Как работает дизельный двигатель
При проектировании нового двигателя немецкий инженер Рудольф Дизель ставил перед собой задачу создания экономичного, удобного и простого двигателя, способного вытеснить паровую машину с её опасным и громоздким паровым котлом и низким КПД. Он разработал первые образцы новой установки, работающие на керосине, а успех ей был обеспечен русскими (советскими) инженерами, заствившими немецкую технику работать на сырой нефти.
Патент на новый вид двигателя был получен изобретателем в 1892 году. Пять лет ему понадобилось, чтобы найти инвесторов и изготовить первый дизельмотор мощностью в 20 лошадиных сил. Его КПД был равен 34 процента, что в несколько раз выше, чем у использовавшихся тогда паровых машин.
Мотор Дизеля не нуждается ни в котле, ни в газогенераторе, ни в карбюраторе, поскольку топливо вводится непосредственно в цилиндры. Теоретически дизельмотор проектировался для работы на любом жидком топливе, в том числе и на сырой нефти, которой в конце 19 века отапливались паровые котлы. Кроме того, дизельмотор не требует наличия системы зажигания. Работает двигатель по новому циклу, получившему название цикла Дизеля. При первом такте он засасывает чистый воздух, при втором такте обратным ходом поршня воздух подвергется сжатию с такой силой, что нагревался до температуры около 750 градусов, и вводимое в цилиндр при третьем такте топливо самовозгарается в раскалённом воздухе и расширяющиеся газы двигают поршень. В четвёртом такте продукты сгорания выдавливаются из двигателя. Чтобы топливо сгорало, а не взрывалось, впрыск его осуществляется постепенно. Кроме клапанов, автоматически открывавшихся для впуска топлива и воздуха и для выхлопа, двигатель приводит в действие ещё компрессор, нагнетающий в отдельный резервуар воздух. Этот сжатый воздух употребляется для впрыскивания в цилиндр топлива, и для запуска двигателя в ход.
В первом образце в качестве горючего употреблялся керосин. Самому Дизелю и заводам, начавшим строить новые двигатели для производственных целей, не удалось заставить двигатель работать на нефти. Это было сделано в России, что и обеспечило новому двигателю победное шествие на рынок.
Первоначально дизельные двигатели устанавливались на грузовые автомобили, суда и военную технику, то есть туда, где надежность и экономичность важнее чем размеры, вес и комфорт. Первый серийный автомобиль, в котором был установлен дизель был выпущен только 1935 году. Это был Mercedes-Benz 260 (W170). Такие особенности дизеля, как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, и особенно на низких частотах вращения, а также доступное топливо, делают его предпочтительным вариантом для внедорожника, предназначенного для работы в тяжелых условиях.
Современные дизели последних поколений уже весма близки к бензиновым двигателям по шумности и удельным характеристикам, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.
В дизельном двигателе существенно усилены клапана, поскольку степень сжатия в цилиндрах у него примерно вдвое выше чем у бензинового). В результате дизельный двигатель при равном объеме камеры сгорания имеет больший вес и габариты.
К специфическим недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и старта холодного двигателя. Впрочем, в современных конструкциях эти проблемы уже не являются такими очевидными.
Основное различие дизелей заключается в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания - их называю дизелями с непосредственным впрыском - топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Камера сгорания находится непосредственно в поршне двигателя. Такой способ в основном используется на низкооборотных ДВС с большим рабочим объемом. Наиболее же распространы на легковых автомобилях двигатели с раздельной камерой сгорания. В них впрыск топлива осуществляется в дополнительную камеру. Чаще всего это вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров. От нее к цилиндру устроен специальный канал таким образом, что при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивается, что улучшает процессы самовоспламенения и образования смеси. Самовоспламенение начинается в вихревой камере и продолжается в основной камере сгорания. При такой конструкции снижается темп нарастания давления в цилиндрах, в результате чего шумность такого двигателя значительно ниже. Вихрекамерные двигатели в настоящее время составляют подавляющее большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили.
Важнейшей системой дизельного двигателя является система топливоподачи. Функция ее - подача строго дозированного объема топлива в точно подобранный момент времени под определенным давлением. Высокое давление топлива и повышенные требования к точности делают топливную систему дизеля сложной и дорогой. Основные элементы: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр. ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго заданной программе, в соответствии с режимом работы двигателя и действий водителя.
Современный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды водителя. Манипулируя педалью газа, водитель не изменяет непосредственно объем подаваемого топлива, а меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД двух типов. рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядные насосы в настоящее время применяются редко, хотя по своей конструкции являются наиболее надежными. Наиболее распространены ТНВД распределительного типа. В этих моделях система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам. Насосы распределительного типа получили широкое распространение на дизелях для легковых автомобилей. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов.
Форсунка вместе с ТНВД обеспечивает дозировку количества топлива, подаваемого 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 воспламенения и сгорания. Применяются форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем. Форсунка на двигателе работает в суровых условиях, поскольку распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из высокожаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.
Параметры топливного фильтра, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать типу двигателя. Одной из функций ТФ является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. В верхней части фильтра установливается насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы. На современных моделях двигателя устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая облегчить запуск двигателя, предотвращая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизельного топлива в зимних условиях.
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 800-900 градусов С, обеспечивая подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. Электропитание со свечи снимается автоматически через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предварительного подогрева гарантируют легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30 градусов.
http://howitworks.iknowit.ru
legkoe-delo.ru
Что собой представляют дизельные движки и как они работают?
Дизельным движкам удалось пройти долгий и удачный путь развития от неэффективных и загрязняющих экологию агрегатов начала двадцатого века, до супер экономичных и полностью беззвучных, которые сейчас инсталлируются на добрую половину всех выпускаемых автомобилей. Но, невзирая на такие удачные модификации, общий принцип их деяния, отличающий дизельные моторы от бензиновых, остался все этим же. Попытаемся разглядеть эту тему подробнее.
В чем основные отличия дизельных двигателей от бензиновых?
Уже видно из самого наименования, что дизельные движки работают не на бензине, а на дизельном горючем, которое также именуют соляркой, ДТ либо просто дизелем. Вникать во все подробности хим процессов перегонки нефти мы не будем, скажем только-только и бензин и дизель создают из нефти. Во время перегонки нефть делится на разные фракции:
Другими словами солярка делается из более томных фракций нефти, ее важным показателем является воспламеняемость, определяемая цетановым числом. Также ДТ характеризуется огромным содержанием серы, которое, но, стараются всеми силами уменьшать, чтоб горючее соответствовало экологическим эталонам.
Как и бензин, дизель делится на различные виды зависимо от температурных режимов:
Стоит также увидеть, что дизельное горючее создают не только лишь из нефти, да и из разных растительных масел пальмового, соевого, рапсового и др., смешанных с техническим спиртом метанолом.
Но, заливаемое горючее это не главное отличие. Если мы поглядим на бензиновый и дизельный движки в разрезе, то различия никакой зрительно не заметим те же поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик и так далее. Но разница есть и она очень значимая.
Двигатель внутреннего сгорания конвертирует хим энергию горючего в механическую. Дизельные двигател.
В этом русском кино 1973 года. Объесняется вся работа Дизельного двигателя. Рассказывается о всех деталях.
Принцип работы дизельного двигателя
В отличие от бензиновых, в дизеле совсем по другому принципу происходит зажигание воздушно-топливной смеси. Если в бензиновых как в карбюраторных, так и инжекторных движках сначала происходит приготовление смеси, а затем ее воспламенение с помощью искры от свечи зажигания, то в дизеле в камеру сгорания поршня нагнетается воздух, затем воздух сжимается, разогреваясь до температур 700 градусов, и вот в этот момент в камеру попадает топливо, которое тут же взрывается и толкает поршень вниз.
Дизельные двигатели четырехтактные. Рассмотрим каждый такт:
Конечно, все это происходит очень быстро несколько тысяч оборотов в минуту, требуется очень слаженная работа и подгонка всех узлов поршней, цилиндров, распределительного вала, шатунов коленвала, а самое главное датчиков которые в секунду должны передавать на CPU сотни импульсов для мгновенной обработки и вычисления необходимых объемов воздуха и солярки.
Дизельные двигатели выдают больший коэффициент полезного действия, именно поэтому их используют на грузовых авто, комбайнах, тракторах, военной технике и так далее. ДТ более дешевое, но нужно отметить, что сам двигатель обходится дороже в эксплуатации, потому что уровень компрессии здесь почти в два раза выше, чем в бензиновом, соответственно нужны поршни особой конструкции, а все используемые узлы, детали и материалы усиленные, то есть стоят дороже.
Также очень строгие требования предъявляются к системам подачи топлива и отвода отработанных газов. Ни один дизель не сможет работать без качественного и надежного ТНВД топливного насоса высокого давления. Он обеспечивает корректную подачу топлива на каждую форсунку. Кроме того на дизелях используются турбины с их помощью отработанные газы используются повторно, тем самым повышая мощность двигателя.
Есть у дизеля и некоторый ряд проблем:
Одним словом каждому свое, дизельные двигатели характеризуются большей мощностью, ассоциируются с мощными внедорожниками и грузовиками. Для простого же горожанина, который ездит на работу с работы и по выходным выезжает за город, хватит и маломощного бензинового движка.
Видео, на котором показан весь принцип работы дизельного двигателя внутреннего сгорания
sis26.ru
История дизеля начинается почти с изобретения бензинового двигателя. Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель в 1876 году, который использовал принцип четырёхтактного сгорания, также известный на западе как «цикл Отто«, и это основная предпосылка для большинства автомобильных двигателей сегодня. В своей ранней стадии, однако, бензиновый двигатель был крайне неэффективным в своей работе, поэтому в те времена ещё долгое время широко использовался паровой двигатель для транспортировки всего, что было нужно транспортировать. Главным недостатком в работе обоих двигателей было то, что они эффективно использовали только около 10 процентов топлива из всего поступающего топлива в эти типы двигателей. Остальная часть просто превращалась в бесполезное тепло, а бензин выходил с выхлопом не сгоревшим.
Дизельный двигатель Porsche Cayenne S 2013 модельного годаУже через 2 года — в 1878 году — Рудольф Дизель во время посещения политехнической средней школы в Германии (эквивалент инженерного университета в России) узнал о низкой эффективности работы бензиновых и паровых двигателей. Эта тревожная информация вдохновила его на создание двигателя, который мог бы работать с более высокой эффективностью, и он посвятил бóльшую часть своего времени на развитие такой технологии, которая бы позволила расходовать природные ресурсы нашей планеты гораздо эффективнее. И вот, наконец, только к 1892 году Дизель получил патент за то, что мы сегодня называем дизельным двигателем.
Рудольф Дизель и изобретённый им дизельный двигательНо если дизельные двигатели работают настолько эффективно, почему бы нам не использовать их чаще? Почему бы нам, в конце концов, не использовать только их? Вы можете увидеть слова «дизель», «солярка» и подумать о здоровенных грузовых автомобилях, извергающих из длинной выхлопной трубы чёрный, закопчённый дым при работе двигателями и создавая при этом довольно громкий гремящий шум. Этот негативный образ дизельных грузовиков сделал дизель менее привлекательным для обычных водителей в нашей стране, хотя дизель отлично подходит для перевозки крупных партий на большие расстояния, он практически никогда не был лучшим выбором для легковых автомобилей. Тем не менее, на сегодняшний день ситуация начинает меняться, и дизелем комплектуются даже заряженные версии легковых авто и изредка даже спортивные машины, так как современные технологии значительно улучшили дизельный двигатель, сделав его намного чище (экологичнее) и менее шумным.
А это дизельный двигатель большого теплохода мощностью около 10 000 лошадиных силОбъясняя, как работает дизельный двигатель, мы будем опираться на то, что Вы уже знаете, как работает бензиновый четырёхтактный двигатель. Поэтому, если Вы ещё не сделали этого, Вам, вероятно, будет лучше прочитать сначала соответствующую статью, чтобы получить ряд знаний и азов по основам двигателя внутреннего сгорания.
(Основная статья-сравнение бензинового и дизельного двигателей)
В теории дизельный и бензиновый двигатели очень похожи. Они оба являются двигателями внутреннего сгорания, предназначенными для преобразования химической энергии топлива в доступную для дальнейшего движения автомобиля механическую энергию. Эта механическая энергия получается за счёт движения поршней вверх и вниз внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны, а сам коленвал имеет форму зигзага — получается, что линейное движение поршней создаёт вращательное движение коленвала, необходимое, чтобы повернуть колёса автомобиля и привести его (авто) в движение.
При этом, и дизельный, и бензиновый двигатели превращают топливо в механическую энергию через серию небольших взрывов, которые выталкивают поршни, заставляя их двигаться. Основное различие между дизелем и бензиновым «движком» заключается в том, что провоцирует эти взрывы. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжимается поршнями и возгорается от искры, которая появляется от свечей зажигания. В дизельном двигателе, однако, сначала поршнем сжимается воздух, и только затем топливо впрыскивается. Так как воздух нагревается, когда он сжимается, топливо воспламеняется.
Анимация ниже показывает, как работает дизельный двигатель, в действии — также 4 цикла работы. Вы можете сравнить его с анимацией работы бензинового двигателя и увидеть различия.
Дизельный двигатель использует четырёхтактный цикл сгорания:
Вот все 4 цикла работы дизельного двигателя, но ещё проще:
Следует помнить, что дизельный двигатель, в отличие от бензинового, не имеет свеч зажигания, а также впускает в цилиндры сначала воздух, а затем солярку (в цилиндры бензинового двигателя топливо-воздушная смесь поступает уже готовой). Именно тепло сжатого воздуха зажигает топливо в дизельном двигателе.
Интересный момент: при своей работе топливо-воздушная смесь в дизельном двигателе сжимается гораздо сильнее, чем в бензиновом — если бензиновый двигатель сжимает топливо и воздух в соотношении от 8:1 до 12:1, то дизельный двигатель сжимает воздух в соотношении от 14:1 до более, чем 25:1.
Одна большая разница между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в процессе впрыска топлива. Большинство автомобильных двигателей используют инжектор для этого (или в редких уже на сегодняшний день случаях карбюратор). Инжектор впрыскивает топливо непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра). Карбюратор смешивает воздух и топливо задолго до того, как воздух поступает в цилиндр. В двигателе автомобиля, таким образом, все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается поршнем. Сжатие топливо-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя — если сжать слишком много воздуха, то смесь топлива и воздуха спонтанно воспламенится и испортит двигатель, так как такт воспламенения начнётся раньше того момента, когда поршень достигнет верхней точки.
Дизельные двигатели используют непосредственный впрыск топлива — дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр уже после того, как туда попадёт воздух. Инжектор или, как правильнее, топливные форсунки в дизельном двигателе является наиболее сложным компонентом и, нужно отметить, предметом большой доли экспериментов — в каждом конкретном двигателе инжектор может быть расположен в самых различных, а иногда и неожиданных местах. Инжектор должен быть способен выдерживать температуру и давление, которое создаётся внутри цилиндра, а ещё он должен смочь доставить топливо в виде мелкодисперсного тумана. Сделать так, чтобы этот туман, попадая в цилиндр, равномерно распределялся по нему, является большой проблемой, вот почему ряд дизельных двигателей используют специальные индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания или другие устройства, чтобы создать завихрение воздуха в камере сгорания или иначе улучшить процесс зажигания и горения.
Работа топливной форсункиНекоторые дизельные двигатели всё же содержат свечу. Когда дизельный двигатель холодный, процесс сжатия может не поднять до достаточно высокой температуры для воспламенения топлива сжатый воздух. Специальная свеча накаливания в дизеле по сути является проводом для электрического подогрева (представьте горячие проводки, которые Вы видели в тостере), который нагревает камеру сгорания и повышает, тем самым, температуру воздуха, когда двигатель холодный, так чтобы двигатель мог завестись.
Все функции в современном дизельном двигателе контролируются компьютером и продуманным набором датчиков, измеряющих практически всё: от оборотов коленчатого вала до системы охлаждения двигателя и температуры масла и даже положение двигателя относительно горизонта. Свечи накаливания используются редко сегодня на более мощных двигателях. Вместо них используются другие технологии, самая распространённая из которых — это более сильное сжатие воздуха (для большего нагрева) и более поздний впрыск топлива.
Тем не менее, в ряде дизельных двигателей не представляется возможным решить проблему запуска в холодную погоду указанным выше способом. Кроме того, есть двигатели, которые не имеют такие продвинутые технологии управления компьютером. Потому использование свечей накаливания для двух случаев выше решает проблему холодного запуска.
Любое нефтяное топливо берёт своё начало из сырой нефти, которая, естественно, добывается из земли. Далее сырая нефть перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах и может быть разделена на несколько разных видов топлива, в том числе бензин, реактивное топливо, керосин и, конечно же, дизельное топливо (солярку).
Если Вы хоть раз пытались сравнить дизельное топливо и бензин, то Вы знаете, что они сильно разные. Даже их запах сильно отличается. Дизельное топливо тяжелее и более жирное. Оно испаряется значительно медленнее, чем бензин, а температура его кипения на самом деле выше, чем температура кипения воды. Вы, вероятно, часто слышали, что дизельное топливо называют «соляркой» — это потому что оно такое жирное (есть такое вещество — соляровое масло, и его раньше часто сравнивали с дизельным топливом).
Дизельное топливо испаряется медленнее, потому что оно тяжелее. Оно содержит больше углеродоатомов в длинных цепочках, чем бензин (бензин, как правило, имеет химическую формулу C9h30 (но может иметь и другую в зависимости от марки, октанового числа и т.п.), в то время как дизельное топливо, как правило, характеризуется формулой C14h40). Требуется меньшее время и количество этапов переработки для создания дизельного топлива, и поэтому оно как бы должно быть дешевле, чем бензин. Но в последние годы, однако, спрос на дизель поднялся по нескольким разным причинам, в том числе из-за повышенной индустриализации и строительства в нашей стране, и потому на сегодняшний день дизельное топливо стоит дороже бензина.
Дизельное топливо имеет более высокую так называемую плотность энергии, чем бензин. В среднем, 1 галлон (3,8 л) дизельного топлива содержит около 155×106 джоулей энергии, в то время как 1 галлон бензина содержит 132×106 джоулей. Это, в сочетании с повышенной эффективностью дизельных двигателей за счёт большей степени сжатия, объясняет, почему дизельные двигатели расходуют намного меньше топлива, нежели эквивалентные им бензиновые двигатели.
Дизельное топливо используется для питания широкого спектра транспортных средств и другой техники. Сюда, прежде всего, нужно включить, конечно же, дизельные грузовики, которые Вы видите крейсерящими по шоссе, но также дизель помогает двигаться лодкам, школьным автобусам, поездам, кранам, сельскохозяйственному оборудованию и тракторам, генераторам электричества и многой-многой другой технике. Подумайте о том, насколько важен дизель в экономике — без высокой эффективности дизельного топлива строительная индустрия и сельскохозяйственные предприятия страдали бы от требуемых инвестиций в топлива с низким энергопотреблением и эффективностью. Около 94 процентов грузов во всём мире — будь то отправленные грузовиками, поездами или кораблями — доставляются в конечные точки именно за счёт дизельного топлива.
С точки зрения окружающей среды дизель имеет и плюсы, и минусы. Плюс — дизель испускает очень небольшое количество угарного газа, углеводородов и углекислого газа — выбросов, более всего приводящих к глобальному потеплению. Минус — большие количества соединений азота и твёрдых частиц (сажи) высвобождаются во время сжигания дизельного топлива, что приводит к выпадению кислотных дождей, смогу и неудовлетворительному состоянию здоровья.
Во время большого нефтяного кризиса в 1970-х годах, европейские автомобильные компании начали рекламировать дизельные двигатели для коммерческого использования в качестве альтернативы бензину. Однако, те, кто попробовал их, были разочарованы — двигатели были очень громкими, и, когда потребители дизеля осматривали свои машины, то могли обнаружить их покрытыми чёрной копотью — той же сажи, ответственной за смог в больших городах.
За последние 30 до 40 лет, однако, огромные улучшения были сделаны в работе дизельного двигателя и чистоты дизельного топлива. Прямые впрыскивающие устройства в настоящее время контролируются передовыми компьютерами, которые контролируют сгорание топлива, повышение эффективности сокращения выбросов. Гораздо лучше рафинированные виды дизельного топлива, такие как дизтопливо с ультра низким содержанием серы в топливе (ULSD) снижает количество вредных выбросов. А модернизации двигателей, чтобы сделать их совместимыми с чистым топливом, становятся простой задачей. Другие технологии, такие как фильтры твёрдых частиц и каталитические нейтрализаторы, сжигают сажу и сокращают выбросы твёрдых частиц, оксида углерода и углеводородов на целых 90 процентов. Постоянно совершенствуя стандарты для экологически чистого топлива, Европейский Союз также будет толкать автоотрасль работать усерднее над снижением выбросов.
Вы может также слышали такой термин как «биодизель«. Это то же самое, что дизельное топливо? Биодизель является альтернативой или добавкой к дизельному топливу, которая может использоваться в дизельных двигателях практически без модернизации самих двигателей. При этом, как видно из названия, биодизель изготавливается не из нефти, вместо этого он приходит к нам из растительных масел или животных жиров, которые были химически изменены. Интересный факт: сам Рудольф Дизель изначально рассматривал растительное масло в качестве топлива для своего изобретения.
Биодизель может быть использован либо в сочетании с обычным дизельным топливом, либо полностью самостоятельно. Вы можете прочитать больше об альтернативных видах топлива.
Дизельный двигательДвигательРабота двигателя Ведь друзья тоже любят интересные статьи!
sate09.ru
