет цикл впрыска холодной порции воздуха. Показатели дизеля состоят в том, что они связаны с тем, как впрыскивается воздух, и как он, накалившись, способствует взрыву смеси.

Работа внутри камеры

Цикл работы внутри камеры сгорания, как мы уже увидели, очень прост. Но типы камер сгорания могут быть разными. Выделяют две основные. Это неразделенные камеры сгорания и разделенные камеры сгорания. Во втором случае горючее впрыскивается прямо в головку цилиндра.

Выделяют раздельные камеры нескольких типов. Речь идет о форкамере и вихрекамере. В них смесь горит и образуется разными путями. Для первого варианта горючее отправляется в предварительное место, которое связано с отверстием в цилиндре, оно, соприкасаясь со стенками, образует смесь с воздухом. Она, в свою очередь, взорвавшись, отправляется по каналам в ту камеру, где происходит ее догорание. При этом каналы устроены так, что образуется разница в давлении между камерой и цилиндром.

Во втором случае, все происходит тоже отдельно, в полом месте. Когда идет такт, то воздух сжимается, попадая в камеру, там он закручивается, образуя вихревые силы. Именно это, а не удары о стенки, приводит к перемешиванию горючего и воздуха.

Можно заметить, что в разделенных камерах проходит двухэтапное перемешивание смеси и ее возгорание. Поэтому двигатель работает мягче. Но топлива при этом расходуется больше, так как поверхность камеры достаточно большая. Из-за этоого пусковые способности мотора ухудшаются.

Теперь перейдем к разговору о неразделенной камере, которая дала название дизелю – непосредственный впрыск. Она выглядит, как нечто полое, находясь в днище поршня. Топливо впрыскивается прямо в цилиндр, что уменьшает в разы расход горючего. Такой принцип работы можно наблюдать на грузовиках.

Что можно сказать о дизеле

Мы увидели существенную разницу между дизельным и бензиновым двигателем. Первый работает от возгорания горючей смеси за счет высокой температуры, а другой за счет искры. Также был рассмотрен принцип работы, такты, которых четыре, но это уже мало чем отличается от бензинового двигателя. Увидели, какими бывают камеры, их разницу.

portalmashin.ru

Принцип работы дизельного двигателя доступно и понятно

Принцип работы дизельного двигателя проще понять, изучив устройство и работу поршневого двигателя внутреннего сгорания. В этой статье будут рассмотрены не только технические аспекты работы дизеля, но и особенности, на которые стоит обратить внимание при эксплуатации моторов данного типа.

Принцип работы дизельного двигателя

Дизельные двигатели уже довольно давно распространены в отрасли грузоперевозок. Они обладают большим крутящим моментом при сходных габаритах с бензиновыми движками и надежностью при повышенных нагрузках. Но постепенно дизельные моторы еще больше уменьшились в размерах и перекочевали на пикапы и малолитражные автомобили, сохранив все свои преимущества.

Иногда кажется, что на заправке мало кто заправляет легковой автомобиль дизельным топливом. И заправочное место обычно пустует, пока не подъедет очередной грузовик. И необычно наблюдать, когда с другой стороны дизельной колонки незаметно останавливается маленький компактный автомобиль, полная противоположность мощной машине.

Разновидности дизельного топлива

Дизельное топливо – понятие обобщенное. Обычно его относят к типу топлива, которое воспламеняется при сжатии, а не от искры. Это топливо получают из сырой нефти, как и бензин, но способом частичной очистки. Поэтому дизельное топливо больше нефть, чем бензин.

Есть и альтернативные источники для дизельного топлива. Растительное масло, из которого делают так называемый биодизель.

Как работает дизельный двигатель?

Этот тип двигателя существенно отличается от бензинового. Конечно, в обоих случаях происходит небольшой взрыв внутри цилиндра, куда подается топливо. Он же толкает поршень вниз. Однако достигается это совершенно различными способами.

В то время как смесь топлива с воздухом в бензиновом двигателе воспламеняется за счет искры от свечи зажигания, дизельное топливо не поджигают вообще. Дизели не оборудованы свечами зажигания, но вместо этого смесь загорается от сильного сжатия. В бензиновом двигателе степень сжатия колеблется от 8:1 до 10:1, т.е. объем топливовоздушной смеси в цилиндре сжимается до одной восьмой или десятой части от своего первоначального объема. В дизельном двигателе степень сжатия увеличивается почти в 2 раза. Смесь дизельного топлива с воздухом сжимается где-то от 14:1 до 22:1.

Принцип работы системы питания дизельного двигателя

Почему момент сжатия так важен? Потому что возгорание топлива происходит из-за избыточного давления на смесь. Дизельное топливо не горит при воздействии на него пламени или искры, но вырабатывает большое количество энергии, когда воспламеняется от сжатия.

Система подачи топлива в дизельных двигателях

Благодаря своей консистенции и плотности дизельное топливо более затруднительно распылять в цилиндр, чем бензин. К тому же дизель впрыскивается в самой верхней точке при максимальном сжатии. Это означает, что в системе впрыска должно быть невероятное давление, чтобы эффективно подать смесь в цилиндр. Поэтому в конструкции такого двигателя обычно присутствует два насоса. Один качает топливо из бака в моторный отсек, а второй высокого давления подает его к форсункам.

Преимущества и недостатки дизельного двигателя

Использование новых систем впрыска топлива и сажевых фильтров означает, что дизельные двигатели работают тише и чище, чем прежде. Специфический запах при сгорании топлива, и громкая работа движка сведены к минимуму, а экономичное использование топлива повышает популярность таких двигателей.

У владельцев автомобилей с дизельным двигателем встречается общий набор проблем. При работе в холодном климате, дизельное топливо, как правило, превращается в гель и затрудняет запуск и работу двигателя. Эту ситуацию легко предотвратить или исправить, добавив антигель для дизельного топлива liqui moly. Но необходимость дополнительных затрат времени и денег на присадки по-прежнему раздражает автолюбителей.

Вода не очень хорошо воспламеняется. Когда дизельное топливо содержит водяной пар, это может существенно повлиять на его работу. Дизельные двигатели оснащены фильтром, так называемым фильтром сепаратором для дизельного топлива, который нуждается в регулярном обслуживании, чем обычно пренебрегают.

Дизельные двигатели могут быть весьма дорогостоящими в ремонте, потому что их диагностика трудоемка. Наглядный пример распространенной проблемы многих производителей прокладка головки блока цилиндров. Она подвержена преждевременному износу, потому что находится в самой высокой точке, где компрессия максимальная.

В целом дизельный двигатель надежен, если проводить его регулярное техническое обслуживание. Однако делать его должен квалифицированный специалист, т.к. в ином случае велика вероятность повторного дорогостоящего ремонта.

blog-mycar.ru